Роллс-Ройс Пегас

Пегас / F402
Rolls-Royce Pegasus на выставке в Музее Королевских ВВС в Лондоне
Тип	ТРДД
Национальное происхождение	Великобритания
Производитель	Роллс-Ройс
Первый запуск	сентябрь 1959 г.
Основные приложения	Хокер Сиддели Харриер BAE Си Харриер Макдоннелл Дуглас AV-8B Харриер II
Количество построенных	Более 1200 (до 2008 г.)
Разработано на основе	Бристоль Сиддели Орфей

Rolls -Royce Pegasus — британский турбовентиляторный двигатель, первоначально разработанный Бристолем Сиддели . Его производила компания Rolls-Royce plc . Двигатель способен не только двигать реактивный самолет вперед, но и направлять тягу вниз через поворотные сопла . Легконагруженный самолет, оснащенный этим двигателем, может маневрировать как вертолет . В частности, они могут выполнять вертикальный взлет и посадку . На вооружении США двигатель имеет обозначение F402 .

Первоначально двигатель Bristol Siddeley Pegasus использовался на всех версиях семейства Harrier многоцелевых военных самолетов . Rolls-Royce лицензировала Pratt & Whitney на производство Pegasus для американских версий. Однако компания Pratt & Whitney так и не завершила производство каких-либо двигателей, а все новые модели производились компанией Rolls-Royce в Бристоле, Англия. Pegasus также был запланированным двигателем для ряда проектов самолетов, среди которых были прототипы немецкого военно-транспортного проекта Dornier Do 31 VSTOL.

Разработка

Роллс-Ройс Пегас

Фон

Мишель Вибо , французский авиаконструктор, придумал использовать векторную тягу для самолетов с вертикальным взлетом. Эта тяга будет исходить от вала четырех центробежных нагнетателей, приводимых в движение турбовинтовым двигателем Orion Bristol , при этом выхлоп каждого нагнетателя направляется путем вращения спиралей нагнетателя. Хотя идея векторизации тяги была совершенно новой, предложенный двигатель сочли слишком тяжелым.

В результате инженер Bristol Engine Company Гордон Льюис в 1956 году начал изучать альтернативные концепции двигателей, используя, где это возможно, существующие компоненты двигателей из серий двигателей Orpheus и Olympus . Работу курировал технический директор Стэнли Хукер . Одной из концепций, которая выглядела многообещающе, был BE52, в котором первоначально использовался Orpheus 3 в качестве ядра двигателя и, на отдельном коаксиальном валу, первые две ступени компрессора Olympus 21 LP, который действовал как вентилятор, подавая сжатый воздух на две тяги. векторные сопла в передней части двигателя. На этом этапе проектирования выхлопные газы турбины НД выбрасывались через обычное заднее сопло. Для вентилятора и основного компрессора были отдельные воздухозаборники, поскольку вентилятор не нагнетал основной компрессор.

Хотя BE.52 представлял собой автономную силовую установку и был легче концепции Вибо, BE.52 все же оставался сложным и тяжелым. В результате работа над концепцией BE.53 началась в феврале 1957 года. В BE.53 ступени Olympus были установлены близко к ступеням Orpheus; тем самым упрощая впускной воздуховод. Ступени Олимпа теперь усиливали ядро ​​Орфея, улучшая общую степень сжатия. создание того, что сейчас считается обычной конфигурацией турбовентиляторного двигателя.

В течение года Бристоль разрабатывал двигатель изолированно, практически не получая отзывов от различных производителей планеров, предоставивших данные. Однако в мае 1957 года команда получила письмо поддержки от Сиднея Камма из Hawker Aviation, в котором говорилось, что они ищут замену Hawker Hunter . Авиаконструктор Ральф Хупер предложил иметь четыре сопла управления вектором тяги (первоначально предложенные Льюисом) с горячими газами из двух задних. Дальнейшие совместные обсуждения помогли доработать конструкцию двигателя.

, Белая книга Министерства обороны 1957 года в которой основное внимание уделялось ракетам, а не самолетам с экипажем, которые были объявлены «устаревшими», не была хорошей новостью, поскольку она исключала любую будущую государственную финансовую поддержку разработки еще не существующих боевых самолетов с экипажем. Это препятствовало какой-либо официальной финансовой поддержке двигателя или самолета со стороны Министерства обороны . К счастью, разработка двигателя получила финансовую поддержку на сумму 75% от Программы взаимной разработки оружия Вердона Смита из Bristol Siddeley Engines Limited (BSEL), которой к тому времени стала Bristol Engines в результате слияния с Armstrong Siddeley , быстро согласившейся оплатить остаток.

Первый прототип двигателя (один из двух построенных BE53/2) работал 2 сентября 1959 года, имел двухступенчатый вентилятор и использовал сердечник Orpheus 6. Хотя вентилятор был нависающим, входные направляющие лопатки все еще были включены. Золотник ВД состоял из семиступенчатого компрессора, приводимого в движение одноступенчатой ​​турбиной. Двухступенчатая турбина низкого давления приводила в движение вентилятор. На выходе из вентилятора камеры сгорания не было, но были установлены 4 сопла управления вектором тяги.

Дальнейшая разработка двигателя продолжалась в тандеме с самолетом Hawker P.1127 . Самолет впервые поднялся в воздух (привязное зависание) 21 октября 1960 года с двигателем BE53/3 (Pegasus 2). Свободное висение было достигнуто 19 ноября того же года. Переход к крыльевому полету произошел в 1961 году. Более поздние версии P.1127 оснащались Pegasus 3 и, в конечном итоге, Pegasus 5.

Pegasus 5 также использовался в Kestrel , усовершенствованной версии P.1127, девять из которых были построены для трехсторонней оценки. Впоследствии «Кестрел» был преобразован в боевой самолет «Харриер». К моменту постройки Pegasus 5/2 и вентилятор, и компрессор ВД были ненулевыми , а к турбине ВД была добавлена ​​вторая ступень.

Тестирование и производство

Летные испытания и разработка двигателей не получили государственного финансирования; Финансирование самолета полностью поступило от Hawker.

Тяги первых двигателей едва хватало, чтобы поднять самолет от земли из-за проблем с ростом веса. Первоначально летные испытания проводились с привязанным самолетом, причем первое свободное висение было достигнуто 19 ноября 1960 года. Первый переход от статического висения к обычному полету был осуществлен 8 сентября 1961 года. Первоначально опасались, что самолет будет испытывать трудности с переходом между уровнями полета. и вертикального полета, но в ходе испытаний выяснилось, что он чрезвычайно прост. Испытания показали, что из-за экстремального соотношения мощности к весу потребовалось всего несколько градусов поворота сопла, чтобы самолет двинулся вперед достаточно быстро, чтобы создать подъемную силу от крыла, и что даже под углом 15 градусов самолет разгонялся очень сильно. хорошо. Пилоту просто приходилось медленно перемещать рукоятку управления соплом вперед. Во время перехода из горизонтального положения обратно в вертикальное пилот просто снижал скорость примерно до 200 узлов и поворачивал сопла вниз, позволяя тяге двигателя взять на себя управление, когда самолет замедлялся, а крылья переставали создавать подъемную силу.

Королевские ВВС не особо поддержали идею вертикального взлета и посадки и описали весь проект как игрушку и удовольствие публике . Первый прототип P1127 совершил очень тяжелую посадку на Парижском авиасалоне в 1963 году.

Серийное производство, а также усовершенствование конструкции и разработки Pegasus для обеспечения все более высокой тяги продолжались для двигателей Bristol после 1966 года, когда компанию купила компания Rolls-Royce Ltd. Сопутствующая конструкция двигателя, мощностью 39 500 фунтов силы (с прогревом ) Bristol Siddeley BS100 для сверхзвукового истребителя вертикального взлета и посадки ( Hawker Siddeley P.1154 ), не была запущена в производство, поскольку проект самолета был отменен в 1965 году.

Невекторная тяга 26 000 фунтов от «Пегаса», работающего на жидком водороде , RB.420, была разработана и предложена в 1970 году в ответ на требование НАСА о двигателе для питания проектируемого космического корабля «Шаттл» во время его обратного полета через атмосферу. В этом случае НАСА выбрало конструкцию шаттла с планирующим возвратом без двигателя.

Дизайн

Короткий разбег USMC Harrier на мокрой палубе.

ТРДД Pegasus с векторной тягой представляет собой двухвальную конструкцию с тремя ступенями компрессора низкого давления (НД) и восемью ступенями высокого давления (ВД), приводимыми в движение двумя ступенями турбины НД и двумя ступенями ВД соответственно. Это первый турбовентиляторный двигатель, вентилятор которого расположен перед передним подшипником вала низкого давления. Это устранило необходимость в опорных стойках перед вентилятором и связанную с ними опасность обледенения. Необычно то, что золотники LP и HP вращаются в противоположных направлениях, что значительно уменьшает гироскопические эффекты, которые в противном случае могли бы вызвать проблемы с управлением самолетом на низких скоростях самолета. Лезвия LP и HP изготовлены из титана. Вентилятор имеет трансзвуковую конструкцию, скорость воздушного потока составляет 432 фунта/с. В двигателе используется простая система управления вектором тяги , в которой используются четыре поворотных сопла, обеспечивающие Harrier тягу как для подъемной силы, так и для движения вперед, что позволяет осуществлять полет в режиме STOVL .

Система сгорания — кольцевая камера сгорания с АСМ . испарительными горелками низкого давления

Запуск двигателя осуществлялся верхним комплектным комбинированным газотурбинным стартером/ ВСУ .

Насадки

Расположение четырех форсунок на двигателе.

Выхлопное сопло

Передние форсунки изготовлены из стали и питаются воздухом от компрессора низкого давления, а задние форсунки изготовлены из Nimonic с горячей (650 °C) струей выхлопа. Распределение воздушного потока составляет примерно 60/40 спереди/сзади. Форсунки вращаются с помощью мотоциклетных цепей, приводимых в движение пневмодвигателями, питаемыми воздухом от компрессора ВД. Форсунки вращаются в диапазоне 98,5 градусов.

Положение двигателя

Двигатель установлен в центре «Харриера», в результате чего для замены силовой установки пришлось снимать крыло, после установки фюзеляжа на эстакады. Замена заняла минимум восемь часов, хотя с использованием соответствующих инструментов и подъемного оборудования это можно было сделать менее чем за четыре.

Закачка воды

Максимальная взлетная тяга двигателя Pegasus ограничена, особенно при более высоких температурах окружающей среды, температурой лопаток турбины. Поскольку эту температуру невозможно надежно измерить, эксплуатационные пределы определяются температурой струйной трубы. Чтобы увеличить скорость двигателя и, следовательно, тягу при взлете, в камеру сгорания и турбину распыляется вода, чтобы поддерживать температуру лопастей на приемлемом уровне.

Вода для системы впрыска содержится в баке, расположенном между раздвоенным участком заднего (горячего) выпускного тракта. Резервуар содержит до 500 фунтов (227 кг, 50 британских галлонов ) дистиллированной воды. Скорость потока воды для необходимого снижения температуры турбины составляет примерно 35   галлонов в минуту (британских галлонов в минуту) при максимальной продолжительности примерно 90 секунд. Количество перевозимой воды достаточно и соответствует конкретной эксплуатационной роли самолета.

Выбор мощности двигателя с впрыском воды (Lift Wet/Short Lift Wet) приводит к увеличению предельных значений частоты вращения двигателя и температуры струйной трубы за пределы соответствующих сухих (без впрыска) характеристик (Lift Dry/Short Lift Dry). При исчерпании доступного запаса воды в резервуаре пределы сбрасываются на «сухой» уровень. Сигнальная лампа в кабине заранее предупреждает пилота об истощении воды.

Варианты

Rolls-Royce Bristol Pegasus, двигатель вертикального взлета Harrier , в Бристольском промышленном музее , Англия .

Пегас 1 (BE53-2)

Два прототипа двигателя были двигателями-демонстраторами, которые на испытательном стенде развивали около 9000 фунтов силы (40 кН). Ни один из двигателей на P.1127 не устанавливался.

Пегас 2 (BE53-3)

Используется в первых P.1127, 11 500 фунтов силы (51 кН).

Пегас 3

Используется на прототипах P.1127, 13 500 фунтов силы (60 кН).

Пегас 5 (БС.53-5)

Используется для оценочного самолета Hawker Siddeley Kestrel с усилием 15 000 фунтов силы (67 кН).

Пегас 6 (Мк.101)

Для первоначального производства Harrier с тягой 19 000 фунтов силы (85 кН), первый полет состоялся в 1966 году и поступил на вооружение в 1969 году.

Пегас 10 (Мк.102)

Для обновления первых Harrier с большей мощностью, использовавшихся для AV-8A, 20 500 фунтов силы (91 кН), поступивших на вооружение в 1971 году.

Пегас 11 (Мк.103)

Pegasus 11 использовался на самолетах Harrier первого поколения, Hawker Siddeley Harrier GR.3 ВВС Великобритании, морской пехоты США AV-8A Королевского флота , а затем на Sea Harrier . Pegasus 11 производил 21 000 фунтов силы (93 кН) и поступил на вооружение в 1974 году.

Пегас 14 (Мк.104)

Морская версия Pegasus 11 для Sea Harrier, такая же, как и 11, но некоторые компоненты двигателя и отливки изготовлены из коррозионностойких материалов.

Пегас 11-21 (Мк.105/Мк.106)

11-21 был разработан для Harrier второго поколения, USMC AV-8B Harrier II и BAE Harrier II . Исходная модель обеспечивала дополнительные 450 фунтов силы (2,0 кН). RAF Harrier поступили на вооружение с 11-21 Mk.105, AV-8B с F402-RR-406. В зависимости от ограничений по времени и закачки воды , на уровне моря доступна подъемная сила от 14 450 фунтов силы (64,3 кН) (макс. непрерывная при 91% об/мин) до 21 550 фунтов силы (95,9 кН) (15 с во влажном состоянии при 107% об/мин) (включая смещение). потеря при 90°). Разработка Mk.106 была произведена для модернизации Sea Harrier FA2 и развивает 21 750 фунтов силы (96,7 кН).

Пегас 11-61 (Мк.107)

11-61 (он же -408) — новейшая и самая мощная версия Pegasus, обеспечивающая 23 800 фунтов силы (106 кН). Это соответствует увеличению тяги на 15 процентов при высоких температурах окружающей среды , что позволяет модернизированным «Харриерам» возвращаться на авианосец без необходимости сбрасывать неиспользованное вооружение, что наряду с сокращением технического обслуживания снижает общую стоимость использования двигателя. Этот новейший Pegasus также устанавливается на AV-8B+ . RAF/RN находились в процессе модернизации своего парка GR7 до стандарта GR9, сначала в рамках совместной программы модернизации и технического обслуживания (JUMP), а затем в рамках контракта о доступности платформы Harrier (HPAC). Ожидалось, что все самолеты GR7 будут модернизированы к апрелю 2010 года. Частью этого процесса была модернизация двигателей Mk.105 до стандарта Mk.107. Эти самолеты были известны как GR7A и GR9A.

Приложения

• AV-8B Харриер II
• BAE Си Харриер
• БАЭ Харриер II
• Дорнье До 31
• Хокер Сиддели Харриер
• Хоукер Сиддели P.1127

Предполагаемое применение

• Армстронг Уитворт AW.681

Двигатели на выставке

Двигатели Pegasus выставлены на всеобщее обозрение в следующих музеях:

• Имперский военный музей Даксфорд
• Музей Королевских ВВС в Лондоне
• Крэнфилдский университет, Англия
• Музей науки (Лондон)
• Национальный музей военно-морской авиации Пенсакола, Флорида
• Музей военно-морской авиации (Индия) , Гоа, Индия
• Немецкий музей , Мюнхен, Германия
• Rolls-Royce Heritage Trust, Эллисон, Индианаполис, Индиана
• Коллекция Rolls-Royce Heritage Trust (Дерби)
• Музей авиации Airworld, Кернарфон, Уэльс, Великобритания
• Городской музей авиации Нориджа в Хоршам-Сент-Фейт, Норфолк .

Технические характеристики (Пегас 11-61)

Данные из

Общие характеристики

• Тип: двухконтурный двигатель турбовентиляторный
• Длина: 137 дюймов (3,480 м)
• Диаметр: 48 дюймов (1,219 м)
• Сухой вес: 3960 фунтов (1796 кг)

Компоненты

• Компрессор: 3-ступенчатый низкого давления, 8-ступенчатый высокого давления с осевым потоком.
• Камеры сгорания : кольцевые
• Турбина : 2-ступенчатая высокого давления, 2-ступенчатая низкого давления.

Производительность

• Максимальная тяга : 23 800 фунтов силы (106 кН)
• Общий коэффициент давления : 16,3:1
• Удельный расход топлива : 0,76 фунта/фунт-сила-час.
• Тяговооруженность : 6:1

См. также

• Rolls-Royce LiftSystem

Связанные разработки

• Бристоль Сиддели Орфей
• Роллс-Ройс/МАН Турбо RB193

Сопоставимые двигатели

• Бристоль Сиддели BS100

Связанные списки

• Список авиационных двигателей

Ссылки

Цитаты

Библиография

• Пегас: Сердце луня, Эндрю Доу, Перо и меч, ISBN   978-1-84884-042-3
• Не такой уж инженер , сэр Стэнли Хукер, издательство Airlife Publishing, ISBN   0-906393-35-3
• Силовая установка: система впрыска воды, Авиационная и аэрокосмическая техника, Vol. 42 Вып.: 1, стр: 31–32. DOI: 10.1108/eb034594 (постоянный URL). Издатель: MCB UP Ltd.

Внешние ссылки

• Harrier.org.uk, варианты двигателей Pegasus
• Реклама BS 53 Turbofan в Бристоле 1960 года.
• 50-летие в сентябре 1959 г.
• Ранние идеи вертикального взлета
• Полет Bristol Siddeley Developments в области силовой установки V/STOL, 1964 г.
• «Проектирование Пегаса», 1972 года. о полете статья Билла Ганстона
• "Перспективы обновления Pegasus" статья 1977 года - летная об улучшениях Pegasus.

Видеоклипы

• Британцы, создавшие современный мир , август 2008 г. , пятеро
• Королевский колледж, Лондон