General Electric YF120 - General Electric YF120

YF120
YF120.jpg
YF120 w Muzeum Narodowym Sił Powietrznych USA
Rodzaj Turbowentylator o zmiennym cyklu
Pochodzenie narodowe Stany Zjednoczone
Producent Ogólne elektryczne
Pierwszy bieg lata 80.
Główne zastosowania Lockheed YF-22
Northrop YF-23
Opracowany w General Electric/Rolls-Royce F136

General Electric YF120 wewnętrznie oznaczone jako GE37 , był zmienny cykl dopalania turbowentylatorowych silnik zaprojektowany przez silniki General Electric Aircraft pod koniec 1980 / początek 1990 dla United States Air Force „s zaawansowane Tactical Fighter programu (ATF). Prototypowe silniki zainstalowano w dwóch konkurencyjnych samolotach demonstracyjnych technologii, Lockheed YF-22 i Northrop YF-23 .

Konkurencyjny F119 firmy Pratt & Whitney został wybrany zamiast F120 do napędzania ATF, który stał się F-22 Raptor .

Historia

Rozwój

General Electric (GE) rozpoczął prace nad GE37, który miał stać się podstawą XF120 i YF120, dla programu Joint Advanced Fighter Engine (JAFE) na początku lat 80. XX wieku, którego celem było dostarczenie jednostki napędowej do zaawansowanego myśliwca taktycznego (ATF) Sił Powietrznych . Podstawowa technologia zastosowana w projekcie F120 została opracowana w ramach dwóch programów rządowych: Advanced Technology Engine Gas Generator (ATEGG) i Joint Technology Demonstration Engine (JTDE). Projekt miał na celu sprostanie wymagającym wymaganiom ATF w zakresie supercruise . Oznaczało to, że silnik musiał wytwarzać dużą ilość ciągu na sucho (bez dopalacza), a zatem miał wysoką sprawność pozaprojektową ("konstrukcja" to standardowe warunki rejsowe). W przeciwieństwie do konkurenta Pratt & Whitney , GE zdecydowało się zrezygnować z opracowania konwencjonalnego turbowentylatorowego o stałym obejściu i zamiast tego zdecydowało się zaprojektować silnik o zmiennym cyklu . Dodatkowe innowacje obejmują zastosowanie jednoczęściowych zespołów tarczy i łopatek wirnika lub „blisk” na stopniach wentylatora i sprężarki w celu zwiększenia wydajności i trwałości, a także zmniejszenia masy i liczby części. Pierwotne RFP wymagało maksymalnego ciągu w klasie 30 000 lbf (133 kN).

Ze względu na rosnącą masę ATF, wymagania ciągu zostały zwiększone o 20% do klasy 35 000 lbf (156 kN), aby spełnić wymagania dotyczące wydajności. Konstrukcja GE została zmieniona i zawiera o 12% większy wentylator w celu zwiększenia przepływu powietrza oraz powietrza chłodzącego, szczególnie w przypadku dysz. Do demonstracji lotu YF120 zostały wyposażone w większy wentylator, w przeciwieństwie do YF119, który używał swojego oryginalnego małego wentylatora. W rezultacie oba samoloty demonstracyjne miały wyższe osiągi z YF120 niż z YF119. YF120 napędzał YF-22 i YF-23 do prędkości supercruise odpowiednio 1,58 Macha i 1,6+ Macha. Chociaż silnik YF120 nigdy nie wszedł do produkcji, został zainstalowany w YF-22 do demonstracji pod dużym kątem natarcia.

Konfiguracja Engineering & Manufacturing Development (EMD) F120 została przetestowana w grudniu 1990 roku. Ulepszenia komponentów umożliwiły osiągnięcie poziomów ciągu YF120 w niższych temperaturach. USAF ostatecznie wybrały propozycję F119 Pratt & Whitney do rozwoju i produkcji na pełną skalę. Bardziej ambitny projekt F120 uznano za bardziej ryzykowny, a General Electric uzyskał również mniej godzin testów niż Pratt & Whitney.

Dalszy rozwój

YF120 został również zaproponowany jako podstawa bardziej egzotycznego silnika, silnika turbinowego opartego na cyklu kombinowanym (TBCC), który miał być używany w samolotach demonstracyjnych, takich jak X-43B i przyszłych samolotach naddźwiękowych. W szczególności YF120 miał być podstawą dla Rewolucyjnego Akceleratora Turbin (RTA-1). Technologia zmiennego cyklu zastosowana w YF120 zostałaby rozszerzona, aby nie tylko przekształcić silnik w turboodrzutowy, ale także w silnik strumieniowy . W tym trybie cały strumień powietrza ominąłby rdzeń i zostałby skierowany do podobnego do dopalacza „hiperpalnika”, gdzie byłby spalany jak strumień strumieniowy. Ten proponowany silnik miał przyspieszyć od 0 do 4,1 Macha (na 56 000 stóp) w ciągu ośmiu minut.

Technologia z YF120 została zastosowana w kolejnych projektach GE; w latach 90. GE i Rolls-Royce rozpoczęły wspólne opracowywanie silnika F136 dla programu Joint Strike Fighter . Czerpiąc z wniosków wyciągniętych z YF120, F136 jest konwencjonalną konstrukcją ze stałym obejściem; wykorzystał również postępy w technologii silników turbinowych z programu Integrated High Performance Turbine Engine Technology (IHPTET), który kontynuował rozwój ATEGG i JTDE. Pomimo lepszego potencjału wydajności niż dotychczasowy Pratt & Whitney F135 , F136 został ostatecznie anulowany z powodu braku funduszy.

Pomimo nie wybrania YF120 do ATF, USAF będą kontynuować rozwój technologii silników o zmiennym cyklu poprzez Versatile Affordable Advanced Turbine Engines (VAATE), wspólne wysiłki rządu i przemysłu, które mają na celu zaspokojenie przyszłych potrzeb silników turbinowych. W ramach programu VAATE program Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT) będzie kontynuował rozwój technologii silników turbinowych o zmiennym cyklu w adaptacyjną architekturę trójstrumieniową . Kolejny program demonstracyjny technologii adaptacyjnego silnika (AETD), program adaptacyjnego przejścia silnika (AETP) i adaptacyjny napęd nowej generacji (NGAP) zaowocowały opracowaniem GE XA100 i P&W XA101 do potencjalnej modernizacji Lockheed Martin F-35 i adaptacyjne silniki dla programów Next Generation Air Dominance i F/A-XX , następcy ATF.

Projekt

Przegląd

YF120 to dwuszpulowy turbowentylator z dopalaniem osiowym z przepływem osiowym. Konstrukcja składa się z dwustopniowego wentylatora napędzanego jednostopniową turbiną niskiego ciśnienia oraz pięciostopniowego wentylatora/sprężarki napędzanej jednostopniową turbiną wysokiego ciśnienia; w szczególności silnik ma dwa kanały obejściowe, które znajdują się z przodu iz tyłu pierwszego stopnia sprężarki szpuli wysokociśnieniowej, znanego również jako stopień wentylatora napędzany rdzeniem. Pierścieniowa komora spalania to konstrukcja z podwójną kopułą. Szpule wysokiego i niskiego ciśnienia obracają się w przeciwnych kierunkach, co eliminuje nieruchome łopatki pomiędzy turbinami i zmniejsza liczbę części. Silnik jest sterowany przez trzykanałowy, chłodzony paliwem, cyfrowy system sterowania silnikiem (FADEC).

Silnik YF-22 był wyposażony w dwuwymiarową dyszę wektorowania ciągu . Dysza umożliwiała wektoryzację w kierunku skoku. Ta zdolność dała samolotowi, w którym został zainstalowany, poważną przewagę w zakresie zwinności pochylenia, znacznie zwiększając ilość momentu pochylania nosa dostępnego dla samolotu. Moment pochylający jest tradycyjnie generowany przez stabilizator poziomy (i/lub kaczkę, jeśli ma to zastosowanie), ale w przypadku dyszy do wektorowania ciągu ten moment może być zwiększony przez ciąg silnika. Podczas demonstracji YF-22 z wysokim AoA, samolot z napędem YF120 leciał z wytrymowanym AoA 60 stopni z prędkością 82 węzłów. Przy takiej postawie samolot był w stanie zademonstrować sterowność. Późniejsza analiza wykazała, że ​​samolot mógł utrzymać kontrolowany, wyważony lot do kąta natarcia 70 stopni.

Cykl zmienny

System zmiennego cyklu YF120 działał poprzez zmianę współczynnika obejścia silnika dla różnych reżimów lotu, pozwalając silnikowi działać jak turbowentylator o niskim obwodnicy lub prawie turboodrzutowy . Jako turbowentylator niskoobrotowy (podobnie jak konkurent F119 ), silnik działał podobnie do porównywalnych silników, z otwartym tylnym kanałem obejściowym za stopniem wentylatora napędzanego rdzeniem. Jednak w razie potrzeby silnik mógł kierować większy przepływ powietrza przez gorący rdzeń silnika (jak turboodrzutowiec) poprzez zamknięcie tylnego kanału obejściowego, zwiększając właściwy ciąg silnika. To sprawiło, że silnik był bardziej wydajny na dużych wysokościach i przy wysokich poziomach ciągu niż tradycyjny turbowentylator o niskim bypassie. Dopasowanie ciśnienia wentylatora do rdzenia przeprowadzono za pomocą wtryskiwacza obejściowego o zmiennej powierzchni (VABI).

Spodziewaną wadą tego systemu o zmiennym cyklu byłaby zwiększona złożoność i waga. Firma GE twierdzi, że rozwiązała ten problem, stosując proste zawory napędzane ciśnieniem zamiast skomplikowanych zaworów uruchamianych mechanicznie do zmiany kierunku przepływu powietrza. GE stwierdziło, że ten system spowodował, że system o zmiennym cyklu dodał tylko 10 funtów do silnika. Ponadto oczekiwano, że produkcyjny silnik F120 będzie miał o 40% mniej części niż silnik F110 .

Aplikacje

Dane techniczne (YF120)

Dane z Aronstein, Pace, Norris

Ogólna charakterystyka

  • Typ: podwójna szpula, przepływ osiowy, zmienny cykl, wzmocniony turbowentylator
  • Długość: 166,8 cala (4237 mm)
  • Średnica: 42 cale (1067 mm)
  • Sucha masa: 4100 funtów (1860 kg)

składniki

Wydajność

  • Maksymalny ciąg :
    • >23 500 lbf (105 kN) (na sucho)
    • 35 000 lbf (156 kN) - klasa (wzmocniona)
  • Stosunek ciągu do masy : >8,54:1 (wzmocniony)

Zobacz też

Powiązany rozwój

Porównywalne silniki

Powiązane listy

Bibliografia

  • GE przedstawia projekt silnika strumieniowego dla promu. Technology News Flight International 23/09/03 .
  • Aronstein, David C.; Hirschberg, Michael J. (1998). Zaawansowany myśliwiec taktyczny do F-22 Raptor: Początki myśliwca dominacji powietrznej XXI wieku . Arlington, Virginia: Amerykański Instytut Aeronautyki i Astronomii. Numer ISBN 978-1-56347-282-4.
  • Tempo, Steve (2016). Wielka księga bombowców X i myśliwców X: eksperymentalne samoloty USAF z napędem odrzutowym i ich systemy napędowe . Prasa Voyageur. Numer ISBN 9780760351420.

Zewnętrzne linki

Aero-stub img.svg W tym artykule dotyczącym silnika lotniczego brakuje niektórych (lub wszystkich) jego specyfikacji . Jeśli masz źródło, możesz pomóc Wikipedii, dodając je .