A hajtóművek működéséről
- Téma indítója GrGLy
- Indítva
Egy kis video összeállítás egyik szívem csücskéről a Sabre hajtóműről.
vimeo.com
vimeo.com
LAPCAT A2 Animation
This is "LAPCAT A2 Animation" by Reaction Engines Ltd on Vimeo, the home for high quality videos and the people who love them.
vimeo.com
Alan Bond Interview
This is "Alan Bond Interview" by Reaction Engines Ltd on Vimeo, the home for high quality videos and the people who love them.
vimeo.com
Nem katonai, de hajtómű, és ha értékes meg működő technológia akkor biztosan máshol is használni fogják. A Pratt & Whitney a hajtómű első és hátsó részének eltérő ideális forgássebességére talált megoldást, így csendesebb és takarékosabb (civil) hajtóművet sikerült készíteniük.
Igen, már jó néhány éve ezen dolgoznak, és ha sikerül, az elég nagy dobás lesz. Az egyetlen lényeges kérdés, hogy a két forgórész között beépített áttételház fogaskerekei és csapágyai, valamint a kisebb, de magasabb fordulatszámon üzemelő "meleg" részei kibírnak-e különleges bánásmód/karbantartás/csere nélkül legalább annyi üzemórát, mint a hajtómű más részei. Ha igen, akkor bejön nekik a nagy üzlet, ha nem, akkor az extra karbantartási igény költségei agyoncsaphatják az egész koncepciót. Ha sikerül, akkor az utas és teherszállításban hozhat újdonságot, én erősen drukkolok nekik!!
Ha katonai gépek hajtóműveinél is elkezdik használni a megoldást, ott talán a megnövekedett szervízigény nem lesz akkora probléma, mint amekkora előnyt hoz a kisebb zajjal meg az alacsonyabb fogyasztással. Mondjuk valamivel nehezebb és hosszabb is lesz egy ilyen hajtómű, mert az a kapcsolószekrány ott középen a hagyományosoknál nincs.
Katonai/harcigép-hajtóműveknél nem nagyon lenne előnyös, mert ott alig nagyobb a ventilátorfokozat átmérője a meleg részekhez képest, tehát nem probléma az azonos fordulatszám, és a túl nagy kétáramúsági fok se követelmény. Itt elsőrendű követelmény az abszolút tolóerő nagysága, a mindenkori stabil működés hirtelen gyorsításoknál és gázlevételnél, gyors magasság-változásnál, nagy túlterhelések mellett is (egy áttételmódosító meghajtásháznak az ilyen terhelések nem tesznek jót!), rövid felgyorsulási idő, a többi követelmény csak ezek után. A csendes működés meg egy utánégetős hajtóműnél... ??? Na ne már....
A túl nagy kétáramúság inkább átok, mint áldás az utánégetős katonai hajtóműveknél. A ~0.6-0.8 feletti kétáramúsági fok a mai hajtóművek világában szinte semmi, az utánéegtősöknél már nagynak számít és az a baj velük, hogy ekkora bypass levegőáramnál már nem lehet a levegőt csak a forszázskamra hűtésére használni, ezt így ahogy van bevezetik az utánégetőhöz, ami papíron nagyobb teljesítményt ígér, hiszen relatíve hideg levegővel táplálják meg a rendszert.
Azonban az ilyen nagy kétáramúság esetén az utánégetés nyomásnövekedése egész egyszerűen visszafojtja a ventilátort, mivel nincs közben ott a turbina és a tüzelőtér, a fan szekció nyomásviszonya pedig még alacsony.
Igazán gyors forszázskapcsolás inkább az egyáramú, illetve a rendkívül kis (0.3 - 0.5) kétáramúsági fokú hajtóművekre jellemző, mint a Gripené, F-15E Stike Eagle-é, Rafale, Eurofighter, Szu-27, MiG-29... miegyéb
Az utasszállító Boeing 737-200-as hajtóművéből, az ~ 1.4 kétáramúsági fokú JT-8D-ből kifejlesztett Volvo RM-8-as hajtóművek is 0.9 körüli bypass aránnyal rendelkeznek, hogy egyfelől javítsák a nagy magasság - nagy sebesség területén a karakterisztikát, másfelől a pompázsjelenség veszélyét csökkentsék, hiszen nagy kétáramúságnál csak lassan fejlődhet fel a forszázs nyomásviszonya a kompresszor fan részének fojtása nélkül.
És most nézzünk meg pár ellenpéldát, ahol a kétáramúság 1 felett van, a hajtómű gyorsulása meg nincs az egekben.
Tornado, Rolls Royce RB199, kétáramúság 1.1, azonban adott három forgórész (vadászgépek világában egyedülálló), ezek kontra rotálnak, szóval mindent igyekeztek megtenni a pompázs kivédésére és még a precesszió elkerülésére is gondoltak:
A teljes utánégtéshez viszont előbb a belső körre dolgozó minimál fáklya stabil működésére van szükség, földön álló helyzetben. A fék felengedése után (közben) mehet a maximális utánégetés, a guruló gépbe áramló levegő és az egyenletes utánégetés együttesen már nem fojtja vissza a fan szekciót:
Tu-22M3, NK-25-ös hajtómű, kétáramúság ~1.3, az alapjárattol a maximál forszázsig a földi felgyorsulási idő 18 másodperc. Egy bombázónak még nem akkora gond. Eredmény? Közel 110kN az utánégetés tiszta teljesítménye, összehasonlításképp, egy átlagos vadászgépnél a 70 - 110kN tolóerő kategóriában kb. 30-40 kN plust ad a forszázs. A 120-160 kN tartományban ez 40 - 60 kN, az F-35-ösnél a közel 200kN-ból az utánégetés teljesítménye kb 70 kN.
Jól megfigyelhető a típusra jellemző "óvatos" forszázs felépülés, először a belső kör, utána lassan kerül begyújtásra a külső, illetve a teljes szekció:
Ez a megoldás az NK-144, illetve az NK-22 hagyatéka, melyek az egykor volt NK-6 "ducted burning" elvét vitték át a valós gyakorlatba:
NK-6
Az elv egyszerű, csinálünk két külön párhuzamos áramot, az egyik egy gázgenerátor, a másik pedig egy fan (idáig semmi szokatlan, hiszen a mai, modern hajtóművek 99.9%-a ilyen), de az utánégetést a nagy kapacitású, hideg levegővel tápláljuk meg, míg a belső kör a turbina után szabad kiáramlású, nem fojtja vissza a gázáramot az forszázs. Nagyon jó az elv, ilyen volt az amerikai Pratt&Whitney JTF-17-ese is:
A baj csak az volt, hogy a már említett pompázshajlam miatt hímestojásként kell bánni az utánégetés kapcsolásakor.
Az NK-144 és katonai változata az NK-22 már némiképp hagyományosabb, de a metszetükön itt is látszik, hogy a bypass kör komplett saját utánégetőt kapott, azaz az erre a körre dolgozó fan-nak nagyon stabilan kell forognia, mikor rádörrentik a fáklyát:
És az NK-22:
A leszármazottjukról, az NK-25-ről csak ilyen hevenyészett ábrát találtam nagy hirtelen:
Tu-160-as, NK-32, kétáramúság 1.4, azonban a nyomásviszony 28, három a forgórészek száma, van elektronikus vezérlés is, az utánégetés pedig három külön üzemmódon választható, de a felgyorsulás itt se világrekord (és a gép csak a második forszázzsal indul, a maximálisat nem is kapcsolja):
Itt láthatunk egy maximális utánégetéses startot, a fúvócsövek teljesen nyitottak, a részterhelésre jellemző sárgásbarna nitrogén-dioxid füst megszűnik, az égés a lehetőségekhez képest már közel tökéletes, azonban a rezsim elérése akkor is csak hosszú időt vesz igénybe:
Végül a rekorder. B-1B, General Electric F101-es hajtóművel, kétáramúság 2.0. Az utánégetővel elért teljesítmény 136kN, ebből a forszázs 60kN-t tesz ki, a földi felgyorsulás itt se valami eget rengető, de azért gyorsabb, mint a paraméterek alapján várnánk. Ne feledjük, 26 körüli a nyomásviszony és az, hogy a nagynyomású égészóna a forszázskamra belső szekciójában helyezkedik el, adja meg a lehetőséget, hogy a külső áram visszafojtódásának veszélye csökkenjen.
Az F-15C/D F100PW220-as hajtóműve ezekhez képest villámgyorsan kapcsol fáklyát:
Végezetül példának egy igazán alacsony kétáramúságú F100PW229-es, amint 4-5 másodperc alatt alapjáratról felfut a maximális utánégetésig.
0.3-as kétáramúsági fok, 11 fokozatú utánégetés, FADEC vezérlés. Ez a vadászgépek világa, bárhogy is prognosztizálták a 60-as években egyes teoretikusok, a harcászati repülőknél az 1 feletti kétáramúság nem tudott elterjedni:
Azonban az ilyen nagy kétáramúság esetén az utánégetés nyomásnövekedése egész egyszerűen visszafojtja a ventilátort, mivel nincs közben ott a turbina és a tüzelőtér, a fan szekció nyomásviszonya pedig még alacsony.
Igazán gyors forszázskapcsolás inkább az egyáramú, illetve a rendkívül kis (0.3 - 0.5) kétáramúsági fokú hajtóművekre jellemző, mint a Gripené, F-15E Stike Eagle-é, Rafale, Eurofighter, Szu-27, MiG-29... miegyéb
Az utasszállító Boeing 737-200-as hajtóművéből, az ~ 1.4 kétáramúsági fokú JT-8D-ből kifejlesztett Volvo RM-8-as hajtóművek is 0.9 körüli bypass aránnyal rendelkeznek, hogy egyfelől javítsák a nagy magasság - nagy sebesség területén a karakterisztikát, másfelől a pompázsjelenség veszélyét csökkentsék, hiszen nagy kétáramúságnál csak lassan fejlődhet fel a forszázs nyomásviszonya a kompresszor fan részének fojtása nélkül.
És most nézzünk meg pár ellenpéldát, ahol a kétáramúság 1 felett van, a hajtómű gyorsulása meg nincs az egekben.
Tornado, Rolls Royce RB199, kétáramúság 1.1, azonban adott három forgórész (vadászgépek világában egyedülálló), ezek kontra rotálnak, szóval mindent igyekeztek megtenni a pompázs kivédésére és még a precesszió elkerülésére is gondoltak:
A teljes utánégtéshez viszont előbb a belső körre dolgozó minimál fáklya stabil működésére van szükség, földön álló helyzetben. A fék felengedése után (közben) mehet a maximális utánégetés, a guruló gépbe áramló levegő és az egyenletes utánégetés együttesen már nem fojtja vissza a fan szekciót:
Tu-22M3, NK-25-ös hajtómű, kétáramúság ~1.3, az alapjárattol a maximál forszázsig a földi felgyorsulási idő 18 másodperc. Egy bombázónak még nem akkora gond. Eredmény? Közel 110kN az utánégetés tiszta teljesítménye, összehasonlításképp, egy átlagos vadászgépnél a 70 - 110kN tolóerő kategóriában kb. 30-40 kN plust ad a forszázs. A 120-160 kN tartományban ez 40 - 60 kN, az F-35-ösnél a közel 200kN-ból az utánégetés teljesítménye kb 70 kN.
Jól megfigyelhető a típusra jellemző "óvatos" forszázs felépülés, először a belső kör, utána lassan kerül begyújtásra a külső, illetve a teljes szekció:
Ez a megoldás az NK-144, illetve az NK-22 hagyatéka, melyek az egykor volt NK-6 "ducted burning" elvét vitték át a valós gyakorlatba:
NK-6
Az elv egyszerű, csinálünk két külön párhuzamos áramot, az egyik egy gázgenerátor, a másik pedig egy fan (idáig semmi szokatlan, hiszen a mai, modern hajtóművek 99.9%-a ilyen), de az utánégetést a nagy kapacitású, hideg levegővel tápláljuk meg, míg a belső kör a turbina után szabad kiáramlású, nem fojtja vissza a gázáramot az forszázs. Nagyon jó az elv, ilyen volt az amerikai Pratt&Whitney JTF-17-ese is:
A baj csak az volt, hogy a már említett pompázshajlam miatt hímestojásként kell bánni az utánégetés kapcsolásakor.
Az NK-144 és katonai változata az NK-22 már némiképp hagyományosabb, de a metszetükön itt is látszik, hogy a bypass kör komplett saját utánégetőt kapott, azaz az erre a körre dolgozó fan-nak nagyon stabilan kell forognia, mikor rádörrentik a fáklyát:
És az NK-22:
A leszármazottjukról, az NK-25-ről csak ilyen hevenyészett ábrát találtam nagy hirtelen:
Tu-160-as, NK-32, kétáramúság 1.4, azonban a nyomásviszony 28, három a forgórészek száma, van elektronikus vezérlés is, az utánégetés pedig három külön üzemmódon választható, de a felgyorsulás itt se világrekord (és a gép csak a második forszázzsal indul, a maximálisat nem is kapcsolja):
Itt láthatunk egy maximális utánégetéses startot, a fúvócsövek teljesen nyitottak, a részterhelésre jellemző sárgásbarna nitrogén-dioxid füst megszűnik, az égés a lehetőségekhez képest már közel tökéletes, azonban a rezsim elérése akkor is csak hosszú időt vesz igénybe:
Végül a rekorder. B-1B, General Electric F101-es hajtóművel, kétáramúság 2.0. Az utánégetővel elért teljesítmény 136kN, ebből a forszázs 60kN-t tesz ki, a földi felgyorsulás itt se valami eget rengető, de azért gyorsabb, mint a paraméterek alapján várnánk. Ne feledjük, 26 körüli a nyomásviszony és az, hogy a nagynyomású égészóna a forszázskamra belső szekciójában helyezkedik el, adja meg a lehetőséget, hogy a külső áram visszafojtódásának veszélye csökkenjen.
Az F-15C/D F100PW220-as hajtóműve ezekhez képest villámgyorsan kapcsol fáklyát:
Végezetül példának egy igazán alacsony kétáramúságú F100PW229-es, amint 4-5 másodperc alatt alapjáratról felfut a maximális utánégetésig.
0.3-as kétáramúsági fok, 11 fokozatú utánégetés, FADEC vezérlés. Ez a vadászgépek világa, bárhogy is prognosztizálták a 60-as években egyes teoretikusok, a harcászati repülőknél az 1 feletti kétáramúság nem tudott elterjedni:
M
molnibalage
Guest
Itt most fékpadi értékekről beszélünk gondolom. A levegőben szuperszonikus tartomány közelében ez az arány nem változik meg?
Whoa... Mintha az F-15 könyv lektorálása te mondtad volna, hogy ok, hogy a külső szemlélő számára látszik a fáklya fényes és belobban, de a hajtmű valójában még nincs teljes fordulatszámon, az még odébb van. A fáklya belobban ~4 sec után, de tolóerő és a fordulatszám a 8. másodperc táján kezdi elérni a maximumot tengerszinten álló helyzetből indulva.
Olvasgatva a fórumot mindig elő előjön az egykristalybol novesztett turbinalapatok gyartasmennyisegenek a problémája.
Ami problémának a valódi oka nem a hosszú gyártási időbe rejlik ahogy itt sokan gondolják. Ugyanis egy ontes során történő szabályozott hutesrel van szó (ami kozelse napokig vagy hetekig tart sőt valójában percekben mérhető) a valós probléma meg csak nem is a sok selejt legyartasa mert a technológia igen kiforrott és mivel robotizalt vagy a 99%a selejt az adott szerianak vagy közel 90%a nem. Azonos program végett. A valodi ok a civil szféra kiszolgálása ami 1000x 10000 x nagyobb felvásárló db számra mint a hadseregek. Ezért hogy a civil szfera kiszolgalasatol megvonjanak kapacitást kell igencsak borsos arat fizetni a lapatokert es ezert kell olyan sokat varni rajuk. (Termeszetesen minosegbeli kulombseg is van a ket lapat kozott de ez valojaban minimalis)
Ami problémának a valódi oka nem a hosszú gyártási időbe rejlik ahogy itt sokan gondolják. Ugyanis egy ontes során történő szabályozott hutesrel van szó (ami kozelse napokig vagy hetekig tart sőt valójában percekben mérhető) a valós probléma meg csak nem is a sok selejt legyartasa mert a technológia igen kiforrott és mivel robotizalt vagy a 99%a selejt az adott szerianak vagy közel 90%a nem. Azonos program végett. A valodi ok a civil szféra kiszolgálása ami 1000x 10000 x nagyobb felvásárló db számra mint a hadseregek. Ezért hogy a civil szfera kiszolgalasatol megvonjanak kapacitást kell igencsak borsos arat fizetni a lapatokert es ezert kell olyan sokat varni rajuk. (Termeszetesen minosegbeli kulombseg is van a ket lapat kozott de ez valojaban minimalis)
A Tu-144 D verziójának hajtóművéről olyan sokat nem találtam a neten.
Amit "tudok", hogy nincs utánégetője, amit - ha jól - sejtek, hogy a turbinafokozat után egy újabb kompresszor sor gyorsítja fel a gázáramot.
A fajlagos fogyasztása elég jó lett, de az élettartama a polgári közlekedés számára értelmezhetetlenül alacsony.
Remélem elnézitek nekem, hogy ezúttal nem szöszölök képbe illesztésekkel, csak linkekkel.
http://russianplanes.net/id174219
http://russianplanes.net/id1291
http://www.tu144sst.com/techspecs/powerplant.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/РД-36
https://vk.com/photo-2548366_299129559
Amit "tudok", hogy nincs utánégetője, amit - ha jól - sejtek, hogy a turbinafokozat után egy újabb kompresszor sor gyorsítja fel a gázáramot.
A fajlagos fogyasztása elég jó lett, de az élettartama a polgári közlekedés számára értelmezhetetlenül alacsony.
Remélem elnézitek nekem, hogy ezúttal nem szöszölök képbe illesztésekkel, csak linkekkel.
http://russianplanes.net/id174219
http://russianplanes.net/id1291
http://www.tu144sst.com/techspecs/powerplant.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/РД-36
https://vk.com/photo-2548366_299129559
The UEC declared engine superiority for MC-21 aircraft over western counterparts
https://translate.google.com/translate?sl=auto&tl=en&js=y&prev=_t&hl=hu&ie=UTF-8&u=http://vpk.name/news/175648_v_odk_zayavili_o_prevoshodstve_dvigatelya_dlya_samoleta_ms21_nad_zapadnyimi_analogami.html&edit-text=&act=url
https://translate.google.com/translate?sl=auto&tl=en&js=y&prev=_t&hl=hu&ie=UTF-8&u=http://vpk.name/news/175648_v_odk_zayavili_o_prevoshodstve_dvigatelya_dlya_samoleta_ms21_nad_zapadnyimi_analogami.html&edit-text=&act=url
Nem emléxem a pontos adatokra, de két nyugati megfelelője van. Az orosz PD-14 olyan 5%al nehezebb, és 10%al fogyaszt többet.The UEC declared engine superiority for MC-21 aircraft over western counterparts
https://translate.google.com/translate?sl=auto&tl=en&js=y&prev=_t&hl=hu&ie=UTF-8&u=http://vpk.name/news/175648_v_odk_zayavili_o_prevoshodstve_dvigatelya_dlya_samoleta_ms21_nad_zapadnyimi_analogami.html&edit-text=&act=url
A PD-14-es jelen állapotában a legprogresszívebb, legmodernebb orosz hajtómű, ez nem vitás.
Azonban a nyugati megfelelői, a P&W 1000G Geared Fan, vagy a GE-Snecma CFM Leap messze előrébb jár, holott megoldásaiban a PD-14-es se rossz.
Csak épp a kiváló és a nyugatiakéval egyező geometriával bíró fan a PD-14-esen még teljesen fémből van, nyugaton már az ilyen karbonszálas kompozitból és titánból csinálják. Húsz éve.
Az MSz-21 első példánya is a PW hajtóművével lesz szerelve.
A PD-14-esre alapozott hajtóműcsalád a tervek szerint igencsak szerteágazó lesz, hiszen a PD-18-ashoz már az oroszok is geared fan megoldást akarnak, pedig abba még a PW bicskája is beletört. No meg maga a gear.
Jelenleg három élenjáró megoldás van és mind nyugati.
P&W geared fan: rendkívül ígéretes a fordulatszám csökkentett megoldásával, amivel minden másnál nagyobb kétáramúsági fokot értek el.
GE-Snecma CFM Leap: rendkívül nagy hőmérsékletet bíró kompozit megoldások a turbinában. Különlegesen magas üzemi hőmérséklet ellenére is nőtt az élettartam
Rolls Royce: Ultrafan, ami a világ első állítható szögű járó(!) lapátozású fan-ja, mint egy nagyon sok lapátos légcsavar.
Ezekhez képest a PD-14 egy jóval konvencionálisabb, ám mégis azt mondom figyelemre méltó új hajtómű, amire az oroszok alapozni kívánják a már említett PD-18-as geard fan mellett a Mi-26-os helikopterek ukrán Motor Szics (Lotarjev) 11300 lóerős D-136-os hajtóművét kiváltó PV-12-est ami 12 ezer lóerős lenne, illetve az An-124-es Ruszlan gépek szintén ukrán Lotarjev D-18T hajtóművét kiváltó PD-23-as, PD-24-es illetve a mégerősebb PD-30-as hajtóművét is.
Azonban a nyugati megfelelői, a P&W 1000G Geared Fan, vagy a GE-Snecma CFM Leap messze előrébb jár, holott megoldásaiban a PD-14-es se rossz.
Csak épp a kiváló és a nyugatiakéval egyező geometriával bíró fan a PD-14-esen még teljesen fémből van, nyugaton már az ilyen karbonszálas kompozitból és titánból csinálják. Húsz éve.
Az MSz-21 első példánya is a PW hajtóművével lesz szerelve.
A PD-14-esre alapozott hajtóműcsalád a tervek szerint igencsak szerteágazó lesz, hiszen a PD-18-ashoz már az oroszok is geared fan megoldást akarnak, pedig abba még a PW bicskája is beletört. No meg maga a gear.
Jelenleg három élenjáró megoldás van és mind nyugati.
P&W geared fan: rendkívül ígéretes a fordulatszám csökkentett megoldásával, amivel minden másnál nagyobb kétáramúsági fokot értek el.
GE-Snecma CFM Leap: rendkívül nagy hőmérsékletet bíró kompozit megoldások a turbinában. Különlegesen magas üzemi hőmérséklet ellenére is nőtt az élettartam
Rolls Royce: Ultrafan, ami a világ első állítható szögű járó(!) lapátozású fan-ja, mint egy nagyon sok lapátos légcsavar.
Ezekhez képest a PD-14 egy jóval konvencionálisabb, ám mégis azt mondom figyelemre méltó új hajtómű, amire az oroszok alapozni kívánják a már említett PD-18-as geard fan mellett a Mi-26-os helikopterek ukrán Motor Szics (Lotarjev) 11300 lóerős D-136-os hajtóművét kiváltó PV-12-est ami 12 ezer lóerős lenne, illetve az An-124-es Ruszlan gépek szintén ukrán Lotarjev D-18T hajtóművét kiváltó PD-23-as, PD-24-es illetve a mégerősebb PD-30-as hajtóművét is.