Дженерал Электрик CJ805
| CJ805 | |
|---|---|
| |
| CJ805-21 Турбореактивный двигатель на летной выставке Hermeskeil | |
| Тип | Турбореактивный двигатель (CJ805) Турбовентиляторный двигатель (CJ805-23) |
| Национальное происхождение | Соединенные Штаты |
| Производитель | Авиационные двигатели Дженерал Электрик |
| Основные приложения | CJ805: Конвайр 880 CJ805-23: Convair 990 Коронадо |
| Разработано на основе | Дженерал Электрик J79 |
General Electric CJ805 — реактивный двигатель , разработанный компанией General Electric Aircraft Engines в конце 1950-х годов. Это была гражданская версия J79 , отличавшаяся лишь деталями. [ 1 ] Он был разработан в двух вариантах. Базовый CJ805-3 представлял собой турбореактивный двигатель и использовался на авиалайнере Convair 880 , а CJ805-23 (военное обозначение TF35 ) - турбовентиляторный вариант, который приводил в действие вариант Convair 990 Coronado 880.
Проектирование и разработка
[ редактировать ]Импульс
[ редактировать ]Турбореактивные двигатели состоят из компрессора спереди, камеры сгорания и турбины, приводящей в действие компрессор. Чтобы достичь подходящей степени сжатия , компрессоры состоят из нескольких «ступеней», каждая из которых сжимает воздух, выходящий из предыдущей.
Одной из распространенных проблем первых реактивных двигателей было явление «помпажа» или остановки компрессора . Остановки могли произойти, когда приближающийся воздушный поток не находился на одной линии с входом самолета в компрессор или когда дроссельная заслонка выдвигалась слишком быстро.
Когда двигатели должны были быть спроектированы со степенью сжатия более 5, [ 2 ] Чтобы удовлетворить требования по снижению расхода топлива, было обнаружено новое явление сваливания - вращающееся сваливание. Это произошло на низких скоростях компрессора и привело к поломке лопаток первой ступени. Эта проблемная область скоростей известна как «нерасчетная» и потребовала изобретения специальных устройств для работы компрессора. Компрессор хорошо работал вблизи своей максимальной скорости, известной как «расчетная», с фиксированной областью схождения от входа к выходу, соответствующей расчетным значениям сжатия/плотности, и с фиксированными углами наклона лопаток, установленными для обеспечения низких потерь давления. На низких скоростях гораздо более низкая степень сжатия не сжимала воздух достаточно, чтобы пройти через теперь уже слишком маленький выход. Треугольник скорости объединил теперь уже слишком медленный входной воздух со скоростью лопасти и образовал угол сваливания. [ 3 ]
Одно распространенное решение, использовавшееся в ранних двигателях и широко используемое сегодня: [ 4 ] заключалась в том, чтобы дать воздуху дополнительные выпускные отверстия для ускорения поступления воздуха, то есть использовать «отбираемый воздух», который может выходить из отверстий рядом с серединой ступеней компрессора и выбрасываться за борт. Выпускные клапаны закрываются, когда обороты двигателя увеличиваются до рабочих скоростей.
Другим решением было использование регулируемых впускных лопаток. Угол падения лопаток в передней части двигателя изменен, чтобы частично заблокировать область впуска, что уменьшает сжатие, а также наклонить воздух на лопатки компрессора, чтобы предотвратить остановку двигателя. Преимущество этого метода в том, что он более эффективен, чем выход ценного сжатого воздуха, хотя расход топлива на низких скоростях относительно неважен.
Дальнейшее увеличение степени давления, требуемое государственными закупочными агентствами и коммерческими авиакомпаниями для дальнемагистральных самолетов, привело к еще большему несоответствию площадей потока / изменений плотности и углов лопастей. Было использовано два подхода: замедление скорости лопаток в передней части компрессора путем разделения его на две отдельно вращающиеся части (золотники) или создание регулируемых статоров на первых нескольких ступенях, а также впускных лопаток. Недостатком является значительная механическая сложность, поскольку каждую лопасть статора приходится независимо поворачивать на нужные углы. Две шпули потребовали большего количества подшипников и оказались тяжелее.
Выпускные клапаны, два или три золотника и регулируемые статоры используются вместе в современных двигателях, чтобы справиться с вращающимся срывом во время запуска и на низких скоростях, а также обеспечить быстрое ускорение без скачков напряжения.
Компания Rolls-Royce рассматривала идею переменного статора еще в 1940-х годах, но отказалась от нее. [ 5 ] пока не использовал его в 1980-х годах на двигателе V2500. [ 6 ] Они начали разработку конструкции с двумя катушками, концепцию, которая также была выбрана Pratt & Whitney . Изменяемая траектория статора была выбрана GE только после годичного конкурса по проектированию, в котором сравнивались две золотники и несколько ступеней регулируемых статоров с целью повышения эффективности работы на крейсерских скоростях 0,9 и 2 Маха, увеличения тяги, снижения расхода топлива и веса. [ 7 ] J79 представлял собой мощную и легкую конструкцию, которая на 2000 фунтов легче своего двухвального конкурента B-58, двигателя J57. [ 8 ] и GE начала рассматривать его как основу для мощного двигателя для коммерческого использования. [ 9 ]
Программа CJ805
[ редактировать ]
В 1952 году группа дизайнеров Чепмена Уокера в GE построила единственный прототип реактивного двигателя, разработанного специально для трансатлантических авиалайнеров. В нем использовался одноступенчатый вентилятор, приводимый в движение тем же валом турбины, что и компрессор главного двигателя, в отличие от конструкций Pratt & Whitney , которые использовали отдельный приводной вал для запуска вентилятора. Конструкция GE оказалась сложной в запуске и эксплуатации и не получила дальнейшего развития. [ 5 ]
В 1955 году Джек Паркер возглавил подразделение GE по производству авиационных газовых турбин. Он нанял Диксона Списа, чтобы тот начал проводить собеседования с руководителями авиакомпаний и попытаться получить представление о будущем рынка. Паркер попросил Списа взять интервью не у генеральных директоров, а у руководителей, которые могли бы стать генеральными директорами к тому времени, когда GE была готова выйти на рынок гражданских реактивных двигателей. Паркер, Спис и Нил Берджесс, руководивший программой J79, провели месяц, встречаясь с компаниями American Airlines , Delta , United , KLM , Swissair и SAS . Встречи показали, что все авиакомпании, которые летали на винтовых самолетах через Атлантику, стремились заменить их реактивными самолетами. [ 10 ]
CJ805-3
[ редактировать ]Примерно в то же время Convair опрашивала американских перевозчиков и обнаружила спрос на реактивный самолет меньшего размера для внутренних рейсов средней дальности. Они начали разработку того, что впоследствии стало моделью 880, и обратились к Берджессу, чтобы узнать, сможет ли GE разработать версию J79 для этой роли. В ответ Бёрджесс быстро нарисовал версию J79 с удаленной форсажной камерой и заменой реверсора тяги , в результате чего их ориентировочная цена за единицу составила 125 000 долларов за двигатель. [ 5 ]
Основной особенностью продаж 880 по сравнению с конкурирующими Douglas DC-8 и Boeing 707 была более высокая крейсерская скорость. Это потребовало большей мощности двигателя от более легкой конструкции, что, естественно, привело к созданию такой конструкции, как J79. Чтобы получить опыт использования двигателя в гражданских условиях, GE оснастила Douglas RB-66 новым двигателем и выполнила моделируемые полеты гражданской авиации с базы ВВС Эдвардс . [ 11 ]
По мере развития разработки Боинг 707 начал поступать на вооружение, и жалобы на шум стали серьезной проблемой. Жители аэропорта Ньюарка уже подали иск по поводу шума существующих винтовых самолетов, таких как Lockheed Super Constellation , Boeing Stratocruiser и Douglas DC-7 C. [ 12 ] Одним из способов решения этой проблемы является подмешивание холодного воздуха в выхлопные струи, что достигалось на ранних двигателях с добавлением зубчатых сопел. [ а ] Это решение было также принято для CJ805.
CJ805-23
[ редактировать ]
Несколько авиакомпаний запросили у Convair более крупную версию 880 с потенциальной трансатлантической дальностью полета. Такая конструкция была бы больше, чтобы вместить больше сидений, а также требовала бы перевозки большего количества топлива. Для его питания потребуется более мощный двигатель. К этому времени Rolls-Royce Conway в эксплуатацию поступил , а Pratt & Whitney JT3D следовал за ним. Обе эти конструкции имели компрессоры с двумя золотниками вместо использования статоров с регулируемой мощностью, а более низкая скорость переднего золотника низкого давления облегчала приведение в действие вентилятора. [ 14 ]
Проблемы, которые RR и P&W решили с помощью двухзолотниковой системы, были решены на J79 с помощью регулируемых статоров, поэтому в относительном выражении скорость вращения одиночного компрессора была намного выше, чем ступень низкого давления этих других двигателей. Это означало, что он не подходил для прямого подключения к вентиляторной сцене. Вместо этого GE решила эту проблему, добавив полностью отдельную систему вентиляторов в задней части двигателя, приводимую в действие новой ступенью турбины. По сути, система представляла собой расширение существующей конструкции и почти не влияла на работу исходного двигателя. [ 15 ]
Каждая лопатка турбины представляла собой составную часть «коробки», наружная часть которого представляла собой лопатку ротора вентилятора. [ 16 ] Ряд ковшей, свободно вращающихся на коротком валу, установленных на диске, составлял кормовой несущий винт. Выхлоп турбореактивного двигателя распространялся через (внутреннее) кольцевое пространство турбины, обеспечивая таким образом мощность непосредственно на лопатки вентилятора, расположенные во внешнем кольцевом пространстве. На Convair 990 устанавливались полноразмерный капот, кольцевая выхлопная система и ковш-реверсор тяги. [ 17 ]
Уникальной особенностью CJ805-23 был трансзвуковой одноступенчатый вентилятор. [ 18 ] NACA провела значительные исследования многоступенчатых трансзвуковых компрессоров в 1950-х годах. Используя эти данные, компания GE решила спроектировать и протестировать одноступенчатый трансзвуковой вентилятор высокого давления. К их большому удивлению, установка более чем достигла проектной цели, включая высокую эффективность. Модифицированная версия этого исследовательского агрегата впоследствии была включена в кормовой вентилятор CJ805-23. Не имея опыта проектирования трансзвуковых вентиляторов и имея мало времени, компании Pratt & Whitney пришлось прибегнуть к использованию двух ступеней вентилятора для получения аналогичной степени давления для своего ТРДД JT-3D. Несмотря на то, что трансзвуковой вентилятор CJ805-23 не имел консольной конструкции, ему не требовались входные направляющие лопатки. Однако имелся ряд структурных лопаток, которые помогали поддерживать корпус вентилятора. [ 19 ]
Производство заканчивается
[ редактировать ]После дополнительных изменений, удлинения фюзеляжа и добавления противоударных корпусов новый авиалайнер получил название Convair 990. Однако к этому времени проект несколько раз задерживался, что позволило заблокировать новые версии DC-8 и 707. крупные продажи. В итоге Convair продала всего 102 модели 880 и 990, потеряв на программе 600 миллионов долларов. [ 20 ]
На 805-23 был только один покупатель. В 1961 году компания Sud Aviation обратилась к GE с предложением адаптировать Rolls-Royce Avon с двигателем Caravelle к 805-23, создав демонстрацию летных технологий для обеих компаний. [ 21 ] Для этой роли они представили новую версию с относительно коротким кожухом вентилятора и реверсом тяги по сравнению с полноразмерным кожухом на 990. [ 22 ] Компания Rolls-Royce быстро построила и испытала демонстратор кормового вентилятора Avon, чтобы конкурировать с с большей тягой и меньшим удельным расходом топлива CJ805-23 . В конце концов, вместо этого на Caravelle был установлен турбовентиляторный двигатель P&W JT8D . [ 23 ]
Программа CJ805 не имела коммерческого успеха, и GE потеряла на ней около 80 миллионов долларов, всего было выпущено всего несколько сотен двигателей. [ 21 ] В эксплуатации конструкция оказалась хрупкой, но эти проблемы привели к конечному успеху программы для компании. [ 24 ]
Пока они разговаривали с руководителями авиакомпаний, в 1956 году компания наняла бывшего руководителя отдела технического обслуживания American Airlines Джона Монтгомери для управления производственными линиями. Монтгомери собрал комментарии представителей отрасли о состоянии рынка двигателей и обнаружил, что многие жаловались на ненадежность использовавшихся тогда больших поршневых двигателей, особенно Wright R-3350 . Руководство Райта отказалось вкладывать больше денег в программу улучшения двигателя, что вызвало серьезную негативную реакцию со стороны клиентов. [ 25 ]
Монтгомери нанял Уолтера Ван Дуяна у Райта для создания сервисного отдела GE, и они предоставили отличный сервис, несмотря на проблемы с двигателем. GE быстро завоевала репутацию компании, поддерживающей свою продукцию, которая сохраняется и по сей день. [ 25 ]
Работа над 805 также имела несколько побочных продуктов. Среди них была еще одна конструкция с кормовым вентилятором, General Electric CF700 , используемая в бизнес-джете Dassault Falcon 20 , который был разработан на основе General Electric J85 таким же образом, как J79 был адаптирован к 805. [ 26 ] Их технология вентиляторов также использовалась в XV-5 Vertifan . [ 27 ]
Варианты и приложения
[ редактировать ]
- CJ805-1
- CJ805-2
- CJ805-3
- Конвэйр 880 [ 28 ]
- CJ805-3A
- Convair 880-22: обновленное управление регулируемым входным направляющим аппаратом и статором. [ 28 ]
- CJ805-3B
- Convair 880-22M: Увеличенная тяга. [ 28 ]
- CJ805-11
- CJ805-13
- CJ805-21
- [ 29 ]
- CJ805-23
- Летные испытания Douglas RB-66 : вариант кормового вентилятора с вентилятором с прямым приводом, прикрепленным к свободно вращающейся турбине низкого давления. [ 28 ]
- CJ805-23A
- [ 28 ]
- CJ805-23B
- Convair 990 Коронадо [ 28 ]
- CJ805-23C
- Предназначался для предлагаемого Sud Aviation Caravelle 10A . CJ805 был оснащен только один планер, предназначавшийся в качестве прототипа для рынка США. [ 28 ]
- ТФ35
- Военная версия ТРДД CJ805-23.
Технические характеристики (CJ805-3B)
[ редактировать ]Данные из паспорта сертификата типа FAA, E-306.
Общие характеристики
- Тип: Однокатушечный турбореактивный двигатель
- Длина: 188,9 дюйма (4798 мм) с реверсором/глушителем тяги
- Диаметр: 31,6 дюйма (803 мм)
- Сухая масса: 3213 фунтов (1457 кг) с реверсом/глушителем тяги
Компоненты
- Компрессор: 17-ступенчатый осевой поток
- Камеры сгорания : баночно-кольцевые
- Турбина : 2 силовые ступени газогенератора
- Тип топлива: Авиационный керосин.
- Масляная система: распыление под давлением/разбрызгивание
Производительность
- Максимальная тяга : 11 650 фунтов силы (51,82 кН) на взлете.
- Общий коэффициент давления : 13:1
- Массовый расход воздуха: 167,9 фунтов/с (76,16 кг/с)
- Температура на входе в турбину: ~1205К.
- Удельный расход топлива : 0,784 фунта/(фунт·ч) (22,21 г/(с кН))
- Тяговооруженность : 3,626
Технические характеристики (CJ805-23B)
[ редактировать ]Данные из [1]
Общие характеристики
- Тип: Кормовой турбовентиляторный несмешанный турбовентиляторный
- Длина: 139 дюймов (3531 мм)
- Диаметр: 53 дюйма (1346 мм)
- Сухой вес: 3730 фунтов (1692 кг)
Компоненты
- Компрессор: 17-ступенчатый осевой поток
- Камеры сгорания : баночно-кольцевые
- Турбина : 2 силовые ступени газогенератора + 1 свободно вращающаяся турбина с лопатками вентилятора на периферии.
- Тип топлива: Авиационный керосин.
- Масляная система: распыление под давлением/разбрызгивание
Производительность
- Максимальная тяга : 16 100 фунтов силы (71,62 кН) на взлете.
- Общий коэффициент давления : 13:1
- Массовый расход воздуха: 426 фунтов/с (193,2 кг/с)
- Температура на входе в турбину: ~1205 К.
- Удельный расход топлива : 0,56 фунта/(фунт·ч) (15,86 г/(с кН))
- Тяговооруженность : 4,32
См. также
[ редактировать ]Связанные разработки
Связанные списки
Примечания
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]Цитаты
[ редактировать ]- ^ «Авиационные двигатели 1960» . Рейс Интернешнл . 18 марта 1960 г., стр. 381–382.
- ^ «Влияние угла впускной направляющей лопатки на вибрацию лопаток и вращающийся срыв 13-ступенчатого осевого компрессора турбореактивного двигателя» . 22 мая 1956 года.
- ^ Проблемы остановки компрессора в авиационных двигателях Gs-турбинного типа, Бенсер и Фингер, документ, представленный на Национальном собрании SAE по аэронавтике, Нью-Йорк, 12 апреля 1956 г., том 65, 1957 г., стр. 188, 190/191
- ^ Реактивное движение, Николас Кампсти, 1997, Издательство Кембриджского университета, ISBN 0-521-59674-2 , стр.123
- ^ Jump up to: а б с Гарвин 1998 , с. 16.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 7 мая 2015 г. Проверено 23 апреля 2019 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ семь десятилетий прогресса - Наследие авиационных турбинных технологий, General Electric, 1979, Aero Publisher Inc., ISBN 0-8168-8355-6 , стр.87
- ^ семь десятилетий прогресса - Наследие авиационных турбинных технологий, General Electric, 1979, Aero Publisher Inc., ISBN 0-8168-8355-6 , стр.89
- ^ Гарвин 1998 , с. 12.
- ^ Гарвин 1998 , с. 15.
- ^ Гарвин 1998 , стр. 20–21.
- ^ Беранек, Лео (январь 2007 г.). «Шумный рассвет эпохи реактивных самолетов» (PDF) . Звук и вибрация .
- ^ «НАСА помогает сделать ночь более тихой» . НАСА . 13 декабря 2010 г.
- ^ Гарвин 1998 , стр. 16–17.
- ^ Гарвин 1998 , стр. 16–18.
- ^ «Рис7» . Рейс Интернешнл . 30 октября 1959 г. с. 457.
- ^ «Рис8» . Рейс Интернешнл . 30 октября 1959 г. с. 457.
- ^ Галисон, П.; Роланд, А. (7 марта 2013 г.). «Появление турбовентиляторного двигателя: кормовой вентиляторный двигатель GE CJ805-23» . Атмосферный полет в двадцатом веке . ISBN 9789401143790 .
- ^ «3D разрез CJ805-23» . Проверено 18 февраля 2016 г.
- ^ Гарвин 1998 , с. 18.
- ^ Jump up to: а б Гарвин 1998 , стр. 19.
- ^ Арчер, Роберт (8 июня 1961 г.). «Каравелла а-ля Дженерал Электрик» . Рейс Интернешнл . стр. 797–798.
- ^ Rolls-Royce Aero Engines» Билл Густон, Патрик Стивенс Ltd. 1989, ISBN 1-85260-037-3 , стр.142.
- ^ Гарвин 1998 , с. 21.
- ^ Jump up to: а б Гарвин 1998 , с. 22.
- ^ Гарвин 1998 , с. 23.
- ^ «Сила летать» Брайан Роу, Pen & Sword Aviation, 2005, ISBN 1 84415 200 6 , стр.25
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Бриджмен 1955 , стр. 62–63.
- ^ Бриджмен 1955 , с. 60.
Библиография
[ редактировать ]- Бриджмен, Леонард (1955). Джейн «Все самолеты мира», 1955–56 . Jane's All the World's Aircraft Publishing Co. Ltd.
- Гарвин, Роберт (1998). Начало чего-то большого Коммерческое появление авиационных двигателей GE . АААА. ISBN 1-56347-289-9 .
- Ганстон, Билл (2006). Всемирная энциклопедия авиационных двигателей, 5-е издание . Phoenix Mill, Глостершир, Англия, Великобритания: Sutton Publishing Limited. ISBN 0-7509-4479-Х .
- Нойманн, Герхард (июнь 1984 г.). Герман Немец . Уильям Морроу и компания . п. 269. ИСБН 0-688-01682-0 .
Бывший вражеский инопланетянин и военнослужащий авиационного корпуса, чьи изобретательские способности и нестандартные методы управления вошли в историю реактивных двигателей.
Внешние ссылки
[ редактировать ]