f35b 技术派｜F35B传动系统有多强 一根主轴载驱逐舰级别功率

核心提示：F35B垂直/短距起降型战机作为整个F35项目中难度最大的机型，其最严峻的问题莫过于如何获取足够的动力，这在很大程度上决定了这个项目的发展进度。而F135-PW-600利用涡轮带动的风扇、简易却先进的传动系统以及矢量喷口装置，为F35B提供了一前一后两股巨大的升力，解决了动力难题。今天笔者就给大家介绍该型发动机及其升力风扇的传动系统，以及在民用领域的发展。

选择风扇爬升方案

在F35B问世之前，美英仅有一款英国研制的“鹞”式战机具备垂直起降功能。“鹞”式独特的起降方式源于其装备的罗尔斯·罗伊斯研制的“飞马”发动机，在前后一共有四个矢量喷管，喷出灼热气流推动飞机升高。英国人就是依靠这款飞机，远征南大西洋打赢了马岛战争。但是这种爬升方式也有很大的弊端，灼热的气流不仅会灼伤甲板，也会严重减少矢量喷管的寿命，机械效率也不高。

美国国防部将垂直起降型列为F35项目的重点，以满足不断变化的海军陆战队的需要。为了拿下这个项目，洛马公司购买了前苏联垂直起降战斗机雅克-141的设计资料，决定采用类似的技术路线。但是，由于军方对这种通用战斗机的要求越来越高，飞机的重量也在不断上升，因此升力要求远高于雅克-141，迫使R&D团队进行了新的尝试，最终实现了工程奇迹。

F35B悬停在空中，风扇上的顶盖已经打开。

推力强悍的发动机

F35B使用的发动机为F135-PW-600，由主机部分、左右各一个姿态调节喷嘴、传动轴、离合器和升力风扇组成。

相对于A型和C型使用的引擎，F135-PW-600推力略有减小，但其最大的特征是：在悬停时，发动机在非加力状态下产生的升力极高，甚至接近加力推力。之所以能做到这一点，有赖于发动机的全权数控系统发掘出了发动机的最大潜能。

作为垂直起降战斗机的关键，升力风扇由英国RR公司负责。当——F35B悬停时，发动机本身可以产生71.1千牛的最大升力，然后驱动风扇产生90千牛的最大升力；两侧喷管产生16.7kN的最大升力，通过飞控系统控制垂直起飞，使最大起飞重量27吨的飞机可以爬升。

F135-PW-600结构，左侧为升力风扇，右侧为主机结构，两侧为姿态调节喷管。

轻便却强劲的齿轮传动系统

但是，强大的力量只是一个必要条件，并不充分。F35B最引人注目的技术难点在于如何以尽可能轻的传输量传输尽可能多的动能。考虑到重心、传动系统质量和效率，RR公司在飞机重心前设置了一个升力风扇，其动力由发动机低压涡轮产生，风扇由长轴和离合器驱动。据计算，仅依靠一根长主轴，一个截面积有脸盆大小的离合器，一个一位数的齿轮和全新材料组成的传动系统，就把相当于毁灭者级别的动力传递到了风扇部分！正是因为这项开创性的工作，联合研究团队获得了美国工业协会奖。

更具技术含量的是发动机上的离合器。F35B的发动机在启动后，低压涡轮就不断带动上图中的主轴旋转。等到需要驱动风扇的时候，离合器就使得主轴与风扇接合，这样发动机便能以最高的效率将动力传送到升力风扇。由于离合器与升力风扇的速度差极大，在接合瞬间会产生极高的温度，这对材料提出了极高的要求。

因此，该团队将碳耐磨材料用于飞机起落架。考虑到F35B传动系统的使用频率和使用寿命，对F35B传动系统表面进行了硬化处理，形成了全新的材料。RR公司用这种材料减少了离合器中的挡位，成功激活了F35B垂直起降系统，使其更轻更强，提高了效率，降低了油耗。

平心而论，齿轮构成的传动系统并无特别之处，但是倘若使用普通的材料、或是离合控制系统不佳，那么传动瞬间摩擦产生的高温就会把直接接触的齿轮融化，或是在持续运转后就会因为材料疲劳而不敷使用，这对材料的耐热、耐疲劳性要求极高。设计团队选用此套技术方案挑战极大，但依靠雄厚的材料积累以及控制系统，他们成功了。

RR公司演示了F135-PW-600核心驱动系统，驱动和控制风扇转速。

军用转民用，抢占商业市场

PW和RR在齿轮传动的控制和材料方面都取得了很大的进步，齿轮传动具有高效、安静的优点，在民用航空方面也大有可为空，因此两家公司决定将合作研发的军工技术成果转为民用。

PW公司开展了齿轮传动式风扇发动机项目，希望依靠新式的齿轮传动设计满足更好的经济性，攻占由GE公司占据的民用航空发动机市场。齿轮传动发动机家族的一个型号已经在2015年成功装机试验，更提出了反向倾斜安装齿轮发动机的概念，大有开辟全新类型发动机的趋势。

PW公司新GTF发动机的1000G型号。

在吃了几十年三转子航发的老本后，RR也迈出了新的步伐。RR公司测试了新的Advance核心机，它保留了传统的三转子构型，但已经将总压比提升到了60，油耗降低至原本型号的80%。不过RR打算在以新核心机为基础研制的发动机上增加可变距齿轮组，形成一种介于两转子和三转子之间的结构，进一步增强性能，总压比预计可提升至70。

RR公司新推出的Advance核心机，未来将配备齿轮变桨系统，替代部分零部件。

大道至简

任何顶级航空空企业都有自己的看家本领，而F135的风扇驱动系统是一个要求很高的难点，它的解决方案不是复杂的“花”，而是最简单的齿轮系统。然而，这种极其简单的结构是基于对材料的扎实积累和研究。

这种方式看似投入大，周期长，风险高。然而在解决了这个难点后，欧美公司却能马上以这种技术为核心把自己的民用发动机做得更好，从而抢占利润丰厚的民用航发市场，然后再以利润“反哺”先进技术，进行下一步研发。这种方式的确值得我们学习。