Pratt & Whitney F119 - Pratt & Whitney F119

F119
Pratt & Whitney F119.JPEG
F119-Motor im Test
Typ Turbofan
nationale Herkunft Vereinigte Staaten
Hersteller Pratt & Whitney
Hauptanwendungen F-22 Raptor
Anzahl gebaut 507
Entwickelt zu Pratt & Whitney F135

Die Pratt & Whitney F119 , Firmenbezeichnung PW5000 , ist ein Turbofan- Triebwerk mit Nachverbrennung , das von Pratt & Whitney für das fortschrittliche taktische Jagdflugzeug Lockheed Martin F-22 Raptor entwickelt wurde.

Das Triebwerk liefert Schub in der 35.000 lbf (156 kN) Klasse und ist für Supercruise ausgelegt . Die F119 liefert fast 22 % mehr Schub mit 40 % weniger Teilen als ihr Vorgänger F100 und ermöglicht anhaltende Supercruise-Geschwindigkeiten von bis zu Mach 1,8. Die Düsen der F119 verfügen über eine 2D- Schubvektor- Technologie, die es ihnen ermöglicht, den Triebwerksschub ±20° in die Nickachse zu lenken , um der F-22 eine verbesserte Manövrierfähigkeit zu verleihen.

Das F119-Derivat, das Pratt & Whitney F135 , erzeugt einen Schub von bis zu 43.000 lbf (190 kN) für die Lockheed Martin F-35 Lightning II .

Geschichte

Die F119 entstand aus dem Joint Advanced Fighter Engine (JAFE)-Programm in den frühen 1980er Jahren, das darauf abzielte, das Triebwerk für den Advanced Tactical Fighter (ATF) der Air Force zu liefern . Das detaillierte Design der Vorlage von Pratt & Whitney, die intern als PW5000 bezeichnet wird, begann mit der Veröffentlichung der JAFE-Anfrage zur Angebotsabgabe (RFP) im Mai 1983. Fortschritte in der Triebwerkstechnologie, wie die des Advanced Turbine Engine Gas Generator (ATEGG) und des Joint Technology Demonstration Engine (JTDE)-Programme ermöglichten es dem Design, mehr Arbeit mit weniger Stufen zu leisten , wobei der PW5000 nur 6 Verdichterstufen im Vergleich zu den 10 Verdichterstufen des F100 hat . Der Hochdruck und Niederdruckturbinen wurden einstufig und gegensinnig rotierenden, wodurch den Motor Verkürzung durch eine Reihe von Statoren zu entfernen und Gewichtseinsparung. Die Lüfter- und Verdichterstufen sollten integral beschaufelte Rotoren (IBR) verwenden, um Gewicht und Kosten zu reduzieren und die Leistung zu verbessern. Die als Floatwall bezeichnete Brennkammer eliminiert Schweißnähte, um das Risswachstum aufgrund von thermischen Zyklen zu mindern. Diese Technologie ermöglicht es dem Triebwerk, sehr hohe Kerntemperaturen zu erreichen, um die Anforderungen an einen hohen spezifischen Schub für Supercruising zu erfüllen. Das ursprüngliche RFP forderte maximale Schubkraft in der Klasse von 30.000 lbf (133 kN).

Pratt & Whitney und General Electric wurden ausgewählt, um Prototypen von Triebwerken mit der Bezeichnung YF119 bzw. YF120 zur Demonstration und Validierung herzustellen . Das zunehmende Gewicht des ATF erforderte mehr Schub, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen, und der erforderliche maximale Schub stieg um 20 % auf die Klasse von 35.000 lbf (156 kN). Das Design von Pratt & Whitney wurde geändert, um einen um 15 % größeren Lüfter zu integrieren, wodurch das Bypass-Verhältnis von 0,25 auf 0,30 erhöht wurde. Im Gegensatz zu General Electric hat Pratt & Whitney seinen größeren Lüfter jedoch nicht auf flugfähigen YF119 für die ATF-Flugdemonstratoren montiert, um potenzielle Zuverlässigkeitsprobleme zu vermeiden. Stattdessen wurde der überarbeitete Lüfter auf der Wright-Patterson Air Force Base ausgiebig getestet. Infolgedessen hatten sowohl die YF-22 als auch die YF-23 eine geringere Leistung mit den YF119s als mit den YF120s.

Am 3. August 1991 erhielt Pratt & Whitney den EMD-Auftrag für das ATF-Triebwerk, während das Lockheed/Boeing/General Dynamics-Team den Auftrag für die ATF-Flugzeugzelle erhielt. Während der YF119 im Vergleich zum variablen Zyklus YF120 von General Electric ein konventionelleres Design war, sammelten Pratt & Whitney weitaus mehr Teststunden und betonten das geringere Risiko. Die Serien F119-PW-100 wurden auf die Serien F-22A montiert . Die Fortschritte bei Turbinentriebwerken von ATEGG und JTDE wurden mit dem Programm Integrated High Performance Turbine Engine Technology (IHPTET) mit Anwendungen in F119-Verbesserungspaketen und Derivaten fortgesetzt. Derivate des F119 trieben die Demonstratoren des X-32 und X-35 Joint Strike Fighter-Konzepts an, und die anschließende Entwicklung in großem Maßstab führte zur F135-Motorenfamilie, die den F-35 antreibt .

Entwurf

Der F119 ist ein Twin-Spool-Axial-Flow-Low-Bypass-Turbofan. Es verfügt über einen dreistufigen Ventilator, der von einer einstufigen Niederdruckturbine angetrieben wird, und einen sechsstufigen Hochdruckverdichter, der von einer einstufigen Hochdruckturbine angetrieben wird. Der mantellose Lüfter verfügt über hohle Titan-Lüfterschaufeln mit breiter Sehne und niedrigem Seitenverhältnis, die durch Linearreibung mit den Scheiben verschweißt sind , um einteilige Blisks zu bilden. Die Verdichterstatoren und die Schubvektordüse verwenden eine brennbeständige Titanlegierung namens Alloy C, wobei die erste Reihe von Statoren variabel ist, um die Pumpgrenze zu erhöhen. Die Floatwall-Ringbrennkammer sorgt für eine saubere Verbrennung des Brennstoffs und eine reduzierte NOx-Erzeugung. Die Hochdruckturbinenschaufeln bestehen aus einkristallinen Superlegierungen und werden mit Luft aus dem Hochdruckverdichter prallgekühlt. Die beiden Spulen drehen sich gegenläufig, was durch den Wegfall einer Reihe von Statoren zu Gewichtseinsparungen führt. Die Anforderung, dass das ATF Supercruise oder Überschall ohne Nachbrenner fliegen muss, führt für den F119-PW-100 zu einem sehr niedrigen Bypassverhältnis von 0,3, um einen hohen spezifischen Schub zu erreichen . Der F119 verfügt über eine dual-redundante Full Authority Digital Engine Control ( FADEC ).

Der Drei-Zonen-Nachbrenner oder -Verstärker trägt zur Tarnung des Flugzeugs bei, indem Kraftstoffeinspritzer in dicke gebogene Leitschaufeln integriert sind, die mit keramischen Radar-absorbierenden Materialien (RAM) beschichtet sind . Diese Leitschaufeln ersetzen die herkömmlichen Kraftstoffsprühstäbe und Flammenhalter und blockieren die Sichtlinie der Turbinen. Die Düse kann ±20° in der Nickachse vektorisieren, was die Nickautorität des Flugzeugs erheblich verbessert, indem das Nickmoment des Hecks mit Triebwerksschub erhöht wird; Dadurch bleibt die F-22 kontrollierbar, während sie mit einem getrimmten Alpha von über 60° fliegt. Die Düse besteht aus zwei keilförmigen Klappen zur Tarnung und trägt auch zu einer geringeren Infrarotsignatur bei, indem sie die Abgasfahne abflacht und ihre Vermischung mit der Umgebungsluft durch abgeworfene Wirbel erleichtert. Der Motor hat eine Lebensdauer von insgesamt 8.650 kumulierten Zyklen.

Betriebshistorie

Bodentests der F119-PW-100 wurden erstmals im Februar 1993 durchgeführt. Die Triebwerke wurden erstmals beim Erstflug der F-22 am 7. September 1997 geflogen. Insgesamt wurden 507 Triebwerke produziert.

Im Jahr 2013 unterstützte Pratt das F119 Heavy Maintenance Center (HMC) auf der Tinker Air Force Base, Oklahoma bei der ersten Depotüberholung eines F119-Triebwerks.

Varianten

  • YF119-PW-100L : Prototyp-Motor für den YF-22 ; bewertet 30.000 lbf Schubklasse.
  • YF119-PW-100N : Prototyp-Motor für die YF-23 ; bewertet 30.000 lbf Schubklasse.
  • F119-PW-100 : Serientriebwerk für die F-22A mit größerem Lüfter und erhöhtem Bypassverhältnis (BPR), ausgelegt für eine Schubklasse von 35.000 lbf.
  • YF119-PW-611 : Prototyp-Motor für den X-35 .
  • YF119-PW-614 : Prototyp-Motor für den X-32 .

Anwendungen

Spezifikationen (F119-PW-100)

YF119-Lüfter
YF119-PW-100L Schubvektor-Düse

Daten von Pratt & Whitney, National Museum of the US Air Force, RAND, Aviation Week, USAF.

Allgemeine Eigenschaften

  • Typ: Doppelspulen- Axial-Flow- verstärkter Turbofan
  • Länge: 16 Fuß 11 Zoll (516 cm)
  • Durchmesser: Ca. 46 Zoll (120 cm)
  • Trockengewicht: 3.900 lb (1.800 kg)

Komponenten

Leistung

Siehe auch

Zugehörige Entwicklung

Vergleichbare Motoren

Verwandte Listen

Verweise

  • Aronstein, David C.; Hirschberg, Michael J. (1998). Advanced Tactical Fighter to F-22 Raptor: Origins of the 21st Century Air Dominance Fighter . Arlington, Virginia: Amerikanisches Institut für Luft- und Raumfahrt. ISBN 978-1-56347-282-4.

Externe Links