El Rolls-Royce LiftSystem , junto con el motor F135 , es un sistema de propulsión de aviones diseñado para su uso en la variante STOVL del F-35 Lightning II . El sistema completo, conocido como Sistema de propulsión de ventilador de elevación integrado (ILFPS), recibió el Trofeo Collier en 2001. [1]
| LiftSystem | |
|---|---|
 | |
| El Rolls-Royce LiftSystem acoplado a un turbofan F135 en el Salón Aeronáutico de París en 2007 | |
| Tipo | Sistema de elevación STOVL |
| Fabricante | Rolls-Royce plc |
| Principales aplicaciones | F-35 Lightning II |
Requisito
La variante F-35B STOVL del avión Joint Strike Fighter (JSF) estaba destinada a reemplazar al McDonnell Douglas AV-8B Harrier II y al McDonnell Douglas F / A-18 Hornet utilizados por la Infantería de Marina de los Estados Unidos . También reemplazaría al British Aerospace Harrier II y al British Aerospace Sea Harrier utilizados por la Royal Air Force y la Royal Navy . [2] La aeronave tenía que tener una capacidad supersónica , y se necesitaba un sistema de elevación vertical adecuado que no comprometiera esta capacidad para la variante STOVL. Este requisito fue cumplido por Rolls-Royce LiftSystem, desarrollado a través de un contrato de Desarrollo y Demostración de Sistemas (SDD) de $ 1.3 mil millones de Pratt & Whitney . [3] Este requisito se cumplió el 20 de julio de 2001. [4] [5]
Diseño y desarrollo
En lugar de utilizar motores de elevación separados, como el Yakovlev Yak-38 , o boquillas giratorias para el aire de derivación del motor, como el Harrier, el "LiftSystem" tiene un LiftFan impulsado por eje, diseñado por Lockheed Martin y desarrollado por Rolls-Royce, [3 ] y una boquilla de vectorización de empuje para el escape del motor que proporciona elevación y también puede soportar temperaturas de postcombustión en vuelo convencional para lograr velocidades supersónicas. [4] El sistema de elevación / propulsión con su boquilla giratoria de conducto de tres cojinetes (3BSD) se parece más a los planes del Convair Modelo 200 Sea Control Fighter de 1973 que a la generación anterior de diseños STOVL a los que pertenece el Harrier. [6]
El equipo responsable del desarrollo del sistema de propulsión incluyó a Lockheed Martin, Northrop Grumman , BAE Systems , Pratt & Whitney y Rolls-Royce, bajo el liderazgo de la Oficina del Programa de Combate de Ataques Conjuntos del Departamento de Defensa de los Estados Unidos . Paul Bevilaqua , [7] ingeniero jefe de proyectos de desarrollo avanzado de Lockheed Martin ( Skunk Works ), inventó el sistema de propulsión del ventilador de elevación. [8] El concepto de un ventilador de elevación accionado por eje se remonta a mediados de la década de 1950. [9] El ventilador de elevación fue demostrado por Allison Engine Company en 1995-97. [10]
El Departamento de Defensa de EE. UU. (DOD) otorgó a General Electric y Rolls-Royce un contrato de $ 2.1 mil millones para desarrollar conjuntamente el motor F136 como una alternativa al F-135. El LiftSystem fue diseñado para usarse con cualquier motor. [3] Tras la terminación de la financiación gubernamental, GE y Rolls-Royce dejaron de desarrollar el motor en 2011. [11]
Rolls-Royce gestionó el programa general de desarrollo e integración en Bristol , Reino Unido , y también fue responsable de los diseños de turbomaquinaria LiftFan, 3BSM y Roll Post. Rolls-Royce en Indianápolis proporcionó la caja de cambios, el embrague, el eje de transmisión y la boquilla y realizó las pruebas de construcción y verificación del LiftFan.
Operación
El sistema de elevación de Rolls-Royce consta de cuatro componentes principales: [3]
- LiftFan
- Eje de transmisión del motor al ventilador [12]
- Módulo giratorio de tres rodamientos (3BSM)
- Rollo de postes (dos)
El módulo giratorio de tres cojinetes (3BSM) es una boquilla de vectorización de empuje en la parte trasera de la aeronave que dirige los gases de escape del motor para que pasen directamente con capacidad de recalentamiento para el vuelo hacia adelante o para que se desvíen hacia abajo para proporcionar sustentación. [13]
Para vuelo vertical, 29,000 hp [14] [15] [16] se transfieren mediante un eje de extensión en el ventilador del motor usando un embrague [17] y una caja de engranajes cónicos a un ventilador de elevación contrarrotante ubicado delante del motor. El flujo de aire del ventilador (aire sin calentar a baja velocidad) sale a través de paletas de vectorización de empuje en la parte inferior de la aeronave y equilibra la elevación desde la boquilla trasera. Para la estabilidad lateral y el control de balanceo , el aire de derivación del motor se usa en una boquilla de poste de balanceo en cada ala. [18] Para el control del paso , las áreas de la boquilla de escape y la entrada del LiftFan se varían mientras se mantiene constante la elevación total. El control de la guiñada se logra guiñando el 3BSM. [16] El movimiento hacia adelante y también hacia atrás se controla inclinando el 3BSM y las paletas en la boquilla de caja de paletas de área variable LiftFan. [5]
Los siguientes son los valores de empuje de los componentes del sistema en el modo de elevación: [3]
| 3BSM (empuje seco) | LiftFan | Rollo de postes (combinados) | Total |
|---|---|---|---|
| 18.000 lbf (80 kN) | 20.000 lbf (89 kN) | 3.900 libras (17 kN) | 41,900 libras (186 kN) |
En comparación, el empuje máximo del Rolls-Royce Pegasus 11-61 / F402-RR-408, la versión más poderosa que se utiliza en el AV-8B , es de 106 kN (23.800 libras de fuerza). [19] El peso del AV-8B es aproximadamente el 46% del peso del F-35B .
Al igual que los motores de elevación, los componentes adicionales de LiftSystem son un peso muerto durante el vuelo, pero la ventaja de emplear LiftSystem es que su mayor empuje de elevación aumenta la carga útil de despegue en una cantidad aún mayor. [ cita requerida ]
Desafíos de ingeniería
Durante el desarrollo del LiftSystem, hubo que superar muchas dificultades de ingeniería y aprovechar las nuevas tecnologías. [20]
El LiftFan utiliza blisks de titanio de hoja hueca (un disco de hoja o "blisk" que se logra mediante la formación de superplástico de las hojas y la soldadura por fricción lineal al buje de blisk). [21] Se utilizan compuestos de matriz orgánica para las paletas entre etapas. El LiftFan está autorizado [22] para vuelos de hasta 250 nudos (130 m / s). Esta condición aparece como un viento cruzado hacia la toma horizontal y ocurre cuando la aeronave hace la transición entre vuelo hacia adelante y vuelo estacionario. [23]
El mecanismo del embrague utiliza tecnología carbono-carbono de placa seca originalmente derivada de los frenos de los aviones. La fricción solo se usa para activar el ventilador de elevación a bajas velocidades del motor. Se activa un bloqueo mecánico antes de aumentar a plena potencia. [24]
La caja de cambios debe poder funcionar con interrupciones en el suministro de aceite de hasta un minuto mientras transfiere la potencia total a través de 90 grados al LiftFan. [ cita requerida ]
El módulo giratorio de tres cojinetes debe soportar la boquilla de vectorización de empuje en caliente final y transmitir sus cargas de empuje de regreso a los soportes del motor. Los actuadores "hidráulicos de combustible" del 3BSM utilizan combustible presurizado a 3500 lbf / in 2 , en lugar de fluido hidráulico, para reducir el peso y la complejidad. Un actuador viaja con la boquilla giratoria, moviéndose 95 grados mientras está sujeto a un calor intenso y vibraciones. [ cita requerida ]
Pruebas
Durante la definición del concepto del Joint Strike Fighter, se probaron en vuelo dos fuselajes Lockheed: el Lockheed X-35A (que luego se convirtió en el X-35B) y el X-35C de alas más grandes, [25] con la variante STOVL. incorporando el módulo Rolls-Royce LiftFan.
Las pruebas de vuelo de LiftSystem comenzaron en junio de 2001, y el 20 de julio de ese año el X-35B se convirtió en el primer avión en la historia en realizar un despegue corto, un tablero supersónico nivelado y un aterrizaje vertical en un solo vuelo. Cuando se completaron las pruebas en agosto, la aeronave había logrado 17 despegues verticales, 14 despegues cortos, 27 aterrizajes verticales y cinco vuelos supersónicos. [4] Durante las pruebas finales de vuelo de calificación del Joint Strike Fighter, el X-35B despegó en menos de 500 pies (150 m), pasó a vuelo supersónico y luego aterrizó verticalmente. [26]
Las pruebas en tierra de la combinación F136 / LiftSystem se llevaron a cabo en las instalaciones de General Electric en Peebles, Ohio, en julio de 2008. El 18 de marzo de 2010, un F-35B equipado con STOVL realizó una demostración vertical de vuelo estacionario y aterrizaje en la estación aérea naval de Patuxent River en Lexington. Park, MD. [27]
Premio del trofeo Collier
En 2001, el sistema de propulsión LiftSystem fue galardonado con el Trofeo Collier , [28] en reconocimiento al "mayor logro en aeronáutica o astronáutica en América", específicamente por "mejorar el rendimiento, la eficiencia y la seguridad de los vehículos aéreos o espaciales, el valor de lo cual ha sido completamente demostrado por el uso real durante el año anterior ". [4]
Especificaciones (LiftSystem)
- Motor principal
- Pratt y Whitney F135
- 17,600 libras-fuerza (78 kN) de empuje en seco
Componentes : [3]
- LiftFan
- Ventilador blisk de titanio hueco contrarrotante de dos etapas de 50 pulgadas (1,3 m) de diámetro. Ventilador superior equipado con álabes guía de entrada variable. Capaz de generar más de 20.000 libras de fuerza (89 kN) de empuje en frío [21]
- Módulo giratorio de tres rodamientos
- Capaz de rotar 95 grados en 2.5 segundos y vector de empuje seco de 18,000 libras de fuerza (80 kN) en modo de elevación, con capacidad de recalentamiento en posición horizontal normal
- Publicaciones de rollo
- Dos: accionado hidráulicamente
Galería
- "> Reproducir medios
Demostración de vuelo X-35 / LiftSystem de transición a configuración VTOL, vuelo estacionario, despegue en configuración STOVL, reabastecimiento de combustible en vuelo, vuelo estacionario vertical y aterrizaje.
Demostración de aterrizaje vertical que muestra el funcionamiento del 3BSM.
Conjunto de turbina y ventilador de elevación en exhibición en el Museo Nacional del Aire y el Espacio, Centro Steven F. Udvar-Hazy
Ver también
- Boeing X-32
- Levante el ventilador
- Colibrí XV-4
- Rolls-Royce RB108
- Equipo de medición de empuje Rolls-Royce
- Yakovlev Yak-38
- Listas relacionadas
- Lista de motores de aviones
Referencias
- ^ http://naa.aero/userfiles/files/documents/Press%20Releases/Collier%202001%20PR.pdf
- ^ https://archive.org/details/DTIC_ADA395506/page/n5/mode/2up?q=joint+strike+fighter , p.4
- ^ a b c d e f Sitio web de LiftSystem Rolls-Royce. Consultado: julio de 2017
- ^ a b c d El sistema de propulsión en Lockheed Martin Joint Strike Fighter gana el trofeo Collier Archivado el 25 de mayo de 2011 en la Wayback Machine . Comunicado de prensa de Lockheed Martin, 28 de febrero de 2003. Consultado el 3 de noviembre de 2008
- ↑ a b From Supersonic to Hover: How the F-35 Flies Por Chris Kjelgaard Senior Editor Publicado: 21 de diciembre de 2007
- ^ http://www.codeonemagazine.com/article.html?item_id=137
- ^ Video de Lockheed Martin sin fecha. [ enlace muerto permanente ] Consultado en diciembre de 2009
- ^ "Sistema de propulsión para un avión de despegue y aterrizaje vertical y corto" , Patente de Estados Unidos 5209428
- ^ Rolls-Royce LiftSystem (Estados Unidos), AERO-ENGINES - LIFTFAN Jane's Aero-Engines. Consultado el 4 de noviembre de 2008 [ enlace muerto ]
- ^ " -como Allison comienza las pruebas de ventilador de elevación JSF " Flight International , 21 de mayo de 1997. Consultado el 19 de septiembre de 2010. Archivado el 2 de noviembre de 2012.
- ^ Norris, Guy. "GE, Rolls renuncia al motor alternativo F136 JSF". Semana de la aviación , 2 de diciembre de 2011.
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- ^ Warwick, Graham. " F-35B - The STOVL Challenges Archivado el 13 de abril de 2014 en la Wayback Machine " Semana de la aviación y tecnología espacial , 9 de diciembre de 2011. Consultado: 10 de abril de 2014.
- ^ Warwick, Graham. " F-35B - Lift Fan Archivado el 13 de abril de 2014 en la Wayback Machine " Aviation Week & Space Technology , 9 de diciembre de 2011. Consultado: 10 de abril de 2014.
- ^ a b Sistema de propulsión Lockheed Archivado el 20 de junio de 2010 en Wayback Machine VTOL.org . Consultado el 19 de septiembre de 2010.
- ^ Warwick, Graham. " F-35B - Clutch Archivado el 13 de abril de 2014 en la Wayback Machine " Aviation Week & Space Technology , 9 de diciembre de 2011. Consultado: 10 de abril de 2014.
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- ^ El pedigrí STOVL le da a Rolls-Royce una ventaja tecnológica clave. Archivado el 15 de noviembre de 2008 en la Wayback Machine Rolls-Royce: Defense Aerospace. Consultado: 5 de noviembre de 2008
- ^ Ir verticalmente: desarrollar un sistema de aterrizaje vertical de despegue corto. Archivado el 20 de julio de 2015 en Wayback Machine Ingenia Online (PDF) Agosto de 2004. Recuperado: Diciembre de 2009. Texto sin formato: http://www.ingenia.org.uk/ingenia/articles.aspx?Index=271 Archivado el 2 de agosto de 2012 en archive.today
- ^ a b "Sistema de elevación de Rolls-Royce para el Joint Strike Fighter" por Ellie Zolfagharifard, The Engineer 28 de marzo de 2011
- ^ Warwick, Graham. " F-35B - Doors 1 Archivado el 13 de abril de 2014 en Wayback Machine Doors 2 Archivado el 13 de abril de 2014 en Wayback Machine " Semana de la aviación y tecnología espacial , 9 de diciembre de 2011. Consultado: 10 de abril de 2014.
- ^ Zolfagharifard, Ellie. " LiftSystem de Rolls-Royce para el Joint Strike Fighter " The Engineer (revista del Reino Unido) , 28 de marzo de 2011. Archivado el 19 de diciembre de 2013]
- ^ "El sistema de propulsión del ventilador de elevación impulsado por eje para el Joint Strike Fighter" P. Bevilaqua, presentado en el 53º foro anual de la American Helicopter Society, Virginia Beach, Virginia, 29 de abril - 1 de mayo de 1997
- ^ Sitio oficial de Joint Strike Fighter - Página de historia
- ^ PBS: transcripción de Nova "X-planes"
- ^ Comunicado de prensa de Lockheed Martin Archivado el 22 de marzo de 2010 en Wayback Machine. Consultado el 18 de marzo de 2010.
- ^ Ganadores de Collier 2000-2007 Archivado el 31 de mayo de 2011 en laAsociación Aeronáutica Nacional Wayback Machine . Consultado: 10 de noviembre de 2008
enlaces externos
- Pratt & Whitney F135 - Hitos del proyecto
- Rolls-Royce - LiftSystem
- GovExec: el motor que podría
- El hombre del abanico
- Paul M. Bevilaqua: El sistema de propulsión Lift Fan impulsado por eje para el Joint Strike Fighter DTIC.MIL Documento de Word, 5,5 MB. Fecha: 1997.
- Dos enfoques para lograr un despegue corto y un aterrizaje vertical Ingeniero de diseño - Aeroespacial, 21 de febrero de 2013
- Boquilla giratoria de tres rodamientos F-35B Lightning II Revista Code One, 12 de agosto de 2014
