IHI Corporation XF9

IHI XF9, Japonya Savunma Bakanlığı’na bağlı Tedarik, Teknoloji ve Lojistik Ajansı (ATLA) ile IHI Corporation tarafından geliştirilen düşük bypass oranına sahip art yakıcılı bir turbofan motordur.

Genel Bakış

XF9, ATLA’nın yürüttüğü Savaş uçağı motor sistemi araştırması (2015–2019) projesinin bir ürünüdür. Bu proje, iki ön çalışmanın ardından gelmiştir: Yeni nesil motorların ana bileşenleri üzerine araştırma (2010–2015) ve Savaş uçağı motoru unsurları üzerine araştırma (2013–2017). XF5 turbofan motorunun geliştirilmesinin (1995–2008) ardından başlatılan bu çalışmalar, Japonya’nın gelecekteki savaş uçağı programı veya Mitsubishi F-2’nin halefi için ön hazırlık niteliğindedir.

Temel konsept, “ince ve yüksek güçlü” bir motordur. Böylece hayalet savaş uçağının gövdesi içinde daha fazla yakıt ve mühimmat taşıyabilmek mümkün olur ve radar kesit alanı azaltabilirdi. High-power Slim Engine (Yüksek Güçlü İnce Motor) olarak adlandırılan bu konsept, Japonya Savunma Bakanlığı’nın Geleceğin savaş uçaklarının araştırma ve geliştirilmesine yönelik vizyon (2010) adlı raporunda da yer alır ve kavramsal Japon geleceğin savaş uçağı i3 FIGHTER için planlanan güç sistemi olarak tanımlanmıştır.

Önceki modeli XF5 küçük bir motor iken, XF9-1 prototipinin boyutları General Electric F110’a oldukça yakındır ve itki açısından Pratt & Whitney F119 ile karşılaştırılabilir. 2.073 K (1.800°C) sınıfı Türbin Giriş Sıcaklığına dayanabilen motor çekirdeği sayesinde XF9-1 yüksek itki üretirken aynı zamanda yakıt ekonomisini de iyileştirir. 2018 itibarıyla prototipin resmî olarak açıklanan itki değerleri şöyledir:

• Askerî itki: 11 ton (107 kN / 24.000 lbf) veya daha fazla
• Art yakıcı ile: 15 ton (147 kN / 33.000 lbf) veya daha fazla

XF9, gereksinime göre daha yüksek veya daha düşük olacak şekilde geniş bir itki aralığına uyarlanabilir olarak tasarlanmıştır. Geleceğin savaş uçağı motor programı da maksimum 20 ton (196 kN / 44.000 lbf) itki hedefiyle yürütülmektedir; bu hedef ATLA Teknoloji Sempozyumu 2018’de açıklanmıştır.

Teknik Özellikler

XF9-1, çift makaralı (twin-spool) eksenel akışlı art yakıcılı bir turbofan motor olup, çift yedeklemeli FADEC’e sahiptir. Motor; 3 kademeli bir fan, 6 kademeli yüksek basınç kompresörü, halka tip bir yanma odası, tek kademeli yüksek basınç türbini, tek kademeli alçak basınç türbini, bir art yakıcı ve genişleyen-daralan (convergent-divergent) bir nozeldən oluşur. “İnce ve yüksek güçlü” konsepti, Mitsubishi F-2’de kullanılan GE F110'a kıyasla birim kesit alanı başına yaklaşık %30 daha yüksek itki sağlamıştır. Bu itki seviyesine ulaşmak için daha yüksek bir yanma sıcaklığı (1.800 °C sınıfı) ve optimize edilmiş aerodinamik tasarım gerekmiş; bu da ileri seviye malzeme, üretim, soğutma ve akışkan analiz teknolojileri ihtiyacını doğurmuştur.

Rotorların her biri, ağırlık azaltma ve küçülmeye katkı sağlamak için blisk yapıdadır. Yanma odasında, çıkışta daha kararlı yanma ve daha uniform ısı dağılımı sağlayan patentli yeni tip brülörler, Wide-angle Swirler, kullanılmaktadır. Maliyeti azaltmak için yüksek basınç türbini diski, XF5'te uygulanan toz metalurjisi (PM) yerine dövme tekniğiyle üretilmektedir; kullanılan malzeme, NIMS tarafından geliştirilen ve ısı dayanımı PM süperalaşımlarla karşılaştırılabilir olan nikel-kobalt esaslı süperalaşım TMW-24'tür. Japon beşinci nesil tek kristal nikel esaslı süperalaşımdan üretilen türbin kanatları, diske sürtünme kaynağıyla bağlanarak blisk yapıyı oluşturur ve bu yapı seramik matris kompozitlerden yapılmış bir muhafaza (shroud) içine alınmıştır. Art yakıcı, verimi artırmak için geleneksel halka tipi alev tutucuları ortadan kaldıran yeni bir tasarıma sahiptir.

Bir diğer özellik olarak, XF9-1 motorunda 180 kW güç üreten bir marş-jeneratör bulunmaktadır; bu da çift motorlu bir savaş uçağının yalnızca motorlar üzerinden 360 kW'a kadar elektrik sağlayabileceği anlamına gelir. Bu kapasite, Boeing F-15E (76 kW), Lockheed Martin F-22 (130 kW) ve Lockheed Martin F-35 (160 kW) gibi geleneksel 4. ve 5. nesil uçaklarla karşılaştırıldığında oldukça yüksektir. Bu güç seviyesi, yeni nesil aviyonikler ve yüksek enerji tüketen diğer uçak içi sistemlerin desteklenmesine imkân verir.

Buna ek olarak, itki yönlendirme kontrolünün ve arıza durumunda bu sistemin yönetimine yönelik teknolojinin gösterimine ilişkin araştırma motor geliştirme süreciyle paralel olarak 2016–2020 yılları arasında yürütülmüştür. Bu araştırma, daha yüksek manevra kabiliyeti ve düşük radar kesit alanına uygun daha küçük kontrol yüzeylerinin elde edilmesini hedeflemektedir. XF9-1 için, itkisini çevresel tüm yönlerde 20 dereceye kadar yönlendirebilen XVN3-1 üç boyutlu itki yönlendirme nozülleri mevcuttur.

Zaman Çizelgesi

Kaynak:

• 1995–2008
  • XF5 motorunun ARGE'si (–2015)
• 2013
  • Savaş uçağı motoru bileşenleri üzerine araştırma (–2017)
• Temmuz 2017
  • Çekirdek motorun (core) teslimi
• Haziran 2018
  • Prototip motorun teslimi (XF9-1)

Özellikler

Genel özellikler

• Tür: Art yakıcılı turbofan
• Uzunluk: 4.8 m (16 ft)
• Çap: <1 m (3 ft 3 in)
• Kuru ağırlık:

Bileşenler

• Kompresör: 3 kademeli fan, 6 kademeli yüksek basınç kompresörü
• Yanma odası: Halka tipi (annular) yanma odası
• Türbin: Tek kademeli yüksek basınç türbini, tek kademeli alçak basınç türbini

Performans

• Maksimum itki: > 107.9 kN (24,250 lbf) kuru; > 147.10 kN (33,069 lbf) art yakıcı ile