프랫앤휘트니 F119

Pratt & Whitney F119
F119
F119 엔진 온 테스트
유형 터보팬
국가원산지 미국
제조자 프랫 앤 휘트니
주요어플리케이션 록히드마틴 F-22 랩터
번호작성 507
로 발전했습니다. 프랫앤휘트니 F135

프랫 앤 휘트니 F119(Pratt & Whitney F119)는 미국 록히드마틴 F-22 랩터(Rockheed Martin F-22 Raptor)를 탄생시킨 ATF(Advanced Tactical Fighter) 프로그램을 위해 프랫 앤 휘트니(Pratt & Whitney)가 개발한 후 연소식 터보팬 엔진입니다. 엔진은 35,000 lbf(156 kN)급의 추력을 제공하며, 애프터 버너, 슈퍼 크루즈 없이 지속적인 초음속 비행을 위해 설계되었습니다. F-119는 F-22가 최대 마하 1.8의 초순항속도를 낼 수 있도록 F-100보다 40% 적은 부품으로 거의 22% 더 많은 추력을 제공합니다.[1][2] F119의 노즐에는 추력 벡터링이 내장되어 있어 엔진 추력을 피치 축으로 ±20° 방향으로 유도하여 F-22의 기동성을 향상시킵니다.

F119는 또한 JSF(Joint Strike Fighter) 추진 시스템의 기반이 되며, 보잉 X-32와 록히드 마틴 X-35의 개념 시연기에 동력을 공급하는 변형 모델이 있습니다. Rockheed Martin F-35 Lightning II는 F119 파생 모델인 Pratt & Whitney F135에 의해 구동되어 최대 43,000파운드(191kN)의 추력을 생산합니다.[3]

역사

F119는 1980년대 초 공군의 첨단 전술 전투기(ATF)를 위한 발전소 공급을 목표로 한 합동 첨단 전투기 엔진(JAF) 프로그램에서 비롯되었습니다. Pratt & Whitney의 제출물에 대한 상세한 설계는 내부적으로 PW5000으로 지정되었으며, 이후 ATF Engine으로 이름이 변경된 JFE에 대한 제안 요청(RFP)이 1983년 5월에 공개되면서 시작되었습니다.[4] 고급 터빈 엔진 가스 발전기(ATGG)와 합동 기술 실증 엔진(JTDE) 프로그램과 같은 엔진 기술의 발전으로 인해 설계는 더 적은 단계로 더 많은 작업을 수행할 수 있었고, PW5000의 압축기는 F100의 압축기의 10단계에 비해 단 6단계에 불과했습니다. 고압 및 저압 터빈은 단상 및 역회전 방식으로 엔진의 자이로스코프 힘을 줄였습니다. 역회전 방식으로 터빈 고정자가 일렬로 늘어선 것을 제거하여 무게를 절약하고 부품 수를 줄일 수 있기를 기대했지만 결국 성공하지 못하고 고정자가 유지되었습니다.[5] 팬과 압축기 단계는 중량과 비용을 줄이고 성능을 향상시키기 위해 ISR(Integrated Bladed Rotor)을 사용하는 것이었습니다. 슈퍼크루즈에 대한 ATF의 까다로운 요구사항 때문에, PW5000 설계는 낮은 바이패스 비율, 높은 코어 및 터빈 입구 온도, 그리고 중간 또는 비후 연소력에서 높은 비추력을 달성하기 위한 완전 가변 수렴-분산 노즐을 가지고 있습니다. 내부적으로 Floatwall이라는 이름의 연소기는 열 순환으로 인한 균열 성장을 완화하기 위해 용접을 제거했습니다. 원래 RFP는 항공기 총중량 50,000파운드(22,700kg)에 대해 30,000파운드(133kN)급에서 최대 추력을 요구했습니다.[6]

Pratt & Whitney와 General Electric은 각각 YF119와 YF120으로 명명된 시제품 엔진을 시연 및 검증(Dem/Val)하기 위해 선정되었습니다. 두 엔진 제조사 모두 록히드/보잉/제너럴 다이내믹스 YF-22와 노스롭/맥도넬 더글러스 YF-23 ATF 기술 및 비행 시연용 엔진을 제공할 예정입니다. 개발 과정에서 ATF의 무게가 증가함에 따라 성능 요구 사항을 충족하기 위해 더 많은 추력이 필요했습니다. 총 중량이 60,000파운드(27,200kg)로 증가함에 따라 필요한 최대 추력은 35,000파운드(156kN)급으로 20% 증가했습니다. Pratt & Whitney의 디자인은 15% 더 큰 팬을 포함하도록 변경되어 바이패스 비율이 0.25에서 0.30으로 증가했습니다. 그러나 General Electric과 달리 Pratt & Whitney는 발생할 수 있는 잠재적인 신뢰성 문제를 피하기 위해 ATF 비행 시연용 YF 119에 대형 팬을 장착하지 않았습니다. 대신, 수정된 팬은 라이트-패터슨 공군 기지에서 광범위하게 접지 테스트를 받았습니다. 그 결과 YF-22와 YF-23 모두 YF120보다 YF119에서 성능이 떨어졌습니다.[7]

1991년 8월 3일, 프랫 앤 휘트니는 ATF 엔진에 대한 EMD 계약을 받았고, 록히드/보잉/제너럴 다이내믹스 팀은 ATF 기체에 대한 계약을 따냈습니다. YF119는 General Electric의 가변 사이클 YF120과 비교했을 때 더 전통적인 디자인이었지만, Pratt & Whitney는 훨씬 더 많은 테스트 시간을 확보하고 신뢰성과 낮은 위험을 강조했습니다. F119-PW-100의 지상 시험은 1993년 2월에 처음 실시되었습니다. F-22는 1997년 9월 7일 F-22의 첫 비행을 시작으로 F-22의 첫 비행을 시작했습니다.[7][8] 총 507대의 엔진이 생산되었습니다.[9] 2013년 프랫 & 휘트니는 오클라호마 팅커 공군 기지의 F119 중정비 센터(HMC)를 지원하여 첫 번째 F119 창고 정비 작업을 수행했습니다.[10]

ATEGG 및 JTDE의 터빈 엔진 진보는 통합 고성능 터빈 엔진 기술(IHPTET) 프로그램과 함께 계속되었으며, F119 개선 패키지 및 파생 모델에 적용되었습니다. YF119 시제품은 보잉 X-32와 록히드 마틴 X-35 JSF(Joint Strike Fighter) 개념의 시승기에 동력을 공급했고, 이후 F119 파생 모델의 본격적인 개발로 록히드 마틴 F-35 라이트닝 II의 동력을 공급하는 F135 계열의 엔진이 만들어졌습니다.[11]

설계.

F119는 트윈풀 축류 저바이패스 터보팬입니다. 1단 저압 터빈으로 구동되는 3단 팬과 1단 고압 터빈으로 구동되는 6단 고압 압축기가 있습니다. 쉬라우드가 없는 팬에는 선 마찰 방식으로 디스크에 용접되어 일체형 IBR(Integrated-bladed rotor) 또는 블리스크를 형성하는 넓은 코드와 낮은 종횡비의 중공 티타늄 팬 블레이드가 있습니다. 압축기 고정 장치와 스러스트 벡터 노즐은 연소에 강한 티타늄 합금인 합금 C를 사용하며, 1열 베인은 서지 마진을 증가시키기 위해 가변적입니다. Floatwall 환형 연소기는 내산화성 및 연소실 내구성을 위해 고코발트 소재로 안감되어 있으며 연료의 깨끗한 연소와 NOx 발생 감소를 보장합니다. 고압 터빈 블레이드는 고압 압축기의 공기를 사용하여 냉각된 단결정 슈퍼 합금과 충돌로 만들어졌습니다. 고압 및 저압 스풀은 역회전합니다. ATF가 슈퍼크루즈를 하거나, 애프터버너 없이 초음속 비행을 해야만 높은 비중의 추진력을 얻을 수 있는 F119-PW-100의 경우 매우 낮은 우회 비율이 0.30이 됩니다. F119에는 내부적으로 DEC(Digital Electronic Engine Control)라고도 불리는 이중 이중화된 전권 디지털 엔진 컨트롤(FADEC)이 있으며, Hamilton Standard에서 공급하고 F-22의 차량 관리 시스템에 완전히 통합되어 있습니다.[12]

F-22에 장착된 F119의 독특한 직사각형 추력 벡터링 노즐.

3구역 애프터 버너, 즉 증강 장치는 연료 분사기를 세라믹 레이더 흡수 물질(RAM)로 코팅된 두꺼운 곡선형 베인에 통합하여 항공기의 스텔스에 기여합니다. 이 베인은 전통적인 연료 분사 바와 화염 홀더를 대체하고 터빈의 가시선을 차단합니다. 수렴 발산 노즐은 피치 축으로 ±20°를 벡터할 수 있으며, 이는 엔진 추력으로 꼬리의 피칭 모멘트를 증가시켜 항공기의 피칭 권한을 크게 향상시킵니다. 이를 통해 F-22는 60° 이상의 다듬어진 알파로 비행하면서 제어 가능한 상태를 유지할 수 있습니다. 추력 벡터링은 F-22의 비행 제어 시스템에 완전히 통합되어 핸들링이 용이합니다. 직사각형 노즐은 스텔스를 위한 쐐기 모양의 플랩 2개로 구성되어 있으며 배기 플룸을 평탄화하고 헛간 와류를 통해 주변 공기와의 혼합을 용이하게 하여 적외선 서명을 낮추는 데 기여합니다.[13]

F119의 설계 수명은 총 누적 주기 8,650회이며, 약 2,000시간마다 핫 섹션을, 4,000시간마다 콜드 섹션을 정비합니다.[14][15]

프로토타입 변형

F-22에서 생산된 F119는 직사각형 추력 벡터링 노즐을 포함하고 있지만 다른 항공기의 프로토타입은 기체에 맞춘 노즐 솔루션이 다양했습니다.

YF-23의 YF119는 상단에 가변 웨지 플랩과 하단에 고정 램프로 구성된 단일 확장 램프 노즐(SERN)을 가지고 있었고, 이는 이후 후방 동체 상단의 트렌치로 전환됩니다. SERN은 추력 벡터 기능이 없었지만, 참호에서 배기가스를 더 냉각할 수 있게 하여 항공기 아래에서 볼 때 적외선 신호를 크게 감소시켰습니다. 후갑판의 참호에는 배기가스의 열을 견디기 위해 엔진 블리딩 공기에서 "흡입 냉각"된 타일이 늘어서 있었습니다.[13]

X-32와 X-35에 특화된 YF119는 짧은 이륙과 수직 착륙(STOVL) 작전을 수행할 수 있습니다. X-32에 장착된 YF119-PW-614는 피치축 추력 벡터링 노즐이 장착되어 있으며, 엔진 배기가스와 블리딩 공기를 직접적으로 상승시킬 수 있습니다. 반면 X-35의 YF119-PW-611은 회전축 대칭 노즐을 가지고 있어 낮은 압력의 스풀이 클러치를 통해 결합되는 리프트 팬을 구동하는 동안 아래쪽으로 회전할 수 있습니다. 또한 엔진 바이패스 공기는 추가적인 리프트와 안정성을 위해 롤 포스트로 전달됩니다. X-35는 JSF 대회에서 우승을 차지했고, Rolls-Royce와 Pratt & Whitney에 의해 F135-PW-600을 위한 샤프트 구동 리프트 팬 시스템(Lift System)이 개발되었습니다.[16]

변종

  • YF119-PW-100L: YF-22의 시제 엔진; 30,000lbf 추력 등급.
  • YF119-PW-100N: YF-23의 시제 엔진; 30,000lbf 추력 등급.
  • F119-PW-100: 35,000lbf 추력 등급에서 팬이 더 크고 바이패스 비율(BPR)이 증가한 F-22A용 생산 엔진.
  • YF119-PW-611: X-35용 시제 엔진.
  • YF119-PW-614: X-32용 시제 엔진.

적용들

규격 (F119-PW-100)

YF119팬
YF119-PW-100L 추력 벡터링 노즐

프랫 & 휘트니, 미국 공군 국립 박물관,[17][18] 랜드,[8] 항공 위크,[19] USAF.[20]

일반적 특성

  • 유형 : 트윈풀, 축류 증강 터보팬
  • 길이 : 203in (516cm)
  • 지름 : 약 46인치 (117cm)
  • 건조 중량 : 3,900lb (1,769kg)

구성 요소들

성능

참고 항목

관련발전

비교 엔진

관련 리스트

참고문헌

  1. ^ 실제 추력은 37,000–39,000 lbf(164.6–173.5 kN) 범위입니다.
  1. ^ F-22 비행 시험 데이터는 웨이백 머신에 보관된 2006-06-18. 2007년 8월 8일 접속했습니다.
  2. ^ 마지막. 글로벌 비행.
  3. ^ "F-35 Joint Strike Fighter Media Kit Statistics (ZIP, 98.2 KB)". jsf.mil. Archived from the original on 26 June 2019. Retrieved 16 April 2018.
  4. ^ "Designations Of U.S. Military Aero Engines". www.designation-systems.net. Retrieved 16 April 2018.
  5. ^ "New F119 turbine gets deeper blade curves, changed stator count". Aviation Week. 31 July 1995.
  6. ^ Aronstein 211-215쪽
  7. ^ a b Aronstein 221~222쪽
  8. ^ a b Obaid Younossi; Mark V. Arena; Richard M. Moore; Mark Lorell; Joanna Mason; John C. Graser (2002). Military Jet Engine Acquisition (PDF) (Report). RAND. p. 117.
  9. ^ Majumdar, Dave (17 January 2013). "Pratt & Whitney to deliver last F-22 Raptor engine".
  10. ^ PRNewswire. "Pratt & Whitney, U.S. Air Force Complete First Depot Overhaul of an F119 Engine". providencejournal.com. Archived from the original on 27 August 2019. Retrieved 16 April 2018.
  11. ^ Aronstein pp. 227
  12. ^ "Pratt & Whitney F119". Forecast International.
  13. ^ a b Katz, Dan (7 July 2017). The Physics And Techniques Of Infrared Stealth. Retrieved 12 April 2019. {{cite book}}: work= 무시됨(도움말)
  14. ^ "Pratt & Whitney's F119 Demonstrates Full Life Capability". Pratt & Whitney. 10 September 2010. Retrieved 12 May 2019.
  15. ^ Drew, James (24 September 2015). "P&W Expects Influx of F119 Overhauls as Raptor Unsheathes Talons". Flight Global.
  16. ^ Bevilaqua, Paul M; Shumpert, Paul K, Propulsion system for a vertical and short takeoff and landing aircraft (patent), United States: Patent genius, 5209428, archived from the original on 25 February 2012, retrieved 9 January 2010.
  17. ^ "F119 Engine". Pratt & Whitney. Archived from the original on 2014-08-31. Retrieved 2012-11-28.
  18. ^ "Factsheets: Pratt & Whitney YF119-PW-100L Augmented Turbofan". 14 December 2014. Archived from the original on 2014-12-14. Retrieved 16 April 2018.
  19. ^ Bill Sweetman (2014년 11월 3일). "J-20 스텔스 전투기 설계 속도와 민첩성의 균형" 항공 주간 & 우주 기술. 2014년 11월 8일 검색
  20. ^ F-22 랩터 팩트시트. USAF, 2009년 3월
  21. ^ AIR International, 2015년 7월 63페이지
  • Aronstein, David C.; Hirschberg, Michael J. (1998). Advanced Tactical Fighter to F-22 Raptor: Origins of the 21st Century Air Dominance Fighter. Arlington, Virginia: American Institute of Aeronautics & Astronautics. ISBN 978-1-56347-282-4.

외부 링크

Wikimedia Commons에는 Pratt & Whitney F119와 관련된 미디어가 있습니다.