La General Electric YF120 , designado internamente como GE37 , fue un ciclo variable de turboventilador motor diseñado por General Electric Aircraft Engines a finales de 1980 / principios de 1990 para la Fuerza Aérea de Estados Unidos 's avanzada de caza táctico del proyecto (ATF). Se instalaron prototipos de motores en los dos aviones demostradores de tecnología de la competencia, el Lockheed YF-22 y el Northrop YF-23 . El F119 de la competencia de Pratt & Whitney fue seleccionado sobre el YF120 para impulsar el ATF, que se convirtió en el F-22 Raptor .
YF120 | |
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Tipo | Turbofan de ciclo variable |
origen nacional | Estados Unidos |
Fabricante | Energia General |
Primer intento | Decenio de 1980 |
Principales aplicaciones | Lockheed YF-22 Northrop YF-23 |
Desarrollado en | General Electric / Rolls-Royce F136 |
Historia
Desarrollo
General Electric (GE) comenzó a desarrollar el F120 para el programa Joint Advanced Fighter Engine (JAFE) a principios de la década de 1980 con el objetivo de suministrar el motor para el Advanced Tactical Fighter (ATF) de la Fuerza Aérea . La tecnología central utilizada en el diseño F120 se desarrolló durante dos programas de la industria y el gobierno, los programas de Generador de gas de motor de tecnología avanzada (ATEGG) y Motor de demostración de tecnología conjunta (JTDE). Estos y otros programas se combinaron posteriormente en el programa de tecnología integrada de motores de turbina de alto rendimiento (IHPTET). [1] [2] La base del XF120 y el siguiente YF120 fue el GE37. [3] A diferencia de su competidor Pratt & Whitney , GE eligió no desarrollar un turboventilador convencional de bajo bypass y en su lugar eligió diseñar un motor de ciclo variable . Esta decisión se tomó como resultado del desafiante requisito ATF del supercrucero . Esto significaba que el motor tenía que producir una gran cantidad de empuje en seco (sin postcombustión) y, por lo tanto, tener una alta eficiencia fuera de diseño (el "diseño" son las condiciones de crucero estándar). [4] La RFP original pedía un empuje máximo en la clase de 30.000 lbf (133 kN). [5]
Debido al peso cada vez mayor del ATF, los requisitos de empuje se incrementaron en un 20% hasta la clase de 35.000 lbf (156 kN) para cumplir con los requisitos de rendimiento. El diseño de GE cambió para incorporar un ventilador un 12% más grande para aumentar el flujo de aire y el aire de enfriamiento, particularmente para las boquillas. Para la demostración de vuelo, los YF120 fueron equipados con el ventilador más grande, a diferencia del YF119 que usaba su pequeño ventilador original. Como resultado, ambos aviones de demostración tuvieron un rendimiento más alto con los YF120 que con los YF119. [6] El YF120 impulsó el YF-22 y el YF-23 a velocidades de supercrucero de Mach 1,58 y Mach 1,6+ respectivamente. [7] [8] Si bien el motor YF120 nunca entró en producción, se instaló en el YF-22 para las demostraciones de alto ángulo de ataque.
La configuración de desarrollo de ingeniería y fabricación (EMD) del F120 se probó en diciembre de 1990. Las mejoras en los componentes le permitieron alcanzar los niveles de empuje YF120 a temperaturas más bajas. [9] La USAF finalmente eligió la propuesta F119 de Pratt & Whitney para el desarrollo y la producción a gran escala. Se consideró que el diseño F120 más ambicioso era más riesgoso, y General Electric también acumuló menos horas de prueba que Pratt & Whitney. [10]
Nuevos desarrollos
El YF120 también se propuso como base para un motor más exótico, el motor de ciclo combinado basado en turbinas (TBCC) que se iba a utilizar en aviones de demostración como el X-43B y futuros aviones hipersónicos. Específicamente, el YF120 iba a ser la base del Acelerador de Turbina Revolucionario (RTA-1). La tecnología de ciclo variable utilizada en el YF120 se ampliaría no solo para convertir el motor en un turborreactor, sino también en un estatorreactor . En ese modo, todo el flujo de aire pasaría por alto el núcleo y se desviaría hacia el "hiperquemador" similar a un postcombustión donde se quemaría como un estatorreactor. Este motor propuesto debía acelerar de 0 a Mach 4,1 (a 56.000 pies) en ocho minutos. [11] [12]
Diseño
Ciclo variable
El sistema de ciclo variable del YF120 funcionaba variando la relación de derivación del motor para diferentes regímenes de vuelo, lo que permitía que el motor actuara como un turboventilador de derivación baja o casi como un turborreactor . [4] Como turbofán de derivación baja (como el competidor F119 ), el motor se comportó de manera similar a motores comparables. Sin embargo, cuando sea necesario, el motor podría dirigir más flujo de aire a través del núcleo caliente del motor (como un turborreactor), aumentando el empuje específico del motor. Esto hizo que el motor fuera más eficiente a gran altitud y con altos niveles de empuje que un turbofan de derivación bajo tradicional. La adaptación de la presión del ventilador al núcleo se realizó mediante un inyector de derivación de área variable (VABI). [13] [14]
Una desventaja esperada de este sistema de ciclo variable sería una mayor complejidad y peso. GE afirma haber combatido esto mediante el uso de válvulas simples accionadas por presión en lugar de válvulas complejas accionadas mecánicamente para desviar el flujo de aire. GE declaró que este sistema dio como resultado que el sistema de ciclo variable agregara solo 10 libras al motor. [4] Además, se esperaba que un motor F120 de producción tuviera un 40% menos de piezas que el motor F110 . [1]
Vectorización de empuje
El motor YF120 para el YF-22 presentaba una boquilla de vectorización de empuje bidimensional . La boquilla permitió la vectorización en la dirección del paso. Esta capacidad le dio a la aeronave en la que se instaló una gran ventaja en agilidad de cabeceo al aumentar en gran medida la cantidad de momento de cabeceo del morro disponible para la aeronave. El momento de cabeceo es generado tradicionalmente por el estabilizador horizontal (y / o canard, si corresponde), pero con una boquilla de vectorización de empuje ese momento puede aumentarse con el empuje del motor. Durante las demostraciones de alto AoA del YF-22, el avión con motor YF120 voló a un AoA recortado de 60 grados a 82 nudos. En esta actitud, la aeronave pudo demostrar capacidad de control. Un análisis posterior reveló que la aeronave podría haber mantenido un vuelo controlado y recortado hasta un ángulo de ataque de 70 grados. [15]
Aplicaciones
Especificaciones (YF120)
Datos de Aronstein, [16] Pace [8]
Características generales
- Type: Twin-Spool, de flujo axial, de ciclo variable aumentada Turbofan
- Longitud: 166,8 pulgadas (4237 mm)
- Diámetro: 42 pulgadas (1.067 mm)
- Peso en seco: 4,100 lb (1,860 kg)
Componentes
- Compresor: ventilador de dos etapas, compresor de alta presión de cinco etapas (estimado [1] )
- Relación de derivación : 0,32: 1
- Combustores : Combustor anular
- Turbina : HPT de una etapa, LPT de una sola etapa con contrarrotación [17]
- Boquilla : Vectorización bidimensional convergente / divergente
- Tipo de combustible: JP-4 o JP-8
Actuación
- Empuje máximo :
- > 23,500 lbf (105 kN) (seco)
- 35.000 lbf (156 kN) - clase (aumentada)
- Relación empuje-peso : > 8.54: 1 (aumentada)
Ver también
Desarrollo relacionado
- General Electric / Rolls-Royce F136
Motores comparables
- Pratt y Whitney F119
- Saturno AL-41
Listas relacionadas
- Lista de motores de aviones
Referencias
- ↑ a b c Norris, Guy (1990). Lucha por el poder. Vuelo internacional . 1-7 de agosto de 1990, pág. 22-23
- ^ Aronstein, pág. 233
- ^ Aronstein, pág. 211
- ↑ a b c Moxon, Julian (1989). Rivales de ATF listos para la competencia de motores. Vuelo internacional . 15-21 de noviembre de 1989, pág. 22-23.
- ^ Aronstein págs. 211-215
- ^ Aronstein págs. 221-223
- ^ "YF-22 PAV-1 rompe récord de velocidad de supercrucero" . Defensa diaria . 19 de noviembre de 1990. Archivado desde el original el 24 de septiembre de 2015 . Consultado el 10 de agosto de 2015 , a través de HighBeam Research .
- ^ a b Ritmo, pág. 232
- ^ Aronstein, pág. 223
- ^ Aronstein, pág. 227
- ^ Norris, Guy (2003). GE presenta el diseño de ramjet para lanzadera. Vuelo internacional . 23 de septiembre de 2003, pág. 26.
- ^ Motor Mach 7 basado en turbina (2004). Vuelo internacional . 23 de diciembre de 2003 - 5 de enero de 2004, pág. 13.
- ^ Aronstein, pág. 212
- ^ La central eléctrica GE F120 utiliza la puerta de desvío del ventilador para regular el ciclo variable (1990). Semana de la aviación y tecnología espacial . 30 de julio de 1990. Vol. 133, núm. 5; pág. 21
- ^ Barham, Robert (1994). MANIOBRA AYUDADA POR VECTOR DE EMPUJE DEL PROTOTIPO DE COMBATE TÁCTICO AVANZADO YF-22 . AIAA-94-2105-CP.
- ^ Aronstein págs. 224
- ^ Kauser, Fazel (1994). Una descripción general de la tecnología de propulsión de turbinas de gas . 30a Conferencia Conjunta de Propulsión AIAA / ASME / SAE / ASEE. 27-29 de junio de 1994, Indianápolis, IN. AlAA 94-2828.
- GE presenta el diseño de estatorreactor para el transbordador Technology News Flight International 23/09/03.
- Aronstein, David C .; Hirschberg, Michael J. (1998). Caza táctica avanzada a F-22 Raptor: orígenes del caza de dominio aéreo del siglo XXI . Arlington, Virginia: Instituto Americano de Aeronáutica y Astronomía. ISBN 978-1-56347-282-4.
- Ritmo, Steve (2016). El gran libro de los X-Bombers y X-Fighters: aviones experimentales propulsados por jet de la USAF y sus sistemas de propulsión . Prensa Voyageur. ISBN 9780760351420.
enlaces externos
- Equipo de GE / Allison / Rolls-Royce que desarrolla el motor de combate YF120 para aviones candidatos a JSF . Comunicado de prensa de GE Aviation (2 de septiembre de 1996).
- Página del Museo Nacional de la Fuerza Aérea de EE. UU. Sobre el YF120
- Sitio del entusiasta de Northrop YF-23
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