Kezdőlap A katonai repülés jelene Továbbfejlesztett F135-ös, vagy új adaptív hajtóműve lesz az F-35 Lightning II-esnek?

Továbbfejlesztett F135-ös, vagy új adaptív hajtóműve lesz az F-35 Lightning II-esnek?

Kategória

A Pentagon és az ipar egyetértenek abban, hogy az F-35-ös hajtóművét tovább kell fejleszteni, de a több éves fejlesztés és vita ellenére a továbbfejlesztés útja még nem egyértelmű.

Mivel az ötödik generációs vadászrepülőgép rakétaszállító kapacitásának, elektronikai hadviselési és tűzvezető rendszereinek a fejlesztése az eredeti elképzelést meghaladó mértékben halad, minezek mellett az Egyesült Államok légiereje aggódik egy Kína elleni háború lehetősége miatt, ezért egy nagyobb tolóerejű, és hatékonyabb hűtéssel rendelkező hajtóműre van szüksége az F-35-nek.

A kérdés az, hogy a hajtómű miként szerezheti meg ezeket a képességeket. Az egyik megközelítés szerint a meglévő Pratt & Whitney által gyártott F135-ös hajtómű frissítése révén az Enhanced Engine Program keretében.

A másik lehetséges út szerint egy teljesen új hajtómű készülne, amely élvonalbeli technológiát alkalmaz, például egy harmadik levegőáram alkalmazásával az üzemanyag-hatékonyság és a tolóerő javítása érdekében. A Pratt & Whitney és a General Electric Aviation az AETP néven ismert Adaptive Engine Transition Program részeként konkurens verziók fejlesztésén dolgozik.

A légierő és a védelmi minisztérium illetékesei egyelőre nem döntötték el, hogy az F-35-ös a teljesen új adaptív hajtóművel vagy a továbbfejlesztett F135-ös hajtóművel repül tovább. De a következő egy évben a vállalatok arra számítanak, hogy a hadsereg jövőbeli tervei kikristályosodnak.

A légierő döntése határozza meg a vadászflotta sarokkövének számító hajtómű jövőbeli teljesítményét és képességeit, nem is beszélve arról, hogy végül hová kerülnek majd a védelemre szánt dollár milliárdok.

A cégek eltérően vélekednek arról, hogy az adaptív hajtómű megfelelő-e az F-35-ös számára. A GE Aviation szerint az XA100 – a GE adaptív hajtómű változata – drámaian javítaná a vadászgép tolóerejét, sebességét, hatótávolságát és a hajtómű hőmenedzsmentjét, így képes lesz kezelni a fejlettebb rendszereket.

A Pratt & Whitney ezzel szemben kitart az XA101 adaptív hajtóművével kapcsolatos munkája mellett, hogy a légierő fejlesztés alatt álló hatodik generációs Next Generation Air Dominance platformját fogja meghajtani. A vállalat tisztviselői szerint hiba lenne teljesen új hajtóművet beépíteni egy egyhajtóműves vadászgépbe.

A Pratt & Whitney szerint, ha az egyhajtóműves F-35-ös új adaptív hajtóműve meghibásodna a levegőben, a gép és a pilóta veszélybe kerülhet. Ha a problémát a repülőtéren fedezik fel, az a légierő vadászflottájának döntő részét földhöz szögezheti, amíg meg nem találják a megoldást, veszélyeztetve a harckészültséget.

A Pratt & Whitney szerint a meglévő hajtómű frissítése kevesebb új tényező megjelenésével és kevesebb kockázattal járna. A módosított változat egy korszerűbb maggal rendelkezne, amely nagyobb teljesítményt, tolóerőt, hatótávolságot és hűtést biztosítana a jelenlegi típusnál.

Minél tovább halogatják a döntést, annál több F-35-ös készül el idő közben, amelyeket később módosítani kell, hogy kezelni tudják a hajtóművek jelenlegi hibáit. Minél hamarabb tudnak dönteni erről, annál jobban jár mindenki, mert minden késedelem megnöveli a jövőbeli költségeket.

Magas hőmérsékleten működik

Az F-35-ös hőmenedzsmenttel szembeni követelmények jelentősen megnövekedtek a kezdeti idők óta, amikor a jelenlegi F135-ös hajtóművet tervezték. Ahogy a vadászgép eléri teljes Block 4-es képességét – amit a Kormányzati Számviteli Hivatal most 2029-re vár – a vadászgép üzemi hőmérséklete még nagyobb lesz, ez pedig nagyobb hűtési teljesítményt igényel.

Az F-35-ös megnövekedett hűtési igényeit kielégítő Block 4-es változat fejlesztései többek között a fejlett elektronikai hadviselési képességeket, a továbbfejlesztett célfelismerést és több rakéta szállításának képességét fogják tartalmazni.

A Ház Fegyveres Szolgálatainak Bizottsága előtt tartott áprilisi meghallgatáson Frank Kendall légierő miniszter azt mondta, hogy az AETP hajtómű, bár még több évre van a teljes fejlesztéstől, 20-25%-os teljesítménynövekedést és jelentős költségmegtakarítást eredményezhet.

Az AETP hajtómű megnövelt teljesítményt kínálna, amire szükség is lesz az F-35 modernizálásának folytatásakor. Mivel a jövőben az F-35-ös lesz a légierő igáslova, a nagy gépmennyiség üzemeltetése során ezzel a hajtóművel elérhető üzemanyag-megtakarítás jelentős lenne.

A Pentagon riportereivel folytatott június végi kerekasztal-beszélgetésen Andrew Hunter, a légierő beszerzési vezetője méltatta a GE és a Pratt & Whitney által az adaptív hajtóművek terén elért sikereket, és a korai teszteredményeket nagyon biztatónak nevezte.

„A teljesítmény, a hőmenedzsment és az üzemanyag-hatékonyság terén elvárt előnyöket a tesztprogram demonstrálja” – mondta Hunter.

Hunter hozzátette, hogy az AETP által eredetileg biztosítani kívánt képességek – mint például a megnövelt hatótávolság, a magas turbina-hőmérséklet jobb kezelési képessége és fejlett fedélzeti elektronikai rendszerek alkalmazása – pontosan azok, amikre az F-35-nek szüksége lesz egy Kína elleni harcban.

Két kulcsfontosságú tanulmány készül, amelyek segítenek meghatározni az F-35-ös jövőbeli hajtóművének fejlesztési irányát. Az F-35-ös Közös Programiroda a légierő, a haditengerészet és a tengerészgyalogság segítségével üzleti esetértékelést végez, amelyben megvizsgálja a rendelkezésre álló és a javasolt hajtómű, valamint a teljesítmény-hőgazdálkodási rendszer opciókat, amelyek biztosíthatják a kívánt hűtési képességeket.

A várhatóan augusztusra elkészülő tanulmány értékelni fogja az egyes opciók költségeit, ütemezését, teljesítményét és technikai kockázatait. A tanulmány így támogatást adhat majd mind az Egyesült Államok szolgálati vezetői, mind a F-35-öst üzemeltető partnerországok tisztviselői számára döntéseik meghozatalában.

A légierő kiegészítő műveleti értékelést is végez, hogy beépítse a szélesebb körű tanulmányba, és megvizsgálja, hogy a különböző műszaki megoldások hogyan működhetnek egy tényleges harci helyzetben. A légierő májusban tájékoztatta a tisztviselőket a tanulmány kezdeti megállapításairól, mely várhatóan szeptemberben fejeződik be.

Amikor egy megoldás megnövelt hatótávot, vagy további hasznos terhet eredményez, a kérdés az: mit jelent ez valójában egy háborúban? Eric Fick altábornagy, az F-35-ös program egykori végrehajtó tisztje a légierő hadműveleti értékeléséről beszélt egy másik áprilisi meghallgatáson a képviselőház fegyveres szolgálatai bizottsága előtt.

A légierő idén is igyekezett olyan információkat gyűjteni, amelyek megalapozhatják egy adaptív hajtómű beépítését az F-35-ösbe építve. Januárban a szolgálat tájékoztatást adott ki az F-35-ös adaptív hajtómű csereprogramról azzal a céllal, hogy 2028-ban szolid ütemben induljon a kezdeti gyártás.

Megkérdezték a potenciális gyártókat, hogyan biztosítanák az új adaptív hajtóművet a vadászgéphez. A készülő dokumentumoknak meg kellett határozniuk az ellátási lánc lehetséges akadozásait, a lehetséges kockázatok kezelésének módjait, a legfőbb költségtényezőket és azt, hogy a vállalkozó hogyan csökkentheti a költségeket.

Ha a légierő az AETP útvonalat választja, mondta Kendall a képviselőház képviselőinek, akkor teljes mértékben lecserélné az F135-ös hajtóművet, vagyis nem lenne másodlagos hajtóműtípus az F-35A készletében.

Kendall szerint az AETP hajtómű teljes kifejlesztésének és a gyártás megkezdésének költsége meghaladhatja a 6 milliárd dollárt.

A Pratt & Whitney szerint a jelenlegi F135-ös hajtóművön a frissítésekkel sokkal olcsóbban, az AETP fejlesztési költségeinek körülbelül egyharmadáért lehet elvégezni a munkát. A Pratt & Whitney előrejelzése szerint a továbbfejlesztett hajtóművek gyártása ugyanannyiba kerülne, mint az eredeti F135-ös, és akár 40 milliárd dolláros életciklus-költséget is megtakaríthatnak.

 

Az ipar képviselői

Jen Latka, a Pratt & Whitney F135-ös hajtóműprogramért felelős alelnöke elmondta, hogy a vállalat figyelemmel kíséri az F-35-ös Közös Vezetői Irányítóbizottságának következő ülését ősszel, a vadászgép hajtóművének jövőjét illetően.

Az F135-ös hajtómű beépítés elött Kép: Aerospace Manufacturing

A GE Aviation irodájában június 21-én adott interjúban a fejlett harci hajtómű programokért felelős alelnök azt mondta, hogy a 2024-es költségvetési javaslat jövő évi kiadása sokatmondó lesz.

Mind a GE Aviation, mind pedig a Pratt & Whitney cég hirdeti azokat a várható fejlesztéseket, amelyek a meghajtási rendszerüket érintené.

A Pratt & Whitney azt mondta, hogy a továbbfejlesztett F135-ös hajtómű az Enhanced Engine Programmal lehetővé teszi a teljes Block 4-es képesség kihasználását, több mint 10%-kal növelve a tolóerőt és a hatótávot, és több mint 50%-kal javítva a hajtómű hőkapacitását.

A GE XA100-as hajtóműve 25%-kal nagyobb üzemanyag-hatékonyságot kínál, mint a jelenlegi F135-ös, 30%-kal növekedne az F-35-ös hatótávolsága, továbbá 10-20%-al nőne a hajtómű tolóereje, ami 25-40%-kal nagyobb gyorsulást eredményez.

Az XA100 hajtóműnek három olyan eleme van, amelyek lehetővé teszik a fenti képességek elérését. Az egyik az adaptív ciklus képessége, amely lehetővé teszi, hogy a hajtómű „zökkenőmentesen” alkalmazkodjon ahhoz a konfigurációhoz, amely az adott helyzetben a legnagyobb tolóerőt vagy hatékonyságot biztosítja.

Ezenkívül van egy harmadik légáram is, amely a hajtómű és a repülőgép hűtésére szolgál.

És végül, a GE adaptív hajtóműve új fejlett anyagokat és gyártási technológiákat használ. Ez a hajtómű eltávolodik a hagyományos nikkel alapú szuperötvözettől, és helyette kerámia mátrixú kompozitokat használ a turbinákhoz és más alkatrészekhez, amelyek ellenállnak a több ezer fokos gázhőmérsékletnek.

Ezek a kompozitok a hagyományos ötvözetek tömegének mindösszesen az egyharmadát teszik ki és több száz fokkal növelt hőmérsékletnek is ellenállnak.

A magasabb hőmérsékleten működő hajtóművek nagyobb tolóerőt hoznak létre, ugyanakkor a magasabb hőmérsékleten és a nagyobb tolóerő mellett a kompozitok kedvezőbb tartósságot biztosítanak a nikkel alapú ötvözetekhez képest.

Az F135-ös hajtómű tesztelés alatt Kép: Defence update

A hajtóművek gyártása során nagyobb mértékben alkalmazzák az additív gyártást vagy a 3D nyomtatást, amely lehetővé teszi mérnökök számára, hogy olyan alkatrészeket készítsenek, amelyeket nem lehet hagyományos gyártási technikákkal elkészíteni.

Pratt & Whitney elismeri, hogy értéket jelenthetnek az olyan fejlesztések, mint a kerámia mátrix kompozitok, de a vállalat nem gondolja, hogy egy nagyon eltérő anyag bevezetése az F-35-ben a helyes lépés lenne.

Aggályok a költségek és változatok miatt

Latka a költség- és fenntarthatósági szempontokra is rámutatott, amikor egy új adaptív hajtóművet kell beépíteni az egyhajtóműves F-35-be.

„Ha két hajtómű konfigurációval rendelkezünk, akkor két fenntartó infrastruktúrával is kell rendelkeznünk a támogatásukhoz” – mondta Latka. „Ez nem csak létesítményeket jelent, hanem ​​különböző raktárakat, különböző támogató berendezéseket. Ez két különböző üzemben tartási mérnöki szervezetet is jelent, mivel Ön több konfigurációt kezel. Ez szerszámokat, segédeszközöket, képzést, javításokat jelent és ​​mindezt valamennyire meg kell ismételni.”

A GE adaptív hajtóműve segíthet az F-35-ös fenntartási költségeinek kézben tartásában. Amikor a 25%-os üzemanyag-fogyasztás csökkenés működni kezd, az valóban életciklus-költségmegtakarítást jelent hosszú távon.

De van egy probléma, amely megnövelheti az adaptív hajtómű költségeit, mert az nem alkalmazható az F-35-ös mindhárom változata számára.

A GE és a Pratt & Whitney adaptív hajtóművei beépíthetők az F-35A-ban, amellyel a légierő repül. A GE közölte, hogy hajtóműve az F-35C repülőgép-hordozófedélzeti változatába is beépíthető, amelyet a haditengerészet és a tengerészgyalogság üzemeltet. Az új adaptív hajtóművek azonban nem építhetők be a tengerészgyalogság F-35B STOVL rövid-fel- és függőleges leszállású repülőgépeibe.

Pratt & Whitney elmondta, hogy mindhárom F-35-ös változat alkalmazhatja a továbbfejlesztett F135-öst, ami minimális tesztelést és a repülőgép sárkányszerkezet módosítását teszi szükségessé az integrációhoz.

Greg Hayes, a Pratt & Whitney-t birtokló Raytheon Technologies vezérigazgatója tavaly ősszel kétségeit fejezte ki, hogy a légierő megengedheti-e magának egy adaptív hajtómű kifejlesztését, tekintettel a változatokra vonatkozó korlátozásokra.

A GE-nél most azt próbálják kitalálni, hogyan hozhatnák létre az adaptív hajtómű olyan változatát, amely elférne egy F-35B-ben. A tengerészgyalogságnál folyamatban van az adaptív F-35B hajtómű mérnöki tanulmánya, amely vélhetően őszre információkat szolgáltat a lehetséges megoldásról.

A Pratt & Whitney azt mondta, hogy az F135-ös képes kezelni az F-35 Block 4-es frissítéseinek energiaigényét, de a hűtési képességei jóval az eredeti specifikációkon túl működnek. Latka elmondta, hogy az F135-ös teljesítmény-hőszabályozási rendszere most kétszer olyan teljesítménnyel működik, mint amire tervezték.

Ha egy hajtóműnek nagyobb teljesítménnyel kell dolgoznia, akkor megnő a hőterhelése, ami megnöveli karbantartási igényeket és életciklus-költségeket.

Az adaptív hajtómű harmadik levegőárama lenyűgöző technológia, de nem ez az egyetlen technológia, amellyel az F-35-nél nagyobb hatékonyságot lehet elérni. Az EEP továbbfejlesztett magja nagyobb üzemanyag-hatékonyságot eredményez az F135-ben, bár nem annyira, mint az adaptív hajtómű, de még így is jelentős a növekedés.

A Pratt & Whitney azt mondta, hogy várhatóan 2023-ban befejezik az XA101 adaptív hajtómű tesztelését, és az eddigi tesztek azt mutatják, hogy a technológia teljesíti a teljesítménycélokat.

Tweedie elmondta, hogy a GE két teljes értékű XA100-as prototípust épített és tesztelt, az egyiket először 2020 decemberében indították be Evendale-ben. A hajtómű tesztjei, köztük néhány nagyobb magasságban is, 2021 első három hónapjában folytatódtak.

A GE 2021 augusztusában indította el a másik prototípus tesztjét, amely novemberig tartott. Ez elsősorban a szerkezeti és mechanikai tesztelésre összpontosított, majd a hajtómű teljesítményét ellenőrizték.

Ez a hajtómű most egy második tesztelési fázison megy keresztül a tennessee-i Arnold Engineering Development Complex-ben, ahol a tesztek jobban hasonlítanak a repülési körülményekre, és pontosabban mérik az eredményeket, mint a GE saját létesítményében. Ezek a tesztek, amelyekben a GE, az Air Force Life Cycle Management Center és az Arnold AFB csapatai vettek részt, március 25-én kezdődtek, és várhatóan nyár végén fejeződnek be.

A jelenlegi tesztek során a hajtóművet számos olyan körülmény közepette futtatják, amely repülés közben előfordulhat, például eltérő magasságokon és teljesítmény beállításokon, hogy meghatározzák, hogyan teljesítene a különböző forgatókönyvek szerint. A tesztek már bebizonyították, hogy az XA100-as további üzemanyag-hatékonyságot, tolóerőt és jobb teljesítményt nyújt, mint amelyre tervezték.

Az Arnold AFB-nél folyamatban lévő precízebb vizsgálatok biztosítják majd azokat a finomhangolt adatokat, amelyek a tervezési munkához kellenek, ha a rendszer gyártásfejlesztési fázisba kerülne.

„Az alapvető kérdés, hogy működik-e ez a technológia, és elég érett-e? Most sokkal komolyabb viták kezdődnek természetesen nyilvánosan, arról, hogy melyek a következő lépések a technológia továbbfejlesztésében?

A GE arra számít, hogy a légierő tovább lép az AETP-vel, hivatkozva a program 2023-as költségvetésére vonatkozó 286 millió dolláros finanszírozási kérelmére.

A Kongresszus pedig az erőfeszítések mellé tette a csekkfüzetét. A 2022-es pénzügyi év kiadási törvényében a törvényhozók drámaian megemelték a szolgálat eredeti, csaknem 124 millió dolláros AETP-finanszírozási kérelmét, 460 millió dollárral, így a teljes jóváhagyott kiadás körülbelül 584 millió dollárra nőtt.

Az F-35-ös változatokkal kapcsolatos probléma, és annak valószínűsége, hogy az adaptív hajtómű nem alkalmazható mindhárom gép esetében, az egyik legjobb érv az F-35-höz hasonló közös program ellen. A különböző szolgálatoknak eltérő küldetéseik és igényeik vannak a vadászgépeikkel szemben és az, hogy egy közös repülőgép sárkányszerkezetet hoztak létre, drasztikusan megnövelte a program bonyolultságát és költségeit.

Nagyszerű lett volna, ha az elvárt a koncepciók teljesen megvalósulnak a tesztelés során, mielőtt több száz és száz F-35-öst vásárolnánk. Valahogy azt aratjuk most, amit az 1990-es években vetettünk – mondta Grazier.

Mi a helyzet az emelő hajtóművel?

Maga az F135-ös az F-35B harci gépben valójában egy erősen módosított hajtómű, figyelembe véve a kabin mögé épített emelő ventilátort. Az F135-PW-600-as 128 kN száraz tolóerőt teljesít utánégető bekapcsolása nélkül. Amikor az F-35B gázkart túlnyomják a maximális fordulatszámnak megfelelő álláson, az bekapcsolja az utánégető üzemmódot, melynek több zónája van. A zónák alapvetően azt mutatják, hogy mennyi üzemanyagot porlasztanak be az utánégető térbe. Amikor a gázkar minden szegmense világít, a hajtómű 191 kN maximális tolóerőt hoz létre.

A kabin mögötti emelőventilátor, amelynek nincs égőtere és turbinája, hatalmas adag levegőt szív be, amikor a felső és alsó áramvonalazó ajtókat kinyitják. Az emelőventilátorban valójában 2 ellentétes irányban forgó ventilátor található. Az az F135-ös hajtómű emelőventilátora által létrehozott légáramlás hatalmas erőt biztosít, amely hihetetlenül hatékony.

Az F135-PW-600-as STOVL üzemmódra tervezett hajtómű Kép: Pratt & Whiney

Az F135-ös hihetetlenül erős, a fajtájának eddigi legerősebb hajtóműve. Az emelő ventilátor különleges meghajtási rendszere a hajtómű alacsony nyomású turbinájával kombinálva lehetővé teszi szinte azonos emelő erő létrejöttét a ventilátoron és a fúvócsövön. A 88,9 kN elöl és a 84,5 kN hátul emelőerő különbségnek az az oka, hogy a hajtómű így kellően megemeli a gép orrát, biztosítva így a megfelelő állásszöget.

A hajtóműnek van egy titkosított része szabadalmaztatott iparági információkkal. Ez arról szól, hogyan változtathatja meg a repülőgép a hossztengely menti dőlését STOVL üzemmódban. Két ország ügynökét már elkapták, amikor megpróbáltak a PW és az RR technikusaiból információt kicsikarni erről a szigorúan titkos rendszerről.

Érvényesültek kompromisszumok a hajtómű fejlesztése során? Minden bizonnyal. Üzemanyag-fogyasztásban, hajtómű élettartamban, a repülőgép sárkányszerkezet hőkifáradásában, az önsúlyban vízszintes repülés közben. Az F-35B repülőgép sárkányszerkezetének az élettartama sokkal kevesebb, mint az F-35A/C változatoknál.

A jelentések szerint a hajtómű karbantartására fordított munkaórák mennyisége közel háromszorosa, mint az F-35A/C esetében. A repülőgép belső és külső felületeinek magas hőterhelése miatti sárkányszerkezet elhasználódás komoly odafigyelést igényel a repülőgép lopakodási képességei fenntartásának az érdekében. Az üzemanyag-fogyasztás a STOVL üzemmódban jelentősen megnő. Viszont az F-35B valójában lényegesen nagyobb hasznos teherrel tud felszállni ha hagyományos módon száll fel, mint az F-35A/C,. Tehát a kompromisszumok mindkét irányban érvényesülnek.

Szerző: Dobos Endre

Forrás: Defence News

Friss írások

Törökország ötödik generációs vadászgép és drón fejlesztési projektje

Egy nem régen közzétett videón látható, hogy a TF-X következő generációs vadászrepülőgép prototípusa – amelyet a Turkish Aerospace Industries (TUSAS) épít – kezd formát...

Az Egyesült Államok légierejének új kiképző gépe a T-7A Red Hawk

A Boeing gyár a gyártási folyamattervezés és fejlesztés szakaszában bemutatta az első T-7A Red Hawkot, amelyet az Egyesült Államok légiereje számára építettek. Ezek a...

A P-8A torpedóhordozó új sikló-torpedó indítására képes

Az amerikai haditengerészet P-8A Poseidon tengeri járőr-repülőgépeinek arzenáljában megjelent egy új fegyver, a High Altitude Anti-Submarine Warfare Weapon Capability (HAAWC). A szolgálat nemrégen jelentette...

A J-22 Mighty Dragon Kína nagy reménysége

Kína hosszú és megalapozott múltra tekint vissza a tervek, technológiák és akár teljes repülőgépek versenytársaitól való kölcsönzése, vagy jogosulatlan „átvétele” terén és a bizonyítékok...

Képes-e helyettesíteni az F-35-ös CAS műveletek során az F-16-ost és az A-10-est?

Sokszor felvetődik a kérdés, hogy az F-35 Lightning II mennyire képes helyettesíteni az F-16-ost és az A-10-est a CAS műveletekben? A katonai taktikában a közvetlen...