滚转喷管的管道

生产

  罗尔斯•罗伊斯公司已经把英国布里斯托尔的3BSM喷管和滚转喷管的组装线和测试设备搬到了美国印第安纳波利斯工厂,主要是为了省钱,目前新工厂已经投产。F-35B的升力风扇都是在印第安纳波利斯组装和测试的,升力风扇流水线的分为三个主要阶段,其中的离合器、齿轮箱和风扇模块有各自的独立组装线。该工厂目前每月生产一套完整的升力风扇系统,在F-35B生产高峰时,产量能翻三倍。

  印第安纳波利斯工厂还负责组装3BSM喷管,上面的致动器来自英国穆格工厂,此外还生产滚转喷管和VAVB喷管。

  3BSM喷管的壳体在英国布里斯托尔工厂加工并安装上环形轴承,然后被运至印第安纳波利斯进行组装,内容包括安装致动器和外部管线。组装完毕的3BSM喷管会被运到康涅狄格州东哈特福德,在普惠生产线上与发动机对接。完全组装的F135发动机再被运至洛克希德•马丁的沃斯堡工厂安装在F-35B上。

设计挑战

  罗尔斯•罗伊斯公司在设计这个升力系统时也遇到了不小的挑战。以升力系统项目主任贾莱特•琼斯为首的一个团队专注于改进升力风扇的级间导向叶片和3BSM喷管的轴承。

  在最初试飞中,升力风扇级间导向叶片在特定模式下会出现振动,给飞机带来了操作限制。最初抑制振动的解决方案在寒冷天气中效果很差,因为阻尼材料会在零下15度的低温中变硬,给F-35带来低温操作限制。所以设计团队重新设计了叶片,彻底消除了振动。由于无需使用阻尼材料,所以也就没有了相应的温度限制。

  3BSM喷管的测试发现从轴承中泄漏的冷却气流会冲击飞机结构,让飞机的铝合金结构件一直吹热风绝不是个好主意。团队在进行了台架试验后确定轴承无需气流冷却。于是他们重新设计轴承去掉了气冷功能,于是也成功消除了热空气冲击结构的风险。

  上述改进所涉及的级间导向叶片改装都在印第安纳波利斯工厂进行,这是因为要对升力风扇进行拆解。所有3BSSM喷管的改装都是在布里斯托尔完成的。

  不过罗尔斯•罗伊斯公司的团队在设计升力系统中遭遇的最大挑战是齿轮箱。

  由于齿轮承受的负荷远高于预计,所以他们必须用对齿轮进行有限元应力模拟分析,没有使用业界标准的齿轮设计方法。必须对计算机模型进行大量验证,才能获得满足短距起飞垂直降落要求的足够轻量的齿轮,而同时还能达到结构完整性要求。

  虽然两级反向旋转齿轮箱所使用的弧齿锥齿轮是相当简单的设计,但为了满足齿轮在尺寸和重量上的限制,以及实现能支撑全寿命周期的强度,团队在设计中进行的大量强度分析,并对设计工具和方法进行了重大改进。

  为确保升力系统设计在服役寿命中的耐用度,罗尔斯•罗伊斯公司已经对升力系统的硬件持续测试超过15000小时。从这一点看,已经可以证明整个系统的耐用性和可靠性。

修改前的升力风扇级间导向叶片

修改后的升力风扇级间导向叶片