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| YF120 | |
|---|---|
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| アメリカ空軍国立博物館の YF120 | |
| タイプ | 可変サイクル ターボファン |
| 国籍 | アメリカ合衆国 |
| メーカー | ゼネラル・エレクトリック |
| 最初の実行 | 1980年代 |
| 主な用途 | ロッキード YF-22 ノースロップ YF-23 |
| に発展した | ゼネラルエレクトリック/ロールスロイス F136 |
ゼネラル・エレクトリック YF120 は、社内ではGE37と呼ばれ、ゼネラル・エレクトリック・エアクラフト・エンジンズ社が 1980 年代後半から 1990 年代前半にかけてアメリカ空軍の先進戦術戦闘機 (ATF) プログラム向けに設計した可変サイクルアフターバーニングターボファンエンジンである。最大推力35,000 lbf ( 156 kN) クラスを発揮するように設計された。プロトタイプエンジンは、競合する 2 機の技術実証機、ロッキード YF-22とノースロップ YF-23に搭載された。
プラット・アンド・ホイットニーの競合機であるF119は、F120よりも優先してATFの動力源として選ばれ、この競争ではロッキード・チームが勝利し、F-22ラプターとなった。
歴史
発達
ゼネラル・エレクトリック（GE）は、1980年代初頭、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た統合先進戦闘機エンジン（JAFE）プログラム向けに、XF120とYF120のベースとなるGE37の開発を開始した。JAFEは後にATFエンジン（ATFE）プログラムと改名された。F120設計で使用された中核技術は、2つの産官共同プログラム、先進技術エンジンガス発生器（ATEGG）プログラムと統合技術実証エンジン（JTDE）プログラムで開発された。[1]この設計は、ATFの厳しい超音速巡航要件に対処することを目的としていた。 [2]これは、エンジンが（アフターバーナーなしで）大量のドライスラストを生成する必要があり、したがって高いオフデザイン効率（「設計」とは標準的な巡航状態）を持つ必要があることを意味した。競合相手のプラット・アンド・ホイットニーとは異なり、GEは従来の固定バイパスターボファンの開発をやめ、代わりに可変サイクルエンジンを設計することを選択した。[3]さらなる革新には、ファンとコンプレッサーの段階で一体型のディスクとローターブレードアセンブリ、または「ブリスク」を使用することで、性能と耐久性を向上させ、重量と部品数を削減することが含まれます。元のRFPでは、最大推力30,000 lbf（133 kN）クラスが求められていました。[4]
開発中にATFの重量が50,000ポンド（22,700 kg）から60,000ポンド（27,200 kg）に増加したため、性能要件を満たすために推力要件が20％増加して35,000 lbf（156 kN）クラスになりました。GEの設計は、特にノズルの空気の流れと冷却空気を増やすために12％大きいファンを組み込むように変更されました。飛行実証のために、YF119が元の小さなファンを使用していたのとは異なり、YF120にはより大きなファンが取り付けられました。その結果、両方の実証機はYF119よりもYF120でより高い性能を発揮しました。[5] YF120のエンジンを搭載したYF-22とYF-23は、それぞれマッハ1.58とマッハ1.72のスーパークルーズ速度を実現しました。[6] [7] [N 1]
F120のエンジニアリングおよび製造開発（EMD）構成は1990年12月にテストされました。部品の改良により、より低い温度でYF120の推力レベルを達成できるようになりました。[9]米空軍は最終的にプラット・アンド・ホイットニーのF119提案を本格的な開発と生産に選びました。より野心的なF120の設計はよりリスクが高いと判断され、ゼネラル・エレクトリックはプラット・アンド・ホイットニーよりもテスト時間が少なくて済みました。[10]
さらなる発展
YF120は、 X-43Bや将来の極超音速機などの実証機に使用される、より特殊なエンジンであるタービンベース複合サイクル（TBCC）エンジンのベースとしても提案された。具体的には、YF120は革命的タービン加速器（RTA-1）のベースとなることになっていた。YF120で使用された可変サイクル技術は、エンジンをターボジェットだけでなくラムジェットにも変えるように拡張される予定だった。そのモードでは、すべての気流がコアをバイパスし、アフターバーナーのような「ハイパーバーナー」に向けられ、ラムジェットのように燃焼する。この提案されたエンジンは、8分で0からマッハ4.1（56,000フィート）まで加速することになっていた。[11] [12]
YF120の技術はその後のGEの設計にも応用され、1990年代にはGE、アリソン・エンジン・カンパニー、ロールス・ロイス（アリソンは1995年にロールス・ロイスに買収された）が統合打撃戦闘機プログラム用のF136エンジンの共同開発を開始し、その結果、ロッキード・マーティンがF-35ライトニングIIの開発と製造に選ばれた。YF120から学んだ教訓を生かしつつ、F136は従来の固定バイパス設計であり、ATEGGとJTDEの開発を継続した統合高性能タービンエンジン技術（IHPTET）プログラムのタービンエンジン技術の進歩も活用した。 [13] F-35の改良された吸気口に合わせてコアサイズが大きくなったため、現行のプラット・アンド・ホイットニーF135よりも優れた性能を発揮する可能性があったにもかかわらず、F136は最終的に資金不足でキャンセルされた。[14]
YF120をATFに採用しなかったにもかかわらず、USAFは将来のタービンエンジンのニーズに対応することを目的とした政府と業界の共同プロジェクトである多用途で手頃な価格の先進タービンエンジン（VAATE）を通じて、可変サイクルエンジン技術の開発を進める。VAATEの下で、適応型多用途エンジン技術（ADVENT）プログラムは、可変サイクルタービンエンジン技術を適応型3ストリームアーキテクチャへと開発し続ける。[15]後続の適応型エンジン技術デモンストレーター（AETD）と適応型エンジン移行プログラム（AETP）の結果、 F-35の潜在的な再エンジン化のためにGE XA100とP&W XA101が開発された。関連する次世代適応型推進（NGAP）は、ATFの後継である次世代航空優勢およびF/A-XXプログラム向けにGE XA102とP&W XA103を開発するために開始された。[16] [17]
デザイン
YF120 は、ツインスプール軸流アフターバーニングターボファンです。この設計は、単段低圧タービンで駆動される 2 段ファンと、単段高圧タービンで駆動される 5 段コンプレッサーで構成されています。特に、エンジンには、コア駆動ファン段とも呼ばれる高圧スプールの最初のコンプレッサー段の前後に 2 つのバイパスチャネルがあります。この 2 つのバイパスチャネルは、エンジンの可変サイクル動作の鍵となります。環状燃焼器はダブルドーム設計です。高圧スプールと低圧スプールは逆回転するため、タービン間の固定翼がなくなり、部品点数が減り、重量が軽減されます。[18]エンジンは、3 チャネルの燃料冷却式フルオーソリティデジタルエンジンコントロール(FADEC) システムによって制御されます。[19]
可変サイクル
YF120の可変サイクルシステムは、異なる飛行モードに合わせてエンジンのバイパス比を変えることで機能し、エンジンを低バイパスターボファンまたはほぼターボジェットのように動作させることができました。[3]低バイパスターボファン（競合他社のF119など）として、エンジンはコア駆動ファンステージの後ろの後方バイパスチャネルを開いた状態で、同等のエンジンと同様に機能しました。ただし、必要に応じて、エンジンは後方バイパスチャネルを閉じることで（ターボジェットのように）エンジンの高温コアにより多くの気流を導き、エンジンの比推力を高めることができました。これにより、高高度、高推力レベルでのエンジンの効率が従来の低バイパスターボファンよりも高くなりました。ファンとコアの圧力マッチングは、可変面積バイパスインジェクター（VABI）によって行われました。[20] [21]
この可変サイクルシステムの予想される欠点は、複雑さと重量の増加です。GEは、空気の流れを迂回させるために複雑な機械的に作動するバルブではなく、単純な圧力駆動バルブを使用することでこれに対処したと主張しています。GEは、このシステムにより、可変サイクルシステムによってエンジンに追加される重量はわずか10ポンドにとどまると述べました。[3]さらに、量産型F120エンジンは、 F110エンジンよりも部品が40％少なくなると予想されました。[13]
ノズル
YF120 には、特定の機体に合わせて調整された YF-22 および YF-23 技術実証プロトタイプ用の異なるノズル設計がありました。
YF-22 のエンジンは、ピッチ方向にベクトル制御できる 2 次元推力ベクトル制御ノズルを特徴としていました。この機能により、機首ピッチングモーメントが大幅に増加し、機体のピッチ機敏性が大幅に向上しました。ピッチングモーメントは、通常、水平安定板 (および該当する場合はカナード) によって生成されますが、推力ベクトル制御ノズルを使用すると、エンジンの推力によってモーメントを増強できます。高 AoA デモでは、YF120 を搭載した YF-22 は、トリムされた AoA 60 度で 82 ノットで飛行しました。この姿勢で、機体は操縦性を実証できました。その後の分析により、機体は AoA 70 度まで制御されたトリム飛行を維持できたことが判明しました。[22]ノズルフラップのくさび形は、排気煙を平らにし、冷却のために渦流と混合することで、赤外線シグネチャも低減します。[23]
YF-23 では、推力偏向ノズルではなく、エンジンに単膨張ランプノズル (SERN) が装備されており、上部はノズル面積を制御する可変外部フラップまたはパドルで構成され、下部は固定ランプでした。エンジンは YF-23 の機体後部の後縁よりかなり前方に配置され、各ノズルは耐熱材料で裏打ちされた機体後部上部の溝に移行します。これにより、排気煙は機体から出る前に急速に冷却され、特に下から見たときの赤外線シグネチャが大幅に減少します。後部デッキの溝は、排気の熱に耐えられるようにエンジンのブリードエアから「蒸散冷却」されたタイルで裏打ちされていました。[23]
アプリケーション
仕様（YF120-GE-100）
アロンスタイン[24]、ペース[25]、ノリス[13]のデータ
一般的な特徴
- タイプ:ツインスプール、軸流、可変サイクル、増強ターボファン
- 長さ: 166.8インチ (4,237 mm) (ノズルなし)
- 直径: 42インチ (1,067 mm) (ノズルなし)
- 乾燥重量: 4,100ポンド (1,860 kg) (ノズルなし) [N 2]
コンポーネント
- コンプレッサー: 2段ファン、5段高圧コンプレッサー
- バイパス比: 0.32:1
- 燃焼器： 環状燃焼器
- タービン： 1段HPT、1段LPT逆回転[27]
- ノズル： 2次元ベクトルコンバージェント/ダイバージェント（YF-22）、シングルエクスパンションランプノズル（YF-23）
- 燃料タイプ: JP-4またはJP-8
パフォーマンス
参照
関連開発
同等のエンジン
関連リスト
参考文献
注記
- ^ ゼネラル・エレクトリック社製エンジンを搭載したYF-23はマッハ1.6以上の超高速巡航が可能であったと公式に発表されており、ゼネラル・エレクトリック社の技術者の推定では、最高超高速巡航速度はマッハ1.8にも達したと示唆されている。[8]
- ^ 重量は、機体請負業者が支給した装備品とみなされたダイバージェントノズルセクションを含まない。[26]
引用
- ^ アロンスタイン、233ページ
- ^ アロンスタイン、211ページ
- ^ abc Moxon, Julian (1989). ATFのライバル、エンジンコンテストに備える。Flight International。1989年11月15～21日、22～23ページ。
- ^ アロンスタイン 211–215 ページ
- ^ アロンスタイン 221–223 ページ
- ^ 「YF-22 PAV-1、超音速巡航速度記録を破る」。Defense Daily。1990年11月19日。2015年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年8月10日閲覧。
- ^ ポール・メッツ、ジム・サンドバーグ（2015年8月27日）。テストパイロットのポール・メッツとジム・サンドバーグによるYF-23 DEM/VALプレゼンテーション。ウェスタン・ミュージアム・オブ・フライト：ペニンシュラ・シニアーズ・プロダクション。
- ^ スウィートマン、ビル(1991b)。「彼らが望まなかった戦闘機」。ワールド・エア・パワー・ジャーナル。7 (1991年秋冬)。ロンドン: エアロスペース・パブリッシング。ISBN 9781874023135. ISSN 0959-7050。
- ^ アロンスタイン、223ページ
- ^ アロンスタイン、227ページ
- ^ Norris, Guy (2003). GEがシャトル用ラムジェットエンジンの設計を発表Flight International 2003年9月23日、26ページ。
- ^ マッハ7エンジンはタービンベースに (2004)。Flight International 2003年12月23日 - 2004年1月5日、13ページ。
- ^ abc ノリス、ガイ (1990)。権力闘争。フライト・インターナショナル。1990年8月1-7日、22-23ページ。
- ^ Majumdar, Dave (2011年12月2日). 「GE、ロールスロイス、F-35代替エンジンへの資金提供を停止」。Defense News。2012年7月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Thomson, Daniel E. (2010 年 4 月 14 日)。多用途で手頃な価格の先進タービン エンジンが優れた燃料効率で画期的な性能を実現(PDF)。第 11 回科学技術工学会議/国防総省技術博覧会。サウスカロライナ州チャールストン。
- ^ ノリス、ガイ（2021年5月14日）。「GEのアダプティブエンジンは、これまでの可変サイクル設計とどう違うのか」Aviation Week。
- ^ ノリス、ガイ（2020年10月2日）。「流れに沿って進む：米空軍の新型アダプティブパワープラント」Aviation Week。
- ^ アロンスタイン、pp. 212-15
- ^ アロンスタイン、216ページ
- ^ アロンスタイン、212ページ
- ^ GE F120 パワープラントはファンバイパスドアを使用して可変サイクルを制御します (1990) 。Aviation Week and Space Technology。1990年 7 月 30 日。第 133 巻、第 5 号、21 ページ。
- ^ Barham, Robert (1994). YF-22先進戦術戦闘機プロトタイプの推力ベクトル支援操縦。AIAA-94-2105-CP。
- ^ 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。
- ^ アロンスタイン 224 ページ
- ^ ペース、232ページ
- ^ アロンスタインとヒルシュバーグ 1998、218 ページ
- ^ Kauser, Fazel (1994)。ガスタービン推進技術の概要。第30回AIAA/ASME/SAE/ASEE合同推進会議。1994年6月27～29日、インディアナ州インディアナポリス。AlAA 94-2828。
文献
- GE、シャトル用ラムジェットの設計を発表 テクノロジーニュース フライトインターナショナル 2003年9月23日 。
- 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: アメリカ航空天文学協会。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。
- ペース、スティーブ（2016）。『X-Bombers & X-Fighters ビッグブック：USAF ジェットエンジン実験機とその推進システム』。Voyageur Press。ISBN 9780760351420。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ゼネラル・エレクトリック YF120に関連するメディアがあります。
- GE/アリソン/ロールスロイス チームが JSF 候補機用 YF120 戦闘機エンジンを開発中。GE アビエーションのプレス リリース (1996 年 9 月 2 日)。
- アメリカ空軍国立博物館の YF120 のページ
- ノースロップ YF-23 愛好家のサイト