Балетки J55
| Балетки J55 | |
|---|---|
| Тип | Турбореактивный двигатель |
| Национальное происхождение | Соединенные Штаты |
| Производитель | Фредрик Фладер Инк. |
| Первый запуск | 1948 |
Flader J55 как 124 , также известный внутри компании , представлял собой небольшой турбореактивный двигатель, отличавшийся использованием сверхзвукового осевого компрессора . Разработка началась в компании Fredric Flader Inc. в 1947 году, а первые образцы были поставлены в 1949 году. Однако они имели гораздо меньшую мощность, чем предполагалось. В начале 1952 года последовали улучшенные модели, которые отвечали требованиям к производительности, но демонстрировали очень низкую надежность. Когда стали доступны небольшие двигатели других компаний, проект J55 был отменен в 1952 году.
История
[ редактировать ]Сверхзвуковые компрессоры
[ редактировать ]Осевой компрессор состоит из серии пропеллерообразных дисков, известных как «ступени», каждая из которых по очереди сжимает входящий воздух. По мере сжатия воздуха его объем уменьшается, поэтому каждая ступень имеет меньший диаметр, чем предыдущая.
В обычном турбореактивном двигателе скорости вращения компрессоров ограничены так, что внешние законцовки лопаток остаются дозвуковыми. Если все ступени питаются от общего вала, это означает, что предельная частота вращения будет определяться первой ступенью, которая является самой большой. Следующие ступени будут работать с гораздо меньшими скоростями вращения, что противоречит общему принципу, согласно которому более высокие скорости вращения более эффективны. Двигатели большего размера, например двигатели современных авиалайнеров, обычно включают в себя две или три «золотники», секции двигателя, работающие с разными скоростями вращения, что позволяет каждой секции компрессора достигать максимально возможных оборотов в минуту, оставаясь при этом дозвуковыми.
Кроме того, чтобы самолет мог работать на сверхзвуковых скоростях, самолет обычно использует ряд пандусов или конусов для создания ударных волн , которые постепенно замедляют воздух до дозвуковых скоростей, прежде чем он достигнет компрессора. Эти воздухозаборники создают сопротивление, которое приходится преодолевать двигателям.
Таким образом, компрессор, работающий на сверхзвуковых скоростях, будет иметь улучшенные характеристики, по крайней мере теоретически. Это позволит ему работать на более высоких скоростях вращения, а также уменьшит или устранит необходимость в сложных входных отверстиях. На заре разработки двигателей сверхзвуковая аэродинамика не была хорошо изучена, и не было ясно, будет ли такой двигатель более или менее эффективным, чем традиционная конструкция.
Чтобы это выяснить, между 1946 и 1948 годами инженеры Исследовательского центра Льюиса NACA провели раннюю исследовательскую программу по ступеням сверхзвукового компрессора. Они продемонстрировали весьма обнадеживающие результаты; Мало того, что такая конструкция работала, так еще и степень сжатия на одной ступени была гораздо выше, чем в дозвуковой конструкции, аж в два раза. [ 1 ] Это позволит двигатель с заданной степенью общего давления построить с меньшим количеством ступеней, что сделает его меньше, легче и менее сложным.
Плоское предложение
[ редактировать ]Компания Fredric Flader Inc. была основана в 1944 году для разработки небольших газотурбинных двигателей, первоначально на основе контракта с ВВС США на турбовинтовой двигатель T33-FF-1 мощностью 5900 л.с. (4400 кВт). Фладер открыл новый завод в Тонаванде, штат Нью-Йорк , для разработки двигателя, но вскоре после этого армия отменила проект. [ 2 ] Компанию спас контракт ВМС США на турбину диаметром 8 дюймов (200 мм) для аварийного электроснабжения небольших кораблей, но позже этот контракт выиграла компания Solar Turbines , и работы на Flader закончились.
В 1946 году армия приступила к разработке требований к серии из трех беспилотных самолетов, одним из которых был высокоскоростной радиоуправляемый дрон-мишень XQ-2. Компания Ryan Aeronautical выиграла контракт на разработку своей конструкции Firebee , и 7 февраля 1947 года лаборатория силовой установки Центра разработки авиации Райта объявила тендер на небольшой двигатель для планера Райана. [ 2 ] В предложении Фладера от 26 апреля 1947 года предлагалось использовать сверхзвуковой компрессор для создания небольшого двигателя, подходящего для этой конструкции. Они предсказали, что степень сжатия компрессора будет около 2,75, что примерно вдвое больше, чем у традиционных конструкций. только один центробежный компрессор . Этого было достаточно, чтобы для завершения цикла сжатия двигателя требовался [ 3 ]
Несмотря на связанные с этим риски, предложение Фладера выиграло тендер, и два месяца спустя начались разработки.
Раннее тестирование
[ редактировать ]Фладер работал в тесном сотрудничестве с инженерами Lewis. В июне 1948 года им отправили на испытания раннюю версию компрессора, которая продемонстрировала производительность намного ниже прогнозируемой. Хуже того, вопреки ожиданиям, производительность снижалась с увеличением скорости вращения, что противоречило предыдущим исследованиям Льюиса, что было одной из главных причин использования этой конструкции. Позже это объяснили толстым пограничным слоем на лопастях. Кроме того, примерно через 35 часов работы было обнаружено, что передние кромки лопаток компрессора закручены, по-видимому, из-за чрезвычайно высоких аэродинамических нагрузок. [ 4 ]
В середине 1949 года Фладер передал ВВС для испытаний два двигателя с пониженной мощностью XJ55-FF-1. Они обеспечивали тягу всего 450 фунтов силы (2000 Н), что намного ниже того, что было необходимо для питания Firebee. [ 4 ] Однако Фладер продолжал работать над конструкцией, и к концу 1951 года она значительно улучшилась. В январе 1952 года они поставили одну из этих улучшенных моделей, и 24 января она развивала скорость 700 фунтов силы (3100 Н), что соответствовало требованиям. Однако во время второго испытания 31 января двигатель вышел из строя вскоре после одной минуты работы с усилием 700 фунтов силы (3100 Н). [ 5 ]
Хотя казалось, что базовая конструкция способна обеспечить обещанные характеристики, на тот момент она была далека от завершения. Вес и расход топлива превышали проектную смету, различные вспомогательные системы, такие как топливные и масляные насосы, не были автономными, и он оставался уязвимым к помпажу компрессора. По оценкам Фладера, для устранения этих проблем потребуется еще три года разработки. [ 5 ]
Отмена
[ редактировать ]В этот момент на рынок вышли два новых небольших двигателя примерно необходимой мощности: Fairchild J44 и Continental J69 , лицензионная версия французского Turbomeca Marboré . ВВС решили использовать J69 в Firebee и вскоре после этого отменили разработку J55. [ 5 ]
Flader разработал еще несколько разовых разработок, но не нашел постоянной работы на местах и в конечном итоге сдал свои заводы в субподряд компании Eaton Manufacturing в 1955 году. Eaton ушла дальше, а 2 сентября 1957 года Flader закрылась. [ 6 ]
Описание
[ редактировать ]В целом J55 выглядел как обычный двигатель с осевым потоком, но секция оборудования располагалась перед двигателем в огромной вращающейся зоне. За спиннером располагалась зона впуска и ступень сверхзвукового компрессора. Позади него находилась единственная центробежная ступень в отдельной цилиндрической секции. Затем последовала канальная зона сгорания, а затем одна ступень турбины. [ 7 ]
Технические характеристики (J55-FF-1 Лейтенант 124)
[ редактировать ]Данные «Авиационных двигателей мира» 1949 г., [ 8 ] Самолеты всего мира Джейн 1949-50, [ 9 ] Рейс 11 мая 1951 г. [ 7 ]
Общие характеристики
- Тип: турбореактивный двигатель осевого типа.
- Длина: 79 дюймов (2007 мм)
- Диаметр: 15,7 дюйма (399 мм)
- Сухой вес: 300 фунтов (136 кг)
Компоненты
- Компрессор: многоступенчатый осевой компрессор сверхзвукового потока.
- Камеры сгорания : кольцевая камера сгорания из нержавеющей стали с 16 топливными форсунками.
- Турбина : 1-ступенчатая осевая турбина.
- Тип топлива: Керосин ( JP-1 )
- Масляная система: система давления, питаемая модифицированным масляным насосом турбонагнетателя при давлении 40 фунтов на квадратный дюйм (280 кПа), продуваемая двумя насосами.
Производительность
- Максимальная тяга : 770 фунтов силы (3425,13 Н) при 28600 об/мин на взлете.
- 700 фунтов силы (3113,76 Н) при 26800 об/мин на уровне моря, максимум, непрерывный/крейсерский режим
- 350 фунтов силы (1556,88 Н) при 19800 об/мин на холостом ходу
- Общий коэффициент давления : 2,85:1.
- Массовый расход воздуха: 15 фунтов/с (408,2 кг/мин)
- Температура на входе в турбину: 1250 ° F (677 ° C)
- Удельный расход топлива : 1,65 фунта/фунт-силы/час (0,047 кг/Н/кс) в крейсерском режиме.
- Отношение тяги к весу : 2,56 фунта-силы/фунт (25,1 Н/кг).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лейес и Флеминг 1999, стр. 48
- ^ Перейти обратно: а б Лейес и Флеминг 1999, стр. 46
- ^ Лейес и Флеминг 1999, стр. 47
- ^ Перейти обратно: а б Лейес и Флеминг 1999, стр. 49
- ^ Перейти обратно: а б с Лейес и Флеминг 1999, стр. 50
- ^ Лейес и Флеминг 1999, стр. 51
- ^ Перейти обратно: а б Прогресс 1951, стр. 570
- ^ Уилкинсон, Пол Х. (1949). Авиационные двигатели мира 1949 (7-е изд.). Лондон: Sir Isaac Pitman & Sons Ltd., стр. 56–57.
- ^ Бриджмен, Леонард, изд. (1949). Самолеты всего мира Джейн, 1949-50 гг . Лондон: Sampson Low, Marston & Co., стр. 28–29 дней.
Библиография
[ редактировать ]- Лейес, Ричард А. II; Флеминг, В. (1999). История североамериканских малых газотурбинных авиационных двигателей . АИАА. ISBN 9781563473326 .
- «Джет Прогресс за рубежом» . Летный и авиационный инженер . LIX (2207): стр. 566–567, 570. 11 мая 1951 г.
- Кей, Энтони Л. (2007). История и развитие турбореактивных двигателей 1930-1960 гг . Том. 2 (1-е изд.). Рамсбери: Crowood Press. ISBN 978-1861269393 .