核心提示：F35B垂直/短距起降型戰機作為整個F35項目中難度最大的機型，其最嚴峻的問題莫過于如何獲取足夠的動力，這在很大程度上決定了這個項目的發展進度。而F135-PW-600利用渦輪帶動的風扇、簡易卻先進的傳動系統以及矢量噴口裝置，為F35B提供了一前一后兩股巨大的升力，解決了動力難題。今天筆者就給大家介紹該型發動機及其升力風扇的傳動系統，以及在民用領域的發展。

選擇風扇爬升方案

在F35B問世之前，美英僅有一款英國研制的“鷂”式戰機具備垂直起降功能。“鷂”式獨特的起降方式源于其裝備的羅爾斯·羅伊斯(RR)研制的“飛馬”發動機，在前后一共有四個矢量噴管，噴出灼熱氣流推動飛機升高。英國人就是依靠這款飛機，遠征南大西洋打贏了馬島戰爭。但是這種爬升方式也有很大的弊端，灼熱的氣流不僅會灼傷甲板，也會嚴重減少矢量噴管的壽命，機械效率也不高。

出于海軍陸戰隊的換裝需要，美國國防部把垂直起降型列入了F35項目的重點。洛馬公司為了爭取這個項目，很早之前就購買了前蘇聯垂直起降戰機雅克-141的設計資料，并決定采用類似的技術路線。但由于軍方對這款通用型戰斗機的要求不斷增加，飛機重量也隨之水漲船高，因而對升力的要求超過了雅克-141很多，迫使研發團隊不得不進行全新的嘗試，最終實現了工程學上的奇跡。

推力強悍的發動機

F35B型使用的發動機為F135-PW-600（普拉特·惠特尼公司生產），由以下幾個部分組成：主體發動機部分、左右各一個調姿噴管（噴氣來自發動機）、傳動軸、離合器、以及升力風扇。

相對于A型（空軍）和C型（海軍）使用的引擎，F135-PW-600推力略有減小，但其最大的特征是：在懸停時，發動機在非加力狀態下產生的升力(176kN)極高，甚至接近加力推力(191.3kN)。之所以能做到這一點，有賴于發動機的全權數控系統(FADEC)發掘出了發動機的最大潛能。

而作為垂直起降戰機的關鍵，升力風扇由英國的RR公司負責——F35B在懸停狀態時，發動機自身可以產生最大71.1kN的升力，再帶動風扇產生最大90kN的升力；兩側的噴管產生最大16.7kN的升力，并依靠飛控系統完成垂直起飛的控制工作，使最大起飛重量27噸的飛機完成爬升。

輕便卻強勁的齒輪傳動系統

然而，強勁的動力只是一個必要條件，并不充分。F35B最引人注目的技術難點在于，怎樣以盡可能輕的傳動裝置傳輸盡可能多的動能。考慮到重心、傳動系統質量以及效率的原因，RR公司在飛機的重心前方設置了升力風扇，其動力由發動機的低壓渦輪產生，并利用長軸以及離合器帶動風扇。根據計算，僅僅依靠一根長長的主軸、截面積為臉盆般大小的離合器、個位數的齒輪以及全新的材料組成的傳動系統，就把相當于驅逐艦級別的功率（28000馬力左右）傳送到了風扇部分！也正是由于這項創舉，聯合研制團隊獲得了美國工業協會大獎。

更具技術含量的是發動機上的離合器。F35B的發動機在啟動后，低壓渦輪就不斷帶動上圖中的主軸旋轉（此時并未與風扇系統接觸）。等到需要驅動風扇的時候，離合器就使得主軸與風扇接合，這樣發動機便能以最高的效率將動力傳送到升力風扇。由于離合器與升力風扇的速度差極大，在接合瞬間會產生極高的溫度，這對材料提出了極高的要求。

因此，該團隊使用了用于飛機起落架的碳耐磨材料，考慮到F35B傳動系統的使用頻率和壽命，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量，成功激活了F35B的垂直起降系統，使其更輕、更有力，還提升了效率、降低了油耗。

平心而論，齒輪構成的傳動系統并無特別之處，但是倘若使用普通的材料、或是離合控制系統不佳，那么傳動瞬間摩擦產生的高溫就會把直接接觸的齒輪融化，或是在持續運轉后就會因為材料疲勞而不敷使用，這對材料的耐熱、耐疲勞性要求極高。設計團隊選用此套技術方案挑戰極大，但依靠雄厚的材料積累以及控制系統，他們成功了。

軍用轉民用，搶占商業市場

由于PW和RR在齒輪傳動的控制和材料上得到了長足的進步（而另一家巨頭GE實際上被排除在了項目之外），且齒輪傳動有著效率高、較安靜的優點，在民用航空上也大有可為，于是兩家公司決定將合作研發的軍事技術成果轉向民用。

PW公司開展了齒輪傳動式風扇(GTF)發動機項目，希望依靠新式的齒輪傳動設計滿足更好的經濟性，攻占由GE公司占據的民用航空發動機市場。齒輪傳動發動機家族的一個型號已經在2015年成功裝機試驗，更提出了反向傾斜安裝齒輪發動機的概念，大有開辟全新類型發動機的趨勢。

在吃了幾十年三轉子航發的老本后，RR也邁出了新的步伐。RR公司測試了新的Advance核心機，它保留了傳統的三轉子構型，但已經將總壓比提升到了60，油耗降低至原本型號的80%。不過RR打算在以新核心機為基礎研制的發動機上增加可變距齒輪組，形成一種介于兩轉子和三轉子之間的結構，進一步增強性能，總壓比預計可提升至70。

大道至簡

任何一家頂級的航空企業都有自己的看家本領，而F135的風扇傳動系統作為一個要求極高的難點，其解決方案并非是什么復雜的“花活”，反而就是最簡單的齒輪系統。但是，這簡單至極的結構卻正是以材料方面的扎實積累與研究為基礎的。

這種方式看似投入大，周期長，風險高。然而在解決了這個難點后，歐美公司卻能馬上以這種技術為核心把自己的民用發動機做得更好，從而搶占利潤豐厚的民用航發市場，然后再以利潤“反哺”先進技術，進行下一步研發。這種方式的確值得我們學習。