Rolls-Royce Pegaz - Rolls-Royce Pegasus

Pegaz / F402
Rolls Royce Pegasus.JPG
Rolls-Royce Pegasus na wystawie w Royal Air Force Museum w Londynie
Rodzaj Turbofan
Pochodzenie narodowe Zjednoczone Królestwo
Producent Rolls-Royce
Pierwszy bieg wrzesień 1959
Główne zastosowania Hawker Siddeley Harrier
BAE Sea Harrier
McDonnell Douglas AV-8B Harrier II
Liczba zbudowany Ponad 1200 (do 2008 r.)
Opracowany z Bristol Siddeley Orfeusz

Rolls-Royce Pegasus , dawniej Bristol Siddeley Pegasus , to turbofan silnik oryginalnie zaprojektowany przez Bristol Siddeley . Został wyprodukowany przez Rolls-Royce plc . Silnik jest w stanie nie tylko napędzać samolot odrzutowy do przodu, ale także kierować ciąg w dół przez obrotowe dysze . Lekko załadowany samolot wyposażony w ten silnik może manewrować jak helikopter . W szczególności mogą wykonywać pionowe starty i lądowania . W służbie USA silnik nosi oznaczenie F402 .

Unikalny silnik Pegasus napędza wszystkie wersje wielozadaniowych samolotów wojskowych z rodziny Harrier . Firma Rolls-Royce posiada licencję Pratt & Whitney na budowę Pegasusa dla wersji produkowanych w USA. Jednak firma Pratt & Whitney nigdy nie ukończyła żadnych silników, a wszystkie nowe konstrukcje produkuje firma Rolls-Royce w Bristolu w Anglii. Pegasus był również planowanym silnikiem w wielu projektach lotniczych, wśród których znalazły się prototypy niemieckiego projektu wojskowego transportowca Dornier Do 31 VSTOL.

Rozwój

Rolls-Royce Pegaz

Tło

Michel Wibault , francuski konstruktor samolotów, wpadł na pomysł wykorzystania ciągu wektorowego w samolotach pionowego startu. Ten ciąg pochodziłby z wału czterech dmuchaw odśrodkowych napędzanych przez turbośmigłowy silnik Bristol Orion , przy czym spaliny z każdej dmuchawy byłyby wektoryzowane przez obracanie spirali dmuchawy. Chociaż pomysł wektoryzacji ciągu był dość nowatorski, proponowany silnik uznano za zbyt ciężki.

W rezultacie, inżynier z Bristol Engine Company , Gordon Lewis , zaczął w 1956 roku studiować alternatywne koncepcje silników, wykorzystując, tam gdzie to możliwe, istniejące komponenty silników z serii silników Orpheus i Olympus . Prace nadzorował dyrektor techniczny Stanley Hooker . Jedną z koncepcji, która wyglądała obiecująco, była BE52, która początkowo wykorzystywała Orpheus 3 jako rdzeń silnika oraz, na oddzielnym wale współosiowym, pierwsze dwa stopnie sprężarki Olympus 21 LP, która działała jak wentylator, dostarczając sprężone powietrze do dwóch ciągów. dysze wektorowania z przodu silnika. Na tym etapie ćwiczenia projektowego spaliny z turbiny niskoprężnej były odprowadzane przez konwencjonalną tylną dyszę. Były oddzielne wloty dla wentylatora i rdzenia sprężarki, ponieważ wentylator nie doładowywał rdzenia sprężarki.

Chociaż BE.52 był samodzielną elektrownią i lżejszy niż koncepcja Wibaulta, BE.52 nadal był skomplikowany i ciężki. W rezultacie prace nad koncepcją BE.53 rozpoczęły się w lutym 1957. W BE.53 stopnie Olympus zostały zamontowane blisko stopni Orfeusza; upraszczając w ten sposób kanały wlotowe. Stopnie Olympusa doładowały teraz rdzeń Orpheusa, poprawiając ogólny stosunek ciśnienia, tworząc coś, co jest obecnie uważane za konwencjonalną konfigurację turbowentylatorową.

Przez rok Bristol projektował silnik w odosobnieniu, mając niewiele informacji zwrotnych od różnych producentów płatowców dostarczanych z danymi. Jednak w maju 1957 zespół otrzymał list z poparciem od Sydney Camm z Hawker Aviation. Szukali zastępcy Hawker Hunter . Projektant samolotu, Ralph Hooper , zasugerował zastosowanie czterech dysz wektorowania ciągu (pierwotnie sugerowanych przez Lewisa) z gorącymi gazami z dwóch tylnych. Dalsze wspólne dyskusje pomogły udoskonalić konstrukcję silnika.

W 1957 Obrony Biała Księga , która koncentruje się na pociski, a nie samolot załogowy - które zostały uznane za „przestarzały” - nie była dobra wiadomość, ponieważ wyklucza jakąkolwiek pomoc finansową przyszłego rządu dla rozwoju już nie zachowanych załogowych samolotów bojowych. Uniemożliwiło to oficjalną pomoc finansową Ministerstwa Obrony na silnik lub samolot . Na szczęście rozwój silnika był wspierany finansowo w wysokości 75% z programu Mutual Weapons Development Program , Verdon Smith z Bristol Siddeley Engines Limited (BSEL), którym Bristol Engines stał się wówczas po fuzji z Armstrong Siddeley , szybko zgadzając się zapłacić reszta.

Pierwszy prototypowy silnik (jeden z dwóch zbudowanych BE53/2) uruchomił się 2 września 1959 roku i był wyposażony w dwustopniowy wentylator oraz rdzeń Orpheus 6. Mimo, że wentylator był wysunięty, łopatki kierujące wlotu były nadal włączone. Szpula HP składała się z 7-stopniowej sprężarki napędzanej jednostopniową turbiną. Wentylator napędzała dwustopniowa turbina niskoprężna. Na wylocie wentylatora nie było komory wyrównawczej, ale zamontowano 4 dysze wektorowania ciągu.

Dalszy rozwój silnika przebiegał wówczas wspólnie z samolotem Hawker P.1127 . Samolot wykonał pierwszy lot (uwięziony na uwięzi) 21 października 1960 roku, napędzany BE53/3 (Pegasus 2). Swobodny zawis uzyskano 19 listopada tego samego roku. Przejście do lotu na skrzydłach nastąpiło w 1961 roku. Późniejsze wersje P.1127 były wyposażone w Pegasusa 3 i ostatecznie Pegasusa 5.

Pegasus 5 był również używany w Kestrel , udoskonaleniu P.1127, z których dziewięć zbudowano do trójstronnego ćwiczenia ewaluacyjnego. Pustułka została następnie rozwinięta w samolot bojowy Harrier. Do czasu budowy Pegasusa 5/2 zarówno wentylator, jak i sprężarka HP były zerowe, a do turbiny HP dodano drugi stopień.

Testowanie i produkcja

Testy w locie i rozwój silnika nie otrzymały funduszy rządowych; finansowanie samolotu pochodziło w całości od firmy Hawker.

Pierwsze silniki miały ledwie wystarczający ciąg, aby podnieść samolot z ziemi z powodu problemów ze wzrostem masy. Testy w locie przeprowadzono początkowo na uwięzi, a pierwszy swobodny zawis wykonano 19 listopada 1960 roku. Pierwsze przejście ze statycznego zawisu do lotu konwencjonalnego nastąpiło 8 września 1961 roku. Początkowo obawiano się, że samolot będzie miał trudności z przejściem między poziomami. i pionowy lot, ale podczas testów okazało się, że jest to niezwykle proste. Testy wykazały, że ze względu na ekstremalny stosunek mocy do masy wystarczyło tylko kilka stopni ruchu dyszy, aby samolot poruszał się do przodu wystarczająco szybko, aby wytworzyć siłę nośną skrzydła, i że nawet przy kącie 15 stopni samolot bardzo dobrze przyspieszał. Pilot musiał po prostu powoli przesuwać sterowanie dyszą do przodu. Podczas przechodzenia z pozycji poziomej z powrotem do pionowej pilot po prostu zwalniał do około 200 węzłów i obracał dysze w dół, pozwalając ciągowi silnika przejąć kontrolę, gdy samolot zwalniał, a skrzydła przestawały wytwarzać siłę nośną.

RAF nie nawrócił się zbytnio na ideę VTOL i określił cały projekt jako zabawkę i przyjemność tłumu . Pierwszy prototyp P1127 bardzo ciężko lądował na Paris Air Show w 1963 roku.

Produkcja seryjna oraz udoskonalenia konstrukcyjne i rozwojowe Pegasusa w celu wytwarzania coraz wyższych ciągów były kontynuowane przez silniki Bristol po 1966 roku, kiedy to firma Rolls-Royce Ltd kupiła firmę. Pokrewny projekt silnika, 39 500 lbf (z przegrzewaniem ) Bristol Siddeley BS100 do naddźwiękowego myśliwca VTOL ( Hawker Siddeley P.1154 ) nie został opracowany do produkcji, ponieważ projekt samolotu został anulowany w 1965 roku.

Do chwili obecnej wyprodukowano 1347 silników i zarejestrowano dwa miliony godzin pracy w samolotach Harrierów Królewskich Sił Powietrznych (RAF), Królewskiej Marynarki Wojennej , Korpusu Piechoty Morskiej Stanów Zjednoczonych oraz marynarek wojennych Indii , Włoch , Hiszpanii i Tajlandii .

Niewektorowana pochodna ciągu Pegasusa o masie 26 000 funtów napędzana ciekłym wodorem , RB.420, została zaprojektowana i zaoferowana w 1970 roku w odpowiedzi na zapotrzebowanie NASA na silnik do napędzania projektowanego wahadłowca kosmicznego podczas lotu powrotnego przez atmosferę. W tym przypadku NASA wybrała projekt wahadłowca wykorzystujący bezsilnikowy powrót ślizgowy.

Projekt

Krótki start USMC Harrier na mokrym pokładzie.

Pegasus Vectored oporowe turbofan to projekt dwóch wał wyposażony w trzy niskiego ciśnienia (LP) oraz osiem wysokiego ciśnienia (HP) etapy kompresor napędzany przez dwa LP i HP dwóch turbin etapach odpowiednio. Niezwykle szpule LP i HP obracają się w przeciwnych kierunkach, aby znacznie zmniejszyć efekt żyroskopowy, który w przeciwnym razie utrudniłby obsługę przy niskich prędkościach. Łopatki wentylatora LP i HP są wykonane z tytanu, łopatki wentylatora LP działają w obszarze częściowo naddźwiękowym, a przepływ powietrza wynosi 432 funtów/s. Silnik wykorzystuje prosty system wektorowania ciągu , który wykorzystuje cztery obrotowe dysze, zapewniając ciąg Harriera zarówno do podnoszenia, jak i napędu do przodu, umożliwiając lot STOVL .

System spalania to pierścieniowa komora spalania z niskociśnieniowymi palnikami odparowującymi ASM .

Rozruch silnika odbywał się za pomocą zamontowanego u góry, kombinowanego rozrusznika turbiny gazowej/ APU .

Dysze

Lokalizacje dysz
Lokalizacje czterech dysz na samolocie.
Dysza wydechowa

Dwie przednie dysze, które są wykonane ze stali, są zasilane powietrzem ze sprężarki LP, tylne dysze wykonane są z Nimonic z gorącym (650 °C) wylotem strumienia. Podział przepływu powietrza wynosi około 60/40 przód tył. Bardzo ważne jest, aby dysze obracały się razem. Osiąga się to poprzez zastosowanie pary silników pneumatycznych zasilanych ze sprężarki HP (wysokiego ciśnienia), w konfiguracji awaryjnej, par dysz połączonych łańcuchami motocyklowymi. Dysze obracają się w zakresie kątowym 98,5 stopnia.

Pegasus był również pierwszym silnikiem turbowentylatorowym, który miał pierwszy wentylator sprężarki, stopień zerowy, przed przednim łożyskiem. Wyeliminowało to rozpórki promieniowe i związane z nimi zagrożenie oblodzeniem.

Pozycja silnika

Silnik montowany jest pośrodku Harriera, w związku z czym po zamontowaniu kadłuba na kozłach konieczne było zdjęcie skrzydła w celu zmiany zespołu napędowego. Zmiana trwała co najmniej osiem godzin, chociaż przy użyciu odpowiednich narzędzi i sprzętu do podnoszenia można było to zrobić w mniej niż cztery.

Wtrysk wody

Maksymalny ciąg startowy dostępny z silnika Pegasus jest ograniczony, szczególnie w wyższych temperaturach otoczenia, przez temperaturę łopatek turbiny. Ponieważ ta temperatura nie może być wiarygodnie zmierzona, granice pracy są określane przez temperaturę rury strumieniowej. Aby umożliwić zwiększenie prędkości silnika, a tym samym ciągu podczas startu, do komory spalania i turbiny rozpylana jest woda, aby utrzymać temperaturę łopatek na akceptowalnym poziomie.

Woda do układu wtryskowego znajduje się w zbiorniku znajdującym się pomiędzy rozwidloną częścią tylnego (gorącego) przewodu wydechowego. Zbiornik zawiera do 500 funtów (227 kg, 50 galonów imperialnych ) wody destylowanej. Szybkość przepływu wody dla wymaganego obniżenia temperatury turbiny wynosi około 35  gpm (galony imperialne na minutę) przez maksymalny czas trwania około 90 sekund. Ilość przewożonej wody jest wystarczająca i odpowiednia do szczególnej roli operacyjnej statku powietrznego.

Wybór wartości znamionowych silnika z wtryskiem wody (podnoszenie na mokro/krótkie podnoszenie na mokro) powoduje wzrost prędkości obrotowej silnika i limitów temperatury rury strumieniowej powyżej odpowiednich wartości znamionowych na sucho (bez wtrysku) (podnoszenie na sucho/krótkie podnoszenie na sucho). Po wyczerpaniu dostępnego zapasu wody w zbiorniku limity są resetowane do poziomów „suchych”. Lampka ostrzegawcza w kokpicie z wyprzedzeniem ostrzega pilota o wyczerpaniu wody.

Warianty

Rolls-Royce Bristol Pegasus , silnik pionowego startu Harrier , w Bristol Industrial Museum , Anglia .
Pegaz 1 (BE53-2)
Dwa prototypowe silniki były silnikami demonstracyjnymi, które rozwijały około 9000 lbf (40 kN) na stanowisku testowym. Żaden silnik nie został zainstalowany w P.1127.
Pegaz 2 (BE53-3)
Używany w początkowym P.1127s, 11500 lbf (51 kN)
Pegaz 3
Używany w prototypach P.1127, 13500 lbf (60 kN)
Pegaz 5 (BS.53-5)
Używany do samolotu ewaluacyjnego Hawker Siddeley Kestrel przy 15 000 lbf (67 kN)
Pegaz 6 (Mk.101)
Do początkowej produkcji Harriers przy 19 000 lbf (85 kN), pierwszy oblatany w 1966 i wszedł do służby w 1969
Pegaz 10 (Mk.102)
Za modernizację pierwszych Harrierów o większej mocy i używanych do AV-8A, 20 500 lbf (91 kN), wprowadzony do służby w 1971 roku.
Pegaz 11 (Mk.103)
Pegasus 11 napędzał Harriery pierwszej generacji, Hawker Siddeley Harrier GR.3 RAF, AV-8A USMC, a później Sea Harrier Królewskiej Marynarki Wojennej . Pegasus 11 wyprodukował 21 000 lbf (93 kN) i wszedł do służby w 1974 roku.
Pegaz 14 (Mk.104)
Morska wersja Pegasusa 11 dla Sea Harrier, taka sama jak 11, ale niektóre elementy silnika i odlewy wykonane z materiałów odpornych na korozję.
Pegaz 11-21 (Mk.105 / Mk.106)
11-21 został opracowany dla drugiej generacji Harrierów, USMC AV-8B Harrier II i BAE Harrier IIs . Oryginalny model zapewniał dodatkowe 450 lbf (2,0 kN). RAF Harriers weszły do ​​służby z 11-21 Mk.105, AV-8B z F402-RR-406. W zależności od ograniczeń czasowych i wtrysku wody , na poziomie morza dostępne jest od 14 450 lbf (64,3 kN) (maks. ciągłe przy 91% obr./min) do 21 550 lbf (95,9 kN) (15 s na mokro przy 107% obr./min). strata przy 90°). Rozwój Mk.106 został wyprodukowany dla modernizacji Sea Harrier FA2 i generuje 21 750 lbf (96,7 kN).
Pegaz 11-61 (Mk.107)
11-61 (aka -408) to najnowsza i najmocniejsza wersja Pegasusa, zapewniająca 23 800 lbf (106 kN). Odpowiada to do 15 procent większej sile ciągu w wysokich temperaturach otoczenia , umożliwiając zmodernizowanym Harrierom powrót na lotniskowiec bez konieczności zrzucania nieużywanej broni, co wraz ze zmniejszoną konserwacją zmniejsza całkowity koszt użytkowania silnika. Ten najnowszy Pegasus jest również montowany w AV-8B+ . RAF/RN był w trakcie modernizacji swojej floty GR7 do standardu GR9, początkowo poprzez wspólny program modernizacji i konserwacji (JUMP), a następnie poprzez kontrakt dostępności platformy Harrier (HPAC). Wszystkie samoloty GR7 miały zostać zmodernizowane do kwietnia 2010 roku. Częścią tego procesu była modernizacja silników Mk.105 do standardu Mk.107. Samoloty te były znane jako GR7As i GR9As.

Aplikacje

Zamierzone zastosowanie

Silniki na wyświetlaczu

Silniki Pegasus są wystawiane publicznie w następujących muzeach:

Dane techniczne (Pegaz 11-61)

Dane z

Ogólna charakterystyka

  • Typ: Twin- szpula turbofan
  • Długość: 137 cali (3,480 m)
  • Średnica: 48 cali (1,219 m)
  • Sucha masa: 3960 funtów (1796 kg)

składniki

Występ

Zobacz też

Powiązany rozwój

Porównywalne silniki

Powiązane listy

Bibliografia

Cytaty
Bibliografia
  • Pegaz: Serce błotniaka , Andrew Dow, Pen & Sword, ISBN  978-1-84884-042-3
  • Niewielki inżynier , Sir Stanley Hooker, Airlife Publishing, ISBN  0-906393-35-3
  • Zespół napędowy: system wtrysku wody, inżynieria lotnicza i technologia kosmiczna, tom. 42 Iss: 1, s. 31–32. DOI: 10.1108/eb034594 (stały adres URL). Wydawca: MCB UP Ltd

Linki zewnętrzne

Klipy wideo