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3. F135-PW-100组件结构

F135-PW-100是在F119-PW-100的核心发动机和主体结构的基础上，采用与F119-PW-100发动机相同的核心发动机。 为了增加推力，增加发动机的空气流量和涵道比，提高发动机的工作温度。 在保持原风机高压比、高效率、喘振裕度大、重量轻的同时，风机截面积增加10-20%。 6级压气机与F119-PW-100发动机基本相同。

(1) 进风口及低压风机

F135-PW-100 进气口由一圈 21 个安装在前低压轴承上的固定径向导叶组成。

与F119一样，F135-PW-100也采用了三级风扇，即低压压缩机（Low Pressure Compressor，LPC），每台风扇包括一个单片式整体叶片转子，由坚固的钛合金焊接而成圆盘和钛合金叶片 与 F119 的每级风扇相比，它具有更高的质量流量和压缩比。 此外，F135-PW-100 具有增强的稳定性、抗冲击性和每级风扇重量更轻的特点。 风扇外壳由有机基复合材料 (OMC) 制成。 一级风扇采用中空OMC材料铰链试验机，采用直线摩擦焊工艺焊接在圆盘上； 二、三级风扇采用侧铣钛合金，采用相同工艺焊接而成。 直线摩擦焊是利用两个工件以一定的频率和振幅往复运动所产生的热量进行焊接的方法。 结合面加热熔化后，工件在压力下结合。 F135-PW-100进风口直径1.168米，每台风机单片整体叶片转子直径1.1米，涵道比0.57。

F135-PW-100发动机部分结构图

(2) 压缩机

F135-PW-100拥有六级高压压气机（HPC）单元，每一级也采用整体叶盘方式，旋转方向与之前的LPC相反。 第一个两级整体叶盘由钛合金制成。 由于气流经过每一级压缩后会变得更热，因此后四级叶盘采用高强度镍基合金制成，可承受更高的温度。 分体式钛制前箱有不对称的稳定导叶（定子），均为整体叶片。 后定子由镍合金铸造而成，并分段布置在高蠕变强度钛合金外壳环中。 HPC总直径为0.635米，单位气体流量为12​​9.6kg/s，总压缩比为35:1。

(3) 燃烧室

F135-PW-100 的单环形扩散器/燃烧器也源自 F119，具有可拆卸衬里和一组燃料喷嘴，所有这些都安装在一个扩散器外壳内。 燃烧室外壳的长度和直径约为0.762米，燃烧室内部的长度和直径约为0.23米，直径约为0.51米。 进入燃烧室的气流压力可达4150kPa，温度可达920K。 当 F135-PW-100 全功率运行时，气流仅需 0.003 秒即可通过燃烧室。 燃烧室内胆采用冲击冷却和气膜冷却，内壁还铺有浮壁陶瓷涂层镍基铸造材料。 这种材料的表面有成千上万个小孔，可以在固定位置上下浮动。 燃烧室出口气体温度可达2450K。

F135-PW-100发动机燃烧室示意图

(4) 高压汽轮机和低压汽轮机

F135-PW-100的高压涡轮（High Pressure Turbine，HPT）采用新型翼型涂层冷却单叶栅结构，也是在F119的基础上，但冷却流量增加了一倍。 高压涡轮通过关闭后定子角加强射流冲击冷却，高压涡轮高强度粉末冶金烧结转子叶片采用第二代单晶镍基合金，具有优良的外部气密性能。 高压涡轮的直径约为0.914米。 当进水温度超过1920K时，涡轮转子的转速可达15,000 RPM，同时产生约47,752kW的功率。 涡轮转子叶片通过切向机载喷射 (TOBI) 冷却，以最大限度地减少压力损失，并且涡轮转子的每个叶片都是具有多个冷却通道的复杂铸件。

据普惠公司下一代战斗机发动机总经理吉米肯扬在接受采访时介绍，F135-PW-100的所有旋翼叶片都采用了基于镍合金的新型铸造工艺。 这种铸造工艺可以在转子叶片表面产生许多内部小孔以增强冷却效果，叶片上还涂有最新的隔热材料。 叶片冷却机制可分为外冷机制和内冷机制：内冷机制是叶片前缘的冲击冷却和叶片内部通道的强制对流； 外冷机构主要采用气膜冷却和后缘喷射。

多孔冷却概念涡轮叶片

F135-PW-100高压涡轮叶片内部结构

F135-PW-100低压涡轮机（Low Pressure Turbine，LPT）为两级设计结构，比F119的单级LPT能提供更大的输出功率，HPT旋转方向相反。

(5) 加力

普惠尚未透露F135-PW-100加力燃烧器的具体细节，但可以了解到，F135-PW-100的加力燃烧器是可变收缩喷嘴，具有先进的燃烧器系统，能够处理大体积气流。 加力燃烧器包含 15 个液压驱动的铰接襟翼，用于控制推进喷射。 喷射气体压力可达621kPa，温度可达2200K。 液压执行器的面积和形状可以改变。 当大量射流袭来时，液压执行器可以辅助旁路气流减少面积，从而获得加力效果。

F135-PW-100 采用多区燃油喷射技术在加力点火器后面喷射燃油。 燃油喷射器可以在单个区域喷射燃油，因此可以调节加力燃烧室。 在飞行员的控制下，多区燃油喷射技术可以提供平稳的推力变化过程。

与F119发动机一样，F135-PW-100的加力燃烧室也采用了隐身设计。 这两款发动机将多区喷油嘴隐藏在弯曲的静态导流叶片中，从而取消了传统的喷油杆和火焰稳定装置。 设备。

从尾部看，普惠将挡F135-PW-100排气喷口内部结构

4. F135-PW-100电子及动力系统

(1)PHM系统

除了完善的状态监测和故障诊断能力，F135系列发动机还对故障预测提出了要求，也具备一定的预测能力。 预测是将发动机健康管理 (EHM) 系统与以前的发动机监测系统 (EMS) 区分开来的显着特征之一。 为此，普惠公司投入大量资源研发新型传感器和诊断软件，形成了较为完善的健康管理体系和配套的评估指标体系，形成了F135-PW-100发动机健康预测与管理系统（Prognostics and健康管理，PHM）。

F135-PW-100的PHM系统驻留在全权数字电控装置（FADEC）中，接收来自各种传感器的信息，包括：发动机进气杂物、润滑油状态、发动机压力、轴承健康信息、静电润滑油碎片等信息，以及来自先进的寿命算法和部件状态监测系统的信息，进行融合和推理处理。

F135-PW-100的PHM系统集成了吸入碎片监测（IDMS）、发动机颗粒监测（EDMS）、涡流叶片监测（ECBS）、油颗粒监测（ODM）等功能，可自动检测发动机飞行过程中出现故障，自动调整发动机工作状态并通知飞行员； 同时，通过F-35A/C战斗机机载的多功能高级数据链（MADL）将数据实时传输至基地，让基地提前准备好需要更换的发动机飞机降落。 部分。

F135-PW-100的PHM系统

(2) PTMS系统

F135-PW-100 的飞机动力和热管理系统 (PTMS) 有四种主要工作模式：

●自启动模式（SSM）；

● 主机启动模式（MES）；

● 冷却方式（CM）；

●紧急电源模式（EPM）。

在自启动模式下，PTMS 使用飞机电池的电力来启动涡轮机旋转。 系统中的SR S/G开关磁阻电机/启动器利用飞机电池的电能获得运行动力。 连接破损的套筒。 当涡轮功率转速达到一定转速时，发电机可以稳定输出功率，功率和热管理系统将进入自我维持模式。 此时飞行器通过消耗燃油获取电力。

当PTMS处于主机启动模式时，飞行器通过持续燃烧燃油获取动力，通过配电网络为另一侧的SR S/G开关磁阻电机供电铰链试验机，SR S/G开关磁阻电机此时电机驱动主机运转。

主机启动后，PTMS工作在制冷模式。 在此模式下，PTMS 的燃烧室将停止使用。 PTMS的动力涡轮由与高压压气机相连的进气管的压缩空气驱动，压气机处于半闭环状态。 控制。 当压缩机关闭时，压缩空气通过空气管道热交换器 (FDHX)，进一步膨胀并进入冷却涡轮机。 来自涡轮机出口的部分冷却空气被送至驾驶室进行增压和空调。

如果主机在飞行中出现故障，PTMS将自动进入应急发电模式。 压气机打开旁通阀，将飞行器高压缸内储存的空气和压缩气体泵入PTMS燃烧室，应急燃油系统将气体喷入燃烧室进行燃烧。 高温高压气流经过加热膨胀后带动动力涡轮，进而带动整个PTMS发电机组恢复动力，使整个PTMS涡轮系统保持稳定工作状态。

2018年6月13日，普惠公司宣布将为F135系列发动机选择“增长选项2.0”升级计划（Growth Option 2.0），增加电源和热管理系统（PTMS）的容量。 “成长2”升级方案是根据用户对PTMS提升的需求配置的，将显着提升PTMS容量。 在整个飞行包线范围内，与“成长1.0”相比，“成长2.0”可同比节省5-6%的油耗，提升6-10%的动力，并提升PTMS容量。

总结

普惠公司在F135-PW-100的研制中运用了众多航材技术、工艺技术和电子系统技术，彰显了美国强大的工业和科技实力。 我国第五代歼20虽然已经服役，但其搭载的WS15发动机研制进度却落后于飞机本身。 从这个角度来看，我国战斗机的发动机研制还有很长的路要走。

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