Недостроенный двигатель F136 для истребителя F-35 Lightning II

Введение

Недостроенный двигатель для Lockheed Martin F-35 Lightning II

General Electric/Rolls Royce F136 был перспективным турбовентиляторным двигателем, разрабатываемым компаниями General Electric и Rolls Royce plc для истребителя Lockheed Martin F-35 Lightning II. Обе компании прекратили работы над проектом в декабре 2011 года, не сумев получить поддержку Пентагона для продолжения разработки.

Разработка

Все первые F-35 должны были быть оснащены двигателями Pratt & Whitney F135, но было запланировано, что контракты на двигатели будут заключаться на конкурсной основе начиная с шестой партии. Выбранными двигателями могли быть либо F135, либо двигатель, разработанный командой GE/RR Fighter Engine Team и получивший обозначение F136. Команда GE/RR Fighter Engine Team представляла собой сотрудничество GE Aviation из Цинциннати, штат Огайо, США (доля 60%) и Rolls Royce из Бристоля, Великобритания, и Индианаполиса, штат Индиана, США (доля 40%). 21 июля 2004 года F136 начал полномасштабные испытания на стенде на предприятии GE в Эвендейле, штат Огайо. Двигатель работал более часа в ходе двух отдельных серий запусков. В августе 2005 года Министерство обороны США заключило с командой GE и Rolls Royce контракт на 2,4 миллиарда долларов на разработку двигателя F136. Контракт предусматривал этап разработки и демонстрации системы (SDD) в рамках инициативы F136, запланированный до сентября 2013 года. Бюджет Министерства обороны США, объявленный 6 февраля 2006 года, исключил F136, оставив Pratt & Whitney, производителя двигателя F135, единственным поставщиком двигателей для истребителей Lockheed Martin F-35. Однако Конгресс отклонил это предложение и позднее в 2006 году выделил финансирование на 2007 финансовый год. В ноябре 2006 года команда General Electric/Rolls Royce успешно завершила трехмесячный предварительный обзор проекта, проведенный Управлением программы F-35 и главным подрядчиком Lockheed Martin. 13 февраля 2008 года команда GE Rolls Royce Fighter Engine успешно завершила критический обзор проекта (CDR) для F136. В ходе CDR, совместное программное управление правительства США по программе F-35 Lightning II проверило и утвердило конструкцию двигателя. В ходе обзора также был проанализирован и оценен каждый аспект конструкции двигателя для начала производства первых опытных образцов. В рамках этого процесса было проведено 80 детальных обзоров конструкции компонентов и модулей с участием технических экспертов из JPO, General Electric и Rolls Royce. 20 марта 2008 года F136 успешно завершил программу высотных испытаний с включением форсажной камеры на инженерном центре ВВС США имени Арнольда в Теннесси, включая общую выхлопную систему для самолета F-35 Lightning II. Все цели испытаний были достигнуты в соответствии с планом с использованием двигателя, сконфигурированного с обычными системами выхлопа для взлета и посадки (CTOL) и системами короткого взлета и вертикальной посадки (STOVL). Конфигурация двигателя включала вентилятор серийного размера и функциональный форсажный отсек, позволяющий проводить несколько периодов работы на максимальной тяге с форсажем. Команда GE Rolls Royce Fighter Engine успешно завершила испытания двигателя F136 с коротким взлетом и вертикальной посадкой (STOVL) на испытательном стенде GE в Пиблсе, штат Огайо, 16 июля 2008 года. Первый полностью собранный двигатель F136 новой конструкции начал испытания 30 января 2009 года в рамках контракта на разработку и демонстрацию системы (SDD) с Управлением совместной программы правительства США по программе F-35 Joint Strike Fighter. Это был первый полностью собранный двигатель после утверждения правительством США конструкции F136 в 2008 году. Эта веха была достигнута на месяц раньше запланированного срока. Ссылаясь на Закон о реформе закупок систем вооружения 2009 года, команда GE Rolls Royce Fighter Engine представила Пентагону 28 сентября 2009 года нежелательное предложение о фиксированной цене на F136. Согласно этому предложению, фиксированная цена охватывала бы начальное производство двигателей F136, начиная со второй производственной партии. По словам команды GE Rolls Royce Fighter Engine, это предложение переложило бы значительный риск затрат с налогоплательщиков на команду Fighter Engine Team до начала прямой конкуренции между F136 и Pratt & Whitney F135 в 2013 году. С 2006 по 2010 год Министерство обороны не запрашивало финансирование альтернативной программы двигателей F136, но Конгресс поддерживал финансирование программы. 19 декабря 2009 года Конгресс США одобрил продолжение финансирования программы двигателей F136 в 2010 финансовом году. Министерство обороны США не запрашивало финансирование программы двигателей F136 в 2010 финансовом году. В отчете, представленном 18 июня 2009 года, Комитет Палаты представителей по вооруженным силам указал на превышение затрат по программе двигателей Pratt & Whitney F135 на 1,872 миллиарда долларов в качестве причины для продолжения финансирования двигателя F136. 2 ноября 2009 года команда F136 заявила, что они перепроектируют небольшую часть диффузора, ведущую к камере сгорания, после отказа во время испытаний. Испытания возобновились 22 января 2010 года. Команда GE Rolls Royce Fighter Engine Team в настоящее время находится на четвертом году действия контракта на разработку и демонстрацию системы (SDD) с Управлением совместной программы правительства США. Команда Fighter Engine Team накопила более 800 часов испытаний на предсерийных и серийных двигателях. В начале 2010 года в ходе испытаний первого двигателя серийного образца была достигнута максимальная тяга с включенным форсажем. 24 марта 2011 года Министерство обороны выдало 90-дневный временный приказ о приостановке работ после того, как Конгресс не принял бюджет на оборону. GE заявила, что продолжит работу над программой двигателя за счет собственных средств, несмотря на приказ о приостановке работ, как это разрешено приказом и как предлагал Шварц годом ранее. Однако GE ограничена только конструкторскими работами, поскольку приказ о приостановке работ не позволяет использовать имеющееся оборудование. 12 апреля 2011 года GE сократила свою команду по проекту с 1000 до 100 человек, которые будут работать над F136 и двигательными технологиями для "будущих боевых самолетов". GE перебросит сотрудников на коммерческие проекты, но не наймет сотни новых инженеров, на которых рассчитывала. 25 апреля 2011 года Министерство обороны расторгло контракт с GE и потребовало передать все построенные на сегодняшний день двигатели. 5 мая 2011 года GE и RR предложили оплатить разработку до 2012 финансового года и запросили доступ к материалам. Перейдя на самофинансирование, стоимость снизится с 480 миллионов долларов в год до 100 миллионов долларов, 60% из которых будет оплачивать GE, а 40% - RR. После самофинансирования проекта GE и Rolls Royce объявили 2 декабря 2011 года, что не будут продолжать разработку двигателя F136, поскольку это не отвечает их интересам. К тому времени шесть двигателей прошли более 1200 часов испытаний с 2009 года. В течение года GE заявила, что разработка двигателей завершена на 80%; для завершения оставшихся работ потребовалось бы финансирование в размере от 1,9 до 2,6 миллиарда долларов США.

All early F 35s were to be powered by the Pratt & Whitney F135 but it was planned that engine contracts would be competitively tendered from Lot 6 onward. The engines selected would be either the F135 or an engine produced by the GE/RR Fighter Engine Team and designated the F136. The GE/RR Fighter Engine Team was a co operation between GE Aviation in Cincinnati, Ohio, United States (60% share), and Rolls Royce in Bristol, United Kingdom, and Indianapolis, Indiana, US (40% share). On 21 July 2004, the F136 began full engine runs at GE's facility in Evendale, Ohio. The engine ran for over an hour during two separate runs. In August 2005, the United States Department of Defense awarded the GE and Rolls Royce team a $2.4 billion contract to develop its F136 engine. The contract was for the system development and demonstration (SDD) phase of the F136 initiative, scheduled to run until September 2013. The US Defense budget announced on 6 February 2006 excluded the F136 — leaving Pratt & Whitney, maker of the F135 engine, as the sole provider of engines for the Lockheed Martin F 35 fighters. Congress, however, overturned this request and allocated funds for FY 2007 later in 2006. In November 2006, the General Electric/Rolls Royce team successfully completed a 3 month preliminary design review by the F 35 Program Office and the prime contractor, Lockheed Martin. On 13 February 2008, the GE Rolls Royce Fighter Engine Team successfully completed its Critical Design Review (CDR) for the F136. During CDR, the U. S. Government's Joint Program Office for the F 35 Lightning II validated and approved the design of the engine. Also during the review, every aspect of the engine design was analyzed and evaluated in order to proceed with the building of the first full development engines. The process involved 80 detailed component and module design reviews, involving technical experts from the JPO, General Electric and Rolls Royce. On 20 March 2008, the F136 successfully completed a high altitude afterburner testing program at the US Air Force Arnold Engineering Development Center in Tennessee, including common exhaust hardware for the F 35 Lightning II aircraft. All test objectives were reached as planned using an engine configured with Conventional Takeoff and Landing (CTOL) and Short Takeoff Vertical Landing (STOVL) common exhaust systems. The engine configuration included a production size fan and functional augmenter allowing several run periods to full afterburner operation. The GE Rolls Royce Fighter Engine Team successfully completed Short Take Off, Vertical Landing (STOVL) testing on an F136 engine at the GE testing facility at Peebles, Ohio on 16 July 2008. The first complete new build F136 engine began testing 30 January 2009, under the System Development and Demonstration (SDD) contract with the US Government Joint Program Office for the F 35 Joint Strike Fighter program. This marked the first complete engine assembled following US Government validation of the F136 design in 2008. The milestone was achieved one month ahead of schedule. Citing the Weapon Systems Acquisition Reform Act of 2009, the GE Rolls Royce Fighter Engine Team submitted an unsolicited fixed price offer for the F136 to the Pentagon on 28 September 2009. The fixed price approach would cover initial F136 engine production, beginning with the F136 second production lot. According to the GE Rolls Royce Fighter Engine Team, the proposal would shift significant cost risk from taxpayers to the Fighter Engine Team until head to head competition begins between the F136 and the Pratt & Whitney F135 engine in 2013. From 2006 to 2010 the Defense Department has not requested funding for the alternate F136 engine program, but Congress has maintained program funding. On 19 December 2009, U. S. Congress approved continued funding for the F136 engine program in fiscal year 2010. The U. S. Defense Department did not request FY 2010 funding for the F136 engine program. In a report filed on 18 June 2009, the House Armed Services Committee cited Pratt & Whitney F135 engine program cost overruns of $1.872 billion as cause to continue funding the F136 engine. On 2 November 2009, the F136 team said that they would redesign a small part of the diffuser leading to the combustor after a failure during testing. Testing resumed on January 22, 2010. The GE Rolls Royce Fighter Engine Team is currently in the fourth year of its System Development and Demonstration (SDD) contract with the US Government Joint Program Office. The Fighter Engine Team has totaled more than 800 hours of testing on pre SDD and SDD engines. In early 2010, full afterburning thrust was reached in testing of the first production standard engine. On 24 March 2011, the Department of Defense issued a 90 day temporary stop work order after Congress failed to pass the defense budget. GE declared that it would continue work on the engine program with their own funds in spite of the stop work order, as allowed in the order and as had been suggested by Schwartz the previous year. However GE is limited to design work only, as the stop work prevents their use of the existing hardware. On 12 April 2011, GE reduced its team on project from 1,000 workers down to 100, who will work on the F136 and engine technologies for "future combat aircraft". GE will redeploy the workers to commercial projects, but will not hire the hundreds of new engineers it was expecting. On 25 April 2011, the Department of Defense ended the contract with GE and demanded that the engines built to date be turned over. On 5 May 2011, GE and RR offered to pay for the development through FY2012 and asked for access to the materials. By switching to self funding the cost would reduce from $480 million a year to only $100 million, 60% to be paid by GE and 40% to be paid by RR. After self funding the project GE and Rolls Royce announced on 2 December 2011, that they would not continue development of the F136 engine because it is not in their best interest. By then, the six engines had logged more than 1,200 hours of testing since 2009. During the year, GE said that development of the engines was 80% complete; the remaining work would have required US$1.9 2.6 billion in funding.

Дизайн

F136 – двухкатушный турбовентиляторный двигатель с низким двухконтурным отношением. Он оснащен 3-ступенчатым вентилятором с малым удлинением, приводимым в действие 3-ступенчатой турбиной низкого давления, и 5-ступенчатым компрессором, приводимым в действие одноступенчатой турбиной; ступени вентилятора и компрессора выполнены в виде цельных лопаточных дисков (blisks). Валовый привод LiftFan, используемый в варианте STOVL, соединен с катушкой низкого давления и включается посредством муфты. Три ступени турбины низкого давления позволяют извлекать больше энергии для питания LiftFan, в то время как обычная взлетная версия сохраняет эту архитектуру для обеспечения совместимости. Корпус кольцевой камеры сгорания изготовлен из материала "Lamilloy" и охлаждается продувочным воздухом от компрессора. Две катушки вращаются в противоположных направлениях, что позволяет исключить сопло первой ступени турбины низкого давления и, следовательно, уменьшить количество деталей. Лопатки за турбинами изготовлены из керамических композитов (CMC), что обеспечивает более высокие рабочие температуры для повышения эффективности и тяги. Как и конкурирующий F135, F136 должен был иметь малозаметный форсажный отсек (afterburner), блокирующий прямую видимость лопастей турбины, и конвергентно-дивергентное сопло с зазубренными закрылками для снижения инфракрасной сигнатуры выхлопной струи. Во время наземных испытаний F136 использовал ту же выхлопную систему, что и F135. Управление двигателем осуществляется с помощью полноавтоматической цифровой системы управления двигателем (FADEC), поставляемой компанией BAE. Поскольку F136 был разработан на поздней стадии этапа разработки и демонстрации системы (SDD) F-35, он мог лучше согласовать свой вентилятор и основную часть с воздухозаборником F-35, который был модифицирован в 2005 году для увеличения массового расхода воздуха и, следовательно, тяги из-за увеличения веса самолета. F136 развивает тягу в военном режиме и в режиме форсажа, аналогичную F135, но с большим температурным запасом благодаря более высокому массовому расходу воздуха, что обеспечивает более длительный срок службы горячих деталей и больший потенциал для дальнейшего развития. В конфигурации STOVL F136 создает тягу подъема. В сочетании с тягой LiftFan и двумя рулевыми соплами (по каждому), система Rolls Royce LiftSystem обеспечивает общую тягу. Это сопоставимо с максимальной тягой двигателя Rolls Royce Pegasus, используемого на Harrier, в.

The F136 is a twin spool axial flow low bypass turbofan. It has a 3 stage low aspect ratio fan driven by a 3 stage low pressure turbine, and a 5 stage compressor driven by a single stage turbine; both the fan and compressor stages are one piece blisks. The STOVL variant's shaft driven LiftFan is connected to the low pressure spool and engaged through a clutch. The low pressure spool's 3 turbine stages enable more work to be extracted to power the LiftFan, while the conventional takeoff variant retains this architecture for commonality. The annular combustor case is made from "Lamilloy" and cooled by bleed air from the compressor. The two spools are counterrotating, eliminating the stage 1 low pressure turbine nozzle and thus reducing parts count. The vanes behind the turbines are made of ceramic matrix composites (CMC), enabling higher operating temperatures for greater efficiency and thrust. Like the competing F135, the F136 was to have a stealthy augmentor, or afterburner, that blocks line of sight of the turbine blades and a convergent divergent nozzle with serrated flaps that reduce the infrared signature of the exhaust plume. During ground testing, the F136 used the same exhaust system as the F135. The engine would be controlled by a BAE supplied full authority digital engine control (FADEC). Because the F136 was designed well into the F 35's System Development and Demonstration (SDD) phase, it could better match its fan and core to the F 35 inlet, which was revised in 2005 to increase mass flow to for greater thrust due to aircraft weight growth. The F136 produces of thrust in military power and in full afterburner, same as the F135 but with greater temperature margins due to the higher air mass flow, resulting in longer hot section parts life and greater potential for future growth. In the STOVL configuration, the F136 produces of lift thrust. Combined with thrust from the LiftFan and two roll posts ( each), the Rolls Royce LiftSystem produces a total of of thrust. This compares with the maximum thrust of for the Harrier's Rolls Royce Pegasus engine.