Turbo Union RB199 авиациялық газ турбиналық қозғалтқышы
Turbo-Union RB199
Турбовентиляторлық RB199 қозғалтқышы: Panavia Tornado ұшағы үшін жасалған, қуатты, үнемді және қазіргі қозғалтқыштардан өзгеше ерекшеліктері бар. Rolls-Royce, MTU және Aeritalia әзірлеген.
Turbo Union RB199 – 1970 жылдардың басында Rolls Royce, MTU және Aeritalia компанияларының бірлескен кәсіпорны Turbo Union компаниясы жасаған және құрастырған турбовентиляторлық реактивті қозғалтқыш. Оның өндірістік қолданылуының жалғыз мысалы – Panavia Tornado ұшағы.
The Turbo Union RB199 is a turbofan jet engine designed and built in the early 1970s by Turbo Union, a joint venture between Rolls Royce, MTU and Aeritalia. The only production application was the Panavia Tornado.
Жобалау және әзірлеу
RB199 1969 жылы Panavia MRCA деп аталатын жаңа еуропалық көпүрлікті ұрыс ұшағын (MRCA) қуаттандыру қажеттілігінен туындады. Panavia MRCA техникалық талаптарына сәйкес келетін қозғалтқыш талаптары, қазіргі қозғалтқыштарға қарағанда итеру күші мен салмағының арақатынасы, отын тұтыну және габариттері жағынан маңызды жетістіктерді қамтамасыз етуі керек болды. MRCA үшін қозғалтқыштың соңғы таңдауы жаңа еуропалық ынтымақтастық Turbo Union мен RB199 және Pratt & Whitney арасында жасалды, соңғысы JTF16 ұсынды. Panavia MRCA кейіннен Panavia Tornado деп аталды. Bristol Siddeley компаниясында BAC/Dassault AFVG жобасын қолдау үшін озық қозғалтқыш зерттеулері жүргізілді, олар Pegasus екі катушкалы схемасына негізделген. Rolls Royce компаниясында үш вал RB211 қозғалтқышы дамып жатқанда, үш вал конструкциясы артықшылықты деп есептелді. Rolls Royce 1967 жылы Bristol Siddeley компаниясын сатып алғандықтан, RB199 конфигурациясы үш валлы қозғалтқыш ретінде бірлесіп шешілді. Халықаралық ынтымақтастық бағдарламасының жалпы жобалық тұжырымдамасы – үш вал және шамамен 1.2 байпас коэффициенті (BPR) – Rolls Royce компаниясымен бекітілді. Байпас коэффициенті ұзақ қашықтыққа ұшу үшін, отынның үнемді тұтынуын қамтамасыз ету мақсатында, әсіресе қозғалтқыштың қуаты төмендетілгенде таңдалды. Таңдалған BPR сондай-ақ ұқсас қозғалтқыштарда қолданылатын кіші мәндерге қарағанда жоғары қыздыру күшеюін қамтамасыз етті. Жеке модульдердің жобалауы Rolls Royce, MTU және Fiat компаниялары арасында олардың тәжірибесіне сәйкес бөлісті. Rolls Royce желдеткішті, жану камерасын, жоғары қысымды (HP) турбинаны және қыздыру жүйесін жобалады, бұл ретте Pegasus желдеткішінің кішірейтілген білімі пайдаланылды. Қыздыру жүйесінде Sotheran сипаттаған және Pegasus алдыңғы соплоларындағы рамджеттер мен пленумды жағу (PCB) тәжірибесінен алынған суық ауа жану техникасы қолданылды. Fiat Viper үшін турбиналар жасағандықтан, төмен қысымды (LP) турбинаны және соңғы соплоны жобалады. MTU орта қысымды (IP) және жоғары қысымды (HP) компрессорларды, IP турбинасын және итеру күшін кері қайтару жүйесін жобалады. Үш катушкалы конструкция әр компрессордың қысым коэффициентін төмендетуге мүмкіндік берді, сондықтан өзгермелі статорлар қажет болмады. Ұзақ қыздыру қажеттілігін қанағаттандыру үшін қазіргі қозғалтқыштарда қолданылатын араластыру және жағу схемасы қолданылмады, себебі ол тым ұзын және ауыр болды. RB199-де одан әлдеқайда қысқа микс/бёрн схемасы қолданылды. RB199 алғаш рет 1971 жылдың 27 қыркүйегінде Ұлыбританиядағы Patchway қаласында сынақтан өтті. Ол Avro Vulcan ұшағында орнатылған қозғалтқышпен сынақтан өтті, бұл Tornado ұшағының конструкциясын көрсететін гондола болды. Vulcan алғаш рет 1972 жылы RB199 қозғалтқышымен ұшты. Корольдік әуе күштері, Германия теңіз күштері және Германия мен Италия әуе күштерімен Еуропалық ортадағы қызметтік ұшу кезінде турбина қақпақтарының, жылулық шаршаудың, ығысудың және жоғары циклдік шаршаудың (HCF) қалыпты ақау механизмдері байқалды, сондықтан бастапқы өндіріс тең осьті қақпақтарын жоғары температурада ұзақ қызмет ететін бір кристалл қақпақтармен ауыстыру жұмыстары басталды. Қызметке енгізуге қатысты біліктілік сынақтарының аясында құмның сіңу сынақтары жүргізіліп, сәтті аяқталды, бірақ Сауд Арабиясының Корольдік әуе күштерімен шөлдік жағдайда жұмыс істеу жаңа проблемаларды тудырды. Әртүрлі өлшемдегі құм бөлшектерін тасымалдайтын ауамен жиі ұшу, HP турбинасының қақпақтарында жану камерасынан өтетін құмның жинақталуына себеп болды. Сонымен қатар, салқындату ауасымен бірге тасылған құм салқындату тесіктерін бітеп тастады. Еуропалық жұмыс жағдайларына сәйкес қақпақтардың қызмет ету мерзімін ұзарту үшін бір кристалл қақпақтар енгізілді, сонымен бірге құмның қақпақтарды салқындатуға тигізетін зиянды әсерін азайту үшін салқындату тесіктерінің қайта қарастырылған конструкциясы енгізілді. Осы қақпақтарды өңдеу және салқындату өзгерістерін енгізу арқылы "Desert Storm Tornado ұшағы одақтас ұшақтардың ең қиын тапсырмаларын бейбіт уақыттағыдай сенімділікпен орындады және HP турбинасының қақпағының ақауларына байланысты ешқандай қозғалтқыш тоқтатылмады". 2002 жылы RB199 бағдарламасын қарап шыққан RB199 бас инженері доктор Гордон Льюис "Соңғы өндірістік стандарт қанағаттанарлық сенімділік пен өнімділікті қамтамасыз етті" деген қорытынды жасады.
The RB199 originated with a requirement, in 1969, to power a new European multirole combat aircraft (MRCA) called the Panavia MRCA. The engine requirements to meet the Panavia MRCA specification were significant advances over current engines in thrust to weight ratio, fuel consumption and size. The final selection of the engine for the MRCA was made between a new European collaboration, Turbo Union, with the RB199, and Pratt & Whitney who proposed the JTF16. The Panavia MRCA would later be called the Panavia Tornado. Advanced engine studies at Bristol Siddeley had already been done to support the BAC/Dassault AFVG and were based on the Pegasus two spool arrangement. At Rolls Royce, where the three shaft RB211 engine was in development, three shafts were considered better. Rolls Royce took over Bristol Siddeley in 1967 so the configuration for the RB199 was decided jointly, a three shaft engine. The overall design concept for the international collaborative program, three shafts and a bypass ratio (BPR) of about 1.2, was decided by Rolls Royce. The bypass ratio was chosen for long range, with low fuel consumption, particularly when throttled back. The selected BPR also gave a higher reheat boost than with smaller values used on similar engines. The design of the individual modules was shared between Rolls Royce, MTU and Fiat according to their existing expertise. Rolls Royce designed the fan using scaled down Pegasus knowledge, the combustor, the high pressure (HP) turbine and the reheat. The reheat used cold air combustion techniques, described by Sotheran and which were derived from their experience with ramjets and plenum chamber burning (PCB) in Pegasus front nozzles. Fiat had built turbines for the Viper so designed the low pressure (LP) turbine as well as the final nozzle. MTU designed the intermediate pressure(IP) and high pressure (HP) compressors, the IP turbine, and the thrust reverser. A three spool arrangement reduces the pressure ratio on each compressor so no variable stators were needed. To meet the short afterburner requirement an arrangement known as mix then burn, as used in current engines, was not possible because it was too long and heavy. The RB199 used a much shorter arrangement known as mix/burn. The RB199 first ran on 27 September 1971 at Patchway, UK. It was flight tested using an Avro Vulcan with the engine installed in a nacelle that was representative of the Tornado aircraft. The Vulcan first flew with the RB199 in 1972. Service flying with the Royal Air Force, German Navy and German and Italian Air Forces in the European environment showed normal failure mechanisms for turbine blades, thermal fatigue, creep and high cycle fatigue (HCF) so development started on replacing the initial production equiaxed blades with single crystal ones which last longer at high temperatures. Sand ingestion tests had been done and passed as part of the qualification for service introduction but operating in desert conditions with the Royal Saudi Air Force produced new problems. Frequent flying in air carrying different sizes of sand particles caused deposits on the HP turbine blades from sand passing through the combustor. In addition, sand carried with the cooling air through the blades blocked the cooling holes. Single crystal blades were being introduced to improve the life of the blades for the European operating conditions and revised cooling hole arrangements were introduced at the same time to reduce the detrimental effect of sand on blade cooling. With incorporation of these blade processing and cooling changes "Desert Storm Tornado aircraft flew some of the most arduous missions of any Allied aircraft with reliability no worse than peacetime and no engines were rejected for HP Turbine blade defects." Looking back on the RB199 program in 2002 Chief Engineer for the RB199, Dr. Gordon Lewis, concluded "The final production standard provided satisfactory reliability and performance."