核心提示：F35B垂直/短距起降型戰(zhàn)機(jī)作為整個(gè)F35項(xiàng)目中難度最大的機(jī)型，其最嚴(yán)峻的問題莫過于如何獲取足夠的動(dòng)力，這在很大程度上決定了這個(gè)項(xiàng)目的發(fā)展進(jìn)度。而F135-PW-600利用渦輪帶動(dòng)的風(fēng)扇、簡(jiǎn)易卻先進(jìn)的傳動(dòng)系統(tǒng)以及矢量噴口裝置，為F35B提供了一前一后兩股巨大的升力，解決了動(dòng)力難題。今天筆者就給大家介紹該型發(fā)動(dòng)機(jī)及其升力風(fēng)扇的傳動(dòng)系統(tǒng)，以及在民用領(lǐng)域的發(fā)展。

選擇風(fēng)扇爬升方案

在F35B問世之前，美英僅有一款英國(guó)研制的“鷂”式戰(zhàn)機(jī)具備垂直起降功能。“鷂”式獨(dú)特的起降方式源于其裝備的羅爾斯·羅伊斯(RR)研制的“飛馬”發(fā)動(dòng)機(jī)，在前后一共有四個(gè)矢量噴管，噴出灼熱氣流推動(dòng)飛機(jī)升高。英國(guó)人就是依靠這款飛機(jī)，遠(yuǎn)征南大西洋打贏了馬島戰(zhàn)爭(zhēng)。但是這種爬升方式也有很大的弊端，灼熱的氣流不僅會(huì)灼傷甲板，也會(huì)嚴(yán)重減少矢量噴管的壽命，機(jī)械效率也不高。

出于海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的換裝需要，美國(guó)國(guó)防部把垂直起降型列入了F35項(xiàng)目的重點(diǎn)。洛馬公司為了爭(zhēng)取這個(gè)項(xiàng)目，很早之前就購(gòu)買了前蘇聯(lián)垂直起降戰(zhàn)機(jī)雅克-141的設(shè)計(jì)資料，并決定采用類似的技術(shù)路線。但由于軍方對(duì)這款通用型戰(zhàn)斗機(jī)的要求不斷增加，飛機(jī)重量也隨之水漲船高，因而對(duì)升力的要求超過了雅克-141很多，迫使研發(fā)團(tuán)隊(duì)不得不進(jìn)行全新的嘗試，最終實(shí)現(xiàn)了工程學(xué)上的奇跡。

推力強(qiáng)悍的發(fā)動(dòng)機(jī)

F35B型使用的發(fā)動(dòng)機(jī)為F135-PW-600（普拉特·惠特尼公司生產(chǎn)），由以下幾個(gè)部分組成：主體發(fā)動(dòng)機(jī)部分、左右各一個(gè)調(diào)姿噴管（噴氣來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)）、傳動(dòng)軸、離合器、以及升力風(fēng)扇。

相對(duì)于A型（空軍）和C型（海軍）使用的引擎，F(xiàn)135-PW-600推力略有減小，但其最大的特征是：在懸停時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在非加力狀態(tài)下產(chǎn)生的升力(176kN)極高，甚至接近加力推力(191.3kN)。之所以能做到這一點(diǎn)，有賴于發(fā)動(dòng)機(jī)的全權(quán)數(shù)控系統(tǒng)(FADEC)發(fā)掘出了發(fā)動(dòng)機(jī)的最大潛能。

而作為垂直起降戰(zhàn)機(jī)的關(guān)鍵，升力風(fēng)扇由英國(guó)的RR公司負(fù)責(zé)——F35B在懸停狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自身可以產(chǎn)生最大71.1kN的升力，再帶動(dòng)風(fēng)扇產(chǎn)生最大90kN的升力；兩側(cè)的噴管產(chǎn)生最大16.7kN的升力，并依靠飛控系統(tǒng)完成垂直起飛的控制工作，使最大起飛重量27噸的飛機(jī)完成爬升。

輕便卻強(qiáng)勁的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)

然而，強(qiáng)勁的動(dòng)力只是一個(gè)必要條件，并不充分。F35B最引人注目的技術(shù)難點(diǎn)在于，怎樣以盡可能輕的傳動(dòng)裝置傳輸盡可能多的動(dòng)能。考慮到重心、傳動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量以及效率的原因，RR公司在飛機(jī)的重心前方設(shè)置了升力風(fēng)扇，其動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓渦輪產(chǎn)生，并利用長(zhǎng)軸以及離合器帶動(dòng)風(fēng)扇。根據(jù)計(jì)算，僅僅依靠一根長(zhǎng)長(zhǎng)的主軸、截面積為臉盆般大小的離合器、個(gè)位數(shù)的齒輪以及全新的材料組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，就把相當(dāng)于驅(qū)逐艦級(jí)別的功率（28000馬力左右）傳送到了風(fēng)扇部分！也正是由于這項(xiàng)創(chuàng)舉，聯(lián)合研制團(tuán)隊(duì)獲得了美國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì)大獎(jiǎng)。

更具技術(shù)含量的是發(fā)動(dòng)機(jī)上的離合器。F35B的發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)后，低壓渦輪就不斷帶動(dòng)上圖中的主軸旋轉(zhuǎn)（此時(shí)并未與風(fēng)扇系統(tǒng)接觸）。等到需要驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的時(shí)候，離合器就使得主軸與風(fēng)扇接合，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)便能以最高的效率將動(dòng)力傳送到升力風(fēng)扇。由于離合器與升力風(fēng)扇的速度差極大，在接合瞬間會(huì)產(chǎn)生極高的溫度，這對(duì)材料提出了極高的要求。

因此，該團(tuán)隊(duì)使用了用于飛機(jī)起落架的碳耐磨材料，考慮到F35B傳動(dòng)系統(tǒng)的使用頻率和壽命，又在其表面做了硬化處理，形成了一種全新的材料。RR公司以這種材料減少了離合器中的齒輪數(shù)量，成功激活了F35B的垂直起降系統(tǒng)，使其更輕、更有力，還提升了效率、降低了油耗。

平心而論，齒輪構(gòu)成的傳動(dòng)系統(tǒng)并無(wú)特別之處，但是倘若使用普通的材料、或是離合控制系統(tǒng)不佳，那么傳動(dòng)瞬間摩擦產(chǎn)生的高溫就會(huì)把直接接觸的齒輪融化，或是在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后就會(huì)因?yàn)椴牧掀诙环笫褂茫@對(duì)材料的耐熱、耐疲勞性要求極高。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選用此套技術(shù)方案挑戰(zhàn)極大，但依靠雄厚的材料積累以及控制系統(tǒng)，他們成功了。

軍用轉(zhuǎn)民用，搶占商業(yè)市場(chǎng)

由于PW和RR在齒輪傳動(dòng)的控制和材料上得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步（而另一家巨頭GE實(shí)際上被排除在了項(xiàng)目之外），且齒輪傳動(dòng)有著效率高、較安靜的優(yōu)點(diǎn)，在民用航空上也大有可為，于是兩家公司決定將合作研發(fā)的軍事技術(shù)成果轉(zhuǎn)向民用。

PW公司開展了齒輪傳動(dòng)式風(fēng)扇(GTF)發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目，希望依靠新式的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)滿足更好的經(jīng)濟(jì)性，攻占由GE公司占據(jù)的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)。齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)家族的一個(gè)型號(hào)已經(jīng)在2015年成功裝機(jī)試驗(yàn)，更提出了反向傾斜安裝齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)的概念，大有開辟全新類型發(fā)動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)。

在吃了幾十年三轉(zhuǎn)子航發(fā)的老本后，RR也邁出了新的步伐。RR公司測(cè)試了新的Advance核心機(jī)，它保留了傳統(tǒng)的三轉(zhuǎn)子構(gòu)型，但已經(jīng)將總壓比提升到了60，油耗降低至原本型號(hào)的80%。不過RR打算在以新核心機(jī)為基礎(chǔ)研制的發(fā)動(dòng)機(jī)上增加可變距齒輪組，形成一種介于兩轉(zhuǎn)子和三轉(zhuǎn)子之間的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)性能，總壓比預(yù)計(jì)可提升至70。

大道至簡(jiǎn)

任何一家頂級(jí)的航空企業(yè)都有自己的看家本領(lǐng)，而F135的風(fēng)扇傳動(dòng)系統(tǒng)作為一個(gè)要求極高的難點(diǎn)，其解決方案并非是什么復(fù)雜的“花活”，反而就是最簡(jiǎn)單的齒輪系統(tǒng)。但是，這簡(jiǎn)單至極的結(jié)構(gòu)卻正是以材料方面的扎實(shí)積累與研究為基礎(chǔ)的。

這種方式看似投入大，周期長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)高。然而在解決了這個(gè)難點(diǎn)后，歐美公司卻能馬上以這種技術(shù)為核心把自己的民用發(fā)動(dòng)機(jī)做得更好，從而搶占利潤(rùn)豐厚的民用航發(fā)市場(chǎng)，然后再以利潤(rùn)“反哺”先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行下一步研發(fā)。這種方式的確值得我們學(xué)習(xí)。