能讓F-35B實現垂直起降的發動機 到底有何獨到之處

F-35「閃電II」戰鬥機使用的F135發動機是有史以來戰鬥機上安裝過的推力最大的噴氣式發動機。其中，用於F-35B的型號還集成了羅爾斯?羅伊斯公司的升力系統，使該機能實現短距起飛垂直降落（STOVL）。那麼這種發動機在設計上有什麼獨到之處呢？

為了提高推力，F135的直徑和空氣流量都比F-22「猛禽」戰鬥機使用的F119發動機大。

F-35項目的最顯著的特點之一就是在F-35B懸停時，它的推進系統在非加力狀態下產生的升力非常接近其全加力推力。F-35B在懸停時，發動機能產生39400磅（17872千克 176kN）的非加力垂直升力，而在常規飛行中，則能產生28000磅（12700千克 124.55kN）干推力和43000磅（19504千克 191.27kN）的全加力推力。

F-35B的F135發動機依賴兩個系統來實現如此高的垂直升力。首先是全許可權數字發動機控制單元（FADEC），這是一套由BAE系統公司製造的安裝在發動機上的計算機，不過軟體是普惠定製的。在懸停時，FADEC能壓榨出發動機的所有潛力，使干推力從28000磅增加到39400磅。

其次是羅爾斯?羅伊斯的升力系統，與F135發動機一道組成了短距起飛垂直降落推進系統，該系統由4大主要組件組成。

升力風扇垂直安裝在F-35B座艙後方，直徑1270毫米，高度也是1270毫米。升力風扇從機背頂部的進氣口吸入冷空氣並加速氣流向下噴出，以此產生垂直升力。升力風扇的進氣口被洛克希德?馬丁公司製造的一塊大型蓋板蓋住，這塊蓋板諢名「1957款雪佛蘭發動機蓋」，鉸接於進氣口後方的機身結構上。F-35B懸停、短距起飛、或處於平飛和懸停間的過渡飛行時，蓋板向後打開。

升力風扇由兩級反向旋轉的風扇組成，一級疊加在另一級上方，每級都是整體葉盤結構。上級風扇有24片空心鈦葉片，下級則是28片實心葉片。

兩級風扇各由一套錐形齒輪系統驅動（該系統通過一組圓錐形齒輪，能使驅動軸的扭矩旋轉90度傳遞給風扇）。

兩套錐齒輪系統都被容納在一個共用齒輪箱中，由那根沿F-35B縱軸線布置的驅動軸驅動。在F-35B進氣道的分叉處，包覆在整流罩內的驅動軸穿過進氣道把升力風扇和發動機連接起來。在發動機那頭，驅動軸連接在第一級風扇的風扇轂上，由低壓轉子驅動。

當F-35B懸停時，這根驅動軸把28000軸馬力的功率傳遞給升力風扇的離合器和錐形齒輪系統，使升力風扇產生近20000磅（9072千克 89kN）的垂直升力（F-35B在懸停時，F135與驅動軸的工作模式就類似於渦槳發動機，把大部分動力用於驅動升力風扇而不是從尾噴管噴出做工。從這點上看，F135可以說是世界上最強大的渦槳發動機）。

F-35B的發動機啟動後，驅動軸就在始終旋轉，所以需要一個離合器來接通或斷開升力風扇。只有在需要使用升力風扇時，離合器才與驅動軸接合併鎖定。

升力風扇底部有一個VAVB噴管，能對升力風扇產生的升力進行矢量調節，這個組件被整合進飛機結構中，能承受結構載荷，這樣做的目的是節省重量，要知道實現短距起飛垂直降落的一個關鍵因素就是：發動機產生的垂直升力大于飛機重量。

由於懸停需要非常大的推力，發動機要吞入更多的空氣，所以洛克希德?馬丁在升力風扇後方增加了一對輔助進氣門（AAID），用來向F135發動機提供額外空氣。

F-35B在懸停模式中，有15700磅（7121千克 69.84kN）的垂直升力來自飛機尾部三軸承旋轉模塊（3BSM）噴管中向下噴出的熾熱燃氣。這種有趣的噴管由三節連接在一起的管道組成，每節管道都是鈦合金的，每節都通過環形軸承與其他噴管連接。當F-35B要懸停時，FADEC會命令3BSM噴管向下偏轉95度，通過向下噴氣來產生垂直升力。

3BSM噴管在2.5秒內就能完成95度偏轉（從水平偏轉到垂直狀態），噴管在懸停模式中還能左右偏轉12.5度進行橫向控制。

懸停中，除了升力風扇產生的近20000磅升力外，兩側翼根中的滾轉噴管也能通過向下噴出旁通空氣產生3700磅升力。F-35B在不到3秒的時間裡，就能把尾噴管15700磅的水平推力矢量偏轉成垂直向下，使總升力達到39000磅。F-35B的垂直升力幾乎相當於歐洲颱風戰機的全加力推力，這驚人的推力矢量能力全靠F-35B龐大而複雜的FADEC軟體來實現，該軟體是普惠公司專為F-35B的推進系統開發的。

3BSM噴管分為1、2、3號三段管道，1號管道安裝與發動機上，2號管道在中間，最後一段是3號管道。每段管道上都有一個環形軸承，能夠彼此獨立旋轉。1、2號管道各安裝一個單獨的致動器，一個傳動齒輪箱把2、3號管道連接起來，使它們能夠反向同速旋轉。3BSM噴管的這兩個環形軸承致動器都是燃油液壓驅動的，部分燃油被加壓到3500psi（24.1兆帕）後作為液壓流體來驅動致動器的伺服閥。

F-35三種型號的發動機存在一些具體區別，所以獲得了各自的編號：F-35A的是F135-PW-100，F-35C是F135-PW-400，F-35B是F135-PW-600。其中，F135-PW-600被設計來滿足F-35B嚴苛的短距起飛垂直降落要求，所以需要一級額外的低壓渦輪來驅動傳動軸，於是為了保持通用性，F135-PW-100 -400保留這個第二級低壓渦輪。

F135使用了陶瓷基複合材料（CMC），主要用在F135-PW-600噴管的外側部分。F135-PW-600風扇機匣部分（尤其底部）採用有機基材複合材料（OMC）製造，F135-PW-100 -400的風扇機匣則由鈦合金製成。F-35在進氣道某些區域也採用了有機基材複合材料。

F135的加力燃燒室或加力系統也很有特色。儘管普惠公司並未透露細節，但已知F135採用了多區燃油噴射（可能是三區）技術來把燃油噴向加力燃燒室點火器後方。燃油噴嘴可以單區噴射燃油，所以可以調節加力燃燒室的加力幅度，不再是要麼全有要麼全無的工作方式。

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