升力风扇全貌

第二个组件是可调截面积叶片盒(VAVB)

  这个组件位于升力风扇下方,实际上就是被升力风扇的冷空气喷管。罗尔斯•罗伊斯公司生产的VAVB由一个铝合金框架和六片百叶窗式钛叶片组成。叶片可向后偏转达42度,向前偏转5度,以此调节气流方向。

  这6片叶片能在一定程度上实现独立控制,这6片中空钛合金叶片中,1、2、3号叶片为一组,由一个线性致动器驱动;4、5号叶片是第二组,由第二个线性致动器驱动;6号叶片由一个独立旋转致动器驱动。于是VAVB可实现喷管的矢量与截面积兼顾控制。VAVB同样受到FADEC的控制。

  VAVB喷管能对升力风扇产生的升力进行矢量调节,这个组件被整合进飞机结构中,能承受结构载荷,这样做的目的是节省重量,要知道实现短距起飞垂直降落的一个关键因素就是:发动机产生的垂直升力大于飞机重量。

  VAVB的切削铝制矩形框架上面开好了与机身结构连接的安装点,由于是一个结构件,所以要预先交付给诺斯罗普•格鲁门公司以便安装在该公司制造的机身中段上。

VAVB喷管的钛合金叶片

VAVB喷管对升力风扇气流起到了调节作用

VAVB喷管流场分析

VAVB喷管作为一个结构件要预先安装在机身中段

第三个组件是三轴承旋转模块(3BSM)喷管

  F-35B在悬停模式中,有15700磅(7121千克/69.84kN)的垂直升力来自飞机尾部三轴承旋转模块(3BSM)喷管中向下喷出的炽热燃气。这种有趣的喷管由三节连接在一起的管道组成,每节管道都是钛合金的,每节都通过环形轴承与其他喷管连接。当F-35B要悬停时,FADEC会命令3BSM喷管向下偏转95度,通过向下喷气来产生垂直升力。

  对F-35B的升力风扇设计师来说,满足悬停和起飞条件下的所有推力要求,以及如何实现翼载飞行与悬停过渡过程中的推力矢量变化,都是非常艰巨的挑战。

  3BSM喷管在2.5秒内就能完成95度偏转(从水平偏转到垂直状态),喷管在悬停模式中还能左右偏转12.5度进行横向控制。

  在悬停中,除了升力风扇产生的近20000磅升力外,F-35B两侧翼根中的滚转喷管(Roll Post)也能通过向下喷出旁通空气产生3700磅(1678千克/16.46kN)升力。F-35B在不到3秒的时间里,就能把尾喷管15700磅的水平推力矢量偏转成垂直向下,使总升力达到39000磅(17690千克)。

  F-35B的垂直升力几乎相当于欧洲“台风”战斗机的全加力推力,这惊人的推力矢量能力全靠F-35B庞大而复杂的FADEC软件来实现,该软件是普惠公司转为F-35B的推进系统开发的。

  3BSM喷管分为1、2、3号三段管道,1号管道安装与发动机上,2号管道在中间,最后一段是3号管道。每段管道上都有一个环形轴承,能够彼此独立旋转。1、2号管道各安装一个单独的致动器,一个传动齿轮箱把2、3号管道连接起来,使它们能够反向同速旋转。3BSM喷管的这两个环形轴承致动器都是燃油液压驱动的,部分燃油被加压到3500psi(24.1兆帕)后作为液压流体来驱动致动器的伺服阀。

3BSM喷管下偏状态

结构复杂的3BSM喷管

组装中的3BSM喷管

第四个组件是滚转喷管

  滚转喷管通过各自的管道与发动机相连。这根管道有着复杂外形,与发动机连接的一头为圆形截面,然后过渡到喷管一端的复杂截面。这些钛合金管道使用了超塑成形、扩散连接和激光焊接制造工艺。

  滚转喷管位于两侧翼根下方,喷管截面积可调,在F-35B悬停时提供滚转控制。为了实现这点,喷管管道从发动机引出旁通空气再通过喷管向下喷出。

  每个滚转喷管都被一个安装在翼根下表面的钛合金盖板盖住,这个舱门也受FADEC的控制。喷管在旋转制动器的控制下可调截面积,能改变推力的大小和矢量,使飞行员在悬停时能控制F-35B在滚转轴上的姿态。

  在洛克希德•马丁的X-35验证机上,连接发动机外壳和滚转喷管的管道中有一个阀门,正常飞行时阀门会关闭切断旁通气流。但生产型F-35B取消了这个阀门,旁通气流持续进入管道,所以只能用喷管盖板来控制滚转喷管通断了。

滚转喷管位于两侧翼根下方,喷管截面积可调

滚转喷管的安装位置