プラット・アンド・ホイットニー F119

F119
	F119エンジンのテスト
タイプ	ターボファン
国籍	アメリカ合衆国
メーカー	プラット・アンド・ホイットニー
主な用途	ロッキード・マーティン F-22 ラプター
建造数	507
に発展した	プラット・アンド・ホイットニー F135

プラット・アンド・ホイットニーF119（社名PW5000）は、プラット・アンド・ホイットニーが先進戦術戦闘機（ATF）プログラム（ロッキード・マーティンF-22ラプターの開発につながった）向けに開発したアフターバーナー付きターボファンエンジンである。このエンジンは35,000 lbf（156 kN）クラスの推力を発揮し、アフターバーナーなしでの超音速飛行、つまりスーパークルーズ（超音速巡航）の持続用に設計された。前身の F100よりも40%少ない部品で約22%の推力向上を実現したF119により、F-22はマッハ1.8までのスーパークルーズ速度を達成できる。^[1]^[2] F119のノズルには推力偏向機能が組み込まれており、ピッチ軸でエンジン推力を±20°方向転換してF-22の機動性を向上させる。

F119は統合打撃戦闘機（JSF）推進システムのベースでもあり、その派生型はボーイングX-32とロッキード・マーティンX-35コンセプトデモ機の両方に動力を与えている。X-35はJSFコンペティションで優勝し、量産型のロッキード・マーティンF-35ライトニングIIはF119派生型であるプラット・アンド・ホイットニーF135を搭載しており、最大43,000lbf（191kN）の推力を生み出す。^[3]

歴史

F119は、1980年代初頭の統合先進戦闘機エンジン（JAFE）プログラムから生まれたもので、空軍の先進戦術戦闘機（ATF）用の動力装置を供給することを目的としていた。社内でPW5000と呼ばれたプラット・アンド・ホイットニーの提案の詳細設計は、後にATFエンジン（ATFE）プログラムと改名されたJAFEの提案依頼（RFP）が1983年5月に発表された時に始まった。^[4]先進タービンエンジンガス発生器（ATEGG）プログラムや統合技術実証エンジン（JTDE）プログラムなどのエンジン技術の進歩により、より少ない段数でより多くの仕事をする設計が可能になり、PW5000のコンプレッサーはF100の10段と比較してわずか6段となった。高圧タービンと低圧タービンは単段で逆回転し、エンジンにかかるジャイロ力を軽減した。逆回転により、羽根のない高圧タービンと低圧タービンのインターフェース用のタービンステーターの列がなくなり、重量が軽減され、部品点数が減ると期待されたが、最終的には成功せず、ステーターは保持された。^[5]^[6]ファンとコンプレッサー段には、重量とコストを削減し、性能を向上させるために、ブリスクとしても知られる一体型ブレードローター（IBR）を使用することになっていた。 ATFのスーパークルーズに対する厳しい要件により、PW5000の設計では、バイパス比が低く、コアとタービン入口温度が高く、完全に可変の収束拡散ノズルを備え、中間出力または非アフターバーニング出力で高い比推力を実現している。社内でフロートウォールと名付けられた燃焼器では、熱サイクルによる亀裂の成長を軽減するために溶接部が排除された。^[7]

プラット・アンド・ホイットニーとゼネラル・エレクトリックは、それぞれYF119 とYF120と命名されたプロトタイプエンジンの製造を、デモンストレーションと検証 (Dem/Val) のために行うことに選ばれました。両エンジンメーカーは、ロッキード/ボーイング/ゼネラル・ダイナミクスYF-22とノースロップ/マクドネル・ダグラスYF-23 ATF 技術および飛行デモンストレーターの両方にエンジンを提供します。開発中に ATF の重量が増加したため、性能要件を満たすにはより大きな推力が必要になりました。総重量が 60,000 ポンド (27,200 kg) に増えると、必要な最大推力が 20% 増加して 35,000 lbf (156 kN) クラスになりました。プラット・アンド・ホイットニーの設計は、15% 大きいファンを組み込むように変更され、バイパス比が 0.25 から 0.30 に増加しました。しかし、ゼネラル・エレクトリックとは異なり、プラット・アンド・ホイットニーは、発生する可能性のある信頼性の問題を回避するために、ATFの飛行実証機用の飛行可能なYF119に大型ファンを取り付けなかった。代わりに、改良されたファンはライト・パターソン空軍基地で徹底的に地上テストされた。その結果、YF-22とYF-23の両方で、YF119の性能はYF120の性能よりも低かった。^[8]

1991年8月3日、プラット・アンド・ホイットニーはATFエンジンのEMD契約を獲得し、ロッキード/ボーイング/ジェネラル・ダイナミクス・チームはATF機体の契約を獲得した。YF119はゼネラル・エレクトリックの可変サイクルYF120に比べてより従来的な設計であったが、プラット・アンド・ホイットニーははるかに多くの試験時間を蓄積し、信頼性と低リスクを重視した。F119-PW-100の地上試験は1993年2月に初めて実施された。量産エンジンは量産型のF-22に取り付けられ、1997年9月7日のF-22の初飛行で初めて飛行した。^[8]^[9]合計507基のエンジンが製造された。^[10] 2013年にプラット・アンド・ホイットニーはオクラホマ州ティンカー空軍基地のF119重整備センター（HMC）で行われた最初のF119整備所オーバーホールを支援した。^[11]

ATEGGとJTDEによるタービンエンジンの進歩は、統合高性能タービンエンジン技術（IHPTET）プログラムによって継続され、F119の改良パッケージと派生型に応用されました。プロトタイプのYF119派生型は、ボーイングX-32とロッキードマーティンX-35 統合打撃戦闘機（JSF）コンセプト実証機に搭載され、その後のF119派生型の本格的な開発により、ロッキードマーティンF-35ライトニングIIに搭載されるF135エンジンファミリーが誕生しました。^[5]

デザイン

F119 は、ツインスプール軸流低バイパスターボファンです。単段低圧タービンで駆動される 3 段ファンと、単段高圧タービンで駆動される 6 段高圧コンプレッサを備えています。シュラウドレスファンには、幅広弦、低アスペクト比の中空チタンファンブレードがあり、ディスクにリニア摩擦溶接されて一体型ブレードローター (IBR) またはブリスクを形成しています。ファンとコンプレッサのステータと推力偏向ノズルには、Alloy C と呼ばれる耐燃焼性チタン合金が使用され、最初の列のベーンは可変で、失速およびサージマージンが増加します。フロートウォール環状燃焼器は、耐酸化性と燃焼室の耐久性のために高コバルト材料で裏打ちされており、燃料のクリーンな燃焼とNOx生成の削減を保証します。タービン排気ケース内の高圧タービンブレードは単結晶超合金で作られており、高圧コンプレッサからの空気を使用して衝突冷却されます。高圧スプールと低圧スプールは逆回転する。ATFをスーパークルーズ、つまりアフターバーナーなしで超音速飛行させる必要があるため、F119-PW-100では高い比推力を得るためにバイパス比が0.30と非常に低くなっている。F119には、ハミルトンスタンダード社が供給し、F-22の車両管理システムに完全に統合された、内部ではデジタル電子エンジン制御（ DEEC）とも呼ばれる、二重冗長フルオーソリティデジタルエンジン制御（FADEC）があり、エンジンの信頼性が高く、失速しにくく、急激なスロットル入力にも耐えられるようになっている。^[12]

3ゾーン（プロトタイプの4ゾーンから減少）アフターバーナー、またはオーグメンターは、セラミックレーダー吸収材（RAM）でコーティングされた厚い湾曲したベーンに燃料インジェクターを統合することで、航空機のステルス性に貢献しています。これらのベーンは、従来の燃料スプレーバーとフレームホルダーに代わるもので、タービンの視線を遮ります。長方形の収束発散ノズルは、高いノズル圧力比のために収束スロートと発散領域の両方で完全に可変であり、ピッチ軸で±20°ベクトル化できるため、尾部のピッチングモーメントをエンジン推力で増強することで、航空機のピッチ制御を大幅に改善します。これにより、F-22は60°を超えるトリムアルファで飛行しながら制御可能になります。推力ベクトル制御はF-22の飛行制御システムに完全に統合されており、取り扱いを容易にしています。長方形のノズルの末広部分はステルス性を高めるために2つのくさび形フラップで構成されており、排気煙を平らにし、渦流を通して周囲の空気と混合しやすくすることで赤外線シグネチャを低下させるのにも貢献しています。^[13]

F119はヒューマンシステムインテグレーションを重視しており、エンジンのメンテナンスと整備を容易にする機能には、軸方向に分割されたケース、色分けされたケーブルとハーネスなどのモジュール設計、整備に必要な手工具の数をわずか5個に削減することなどがある。ほとんどのコンポーネントは1層構造で、整備は防護服を着用したまま行うことができる。^[14]エンジンの設計寿命は合計8,650サイクルで、高温部は約2,000時間ごとに、低温部は4,000時間ごとに検査とオーバーホールが行われる。^[15]^[16]

プロトタイプのバリエーション

F-22の量産型F119には長方形の推力偏向ノズルが組み込まれていますが、他の航空機の試作型には機体に合わせた異なるノズルソリューションが採用されています。

YF-23のYF119には、上部の可変ウェッジフラップと下部の固定ランプで構成される単膨張ランプノズル（SERN）があり、後部胴体上部の溝に移行しています。SERNには推力偏向能力がありませんでしたが、溝で排気をさらに冷却できるため、機体下から見たときの赤外線シグネチャが大幅に減少しました。後部デッキの溝には、排気の熱に耐えられるようにエンジンブリードエアから「蒸散冷却」されたタイルが敷かれていました。^[13]

X-32とX-35のYF119の特殊派生型には、短距離離陸垂直着陸（STOVL）運用のための設備があった。X-32のYF119-PW-614にはピッチ軸推力偏向ノズルがあり、バルブはエンジン排気とブリードエアをリダイレクトして直接揚力を提供することができ、ハリアーのペガサスエンジンに似ている。対照的に、X-35のYF119-PW-611には下向きに旋回できる丸い軸対称ノズルがあり、低圧スプールはクラッチを介して連結されたリフトファンを駆動する。エンジンバイパスエアもロールポストに送られ、追加の揚力と安定性が得られる。X-35はJSFコンペティションで優勝し、そのシャフト駆動リフトファンシステムであるリフトシステム（LiftSystem）はロールスロイス社とプラット・アンド・ホイットニー社によってF135-PW-600用に完全に開発された。^[17]

バリエーション

YF119-PW-100L : YF-22用プロトタイプエンジン。定格推力 30,000 lbf クラス。
YF119-PW-100N : YF-23用プロトタイプエンジン。定格推力 30,000 lbf クラス。
F119-PW-100 :ファンが大きく、バイパス比 (BPR) が高く、推力クラス 35,000 lbf の定格を持つF-22A用の量産エンジン。
YF119-PW-611 : X-35用試作エンジン。
YF119-PW-614 : X-32用試作エンジン。

アプリケーション

仕様（F119-PW-100）

データはプラット・アンド・ホイットニー、^[18] RAND、^[9] Aviation Week、^[19] USAFから。 ^[20]^[21]

一般的な特徴

タイプ:ツインスプール、軸流増強ターボファン
長さ: 196インチ (497.8 cm) ^{[N 1]}
直径:入口約40インチ (100 cm)、全長48インチ (120 cm)、最大50インチ (130 cm)
乾燥重量:約5,000ポンド (2,270 kg) 全体^{[N 2]}

コンポーネント

コンプレッサー： 3段ファン、6段高圧コンプレッサー
バイパス比: 0.30:1
燃焼器： 環状燃焼器
タービン： 1段高圧、1段低圧逆回転タービン
ノズル： 2次元ベクトル収束発散
燃料タイプ: JP-8

パフォーマンス

最大推力:
- >26,000 lbf (116 kN) (軍用/中型パワー) このデータは設計指標です
- >35,000 lbf (156 kN) (アフターバーナー付き) ^{[N 3]}^[24]
総圧力比： 26:1
タービン入口温度: 3,000 °F (1,649 °C; 1,922 K)
推力重量比: 5.2:1 (中間)、7.0:1 (アフターバーニング)

参照

関連開発

プラット・アンド・ホイットニー F135

同等のエンジン

関連リスト

航空機エンジンの一覧

参考文献

注記

^ より長いノズル構造を持つYF119-PW-100Lプロトタイプでは203インチ（515.6 cm）。^[22]
^ ダイバージェントノズルセクションを除いたYF119-PW-100Lプロトタイプの場合、約3,900ポンド（1,769 kg）で、これは機体請負業者が提供する機器とみなされました。^[23]
^ 実際の推力は37,000～39,000 lbf（164.6～173.5 kN）の範囲です。

引用

^ F-22 飛行試験データ Archived 2006-06-18 at the Wayback Machine . 2007年8月8日にアクセス。
^ この種の最後のもの。Flightglobal。
^ 「F-35 Joint Strike Fighter Media Kit Statistics (ZIP, 98.2 KB)」. jsf.mil . 2019年6月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年4月16日閲覧。
^ 「米国軍用航空エンジンの指定」www.designation-systems.net . 2018年4月16日閲覧。
^ ab アロンシュタインとヒルシュベルク、1998、p. 227
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^ アロンスタイン＆ヒルシュバーグ 1998、211–215ページ。
^ ab アロンシュタインとヒルシュベルク、1998 年、221–222 ページ。
^ ab Obaid Younossi、Mark V. Arena、Richard M. Moore、Mark Lorell、Joanna Mason、John C. Graser (2002)。軍用ジェットエンジンの調達(PDF) (レポート)。RAND。p. 117。
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^ ab Katz, Dan (2017年7月7日). 赤外線ステルスの物理学と技術. Aviation Week . 2019年4月12日閲覧。
^ 2ndLt Kevin K. Liu、USMC、Ricardo Valerdi、Donna H. Rhodes、Col Larry Kimm、USAF、およびLt Col Alvis Headen、USAF (2010年4月)。F119エンジン：調達における人間システム統合の成功事例(PDF) (レポート)。国防調達大学 (DAU) 。 2024年4月2日閲覧。
^ 「プラット・アンド・ホイットニーのF119、全寿命性能を実証」プラット・アンド・ホイットニー2010年9月10日2019年5月12日閲覧。
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^ Bevilaqua, Paul M; Shumpert, Paul K, 垂直短距離離着陸機の推進システム（特許）, 米国: Patent genius, 5209428, 2012年2月25日時点のオリジナルよりアーカイブ, 2010年1月9日閲覧。
^ 「F119 エンジン」。プラット・アンド・ホイットニー。2014年8月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年11月28日閲覧。
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^ F-22 ラプターファクトシート。USAF、2009 年 3 月。
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^ 「ファクトシート：プラット・アンド・ホイットニー YF119-PW-100L 増強型ターボファン」。国立アメリカ空軍博物館。2014年12月14日。2014年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年4月16日閲覧。
^ アロンスタインとヒルシュバーグ 1998、218 ページ
^ AIRインターナショナル、2015年7月、63ページ

文献

アロンスタイン、デビッド C.、ヒルシュバーグ、マイケル J. (1998)。先進戦術戦闘機から F-22 ラプターへ: 21 世紀制空戦闘機の起源。バージニア州アーリントン: アメリカ航空宇宙学会。ISBN 978-1-56347-282-4。
メッツ、アルフレッド「ポール」（2017）。空軍伝説第220号。ノースロップYF-23 ATF。ミネソタ州フォレストレイク：スペシャルティプレス。ISBN 9780989258371。
ミラー、ジェイ（2005年）。ロッキード・マーティンF/A-22ラプター、ステルス戦闘機。ヒンクリー、イギリス：ミッドランド出版。ISBN 1-85780-158-X。

外部リンク