从超音速到悬停：F-35如何飞行

2001年，洛克希德·马丁公司的X-35B概念开发飞机实现了短距离起飞，在水平飞行中加速到超音速，并垂直降落，所有这些都在一次飞行中完成。通过这样做，并通过其他测试，X-35B为洛克希德·马丁公司赢得了五角大楼联合攻击战斗机需求的主要承包商，这是一个由F-35A、F-35B和F-35C闪电II组成的三人飞机家族。

洛克希德·马丁公司知道，F-35B甚至在2008年5月首次飞行之前就能够做到这一切。2001年，该公司为赢得五角大楼的联合攻击战斗机（JSF）竞赛而建造的X-35B概念开发飞机（CDA）提供了证据。

没有其他飞机实现过水平超音速飞行并垂直降落，因此X-35B及其后代F-35B将在历史上占有独特的地位。

F-35B的惊人能力——将被美国海军陆战队、英国和意大利的空军和海军使用——依赖于洛克希德·马丁公司的发动机合作伙伴为CDA及其后代开发的高科技推进系统。

结合了罗尔斯·罗伊斯无与伦比的短/垂直起飞和垂直降落（STOVL）技术——在开发“鹞式”跳跃式喷气式飞机时获胜——以及历史上最强大的战斗机发动机，普惠公司为X-35和F-35家族开发的F135，F-35B的推进系统在各个方面都引人注目。

对于超音速飞行和快速加速，F135（以及2010年通用电气推出的F136作为F-35发动机的替代品）使用加力器产生了前所未有的40000磅向后推力。

悬停时的额外推力但是，对于悬停，F-35B可以依靠40000磅的推力，而不必使用再热。F135的全权数字发动机控制（FADEC）软件在悬停飞行时使发动机在比传统飞行时更高的温度下运行，产生比发动机在不启动加力的情况下正常产生的“干”推力更多的推力。

普惠公司F135系统演示和开发项目经理Dan Tennant解释道：“我们降低了CTOL（常规起飞和着陆）”操作的成本。

当F-35B悬停时，所有40000磅的推力都是向下的，而不是向后的。坦南特说：“它也可以指向介于两者之间的任何地方，甚至可以稍微向前。”

F-35B如何实现这一切，涉及到软件、精密工程和材料技术的复杂融合。在F-35闪电II的三个版本中，F135被设计为可以与任何其他F135或F136完全互换，其中两个版本不会垂直降落。然而，在STOVL F-35B中，发动机的设计也允许将一个前引导轴连接到由F135的低压涡轮机驱动的线轴上。

F-34B的提升风扇这个滑阀驱动主风扇，将空气吸入发动机，使燃烧发生。但是，当阀芯（靠近主风扇）连接到轴上时，阀芯/轴的布置也会驱动一个位于飞行员驾驶舱后面的两级垂直安装的“升力风扇”。

坦南特说，在悬停模式下，F135的低压阀芯为轴提供28000轴马力。然后在驾驶舱后面的90度变速箱中将其转换为垂直推力。在该齿轮箱中，离合器与轴上水平安装的小齿轮啮合，以驱动两个垂直安装的锥齿轮，一个在小齿轮上方，一个位于小齿轮下方。

两个锥齿轮以相反的方向旋转，每个齿轮驱动一个短垂直轴。Tennant解释说，这些轴为提升风扇的两个反向旋转风扇级提供动力。升力风扇上方机身的门打开，提供辅助进气口，风扇迫使空气向下，产生20000磅的垂直推力。空气通过位于机身底部、升力风扇正下方的“可变面积叶片箱喷嘴”（VAVN）排出。

坦南特说：“它使我们能够控制（垂直）推力——大小和方向。”VAVN“看起来像一套威尼斯百叶窗。当它稍微关闭时，推力可以从后部指向前部，或者直接向下。”

悬停时的俯仰和滚转控制当升力风扇在飞机前部附近提供向下的推力时，一个名为“三轴承旋转管道”的惊人组件从飞机后部的发动机排气中产生另外20000磅的向下推力，并控制飞机的俯仰姿态。

旋转管道由几个连接的重叠部件组成，这些部件借助滚珠轴承以一定角度旋转。Tennant说，它可以将发动机的排气引导到105度连续范围内的任何地方，从直接向后到直接向下再到稍微向前。管道指向下方，看起来像一根粗短的象鼻。

在悬停时，F-35B还依靠两个“滚转管”，即位于每个机翼根部的向下指向的喷嘴。

F135是一款低旁通涡轮风扇发动机：前部风扇吸入的一些空气不会进入发动机核心与燃料混合并燃烧，而是绕过燃料流到外壳外。

在悬停过程中，一些旁通空气被引导到滚转柱管道中，以使F-35B在垂直起飞或着陆时具有滚转控制稳定性。（尽管F-35B在满载时需要短距离起飞，但它在轻载时能产生足够的垂直推力垂直起飞。）

Tennant说，FADEC软件独立地改变通过每个滚转柱导管的推力，以确保飞行员在悬停时能够完全控制飞机的滚转。

四个FADEC系统在其F-35B合作伙伴关系中，罗尔斯·罗伊斯负责升降风扇及其相关驱动轴、变速箱和离合器，以及旋转管道和滚动柱管道。在配备F135的F-35B中，普惠公司提供了发动机本身、隐形优化排气喷嘴，最重要的是，还提供了FADEC软件。

独特的是，F-35的特点不是一个而是四个FADEC系统——两个用于主机，以确保操作的完全冗余，同样，两个用于升力风扇系统。

Tennant说：“该软件是STOVL工作的重要技术。”

FADEC软件非常复杂，它通过P&W专门为F-35推进系统开发的高速数据总线运行。该数据总线通过类似火线的系统连接到洛克希德·马丁公司开发的高速数据总线，以控制飞机的其他系统。