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抄袭还是原创?F-35B三轴承旋转喷管的前世今生

发布时间:2014-07-24  原作者:CodeOne   点击数:

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译者 Armstrong

  每架F-35B“闪电II”短距起飞/垂直降落(STOVL)战斗机都装着一个非常关键的部件,这就是三轴承旋转喷管(3BSD)。3BSD位于飞机尾部,作用是普惠F135发动机的推力矢量从平飞时的向后变为垂直起降时的向下。这种矢量喷管可以平滑下弯95度而无需改变发动机运行状态,并且还能在F-35B悬停以及悬停与平飞间过渡时进行偏航控制。

3BSD的起源

  在20世纪60年代的冷战高峰,鉴于北约空军基地易遭苏联先发制人的空中打击,所以西方开始对垂直起降(VTOL)战术飞机产生了兴趣。这种飞机平时躲在硬化机堡中,在基地遭受突袭后仍然可以从损坏的跑道上起降。


这种飞机平时躲在硬化机堡中,在基地遭受突袭后仍然可以从损坏的跑道上起降。图为北美公司的设计

  美、英、德、法4国制造并测试了多种VTOL战斗机,但最后只有英国的“茶隼”成功服役,成为“鹞”式。铁幕另一边也只有苏联的雅克-38实际服役,该机使用了与“鹞”相似的发动机和矢量喷管布局。

  同时美国海军也在研究海洋控制战斗机概念,这种VTOL战斗机可在小甲板的海洋控制舰上起降,无需部署在传统航母上。美国海军要求海洋控制战斗机能满载垂直起飞,并且还能作为常规舰载战斗机部署到航母上,所以必要配备带加力燃烧室的发动机。

  而双操作模式又导致了更大更重的机身,对垂直升力的要求已超出主发动机的极限,最流行的解决方案是在前机身内增加小型升力发动机,在重心之前产生垂直向下的推力,这种设计被称为升力+升力/巡航发动机。艾里逊、罗罗及其他发动机制造商专门为此研制了多种小型涡喷升力发动机,飞机制造商们也制造了多种有着不同升力+升力/巡航发动机布局的VTOL原型机和验证机。

  在60年代中期,几乎所有的美国发动机制造商都研究了安装在VTOL战斗机主发动机上的3BSD喷管。美国专利局收到来自普惠、通用电气、甚至是波音军用飞机分部提交的3BSD专利申请,其设计各具特色。

  到60年代后期,普惠设计并测试了第一种3BSD喷管,一张1967年的设计图纸显示了该喷管的设计细节。普惠把第一个3BSD喷管在JT8D发动机上进行了测试,测试内容包括发动机在喷管弯曲90度状态时全加力运行。为避免试验台下方地面过热,JT8D被倒置让喷管向上弯曲。当然普惠最后也进行了向下喷气测试以评估因近地效应增加的压力对喷管性能的影响。


三轴承旋转喷管(3BSD)的尾喷管分成三段,接面都呈一定角度,通过三个密封圆形轴承连接起来。外部电机通过驱动旋转段上的齿轮来让尾喷管向下弯曲,在这个过程中前段和后段保持不动,只是中段旋转180度。最前端的轴承负责偏航控制,可以在垂直起降模式中对喷管进行横向偏摆

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