Ciągle się psują, a bez nich F‑35 nie polecą

O sprawie zrobiło się głośno w 2021 roku, gdy dowództwo amerykańskich sił powietrznych zmniejszyło liczbę występów F-35 na pokazach lotniczych o osiem z powodu konieczności oszczędzania każdego egzemplarza silnika. Silniki Pratt & Whitney F135 stały się wtedy dobrem deficytowym z powodu szybszego zużywania i wydłużającego się czasu napraw i tak pozostaje do dzisiaj.

Silniki F-135 pracują przy bardzo wysokich temperaturach bliskich projektowanym wartościom maksymalnym, a to ciepło powoduje szybsze pęknięcia i odwarstwianie się powłoki ochronnej łopatek turbin. Z tego powodu silniki muszą być wymontowywane z samolotów i poddawane naprawom wcześniej, niż zakładano, dodatkowo obciążając i tak przeciążony system logistyczny F-35. W odróżnieniu od innych myśliwców, dla których utrzymuje się zapas części zamiennych na poziomie 20–30%, dzięki czemu są szybko dostępne czy to w eskadrach czy w warsztatach, w programie F-35 dostępność części zamiennych wynosi jedynie 10–12%. Pęknięcia powłok łopatek nie zagrażają bezpieczeństwu lotu, ale skracają całkowity resurs silnika.

Drugą kwestią jest to, że harmonogram remontów oraz fundusze na zakup części zamiennych i prowadzenie prac serwisowych były planowane na kilka lat, zanim były w rzeczywistości potrzebne. W przypadku nowego programu, którym jest F-35, opierały się one na szacunkach, a nie na twardych danych wyniesionych z wielu lat eksploatacji, jak to jest w przypadku starszych samolotów. Szacunki okazały się niezbyt precyzyjne i przez to Pratt & Whitney notuje opóźnienia w dostawach części zamiennych i wyposażenia serwisowego. Ponadto plany zwiększenia produkcji silników i przepustowości warsztatów zostały opóźnione o kilka miesięcy z powodu pandemii COVID-19.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Joint Program Office, organ odpowiedzialny za kierowanie projektem F-35, poinformowało kierownictwo Departamentu Obrony, że w najgorszym wypadku w 2025 roku 20% F-35A sił powietrznych będzie pozbawionych silników. Stanie się tak, jeśli wdrożone środki zaradcze okażą się nieskuteczne lub nie będą mogły być realizowane przez siły powietrzne. Departament Obrony poinformował, że ściśle współpracuje z producentem nad rozwiązaniem problemu dostaw i serwisowania silników. 

Wiele wskazuje na to, że te działania zdadzą się na nic, ponieważ problem leży w samym projekcie silnika. Generał sił powietrznych Michael Schmidt powiedział przed komisją obrony Kongresu, że w czasie określania wymagań dla silnika mającego napędzać F-35 błędnie określono parametry pracy w efekcie czego powstał silnik zbyt delikatny i o zbyt małej mocy, aby można było na nim polegać. Już w 2008 roku producent samolotu – Lockheed Martin – odkrył, że silnik będzie miał za małą moc by wygenerować odpowiednią ilość energii elektrycznej i chłodzenia do obsługi wszystkich zaawansowanych systemów elektronicznych zainstalowanych na pokładzie myśliwca. Jednak na tym etapie programu było już za późno na wprowadzanie zmian w konstrukcji silnika, bo po raz kolejny znacznie podniosłoby to koszty całego programu i zagroziło harmonogramowi dostaw, które i tak były już opóźnione. Z tego powodu, aby zapewnić odpowiedni ciąg dla samolotu i jednocześnie zasilić wszystkie urządzenia pokładowe, silniki F135 muszą pracować na większych obrotach niż planowano, co przekłada się na ich szybsze zużycie i częstsze usterki.

Sytuacja pogorszy się dodatkowo wraz z wejściem do służby (są już na linii produkcyjnej) F-35 Block 4 – docelowej wersji produkcyjnej wyposażonej w jeszcze więcej elektroniki. Ponadto już poinformowano, że niedługo F-35 otrzymają jeszcze potężniejsze radary potrzebujące mocniejszego zasilania i chłodzenia. To spowoduje, że silniki będą musiały pracować na jeszcze wyższych obrotach i w wyższej temperaturze, a systemy chłodzenia silnika już teraz pracują z maksymalną wydajnością, co przełoży się na jeszcze wyższą usterkowość.

Rozwiązanie problemów z silnikami F135 ma kosztować 38 miliardów dolarów. Przy czym rozwiązanie nie będzie trwałe, nie będzie polegało na przekonstruowaniu silnika lub samolotu w celu wyeliminowania opisanych wad. Te olbrzymie pieniądze zostaną przeznaczone na dodatkowe naprawy wynikające z szybszego niż zakładane zużywania się silników. Ta kwota dotyczy jedynie samolotów amerykańskich sił zbrojnych, ale nie zapominajmy, że F-35 zostały zamówione w dużych ilościach przez kilkanaście państw świata, w tym Polskę. Wszyscy użytkownicy tych myśliwców muszą się liczyć ze znacznymi dodatkowymi wydatkami jeśli będą chciały utrzymać floty swoich myśliwców w należytej gotowości operacyjnej.

Do niedawna rozważano jeszcze jedno rozwiązanie, a jego wdrożenie wydawało się jedynie kwestią czasu. Chodzi o opracowanie i wprowadzenie do produkcji zupełnie nowego silnika dla F-35. Miałby to być tak zwany silnik adaptacyjny. Współczesne samoloty myśliwskie są napędzane dwuprzepływowymi silnikami odrzutowymi. Silnikach tego typu powietrze jest zasysane przez sprężarkę niskiego ciśnienia i za nią rozdziela się na dwa kanały: wewnętrzny prowadzący przez kolejne sprężarki aż do komory spalania i zewnętrzny zlokalizowany wokół głównej komory spalania. 

W zależności od stosunku powietrza zimnego (z kanału zewnętrznego) do powietrza gorącego (z kanału wewnętrznego) poszczególne typy silników mają różne optymalne parametry pracy. Przy większym udziale powietrza gorącego spaliny są bardziej rozgrzane, co z kolei zwiększa wydajność silnika i generuje większy ciąg. Jednak po przekroczeniu pewnej granicy, wraz ze wzrostem udziału powietrza gorącego efektywność silnika zaczyna maleć. Powietrze gorące zawiera mniej tlenu i jest mniej gęste, co powoduje, że spalanie paliwa staje się mniej wydajne, więc potrzeba tego paliwa więcej. I odwrotnie, lepszy stosunek powietrza zimnego do gorącego to mniejsza temperatura spalania i większa ekonomiczność, ale optymalne parametry pracy są osiągane przy mniejszych prędkościach. W większości myśliwców stosuje się silniki dwuprzepływowe o wysokim stosunku powietrza zimnego do gorącego ponieważ badania wykazały, że myśliwce przez około 99% czasu latają z prędkościami poddźwiękowymi.

Planowany dla F-35 silnik adaptacyjny miał pozwalać na zmianę w czasie rzeczywistym, w zależności o warunków lotu, stosunku przepływającego powietrza zimnego do gorącego. Dzięki takiemu rozwiązaniu opracowywany przez General Electric silnik adaptacyjny XA100 miał pozwolić na zwiększenie zasięgu o 30% i zapewniać 20% więcej ciągu względem F135.

To rozwiązanie problemów z napędem w myśliwcach F-35 także nie zostanie wdrożone. W marcu tego roku Pentagon anulował dalsze prace zmierzające do wymiany silników w F-35. Powody były dwa. Pierwszym był wymóg, aby nowe silniki dało się zamontować we wszystkich trzech wersjach F-35. Niestety przez zbyt odmienną od pozostałych wersji konstrukcję F-35B przystosowanego do pionowego lądowania i przez to wyposażonego w dodatkowy wentylator, XA100 dałoby się zastosować jedynie w F-35A i F-35C. Drugi powód był finansowy. Koszt wymiany silników we wszystkich wyprodukowanych już myśliwcach oszacowano na 6 miliardów dolarów. Jest to koszt porównywalny z zakupem 50-60 nowych F-35. Pentagon zdecydował, że skoro nie dostanie pieniędzy na realizację obu celów na raz, woli kupić więcej samolotów. Tym, że trzeba je będzie naprawiać kilka razy częściej chyba się nie przejmowano.

Prace nad silnikami adaptacyjnymi nie zostaną zaprzepaszczone. Posłużą one do opracowania jeszcze nowocześniejszych silników, które będą zastosowane w myśliwcach nowej generacji NGAD.

Maciej Hypyś, konflikty.pl