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<colbgcolor=#545454> 터보제트 엔진 | J52 | J57(JT3C) | J58 | J75(JT4A) |
| 터보팬 엔진 | JT3D | JT8D | JT9D | PW1000G | PW1120 | PW2000 | PW4000 | PW6000 | |
| 군용 | TF30 | F100 | F119 | F135 | |
| 인터내셔널 에어로 엔진 제조 |
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| 엔진 얼라이언스 제조 | GP7200 |
1. 개요
| 기준 | F135-PW-100 / F135-PW-400 |
| 길이 | 559cm |
| 직경 | 최대 117cm ,팬 입구에서 109cm |
| 무게 | 1.7 t |
| 추중비 | 11.467 : 1 |
| 바이패스비[1] | 0.57 : 1 |
| MIL 추력[2] | 28,000lbf (125 kN) |
| AB 추력[3] | 43,000lbf (191kN) |
프랫 & 휘트니 사에서 개발한 전투기용 저바이패스비 터보팬 엔진.
2. 상세
F135는 JSF 사업을 위해 개발된, 현존하는 가장 강력한 전투기용 터보팬 엔진이다. 록히드 마틴의 X-35와 보잉의 X-32에 탑재하기 위해 개발되었으며, F119 엔진을 기반으로 새롭게 설계한 엔진 팬과 저압 터빈을 통합하여 개발했다. 본래 초도 양산분에 F135를 탑재하고 2010년 이후 GE - 롤스로이스 컨소시움의 F136 엔진과 경쟁하여 선정하기로 했었지만, F136 엔진은 예산상의 문제로 개발비 투입이 중단되어 취소되고 F135만 계속 탑재하는 것으로 결정되었다.[4] F119 엔진과는 달리 추력 편향 노즐은 없지만[5], 배기구에서 나오는 열을 저감시키기 위한 적외선 스텔스 설계가 적용되어 있다.이전의 전투기 엔진들과는 달리 외부에서 시동을 걸어줄 필요가 없는 스타터 제네레이터(S/G)가 최초로 탑재되었으며, 약 160kW의 전력을 생산할 수 있는 것으로 알려져 있다. #
3. 계열 엔진
3.1. F135-PW-100
공군용 CTOL(통상 이착륙) 전투기 F-35A에 들어가는 엔진이다.
3.2. F135-PW-400
함재기 F-35C용 F135-PW-400 엔진은 F135-PW-100의 방염처리 모델이다.3.3. F135-PW-600
단거리 이륙 - 수직착륙(STOVL) 전투기 F-35B용으로 개발된 F135-PW-600 엔진은 의외로 F135 엔진들 중에 가장 먼저 개발되었다.[6] 노즐을 지면 방향으로 돌릴 수 있도록 추력편향노즐이 적용되어 있다. 엔진 앞에 달려있는 리프트 팬은 엔진의 구동축과 연결되어 작동하는 장치로, 추력편향노즐과 함께 지면을 향해 추력을 분사해 수직 착륙하는 데 필요한 힘을 만들어낸다. 리프트 팬에서 생성되는 추력은 연소되어 나오는 공기가 아니기 때문에, 배기 노즐에서 나오는 뜨거운 열이 지면에 반사되어 공기흡입구로 들어가지 않게 막아주는 역할도 겸하고 있으며, 엔진 측면으로 뻗어 있는 롤 포스트(Roll Post)는 호버링 중 휘청거리지 않게 균형을 잡아주는 일종의 보조 비행 장치이다. 역할은 아이언맨 손에 달린 보조 추진기와 거의 비슷하다. 호버링 중에는 날개에 공기 흐름이 없으므로 공기역학으로 피치/롤/요우 제어등을 하지 못한다. 요우와, 피치 제어는 후방의 엔진과 전방의 리프트 팬을 잘 조절해서 할 수 있지만[7] 롤 제어는 리프트팬과 노즐이 롤 축선과 같은 특성상 엔진과 리프트 팬만으로는 하기 곤란하니 바이패스에어 일부를 빼내어 롤 축선에 수직하도록 양쪽에 하나씩 달아서 이걸로 하는 것이다.[8]
4. 대체 및 개량
F135는 매우 강력한 엔진이지만, F-35 개발 과정에서 원래 계획보다 기체 면적이 증대되고 무거워지면서 목표하고 있던 항속거리와 가속능력을 뒷받침하기 힘들어졌다.또한 idle 시에도 항상 최고치로 운전되기 때문에 내열코팅과 엔진 부품이 예상보다 훨씬 빠르게 마모된다. 이로써 정비주기와 수명이 상정된 것보다 짧아졌다. 실제 추력 성능 저하 문제에 정비시설 및 인력의 미비 등으로 인해 운용상 여러 문제점이 속출하면서 전투기의 운용 비용은 증가되고 가동률은 크게 하락하는 등 큰 영향을 주었다.
게다가 F135의 발전량 및 냉각능력으로는 블록 4 및 Tech Refresh 3 업그레이드에서 추가되는 여러 기능들을 완전히 사용할 수 없다는 사실이 판명되었다. #
이에 미국 의회는 2022년 개정된 국방수권법에서 미 공군에게 F-35A의 F135 엔진을 2027년부터 신형 Adaptive Cycle(적응형 싸이클) 엔진으로 교체할 것을 의무화했다. 이 엔진의 적용으로 상황에 따라 공기흡입량, 추력, 전력생산량을 조절할 수 있게 되므로 엔진의 수명을 늘릴 수 있게 된다. GE와 P&W는 이미 각각 XA100, XA101로 명명된 적응형 싸이클 엔진의 시제품 시험을 2021년에 마쳤는데, 두 엔진 모두 F135와 동등한 사이즈에 추력은 10% 이상, 연비는 25%, 냉각성능은 50%, 항속거리는 30% 향상되며, 가속성능도 두 자릿수로 증가한다. #
적응 싸이클 엔진으로의 교체는 미공군의 F-35A만이 대상이고, 차기 6세대 전투기 NGAD의 엔진에도 적용될 1급 기술이기 때문에 수출은 아직 상정되지 않고 있다. 따라서 P&W는 미 해군, 미 해병대의 B/C형과 동맹국의 A/B형을 위해 EEP(Enhanced Engine Package)라고 명명된 F135 엔진 업그레이드 킷을 준비하고 있는데, 이를 적용하면 F135의 추력을 7~10%, 연비를 5~7% 향상시키고, 새로운 팬 냉각 설계를 적용해 엔진의 수명을 향상시켜 유지보수 비용을 감소시킬 수 있다고 한다. #
2023년 3월 13일 프랭크 켄달 공군장관은 비용문제와 수직이착륙 엔진인 F135-PW-600 엔진의 적응형 싸이클 적용의 의구심으로 적응형 싸이클 엔진을 포기하고, P&W의 업그레이드 킷을 선택했다고 밝혔다. #
5. 관련 문서
[1]
엔진 입구로부터 흡입된 공기 중 바깥쪽(by-pass)으로 빠져나가는 공기량과 엔진에서 연소시키는 공기량의 비율.
[2]
Military Thrust. Dry Thrust라고도 한다. 애프터버너 없이 낼 수 있는 최대 추력을 의미한다.
[3]
After Burner Thrust. Wet Thrust라고도 한다. 애프터버너를 사용해서 낼 수 있는 최대 추력을 의미한다.
[4]
이와 별개로 롤스로이스에서 F135-PW-600 엔진의 리프트 팬을 개발해 납품하고 있다.
[5]
다만 F135-PW-600에는 수직착륙을 위해 추력편향노즐이 있다.
[6]
애초에 F-35 개발 시작은
미해병대와
영국 해군이
해리어를 대체 할 목적으로 수직 이/착륙을 염두에 뒀기 때문에 당연히 가장 먼저 개발된 엔진이다.
[7]
피치방향은 노즐과 리프트팬의 추력밸런스를 조절해서, 요우 방향은 후방노즐을 꺾는데 사용하는 3BSM(Three-bearing swivel module)의 관절 한 부분을 이용해서 좌우로 약간씩 노즐을 움직여서 제어한다. 해리어의 경우 피치, 롤, 요우 모두 엔진에서 압축공기를 빼와서 제어하는데 피치는 기수와 미익 뒤의 벌지에 각각 하나씩, 롤은 주날개 양쪽 끝에 상하방향 조절가능한 형태로 하나씩, 요우 제어는 미익 뒤의 벌지에 좌우 하나씩 노즐이 존재한다.
[8]
해리어랑 비슷하게 엔진의 압축기에서 뽑아오는데 해리어와의 차이점이라면 해리어의 바이패스에어를 이용하는 전방 노즐은 호버링시 추력상당부분을 분담하지만 F-35의 경우에는 호버링시 전방추력은 리프팅팬이 담당해서 롤 포스트는 말 그대로 롤 제어만 하면 되기 때문에 추력의 일부만 뽑아가기 때문에 해리어와 같은 역류하는 문제가 많이 발생하지 않는다.
[9]
파생형중 하나인 F/B-23 RTA가 이 엔진을 장착할 예정이었으나, 취소되었다.