1950 жылдарғы британдық турбовентиляторлық қозғалтқышы

Кіріспе

1950 жылдардағы британдық турбовентиляторлы авиациялық қозғалтқыш

Rolls Royce Pegasus – бастапқыда Bristol Siddeley компаниясы жобалаған британдық турбовентиляторлы қозғалтқыш. Оны Rolls Royce plc өндірді. Бұл қозғалтқыш реактивтік ұшақты тек алға қана емес, сонымен қатар айналмалы соплолар арқылы күшті төмен бағыттап, жылдамдатуға қабілетті. Осы қозғалтқышпен жабдықталған, аз жүктелген ұшақтар тікұшақ сияқты маневр жасай алады. Атап айтқанда, тік ұшып-қону және қону мүмкіндігіне ие. АҚШ қызметінде бұл қозғалтқыш F402 деп белгіленеді. Алғашқыда Bristol Siddeley Pegasus деп аталған, бұл қозғалтқыш Harrier отбасының барлық көп мақсатты әскери ұшақтарын қамтамасыз етеді. Rolls Royce Pratt & Whitney компаниясына АҚШ үшін Pegasus қозғалтқышын құрастыруға лицензия берді. Бірақ Pratt & Whitney ешбір қозғалтқышты аяқтап шығармады, ал барлық жаңа қозғалтқыштар Rolls Royce компаниясының Англиядағы Бристоль қаласында өндірілді. Pegasus сонымен қатар бірқатар ұшақ жобалары үшін жоспарланған қозғалтқыш болды, олардың ішінде неміс Dornier Do 31 VSTOL әскери көлік жобасының прототиптері де бар.

Өмірбаян

Француз авиаконструкторы Мишель Вибо вертикальды ұшып-түсуге арналған векторлық итермелеуді қолдану идеясын ұсынды. Бұл итермелеу төрт центробегтік желдеткіштер арқылы қамтамасыз етілуі керек еді, олар Бристоль Орион турбовинтімен жетегінде, ал әрбір желдеткіштен шығатын ауа, желдеткіш спиральдерін бұру арқылы векторланатын еді. Итермелеуді векторлау идеясы жаңа болғанымен, ұсынылған қозғалтқыш тым ауыр саналды. Осының салдарынан, Бристоль қозғалтқыш компаниясының инженеры Гордон Льюис 1956 жылы Орфей және Олимп қозғалтқыштары сериясының қолданыстағы компоненттерін барынша пайдалана отырып, баламалы қозғалтқыш тұжырымдамаларын зерттеуді бастады. Жұмысты техникалық директор Стэнли Хукер қадағалады. Ықтимал көрінген тұжырымдамалардың бірі BE52 болды, ол бастапқыда Orpheus 3 қозғалтқышын қозғалтқыш ядросы ретінде және жеке коаксиалдық білікте Olympus 21 LP компрессорының алғашқы екі сатысын қолданды, ол желдеткіш ретінде жұмыс істеп, қысылған ауаны қозғалтқыштың алдыңғы жағындағы екі итермелеу векторлы соплоға жеткізді. Бұл кезде LP турбинасының газдары дәстүрлі артқы сопло арқылы шығарылды. Желдеткіш пен ядролық компрессордың жеке-жеке ауа кіретін тесіктері болды, себебі желдеткіш ядролық компрессорды күшейтпеді. BE.52 автономды электр станциясы болып табылды және Вибоның тұжырымдамасынан жеңіл болғанымен, BE.52 әлі де күрделі және ауыр болды. Осының нәтижесінде 1957 жылдың ақпанында BE.53 тұжырымдамасы бойынша жұмыс басталды. BE.53-те Olympus сатылары Orpheus сатыларына жақын орнатылды, бұл кіріс арналарын жеңілдетті. Olympus сатылары енді Orpheus ядросын күшейтіп, жалпы қысым коэффициентін жақсартты, бұл қазіргі кездегі стандартты турбовентиляторлық конфигурация саналады. Бір жыл бойы Бристоль қозғалтқышты жеке жобалады, түрлі ұшақ құрастырушылардан деректерді аз алды. Алайда, 1957 жылдың мамырында команда Hawker Aviation компаниясының Сидней Каммынан Hawker Hunter-ді алмастыруды іздеп жүргендерін білдіретін қолдау хатын алды. Ұшақ конструкторы Ральф Хупер төрт итермелеу векторлы соплоны (алғашқыда Льюис ұсынған), артқы екеуінен ыстық газдарды пайдалануды ұсынды. Одан әрі бірлескен талқылаулар қозғалтқыштың дизайнын жетілдіруге көмектесті. 1957 жылғы қорғаныс туралы ақ кітапта зымырандарға баса назар берілді, ал ұшқыштармен басқарылатын ұшақтар "ешкімге керек емес" деп жарияланды, бұл жағымсыз жаңалық болды, себебі ол жаңа ұшқыштармен басқарылатын әскери ұшақтарды дамытуға үкіметтік қаржылық қолдау көрсетуге кедергі келтірді. Бұл қозғалтқышқа немесе ұшаққа Қорғаныс министрлігінен ресми қаржылық қолдау көрсетуге мүмкіндік бермеді. Ақырсоңында, қозғалтқышты дамытуға 75% қаржылық қолдау Mutual Weapons Development Program бағдарламасынан түсті, ал Бристоль Сиддли Инжиниринг Лимитед (BSEL), ол кезде Бристоль қозғалтқыштары Армстронг Сиддлимен біріккеннен кейін, қалған бөлігін төлеуге келісті. RAF VTOL идеясына ынталы болған жоқ және жобаны ойыншық және көрермендерге ұнайтын нәрсе деп сипаттады. P1127 прототипінің алғашқы үлгісі 1963 жылы Париж әуе шоуында ауыр қонды. Пегасусқа сериялық өндіріс пен дизайнды жақсарту, оның итермелеуін үнемі арттыру Бристоль қозғалтқыштарымен 1966 жылдан кейін де жалғасты, ол кезде Rolls Royce Ltd компания оны сатып алды. Осыған байланысты қозғалтқыш дизайны, 39,500 фунт (қайта қыздырумен) Бристоль Сиддли BS100, үстіркілді VTOL истребителіне (Hawker Siddeley P.1154) арналған, бірақ ұшақ жобасы 1965 жылы тоқтатылғандықтан өндіріске шығарылмады. Сұйық сутектен жұмыс істейтін RB.420 Pegasus-тың векторлы емес 26,000 фунттік итермелеуі 1970 жылы NASA-ның атмосфера арқылы оралған кезде жобаланған ғарыш шаттлын қуаттандыруға арналған қозғалтқыштың талабына жауап ретінде жобаланды және ұсынылды. Алайда, NASA ұшақтың дизайнын таңдады.

Michel Wibault, the French aircraft designer, had the idea to use vectored thrust for vertical take off aircraft. This thrust would come from four centrifugal blowers shaft driven by a Bristol Orion turboprop, the exhaust from each blower being vectored by rotating the blower scrolls. Although the idea of vectoring the thrust was quite novel, the engine proposed was considered to be far too heavy. As a result, an engineer at Bristol Engine Company, Gordon Lewis, began in 1956 to study alternative engine concepts, using, where possible, existing engine components from the Orpheus and Olympus engine series. The work was overseen by the Technical Director Stanley Hooker. One concept which looked promising was the BE52, which initially used the Orpheus 3 as the engine core and, on a separate coaxial shaft, the first two stages of an Olympus 21 LP compressor, which acted as a fan, delivering compressed air to two thrust vectoring nozzles at the front of engine. At this point in the design exercise, the exhaust from the LP turbine discharged through a conventional rear nozzle. There were separate intakes for the fan and core compressor because the fan did not supercharge the core compressor. Although the BE.52 was a self contained power plant and lighter than Wibault's concept, the BE.52 was still complicated and heavy. As a result, work on the BE.53 concept started in February 1957. In the BE.53 the Olympus stages were fitted close to the Orpheus stages; thus simplifying the inlet ducting. The Olympus stages now supercharged the Orpheus core, improving the overall pressure ratio, creating what is now considered a conventional turbofan configuration. For a year Bristol designed the engine in isolation, with little feedback from the various airframe manufacturers furnished with data. However, in May 1957 the team received a supportive letter from Sydney Camm of Hawker Aviation stating they were looking for a Hawker Hunter replacement. The aircraft designer, Ralph Hooper, suggested having the four thrust vectoring nozzles (originally suggested by Lewis), with hot gases from the rear two. Further joint discussions helped to refine the engine design. The 1957 Defence White Paper, which focused on missiles, and not crewed aircraft – which were declared 'obsolete' was not good news, because it precluded any future government financial support for development of not already extant crewed combat aircraft. This prevented any official financial support for the engine or aircraft from the Ministry of Defence. Fortunately, engine development was financially supported to the tune of 75% from the Mutual Weapons Development Program, Verdon Smith of Bristol Siddeley Engines Limited (BSEL), which Bristol Engines had by then become on its merger with Armstrong Siddeley, quickly agreeing to pay the remainder. The RAF was not much of a convert to the VTOL idea, and described the whole project as a toy and a crowd pleaser. The first prototype P1127 made a very heavy landing at the Paris Air Show in 1963. Series manufacture and design and development improvement to the Pegasus to produce ever higher thrusts were continued by Bristol engines beyond 1966, when Rolls Royce Ltd bought the Company. A related engine design, the 39,500 lbf (with reheat) Bristol Siddeley BS100 for a supersonic VTOL fighter (the Hawker Siddeley P.1154) was not developed to production as the aircraft project was cancelled in 1965. A non vectored 26,000 lb thrust derivative of the Pegasus running on liquid hydrogen, the RB.420, was designed and offered in 1970 in response to a NASA requirement for an engine to power the projected Space Shuttle on its return flight through the atmosphere. In the event, NASA chose a shuttle design using a non powered gliding return.

Дизайн

Пегас векторлық итеруі бар турбожелдеткіш екі валды конструкция, екі төмен қысымды (LP) және екі жоғары қысымды (HP) турбиналық сатымен қозғалатын үш LP және сегіз HP компрессорлық сатыдан тұрады. Бұл LP валының алдыңғы подшипнигі алдында желдеткіші орналасқан алғашқы турбожелдеткіш. Бұл желдеткіш алдындағы тіреу тіректерінің қажеттілігін және олармен байланысты мұз қату қаупін жойды. Ерекшелігі, LP және HP шпиндельдері қарама-қарсы бағытта айналады, бұл гироскопиялық эффектілерді айтарлықтай төмендетіп, ұшақтың төмен жылдамдықтарында басқару қиындықтарын болдырмайды. LP және HP лопастары титаннан жасалған. Желдеткіш трансоникалық конструкцияға ие және ауа ағыны 432 фунт/секунд құрайды. Соплолар мотоцикл тізбектері арқылы айналады, оларды HP компрессорынан алынған ауамен жұмыс істейтін пневматикалық қозғалтқыштар қозғалтады. Соплолар 98,5 градусқа дейін бұрылады.

Суды инъекциялау

Pegasus қозғалтқышынан қол жетімді ең жоғары ұшу күші, әсіресе жоғары қоршаған орта температурасында, турбина қанатының температурасымен шектеледі. Бұл температураны сенімді түрде өлшеу мүмкін болмағандықтан, жұмыс шектері газ шығару құбырының температурасымен анықталады. Ұшу үшін қозғалтқыш жылдамдығын және күшін арттыру мақсатында, жану камерасына және турбинаға су шашыратылады, бұл қанаттың температурасын қа acceptable деңгейде ұстап тұрады. Су инжекциясы жүйесіне арналған су, артқы (ыстық) газ шығару құбырының екіге бөлінген бөлігі арасында орналасқан резервуарда сақталады. Резервуарда 500 фунт (227 кг, 50 британдық галлонға дейін) дистилленген су болады. Турбина температурасын қажетті деңгейге төмендету үшін су ағыны шамамен 35 галлон/мин (минутына британдық галлон) және шамамен 90 секундқа дейін созылады. Тасымалданатын су мөлшері, ұшақтың нақты операциялық міндеттеріне сәйкес келеді және жеткілікті. Су инжекциясымен жұмыс істейтін қозғалтқыш режимдерін таңдау (Жылы ұшу/Қысқа ұшу) қозғалтқыш жылдамдығы мен газ шығару құбыры температурасының шектерін тиісінше құрғақ (инжекцияланбаған) режимдерден (Жылы ұшу/Қысқа ұшу) асырады. Резервуардағы су қоры таусылғаннан кейін, шектеулер "құрғақ" деңгейге қайта орнатылады. Кабинадағы ескерту шамдары пилотқа су азайғанын алдын ала хабарлайды.

Нұсқалар

Pegasus 1 (BE53 2) Екі прототиптік қозғалтқыш сынақ стендінде дамыған демонстрациялық қозғалтқыштар болды. Ешбір қозғалтқыш P.1127 ұшағына орнатылмады. Pegasus 2 (BE53 3) Алғашқы P.1127 ұшақтарында қолданылды, Pegasus 3 P.1127 прототиптерінде пайдаланылды. Pegasus 5 (BS.53 5) Hawker Siddeley Kestrel бағалау ұшағында қолданылды. Pegasus 6 (Mk.101) Алғашқы сериялық Harrier ұшақтары үшін, алғаш рет 1966 жылы ұшқан және 1969 жылы қызметке енген. Pegasus 10 (Mk.102) AV 8A үшін, 1971 жылы қызметке енген. Pegasus 11 (Mk.103) Pegasus 11 бірінші буын Harrier ұшақтарын, RAF-тің Hawker Siddeley Harrier GR.3, USMC AV 8A және кейіннен Корольдік теңіз күштерінің Sea Harrier ұшағын қуатпен қамтамасыз етті. Pegasus 11 1974 жылы өндіріліп, пайдалануға берілді. Pegasus 14 (Mk.104) Sea Harrier үшін Pegasus 11-дің теңіздік нұсқасы, 11-ге ұқсас, бірақ қозғалтқыштың кейбір бөліктері мен құймалары коррозияға төзімді материалдардан жасалған. Pegasus 11 21 (Mk.105 / Mk.106) 11 21 екінші буын Harrier ұшақтары, USMC AV 8B Harrier II және BAE Harrier II үшін әзірленді. Түпнұсқа модель қосымша қуатты қамтамасыз етті. RAF Harrier ұшақтары 11 21 Mk.105 және AV 8B ұшақтары F402 RR 406 қозғалтқыштарымен қызметке кірді. Уақыт шектеулеріне және су инъекциясына байланысты, теңіз деңгейінде (90° бұрышта шашырау жоғалтуларын ескере отырып) (максималды үздіксіз 91% айналымда) және (15 секундтық 107% айналымда) жоғарылату күші қол жетімді. Mk.106 нұсқасы Sea Harrier FA2 жаңартуы үшін жасалды және қуатты арттырады. Pegasus 11 61 (Mk.107) Pegasus-тың ең соңғы және ең қуатты нұсқасы болып табылады, ол қамтамасыз етеді. Бұл жоғары температурада 15 пайызға дейін итермелеу күшінің артуына тең, жаңартылған Harrier ұшақтарының әуе кемесіне қосымша қару-жарақ түсірмей қайта оралуына мүмкіндік береді, сонымен қатар техникалық қызмет көрсетудің төмендеуі қозғалтқыштың жалпы пайдалану құнын төмендетеді. Соңғы Pegasus сонымен қатар AV 8B+ ұшағына орнатылған. RAF/RN GR7 паркін GR9 стандартына жаңарту процесінде болды, бастапқыда Бірлескен Жаңарту және Техникалық Қызмет Көрсету Бағдарламасы (JUMP) арқылы, содан кейін Harrier платформасының қолжетімділігі шарты (HPAC) арқылы. GR7 ұшақтарының барлығы 2010 жылдың сәуір айына дейін жаңартылуы күтілді. Бұл процестің бір бөлігі Mk.105 қозғалтқыштарын Mk.107 стандартына жаңарту болды. Бұл ұшақтар GR7A және GR9A деп белгіленді.

Pegasus 1 (BE53 2) The two prototype engines were demonstrator engines which developed about on the test bed. Neither engine was installed in a P.1127. Pegasus 2 (BE53 3) Used in the initial P.1127s,
Pegasus 3 Used on the P.1127 prototypes,
Pegasus 5 (BS.53 5) Used for the Hawker Siddeley Kestrel evaluation aircraft at
Pegasus 6 (Mk.101) For initial production Harriers at , first flown in 1966 and entered service 1969
Pegasus 10 (Mk.102) For updating first Harriers with more power and used for the AV 8A, , entering service in 1971.
Pegasus 11 (Mk.103) The Pegasus 11 powered the first generation Harriers, the RAF's Hawker Siddeley Harrier GR.3, the USMC AV 8A and later the Royal Navy's Sea Harrier. The Pegasus 11 produced and entered service in 1974.
Pegasus 14 (Mk.104) Navalised version of the Pegasus 11 for the Sea Harrier, same as the 11 but some engine components and castings made from corrosion resistant materials. Pegasus 11 21 (Mk.105 / Mk.106) The 11 21 was developed for the second generation Harriers, the USMC AV 8B Harrier II and the BAE Harrier IIs. The original model provided an extra The RAF Harriers entered service with the 11 21 Mk.105, the AV 8Bs with F402 RR 406. Depending on time constraints and water injection, between (max. continuous at 91% RPM) and (15 s wet at 107% RPM) of lift is available at sea level (including splay loss at 90°). The Mk.106 development was produced for the Sea Harrier FA2 upgrade and generates Pegasus 11 61 (Mk.107) The 11 61 (aka 408) is the latest and most powerful version of the Pegasus, providing This equates to up to 15 percent more thrust at high ambient temperatures, allowing upgraded Harriers to return to an aircraft carrier without having to dump any unused weapons which along with the reduced maintenance reduces total cost of engine use. This latest Pegasus is also fitted to the AV 8B+. The RAF/RN was in the process of upgrading its GR7 fleet to GR9 standard, initially through the Joint Upgrade and Maintenance Programme (JUMP) and then through the Harrier Platform Availability Contract (HPAC). All GR7 aircraft were expected to have been upgraded by April 2010. Part of this process was the upgrade of the Mk.105 engines to Mk.107 standard. These aircraft were known as GR7As and GR9As.