2020年1月21日，在著名的美國加州米拉馬海軍陸戰隊航空站（MCAS Miramar），美海軍陸戰隊戰鬥攻擊（VMFA）314「黑騎士」中隊正式裝備了第一架F-35C型艦載戰鬥機，這是美海軍陸戰隊訂購的80架F-35C中的第一架，未來將部署在航母上。F-35C是目前世界上唯一的第五代艦載機，最大的優勢是出眾的隱身性能、先進的航電系統，配備了所謂「全球最強渦扇發動機」——F135-PW-100。在普惠公司早期官方文件中，F-35C採用的不是F135-PW-100而是F135-PW-400發動機，後者造價也因為使用了更先進的材料而更高。但根據普惠公司最新的官方資料，F135-PW-100均裝配於F-35A/C，不同的是，裝配於F-35C的發動機採用了耐鹽腐蝕材料。
在美國聯合攻擊戰鬥機（Joint Strike Fighter，JSF）項目中，美國國防部一直致力於尋求一種全壽命周期耗費低廉合理、並且能夠同時滿足三個不同軍種使用要求的設計方案。JSF的設計必須包含常規起降型（Conventional Takeoff and Landing，CTOL）、艦載型（Carrier Variant，CV）和短距起飛/垂直降落型（STOVL）等三種不同型號。在JSF驗證機研製之時，當時世界上唯一可以滿足性能要求的發動機就只有美國普拉特•惠特尼公司（Pratt&Whitney，PW公司）研製的F119-PW-100發動機，裝備於F22「猛禽」戰鬥機。後來，基於F119-PW-100的先驗經驗，PW公司又成功開發出了F135-PW-100和F135-PW-600兩款發動機，分別裝配於F-35A/C和F35-B。
史上軍用最強航空渦扇發動機——F135發動機
F135系列發動機最在1986年的DARPA項目中被提出，起源於洛克希德•馬丁公司（Lockheed Martin Space Systems Company）的臭鼬工廠，洛克希德•馬丁公司首先成功開發並為其申請了專利，然後求助於PW公司建造了試驗機F100-229-Plus。地面試驗機F100-229-Plus使用了F119-PW-100發動機的第一級風扇作為提升風扇，採用了F100-PW-220的發動機風扇和核心機，採用了F100-PW-229的較大的低壓渦輪。
F135發動機團隊由PW公司、羅爾斯•羅伊斯公司（Rolls-Royce）、伍德沃德公司（Woodward,Inc.）和漢密爾頓•松斯特蘭德（Hamilton Sundstrand）組成。PW公司是主機和系統集成的總承包商，羅爾斯•羅伊斯公司負責垂直升力系統，漢密爾頓•松斯特蘭德負責發動機電子控制系統、制動系統、PMAG、變速箱和健康監測系統，伍德沃德公司負責燃油系統。
以下為F135發動機的發展歷程：
●2003～2004年，第一臺F135發動機進行測試；
●2006～2008年，F135裝配於F-35A和F-35B完成首飛；
●2009年，普惠公司改進了燃燒室、高壓渦輪風扇葉片等關鍵部件，使得F135更加耐用；
●2010年6月，裝配F135的F-35C完成首飛；
●2011年10月，裝配F135的F-35B首次在艦上完成降落；
●2015年7月，美國海軍陸戰隊宣布裝配F135的F-35B具有初步作戰能力；
●2016年8月，美國空軍宣布裝配F135的F-35A具有初步作戰能力；
●2019年2月，美國海軍宣布裝配F135的F-35C具有初步作戰能力。
F135-PW-100最大的特點就是具有極高的推重比，發展到現在其最大推力超過19噸。另外F135-PW-100具有極高的涵道比，F119-PW-100的涵道比為0.3，而F135-PW-100則達到了0.57。
F135-PW-100發動機具體性能參數
指標
參數
長度/cm
559
直徑/cm
117
淨重/kg
1701
最大推力量級/t
19.50
過渡推力量級/t
12.7
總壓力比
28:1
推重比
7.47
推重比（打開加力）
11.47
壽命/h
8000
資料來源：普惠公司
目前世界推重比超過10的一級渦扇發動機系列只有美國的F119和F135系列以及俄羅斯AL-41系列正式投入使用。歐洲噴氣公司（Eurojet）的EJ200渦扇發動機、法國國營航空發動機研究製造公司的M88-2渦扇發動機的推重比均不超過9，而俄羅斯最先進的由土星設計局研製生產的AL-41F推重比雖然超過10，卻以犧牲零件壽命為代價，運行壽命僅約4000小時。僅從航空發動機性能參數上看，美國依然是世界航空領域整體實力絕對第一的動力強國。以下為F135-PW-100與其它同類型航空發動機的性能參數對比。
世界各國主要航空渦扇發動機主要性能參數
指標
參數
發動機型號
F135-PW-100
F119-PW-100
EJ200
M88-2
AL-41F1
長度/cm
559
483
400
354
499
直徑/cm
117
114.3
86.3
90
128
淨重/kg
1701
1360
1035
897
1500
最大推力量級/t
19.5
19.5
9.3
7.6
16.5
中間推力量級/t
12.7
13.3
6.8
5.6
13.1
總壓力比
28:1
27:1
26:1
24.5:1
-
最大推重比
11.47
11.5
9
8.5
10.5～11
資料來源：市場調研
F135-PW-100基於F119-PW-100的核心機和主要結構，採用與F119-PW-100發動機基本相同的核心機。為提高推力，增加了發動機的空氣流量和涵道比，提高了發動機的工作溫度。在保持原風扇的高級壓比、高效率、大喘振裕度和輕質量的同時，將風扇的截面面積增加了10～20%。6級壓氣機與F119-PW-100發動機的基本相同。
（一）進氣道及低壓風扇
F135-PW-100進氣道包含一個由21個固定的徑嚮導流葉片組成的環，這些葉片安裝在前置低壓軸承上。
與F119相同，F135-PW-100也採用三級風扇，即低壓壓縮機（Low Pressure Compressor，LPC），每級風扇都包括一個單片式整體葉片轉子，由實心鈦合金盤體和鈦葉片焊接而成，與F119的每級風扇相比具有更高的質量流量和壓縮比。此外，F135-PW-100每級風扇的穩定性、抗撞擊能力得到了加強，並且重量更輕。風扇外殼由有機基複合材料（OMC）製成，第一級風扇由中空的OMC材料製成，通過線性摩擦焊工藝焊接在盤提上；第二、三級風扇是由側翼銑削鈦合金製成，使用相同技術焊接而成。線性摩擦焊是利用兩個工件以一定的頻率和振幅往復運動而產生的熱量進行焊接的方法，接合面受熱熔化後在壓力下使工件結為整體。F135-PW-100進氣道直徑為1.168米，每級風扇的單片式整體葉片轉子直徑為1.1米，涵道比為0.57。
F135-PW-100發動機剖面結構圖
（二）壓縮機
F135-PW-100有一個六級高壓壓縮機(High Pressure Compressor，HPC)單元，每級同樣都採用了整體葉盤方式，旋轉方向與前面的LPC旋轉方向相反。前兩級葉盤採用鈦合金製造，由於氣流經過每一級的壓縮後都會變得更熱，所以後四級葉盤改用高強度鎳基合金製造，以承受更高的溫度。由鈦合金製成的分離式前箱具有不對稱的穩定導流葉片（定子），所有的定子都是整體葉片。後部定子由鎳合金鑄成，並在高蠕變強度的鈦合金外殼環中以節段排列。HPC整體直徑為0.635米，單位氣體流量為129.6kg/s，整體壓縮比為35:1。
（三）燃燒室
F135-PW-100的單環形擴壓器/燃燒室也源於F119，具有可拆卸襯墊和一組燃油噴嘴，全部容納在一個擴散機匣內。燃燒室外殼長度和直徑均約0.762米，燃燒室內部長度約0.23米，直徑約0.51米。進入燃燒室的氣流壓力可以達到4150kPa，溫度可以達到920K。當F135-PW-100全功率運行時，氣流通過燃燒室的時間僅為0.003秒。燃燒室的內膽採用衝擊冷卻和氣膜冷卻，內壁還鋪有浮壁陶瓷塗層鎳基鑄件材料，這種材料表層有成千上萬的小孔，可以在固定的位置上下浮動。燃燒室的出口燃氣溫度可以達到2450K。
F135-PW-100發動機燃燒室示意圖
（四）高壓渦輪與低壓渦輪
F135-PW-100的高壓渦輪（High Pressure Turbine，HPT）採用新型翼型塗層冷卻的單級聯結構，同樣是基於F119，但是冷卻流量增加了一倍。高壓渦輪通過關閉後定子轉角來增強射流衝擊冷卻，高壓渦輪的由高強度粉末冶金燒結的轉子葉片由第二代單晶鎳基合金製成，具有極好的外部空氣密封性能。高壓渦輪的直徑約為0.914米，在來流溫度超過1920K時，渦輪轉子的轉速可以達到15000RPM，同時產生大約47752kW功率的動力。渦輪轉子葉片採用板上切向噴射(Tangential On-Board Injection，TOBI)冷卻，使壓力損失最小化，並且渦輪轉子每個葉片都是一個具有多個冷卻通道的複雜鑄件。
根據普惠公司「下一代戰機發動機」總經理Jimmy Kenyon在一次採訪中所說的，F135-PW-100的所有轉子葉片採用了一種以鎳合金為基礎的新鑄造工藝。這種鑄造工藝可以使轉子葉片表面產生很多內部小孔，加強冷卻效果，同時葉片也塗上了最新的熱障材料。葉片冷卻機制可分為外部冷卻機制和內部冷卻機制：內部冷卻機制是葉片前緣的衝擊冷卻和葉片內部通道的強制對流；外部冷卻機制主要採用氣膜冷卻和尾緣噴射。
多孔冷卻概念渦輪葉片
F135-PW-100高壓渦輪葉片內部結構
F135-PW-100低壓渦輪（Low Pressure Turbine，LPT）是兩級設計的結構，可以比F119的單級LPT提供更多的輸出功率，與HPT旋轉的方向相反。
（五）加力燃燒室
普惠公司至今仍未透露F135-PW-100加力燃燒室的具體細節，但是可以了解到的是F135-PW-100的加力燃燒室是一種可變的縮擴噴管，具有先進的燃燒器系統，能夠處理大體積氣流。加力燃燒室包含15個液壓驅動鉸鏈襟翼，控制推進射流，射流氣體壓力可達621kPa，溫度可達2200K。液壓執行機構可以在面積和外形上進行變化，當大量射流來臨時，液壓執行機構可協助旁路氣流減小面積以得到加力的效果。
F135-PW-100採用了多區燃油噴射技術把燃油噴向加力燃燒室點火器後方。燃油噴嘴可以單區噴射燃油，所以可以調節加力燃燒室的加力幅度。在飛行員的控制下，多區燃油噴射技術可以提供一個平穩的推力變化過程。
與F119發動機相同，F135-PW-100的加力燃燒室也採用了隱身設計，這兩種發動機把多區燃油噴嘴隱藏在彎曲的靜態導向葉片中，從而取消了傳統的噴油杆和火焰穩定器。
從尾部看去，普惠公司會遮擋F135-PW-100尾噴管內部結構
（一）PHM系統
F135系列發動機除了具備完善的狀態監視和故障診斷能力外，還提出了故障預測的要求，並且也具備了一定的預測能力。預測是發動機健康管理（Engine Health Management，EHM）系統區別於以往發動機監視診斷系統（Engine Monitoring Systems，EMS）的顯著特徵之一。為此，普惠公司投入了大量資源，開發了新型傳感器和診斷軟體，形成了比較完善的健康管理系統和配套的考核指標體系，形成了F135-PW-100的發動機健康預測及管理系統（Prognostics and Health Management，PHM）。
F135-PW-100的PHM系統駐留在全權限數字式電子控制裝置（即FADEC）中，接受各類傳感器發來的信息，包括：發動機吸入屑末、滑油狀況、發動機應力、軸承健康信息、靜電式滑油屑末等信息，以及先進壽命算法和部件狀況監測系統傳來的信息，並進行融合和推理處理。
F135-PW-100的PHM系統集成了吸入碎片監控（IDMS）、發動機微粒監控（EDMS）、渦流葉片監控（ECBS）、滑油微粒監控（ODM）等功能，可以在飛行中自動探測發動機的故障，自動調整發動機工作狀態並通知飛行員；同時通過F-35A/C戰鬥機機載的多功能先進數據鏈（MADL）將數據實時傳遞到基地，從而使基地在飛機著陸前就能準備好需要更換的零部件。
F135-PW-100的PHM系統
（二）PTMS系統
F135-PW-100的飛機動力和熱力管理系統（PTMS）有四個主要工作模式：
●自起動模式（SSM）；
●主發動機起動模式（MES）；
●冷卻模式（CM）；
●應急動力模式（EPM）。
在自起動模式下，PTMS使用飛機電池的電力起動渦輪機旋轉。系統中的SR S/G開關磁阻電機/起動機使用來自飛機電池的電力獲得運轉動力，壓縮機處於開放模式運行，發電機與冷卻風扇通過一根軸相連，兩根軸通過一個可控制開斷的滑套相連接。當渦輪動力轉速達到一定轉速後，發電機既能穩定的輸出電力，動力和熱力管理系統則將進入自我維持模式。這時飛機通過消耗燃油來獲得電力。
當PTMS處於主引擎啟動模式時，飛機通過持續燃燒燃料來獲得動力，並通過配電網絡將電力提供給另外一側的SR S/G開關磁阻電機，SR S/G開關磁阻電機此時帶動主發動機運轉。
當主引擎啟動完成後，PTMS將進入冷卻模式下工作，處於這種模式工作時，PTMS的燃燒室將停止使用，PTMS的動力渦輪由高壓壓氣機相連的引氣管壓縮空氣驅動，壓縮機處於半閉環控制。如壓縮機處於關閉狀態時，壓縮空氣通過風管熱交換器（FDHX），進一步膨脹而進入冷卻渦輪。來自渦輪出口的部分冷卻空氣則被輸送至駕駛室用於增壓以及空氣調節。
如果在飛行中主發動機發生故障，PTMS則自動將進入應急發電模式。壓縮機將旁通閥打開，將空氣與飛機高壓氣瓶存儲的壓縮氣體一起泵入PTMS的燃燒室，應急燃油系統將燃氣噴入燃燒室燃燒。經過加熱膨脹後的高溫高壓氣流驅動動力渦輪繼而帶動整個PTMS的發電機組從新恢復供電以及讓PTMS整個渦輪系統處於穩定工作狀態。
2018年6月13日，普惠公司宣布將為F135系列發動機選擇「成長2.0」升級方案(Growth Option 2.0)，該方案將加大電源和熱管理系統(PTMS)容量。「成長2」升級方案根據用戶對PTMS改進需求進行配置，將明顯改進PTMS容量。在整個飛行包線上，「成長2.0」與「成長1.0」對比可節省5～6%的油耗，以及增強6～10%的動力，還能同比提高PTMS容量。
總結
普惠公司在研製F135-PW-100過程中使用的眾多航空材料技術、工藝加工技術和電子系統技術彰顯了美國雄厚的工業和科技實力。我國雖然第五代機殲20已經開始服役，但配備的WS15發動機在研製進度上已落後於飛機本身，從這個角度上看，我國戰鬥機的發動機研製事業依然任重而道遠。