|
Pratt & Whitney J57
Pratt & Whitney J57 (позначення компанії: JT3C) — осьовий турбореактивний двигун, розроблений Pratt & Whitney на початку 1950-х років. J57 (перший запуск у січні 1950 року[1]) був першим двигуном класу тяги 10 000 фунт-сил (45 кН) у Сполучених Штатах. Має контструкцію двокотушечного двигуна. J57/JT3C був розроблений з турбореактивного двигуна J52, J75/JT4A, турбовентиляторного двигуна JT3D/TF33 і турбогвинтового двигуна XT57 (з яких був побудований лише один).[2] J57 і JT3C широко використовувалися на винищувачах, реактивних лайнерах і бомбардувальниках протягом багатьох десятиліть. Проєктування та розробкаJ57 був розвитком турбогвинтового двигуна Pratt & Whitney XT45 (PT4), який спочатку призначався для Boeing XB-52. Коли вимоги до потужності B-52 зросли, конструкція перетворилася на турбореактивний двигун JT3. Pratt & Whitney спроєктувала J57 з відносно високим загальним коефіцієнтом тиску, щоб покращити питому витрату палива і питому тягу, але було відомо, що дроселювання одного компресора з високим коефіцієнтом тиску може спричинити проблеми зі стабільністю польоту. Як пояснює сер Стенлі Хукер у своїй автобіографії,[3] площа вихідного отвору компресора значно менша за площу впускного отвору, що є нормальним при роботі з проєктним співвідношенням тиску, але під час запуску і при низьких налаштуваннях дросельної заслінки співвідношення тиску компресора є низьким, тому в ідеалі площа вихідного отвору повинна бути набагато більшою за проєктне значення. Грубо кажучи, повітря, що всмоктується спереду, не може вийти ззаду, що призводить до того, що лопаті в передній частині компресора зупиняються і вібрують. Компресор стрибає, що зазвичай означає, що потік повітря змінює напрямок, спричиняючи різке падіння тяги. Наприкінці 1940-х років було визначено три потенційні шляхи розв'язання проблеми стабільності:
GE обрала другий варіант у своєму General Electric J79, тоді як Pratt & Whitney обрала двозолотникову схему у своєму J57. P&W зрозуміли, що якщо вони зможуть розробити осьовий компресор з невеликим відношенням тиску (< 4,5:1), який буде адекватно працювати при будь-якому положенні дросельної заслінки, включаючи запуск і прискорення, то вони зможуть з'єднати два таких компресори послідовно, щоб досягти вищого загального відношення тиску. У схемі з двома золотниками перший компресор, який зазвичай називають компресором низького тиску (LPC), приводиться в дію турбіною низького тиску (LPT) і наддуває інший блок, відомий як компресор високого тиску (HPC), що приводиться в дію турбіною високого тиску (HPT). Під час запуску першим починає обертатися золотник високого тиску, тоді як золотник низького тиску залишається нерухомим. Коли золотник ТНВД прискорюється і паливно-повітряна суміш у камері згоряння загоряється, в певний момент в потоці турбінного газу накопичується достатньо енергії, щоб почати обертати золотник ПНВД, який прискорюється, хоча і повільніше. Врешті-решт, на повному газу обидва золотники обертатимуться з проєктною швидкістю. Оскільки температура на виході з HPC, очевидно, вища, ніж у LPC, однакове число Маха на кінчику лопатки для обох блоків досягається внаслідок того, що розрахункова частота обертання валу HP значно вища за частоту обертання валу LP. Будь-яке зменшення діаметру компресора в напрямку до пальника перебільшує цю різницю. У той самий час, що і J57, британський підрозділ двигунів Bristol Aeroplane Company також застосував дволопатеву схему у своїй серії турбореактивних двигунів Olympus, які згодом стали двигунами для бомбардувальника Avro Vulcan, а згодом і для Concorde. За кілька місяців і P&W, і Bristol здійснили перші запуски своїх прототипів. Обидва продемонстрували чудову керованість[4][5]. Сьогодні більшість цивільних і військових турбовентиляторів мають конфігурацію з двома котушками, помітним винятком є серія турбовентиляторів Rolls-Royce Trent, яка має три котушки. До речі, більшість сучасних цивільних турбовентиляторів використовують всі три вищезгадані варіанти, щоб впоратися з надзвичайно високими загальними коефіцієнтами тиску, які застосовуються сьогодні (зазвичай 50:1). У 1950-х роках J57 був надзвичайно популярним двигуном з численними військовими застосуваннями. Обсяги виробництва обчислювалися тисячами, що забезпечило високу надійність двигуна. Отже, для Boeing було цілком природно вибрати цивільний варіант J57, JT3C, для свого реактивного лайнера 707. Компанія Douglas зробила те ж саме зі своїм DC-8. Прагнення зменшити шум реактивного двигуна та питому витрату палива пізніше призвело до того, що компанія P&W застосувала інноваційну модифікацію для перетворення турбореактивного двигуна JT3C на дволопатевий турбовентилятор JT3D, спочатку для цивільних цілей, але також і для військового застосування, наприклад, для Boeing B-52H. Престижну нагороду Collier Trophy за 1952 рік отримав Леонард С. Хоббс, головний інженер United Aircraft Corporation, за «розробку і виробництво турбореактивного двигуна P&W J57». Двигун вироблявся з 1951 по 1965 рік, всього було побудовано 21 170 екземплярів. Багато моделей J57, що постачалися з 1954 року, містили 7-15 % титану за сухою вагою. Комерційно чистий титан використовувався у впускному корпусі та корпусі компресора низького тиску, тоді як ротор низького тиску складався з лопаток, дисків та розпірок з титанового сплаву 6Al-4V[6]. Титанові сплави, що використовувалися в J57 в середині 50-х років, зазнали водневої крихкості[7]: 412 до того часу, поки проблема не була зрозуміла. 25 травня 1953 року YF-100A, оснащений J57, під час свого першого польоту перевищив швидкість 1 Мах. Див. такожПримітки
Посилання
|
||||||||||||||||||||||||
