Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
CJ805
Convair 880 Lisa Marie Graceland Memphis TN 2013-04-01 026.jpg
Турбореактивный двигатель CJ805-3A установлен на авиалайнер Convair 880
ТипТурбореактивные (CJ805)
двухконтурный (CJ805-23)
национальное происхождениеСоединенные Штаты
ПроизводительАвиационные двигатели General Electric
Основные приложенияCJ805: Convair 880
CJ805-23: Convair 990
Разработано изGeneral Electric J79
Вид сзади CJ805-3 турбореактивных оснащен зубчатым сопло комплект молчания .

General Electric CJ805 является реактивный двигатель , который был разработан GE Aviation в конце 1950 - х годов. Это была гражданская версия J79, отличавшаяся только деталями. [1] Он был разработан в двух версиях. Базовый CJ805-3 был турбореактивным и устанавливался на Convair 880 , в то время как CJ805-23 (военное обозначение TF35 ), производный от турбовентиляторного двигателя, устанавливался на авиалайнерах Convair 990 .

Дизайн и разработка [ править ]

Импетус [ править ]

Турбореактивные двигатели состоят из компрессора в передней части, зоны горелки и турбины, которая приводит в действие компрессор. Чтобы достичь приемлемых степеней сжатия , компрессоры состоят из нескольких «ступеней», каждая из которых дополнительно сжимает воздух, выходящий из предыдущей.

Одной из распространенных проблем ранних реактивных двигателей было явление "помпажа" или остановки компрессора . Сваливание могло произойти, когда приближающийся воздушный поток не совпадал с входом воздушного судна в компрессор или когда дроссельная заслонка была выдвинута слишком быстро.

Когда двигатели должны были быть спроектированы с коэффициентом давления более 5, [2]Чтобы удовлетворить требования по снижению расхода топлива, было обнаружено новое явление сваливания - вращающийся срыв. Это произошло при низких оборотах компрессора и привело к поломке лопаток на первой ступени. Эта проблемная скоростная зона известна как «нерасчетная» и потребовала изобретения специальных устройств, чтобы компрессор работал. Компрессор хорошо работал около своей максимальной скорости, известной как «проектная», с фиксированной площадью схождения от входа к выходу для достижения расчетных значений сжатия / плотности и с фиксированными углами лопаток, установленными для обеспечения низких потерь давления. На низких скоростях гораздо меньшее сжатие не сжимало воздух достаточно, чтобы пройти через теперь уже слишком маленький выход. Треугольник скоростей сочетал в себе теперь слишком медленный входящий воздух со скоростью лопасти и давал угол сваливания. [3]

Одним из распространенных решений, использовавшихся на ранних двигателях и широко применяемого сегодня [4], было создание дополнительных отверстий для выпуска воздуха для ускорения поступающего воздуха, то есть использование «стравливаемого воздуха», который может выходить через отверстия около середины двигателя. ступени компрессора и выброшены за борт. Выпускные клапаны закрываются, когда частота вращения двигателя увеличивается до рабочих скоростей.

Другим решением было использование регулируемых входных лопаток. Угол падения лопаток на переднюю части двигателя изменяется , чтобы частично блокировать впускную область, которая уменьшает сжатие, а также углу воздух на лопатки компрессора для предотвращения срыва. Это имеет то преимущество, что он более эффективен, чем утечка ценного сжатого воздуха, хотя расход топлива на низких скоростях относительно не важен.

Дальнейшее увеличение степени давления, которого требуют государственные закупочные агентства и коммерческие авиалинии для самолетов большой дальности, привело к большему несоответствию площади потока / изменений плотности и углов лопастей. Были применены два подхода: снижение скорости лопастей в передней части компрессора путем разделения его на две отдельно вращающиеся части (золотники) или изменение статоров на первых нескольких ступенях, а также на входных лопатках. Недостатком является значительная механическая сложность, поскольку каждая лопатка статора должна независимо поворачиваться на желаемые углы. Для двух золотников нужно больше подшипников, и они оказались тяжелее.

Выпускные клапаны, два или три золотника и регулируемые статоры используются в современных двигателях вместе, чтобы справляться с вращающимся срывом при пусках и на низких скоростях, а также обеспечивать быстрое ускорение без помпажа.

Компания Rolls-Royce рассматривала идею регулируемого статора в 1940-х годах, но отказалась от нее [5], пока не применила ее в 1980-х годах на двигателе V2500. [6] Они начали разработку конструкции с двумя золотниками, концепция, которую также выбрали Pratt & Whitney . Переменный ход статора был выбран GE только после годичного конкурса проектных исследований, в котором сравнивались два золотника и несколько ступеней регулируемых статоров с целью обеспечения эффективных характеристик при крейсерском режиме 0,9 Маха и 2 Маха, увеличения тяги, снижения расхода топлива и веса. [7] J79 оказался мощной и легкой конструкцией на 2000 фунтов легче, чем его двухвальный конкурент B-58, двигатель J57, [8]и GE начала рассматривать его как основу для мощного двигателя для коммерческого использования. [9]

Программа CJ805 [ править ]

Испытательный самолет RB-66A с двумя двигателями GE CJ805-3 на трапе на авиабазе Эдвардс

В 1952 году группа разработчиков Чепмена Уокера в GE построила единственный прототип реактивного двигателя, разработанного специально для трансатлантических авиалайнеров. В нем использовался одноступенчатый вентилятор, приводимый в действие тем же валом турбины, что и компрессор главного двигателя, в отличие от конструкций Pratt & Whitney , в которых для вращения вентилятора использовался отдельный приводной вал. Конструкция GE оказалась сложной для запуска и эксплуатации и не получила дальнейшего развития. [5]

В 1955 году Джек Паркер возглавил подразделение компании GE по производству авиационных газовых турбин. Он нанял Диксона Спиза, чтобы она начала интервьюировать руководителей авиакомпаний, чтобы попытаться составить представление о будущем рынке. Паркер попросил Списа взять интервью не у генерального директора, 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, руководившие программой J79, в течение месяца встречались с представителями AA , Delta , United , KLM , Swissair и SAS . Встречи продемонстрировали, что все авиакомпании, которые летают через Атлантику на винтовых самолетах, стремятся заменить их самолетами. [10]

CJ805-3 [ править ]

Примерно в то же время Convair проводила опрос американских перевозчиков и обнаружила спрос на реактивный самолет меньшего размера для внутренних маршрутов средней дальности. Они начали разработку того, что впоследствии станет 880, и обратились к Бёрджессу, чтобы узнать, сможет ли GE разработать версию J79 для этой роли. В ответ Бёрджесс быстро набросал версию J79 с удаленной форсажной камерой и замененной реверсором тяги , что дало им ориентировочную цену в 125 000 долларов за двигатель. [5]

Главной 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 дизайну, подобному J79. Чтобы получить опыт работы с двигателем в гражданских условиях, GE оснастила Douglas RB-66 новым двигателем и пролетела по смоделированным маршрутам гражданской авиации с базы ВВС Эдвардс . [11]

По мере развития разработки 707-я начала поступать в эксплуатацию, и жалобы на шум стали серьезной проблемой. Жители аэропорта Ньюарка уже возбудили иск по поводу шума от существующих винтовых самолетов, таких как Super Constellation, Stratocruiser и DC-7C. [12] Одним из способов решения этой проблемы является подмешивание холодного воздуха к выхлопным газам, что было реализовано на ранних двигателях с добавлением зубчатых сопел. [a] Это решение было также принято для CJ805.

CJ805-23 [ править ]

Разрез CJ805-23, турбовентиляторной версии двигателя, с вентилятором в задней части
Турбореактивный двухконтактный двигатель CJ805-23 устанавливался на авиалайнерах Convair 990

Несколько авиакомпаний запросили у Convair более крупную версию 880 с потенциальной трансатлантической дальностью полета. Такая конструкция будет больше, чтобы вместить больше сидячих мест, а также для перевозки большего количества топлива. Для его работы потребуется более мощный двигатель. К этому времени Rolls-Royce Conway вступал в строй, а за ним следовал Pratt & Whitney JT3D . Обе эти конструкции имели компрессоры с двумя золотниками, в отличие от использования регулируемых статоров, а более низкая скорость переднего золотника низкого давления позволяла легко приводить в действие вентилятор. [14]

Проблемы, которые RR и P&W решали с помощью системы с двумя золотниками, были решены на J79 с помощью регулируемых статоров, поэтому в относительном выражении частота вращения одного компрессора была намного выше, чем ступень низкого давления этих других двигателей. Это означало, что он не подходил для прямого подключения к ступени вентилятора. Вместо этого GE решила эту проблему, добавив полностью отдельную систему вентиляторов в задней части двигателя, приводимую в действие новой ступенью турбины. Система была, по сути, продолжением существующей конструкции на болтах и ​​почти не влияла на работу исходного двигателя. [15]

Каждая лопатка турбины была составной частью «тупика», внешняя часть которой представляла собой лопатку ротора вентилятора. [16] Свободно вращающийся на коротком валу ряд ковшей, установленных на диске, составляли узел заднего винта. Выходящий из турбореактивного двигателя поток расширяется через (внутреннее) кольцевое пространство турбины, обеспечивая таким образом мощность непосредственно лопастям вентилятора, расположенным во внешнем кольцевом пространстве. На Convair 990 были установлены капот во всю длину, кольцевая выхлопная система и реверсор тяги ковша [17].

Уникальной особенностью модели -23 был трансзвуковой одноступенчатый вентилятор. [18] NACAпровел много исследований многоступенчатых трансзвуковых компрессоров в течение 50-х годов. Используя эти данные, GE решила спроектировать и испытать одноступенчатый трансзвуковой вентилятор с высокой степенью сжатия. К их большому изумлению, установка превзошла проектную задачу, в том числе высокую эффективность. Модифицированная версия этого исследовательского агрегата впоследствии была встроена в задний вентилятор CJ805-23. Не имея опыта проектирования околозвуковых вентиляторов и имея мало времени, Pratt & Whitney пришлось прибегнуть к использованию двух ступеней вентилятора, чтобы обеспечить аналогичную степень сжатия для своего ТРДД JT-3D. Хотя трансзвуковой вентилятор -23 не имеет консольной конструкции, он не требует никаких направляющих лопаток на входе. Однако имелся ряд конструктивных лопаток, которые помогали поддерживать кожух вентилятора. [19]

Окончание производства [ править ]

С дополнительными изменениями, удлинением фюзеляжа и добавлением противоударных корпусов новый авиалайнер получил название Convair 990. Однако к этому времени проект претерпел несколько задержек, что позволило заблокировать новые версии DC-8 и 707. основные продажи. В итоге Convair продала всего 102 880 и 990, потеряв по программе 600 миллионов долларов. [20]

У 805-23 был только один заказчик. В 1961 году Sud Aviation подошел GE , чтобы передать их на идее адаптации Rolls-Royce Avon питание Caravelle в 805-23, производя летающий технологии витрину для обеих компаний. [21] Для этой роли они представили новую версию с относительно коротким кожухом вентилятора и реверсором тяги по сравнению с полноразмерным кожухом на 990. [22] Rolls-Royce быстро построил и протестировал демонстрационный образец заднего вентилятора Avon, чтобы конкурировать с ним. с большей тягой и меньшим удельным расходом топлива, чем у CJ805-23. В конце концов, вместо этого на Caravelle был установлен ТРДД P&W JT8D . [23]

Программа CJ805 не имела коммерческого успеха, и GE потеряла около 80 миллионов долларов по программе, всего было произведено всего несколько сотен двигателей. [21] В процессе эксплуатации конструкция оказалась хрупкой, но эти проблемы привели к окончательному успеху программ компании. [24]

Пока они разговаривали с руководителями авиакомпаний, в 1956 году компания наняла бывшего начальника отдела технического обслуживания American Airlines Джона Монтгомери для управления производственными линиями. Монтгомери собрал комментарии представителей отрасли о состоянии рынка двигателей и обнаружил, что многие жалуются на ненадежность используемых в то время больших поршневых двигателей, особенно Wright R-3350 . Руководство Райта отказалось вкладывать больше денег в программу по усовершенствованию двигателя, что вызвало серьезную негативную реакцию со стороны заказчиков. [25]

Монтгомери нанял Уолтера Ван Дуйана из Райта, чтобы он основал сервисный отдел GE, и они предоставили отличное обслуживание, несмотря на проблемы с двигателем. GE быстро завоевала репутацию компании, которая стоит за своей продукцией и по сей день. [25]

Работа над 805 также привела к нескольким побочным продуктам. Среди них была еще одна конструкция с задним вентилятором, General Electric CF700, использовавшаяся в бизнес-джете Dassault Falcon 20 , который был разработан на основе General Electric J85 так же, как J79 был адаптирован к 805. [26] Их вентиляторная технология была также использовался в XV-5 Vertifan . [27]

Варианты и приложения [ править ]

CJ805-1
CJ805-2
CJ805-3
Convair 880 [28]
CJ805-3A
Convair 880-22  : переработанные регулируемые входные направляющие лопатки и управление статором. [28]
CJ805-3B
Convair 880-22M  : Повышенная тяга. [28]
CJ805-11
CJ805-13
CJ805-21
[29]
CJ805-23
Летные испытания на Douglas RB-66 : вариант с задним вентилятором с вентилятором с прямым приводом, прикрепленным к турбине низкого давления. [28]
CJ805-23A
[28]
CJ805-23B
Convair 990 [28]
CJ805-23C
Предназначен для предлагаемой Sud Aviation Caravelle 10A . CJ805 оснащался только одиночным планером, предназначенным в качестве прототипа для рынка США. [28]
TF35
Военная версия ТРДД CJ805-23.

Технические характеристики (CJ805-3B) [ править ]

Данные из листка данных сертификата типа FAA, E-306

Общие характеристики

  • Тип: Турбореактивный одноступенчатый
  • Длина: 188,9 дюйма (4798 мм) с реверсором / гасителем тяги
  • Диаметр: 31,6 дюйма (803 мм)
  • Сухой вес: 3213 фунтов (1457 кг) с реверсором / глушителем

Составные части

  • Компрессор: 17-ступенчатый осевой поток
  • Камеры сгорания : канально -кольцевые
  • Турбина : 2 ступени мощности газогенератора
  • Тип топлива: авиационный керосин
  • Масляная система: распыление под давлением / разбрызгивание

Спектакль

  • Максимальная тяга : 11650 фунтов-силы (51,82 кН) на взлете
  • Общий коэффициент давления : 13: 1
  • Массовый расход воздуха: 167,9 фунт / с (76,16 кг / с)
  • Температура на входе в турбину : ~ 1205К
  • Удельный расход топлива : 0,784 фунта / (фунт · ч) (22,21 г / (с кН))
  • Тяговооружённость : 3,626

Технические характеристики (CJ805-23B) [ править ]

Данные из [1]

Общие характеристики

  • Тип: ТРДД задний вентилятор несмешанный
  • Длина: 139 дюймов (3531 мм)
  • Диаметр: 53 дюйма (1346 мм)
  • Сухой вес: 3730 фунтов (1692 кг)

Составные части

  • Компрессор: 17-ступенчатый осевой поток
  • Камеры сгорания : канально -кольцевые
  • Турбина : 2 ступени мощности газогенератора + 1 турбина свободного хода с лопастями вентилятора на периферии
  • Тип топлива: авиационный керосин
  • Масляная система: распыление под давлением / разбрызгивание

Спектакль

  • Максимальная тяга : 16100 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))
  • Удельная тяга : 4,32

См. Также [ править ]

Связанная разработка

  • General Electric J79

Связанные списки

  • Список авиационных двигателей

Заметки [ править ]

  1. ^ Который вновь появился в современной форме на Боинге 787. [13]

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

  1. ^ "Аэродвигатели 1960" . Международный рейс . 18 марта 1960 г. С. 381–382.
  2. ^ https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc61684/m1/10/
  3. ^ Проблемы срыва компрессора в авиационных двигателях типа Gs-Turbine, Benser and Finger, доклад, представленный на Национальном авиационном собрании SAE, Нью-Йорк, 12 апреля 1956 г., том 65, 1957 г., стр. 188, 190/191
  4. ^ Реактивное движение, Николас Кампсти, 1997, Cambridge University Press, ISBN 0-521-59674-2 , стр.123 
  5. ^ a b c Гарвин 1998 , стр. 16.
  6. ^ https://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1987/1987%20-%200867.html
  7. ^ Семь десятилетий прогресса - Наследие авиационных турбинных технологий, General Electric 1979, Aero Publisher Inc., ISBN 0-8168-8355-6 , стр.87 
  8. ^ Семь десятилетий прогресса - Наследие авиационных турбинных технологий, General Electric 1979, Aero Publisher Inc., ISBN 0-8168-8355-6 , стр.89 
  9. Перейти ↑ Garvin 1998 , p. 12.
  10. Перейти ↑ Garvin 1998 , p. 15.
  11. Перейти ↑ Garvin 1998 , pp. 20–21.
  12. ^ Beranek, Лео (январь 2007). «Шумный рассвет реактивного века» (PDF) . Звук и вибрация .
  13. ^ «НАСА помогает создать более тихую ночь» . НАСА . 13 декабря 2010 г.
  14. Перейти ↑ Garvin 1998 , pp. 16–17.
  15. Перейти ↑ Garvin 1998 , pp. 16–18.
  16. ^ "Рис7" . Международный рейс . 30 октября 1959 г. с. 457.
  17. ^ "Рис8" . Международный рейс . 30 октября 1959 г. с. 457.
  18. ^ "Турбореактивный двухконтурный двигатель появляется: двигатель заднего вентилятора GE CJ805-23" . Атмосферный полет в двадцатом веке .
  19. ^ "Трехмерный разрез CJ805-23" . Проверено 18 февраля 2016 .
  20. Перейти ↑ Garvin 1998 , p. 18.
  21. ^ а б Гарвин 1998 , стр 19.
  22. ↑ Арчер, Роберт (8 июня 1961 г.). «Каравелла а ля Дженерал Электрик» . Международный рейс . С. 797–798.
  23. ^ Rolls-Royce Aero Engines "Билл Гуустон, Patrick Stephens Ltd. 1989, ISBN 1-85260-037-3 , стр.142. 
  24. Перейти ↑ Garvin 1998 , p. 21.
  25. ^ а б Гарвин 1998 , стр. 22.
  26. Перейти ↑ Garvin 1998 , p. 23.
  27. ^ "Сила для полета" Брайан Роу, Pen & Sword Aviation 2005, ISBN 1 84415 200 6 , стр.25 
  28. ^ Б с д е е г Бриджмена 1955 , стр. 62-63.
  29. Перейти ↑ Bridgman 1955 , p. 60.

Библиография [ править ]

  • Бриджмен, Леонард (1955). Джейн - самолет всего мира 1955–56 . Джейн - всемирная компания по производству самолетов.
  • Гарвин, Роберт (1998). Начало чего-то большого Коммерческое появление авиадвигателей GE . AIAA. ISBN 1-56347-289-9.
  • Ганстон, Билл (2006). Всемирная энциклопедия авиационных двигателей, 5-е издание . Феникс Милл, Глостершир, Англия, Великобритания: Sutton Publishing Limited. ISBN 0-7509-4479-X.
  • Нойман, Герхард (июнь 1984). Герман немец . Уильям Морроу и Ко . п. 269. ISBN. 0-688-01682-0. Бывший вражеский инопланетянин и солдат авиакорпуса, чьи изобретательские способности и индивидуальные методы управления вошли в историю реактивных двигателей

Внешние ссылки [ править ]

  • General Electric Aviation, страница J79
  • GE: История авиационных двигателей (упоминание о CJ805)
  • Анимация турбореактивного двигателя J79 (немецкий язык)