Ezt a GE-féle változó ciklusú dizájnt önmagában nagyra értékeltem mindig is, mint műkedvelő amatőr. A háromáramúvá továbbgondolt változó kétáramsúgi fok (a változó kétáramúsági fokot hívják változó ciklusnak amúgy) nem más, mint a korábbi YF120-asnál (amit eredetileg GE37 projketkóddal, majd később XF120 technológia demonstrátor jelölésel neveztek el, mielőtt a prototípus YF120-as jelölést megkapta) kitalált visszacsapó szelepes variált kétáramúsági fok kibővítése.
A GE mindig is folytatott tanulmányokat a repülés közben változó sebesség és magasság adatokhoz adaptívan alkalmazkodó hatásfok kérdésével.
Valahol a Hyperburner is ugyanez: egy F110GE129-est akartak átépíteni, hogy az F-16-osok (és később az F-15-ösök) szuperszonikus teljesítményét azzal javítsák, hogy a nagy repülési sebességekhez jobban passzoló, nagy kilépő gázsebességet biztosító utánégető kapjon több levegőt, míg a gázgenerátor (kompresszor-tüzelőtér-turbina) csökkentett fogyasztással tartaná fenn a segédberendezéseket. Kvázi a kétáramú utángetős gázturbinás sugárhajtómű, ami utánégető nélkül gazdaságos hangsebesség alatt, az Mach 1.5 felett az itt már inkább hatékony olyan utánégetős hajtóművé alalul át, ahol a fő energiafelszabdulás már szinte csak az utánégetőben zajlik, a gázturbina munkavégzése szinte minimálisra redukálódik. Ezzel is jelentős fogyasztást megtakarítva.
Ismerős?
Igen, ez nem más, mint a jó öreg Pratt&Whitney J58-asa az SR-71-esből. Ott már évtizedekkel korábban kitalálták mindenzt a Mach 2.5 feletti rezsimekhez.
Nincs új a nap alatt.
Namármost, ha nincs érdemi nagy utazósebesség, akkor a változó kétáramúsági fok utánégetővel párosítva egy túlbonyolított rendszer, semmi más.
Ugyanis, ha nem akarunk nagy sebességgel tartósan repülni (mert sem a felfegyverzett F-16-os, sem pedig a hasonló F-15-ös nem szereti a Mach 1.5 feletti tartományt. Nem jó sem a szárnynak, sem a plexinek és akkor még nem is beszéltünk a nagyságrendileg megváltozó hullámellenállás nettó teljesítményigényéről), akkor hová lőjjük be az optimális rezsimeket?
- Egy kétáramú utánégetős gázturbinás sugárhajtómű méretére és tömegére vetítve akkor a legnagyobb tolóerejű (ezt hívjűk fajlagos tolóerőnek), ha a kétáramúsgi foka kicsi. Lehetőleg nincs is, lásdt Super Hornet F414-ese, ahol ez csak 0.25. A Raptoré meg még ennél is kevesebb, a világon a legkisebb. Ekkor nagy lesz a nettó tolóereje, de a fogyasztása is, viszont az utánégetés nem fog érdemben nagy tolóerőnövekedést nyújtani. Az F119PW100-as esetében a 120kN-os tolóerőből (ez majdnem egy MiG-23MF utánégetős tolóereje!) csupán csak 40kN-al csinál többet az utánégető. A maximál rezsim fajlagos fogyasztása nagy, a forszázs viszont nem ront rajta annyival. Mivel a két rezsim közt mindig és minden körülmények közt megvan az egy nagyságrendi differencia, a tervezők és a felhasználók is jobban szeretnék, ha lehetőéeg mindent a maximál rezsimtől innen oldanának meg, a forszázs meg csak ritkán dolgozna. Annó a MiG-23ML-nél úgy maradt változatlan a hatótáv, hogy eltávolítottak 600kg-nyi tartályt és benne 400kg-nyi kerozint, mert felszabályozták a maximál rezsimet és visszafojtották a forszázst. És ez egy egyáramú hajtómű volt.
- A másik véglet a nagy kétáramúsági fok. Itt vegyük példaként a másik végletetet, a világ legnagyobb kétáramúsági fokú utánégetős hajtóművét, a B-1B F101GE102-esét. Ez nem 0.2, ez konkrétan 2-es érték. Ez már nagyobb kétáramúsági fok, mint az első turbofanok voltak az utasgépek világában. Itt a több, mint 2 tonnás hajtómű fajlagos tolóereje végtelenül szerény volt, 76kN, de a fogyasztása igen csak moderált. Azonban a nagy kétáramúsági fok nagy levegőátfutást és ezzel nagy forszázs teljesítmény ugrást jelenett: 136kN-ra ugrott fel a tolóerő. A fajlagos fogyasztás maximál rezsimen csupán a 3/4-e egy harcászati kétáramú típusnak maximálon, de forszázson minden "elromlik", a fajlagos fogyasztás bő 25-30%-al nagyobb. A kérdés, hogy mit használ főleg a gép a repülési során
- A Concorde volt az utánégetős gépek között talán a legszerényebb arányú forszázzsal felszerelve. Egyáramú hajtóműve 156kN-t tudott utánégető nélkül, 169-et utángetővel. Igaz, ez egy "földi" paraméter volt, Mach 0.88 alatt ugyanis csak egy részleges utánégetés dolgozott, akkor is, ha a gázkar koppig előre volt tolva. Ez is a spórolásról szólt, addig nem dörrent be a nagyfáklya, amíg nem volt indokolt. Az eredmény így is merész: a Concorde a felszállástól az utazósebességet és az utazómagasságot az út első 900km-én érve el elfogyasztotta a tüzelőanyagkészlete felét, míg a másik felét a maradék 6000km-en ette meg, amből kb 4500-at M2.01-el repült le 18000 méteren. A szovjetek a másik utat választottak, ők a gazdaságosabb szubszonikus profil mellé a nagy fajlagos forszázs tolóerőt preferálták, ezzel jól mellé is lőttek. A Tu-144-es esetében a 130kN-ból csinált az 1.3-as kétáramúsági fok brutális, 198kN-t, a gép ment mint a barom, de pokolian sokat zabált. Viszont a Concorde-al ellentétben amint kikapcsolták a nagyétkű utánégetőket, vissza is lassult a gép Mach 1.6-ra. De messze nem ez volt a legnagyobb baj, hanem a fogyasztás. A nevezett koncepcionális megközelítés annyira rossz volt, annyira kolosszális volt a nagy kétáramúsági fok miatt nagy nettó tolóerejű és fogyasztású utánégetőkre alapozni, hogy hiába volt maximálon, szubszonikus tartományban gazdaságosabb a Tu-144-es, mint a Concorde, a repülési profil miatt ez nem számított szinte semmit. Eredmény: a Concorde hatótávjának kb a fele!
- Ezután jön a kérdés, hogy miközben a variálható ciklus önmagában egy elég bonyolult és méretre vetítve nehezebb megoldás, vajon mennyire hasznos, ha nincs utánégetés és a repülési rezsim nagy része is kvázi állandó? Adva van egy stealth bombázó gépünk, ami várhatóan 10-15000km-eket fog repülni, 16000 méteren, 0.95M környéki utazóval. Ez idáig korrekt, ehhez külön utánégetés nem is kell. Amúgy is stealth, nem is lenne előnyös. Az világos, hogy a munkapontot a fenti repülési paraméterekhez kell optimalizálni. A nyomásviszony, levegőátfutás, kétáramúsági fok aranyháromszögéhez kell igazítani a gázhőmérsékletet, majd az egész konstrukiót. De kell-e még más? Kell-e az, hogy a telitankolt géppel elvégzett emelkedés és gyorsítás idejére megemeljük a kétáramúsági fokot, csak azért, hogy ekkor se fogyasszon többet? Ha megemeljük, azzal a hajtómű fajlagos tolóerejét rontjuk le pont akkor, mikor a teljes repülési profil legenergiaigényesebb szakaszában vagyunk. Ráadásul emelkedni akarunk és gyorsítani, azaz, a sűrűbb atmoszférából megyünk fel a ritkábba. A nagyobb kétáramúsági fok a nettó fajlagos tolóerőt rontja, de a nagyobb kétáramúsági fok eleve érzékenyebb a levegő ritkulására. Akkor talán csökkentsük le a forszírozott rezsimhez a kétáramúsági fokot? Emelkedjen és gyorsuljon a gép, mintha kvázi egyáramú hajtómű tolná, legyen jó rövid ez a szakasz. Nos ez sem jó, mert azon túl, hogy feleslegesen emelkedik és gyorsul hamar a gépünk, csak a fogyasztásunk ugrott meg. Akkor legyen az, hogy elindulunk a földről alacsony fogyasztású, nagy kétáramúsági fokkal, és a magassággal ritkuló levegőhöz adaptálódva folyamatosan csökkentjük a kétáramúsági fokot a 16000m/ M0.95-ön optimális utazó értékig. Ez lenne látszólag a megoldás, de ezzel meg az a baj, hogy a nagyobb kétáramúsági fok kisebb fajlagos tolóerőt jelentene, mint ami alapból lehetne és így hiába gazdaságosabb a gépünk, ha emiatt az emelkedési és gyorsulási szakasz tovább tart. Magyarán, amit nyerünk a réven, elveszítjük a vámon. Megéri ezért egy drágább, nehezebb és komplexebb hajtóművet berakni, mintha csak egy fő profilra egyértelműen optimalizált karakterisztikájú, egyszerűbb és kisebb tömegű hajtóművet választanánk?
Szerintem a B-2-esen szocializálódva a B-21-es is fix ciklusú, utazósebességre és magasságra optimalizált hajtóműveket fog kapni. Én azt várom, hogy miután eltávolították az F135PW100-as hajtóművek utánégetőjét, a fan fokozat átmérőjét megnövelve a mostani 0.56-os kétáramúsgi fokot felemelik 0.8 - 1.2 környékére és a sűrítési viszonyt a nagynyomású kompresszorba illesztett extra booster fokozattal megemelik a mostani 29-esről 33-36-ra.
Ezzel a nagynyomású turbina munkaterhelése megnő, ő többet fog kivenni a gázhőből, a kisnyomásúnak meg kevesebb marad, de a nagyobb átmérőjű fan rész fordulatszáma eleve alacsonyabb is lesz. Megnő a levegőátfutás, de a gázsebesség lecsökken, a fenti kétáramúság és sűrítési viszony mellett a nettó maximál fékpadi 129kN fékpadi tolóerő még így is tartható lesz, némileg csökkentett fajlagos fogyasztás mellett is. Amennyivel nő a gázturbinás szekció tömege a nagyobb fan miatt, annyival (ha nem többel) csökken a forszázs elhagyásával.
Én ezt tippelem.