Роллс-Ройс Конвей - Rolls-Royce Conway

Конвей
RRConway.JPG
RCo.17 Mk201
ТипТурбовентиляторный
ПроизводительRolls-Royce Limited
Основные приложенияБоинг 707
Дуглас DC-8
Хэндли Пейдж Виктор
Vickers VC10

В Роллс-Ройс RB.80 Конвей был первым турбовентилятор двигатель для ввода в эксплуатацию. Разработка началась в Rolls-Royce в 1940-х годах, но эта конструкция использовалась недолго, в конце 1950-х - начале 1960-х годов, прежде чем ее заменили другие конструкции ТРДД. Однако двигатель Конвея использовался в версиях Хэндли Пейдж Виктор, Vickers VC10, Боинг 707-420 и Дуглас DC-8-40. Имя «Конвей» - это английское написание Ривер Конуи, в Уэльс, в соответствии с тем, что Rolls использует названия реки для газотурбинных двигателей.

Разработка

Фон

В ранних реактивных двигателях выхлоп был намного быстрее и горячее, чем должен был быть для эффективной тяги, что противоречит идеалу. Эффективность Фруда. Улавливание части этой энергии улучшит экономию топлива двигателем. В турбовинтовой Двигатель - очевидный пример, в котором используется ряд дополнительных ступеней турбины для улавливания энергии выхлопных газов и приведения в действие воздушного винта. Однако эффективность гребного винта по сравнению с поступательной скоростью требует компромисса, поэтому турбовинтовые двигатели эффективны только на скоростях до 500 миль в час (800 км / ч; 430 узлов). Это означает, что существует золотая середина между эффективностью турбовинтового двигателя на низких скоростях и реактивным двигателем на высоких скоростях, с которой напрямую не справлялись. Это место, между примерно 450 миль в час (720 км / ч; 390 узлов) и 700 миль в час (1100 км / ч; 610 узлов), было именно тем местом, где подавляющее большинство коммерческих реактивных самолетов проводили большую часть своего времени.

Основная концепция байпаса изучалась с первых дней разработки реактивных двигателей. Алан Арнольд Гриффит предложил ряд различных конструкций двухконтурных двигателей еще в 1930-х годах, когда он и Хейн Констан пытались получить их аксиально-реактивные двигатели работая в Royal Aircraft Establishment. Фрэнк Уиттл с Power Jets также изучил ряд конфигураций байпаса. Однако необходимость ввода в эксплуатацию реактивных двигателей во время войны означала, что работы пришлось отложить в пользу более простых. турбореактивный дизайн с более коротким временем внедрения. В конце войны приоритеты резко изменились, и к 1946 году Rolls-Royce согласился, что существующие двигатели, такие как Роллс-Ройс Эйвон были достаточно продвинутыми, чтобы начать работу над более продвинутыми концепциями, такими как обход.

В байпасная конструкция [1] часть воздуха из системы сжатия обходит горячую сердцевину двигателя - камера сгорания /песок турбина - и отводится обычно через отдельное вторичное (холодное) сопло. Поскольку байпасная секция системы сжатия создает дополнительную нагрузку на турбинную систему, скорость истечения первичного (горячего) сопла снижается. Оба сопла вносят вклад в полную тягу двигателя. Дополнительный воздух для обводного потока увеличивает сопротивление поршня в трубе забора воздуха, но все же наблюдается значительное увеличение чистой тяги. Обычно байпасное сопло имеет более низкую скорость струи, чем первичное сопло, поскольку оно имеет более низкую температуру нагнетания. Эквивалентную общую скорость струи можно вычислить, зная, какой воздушный поток и тяга вносит каждое сопло. В некоторых турбовентиляторных двигателях два выхлопных потока встречаются и выпускаются через одно общее сопло.

Теперь эффективность Фруда, или Пропульсивная, может быть определена как:

ηf = 2 / (1 + (Vj / Va))

Таким образом, если эквивалентная реактивная скорость (Vj) тяги по отношению к скорости воздушного судна (Va) уменьшается, эффективность Фруда увеличивается. Это улучшает общий Тепловая эффективность, что приводит к снижению Удельный расход топлива.

Помимо снижения расхода топлива по сравнению с обычным турбореактивным двигателем, положительным побочным эффектом является то, что ядро ​​горячего газа из выхлопных газов реактивного двигателя окружено трубкой с более холодным, медленно движущимся воздухом, что снижает шум. Rolls-Royce назвал этот дизайн Обводной турбореактивный двигатель.

Гриффит, который к тому времени стал главным инженером в Rolls-Royce, предложила построить чисто экспериментальную конструкцию с байпасом с использованием частей Avon и другого экспериментального реактивного двигателя, AJ.25 Твид. В апреле 1947 года была предложена конструкция с усилием 5000 фунтов (22000 Н), но в течение следующих нескольких месяцев она была изменена, чтобы превратиться в более крупную конструкцию с усилием 9250 фунтов (41100 Н) в ответ на потребность в новой конструкции. двигатель для низкоуровневой версии Mk.2 Vickers Valiant бомбардировщик. В октябре было дано добро на начало строительства этого более крупного проекта под названием РБ.80.

Ранние модели

В ходе разработки было решено дополнительно улучшить базовую конструкцию, добавив еще одну функцию, которая стала тогда широко распространенной, - двухзолотниковую компоновку компрессора. Более ранние двигатели обычно состояли из ряда ступеней компрессора, соединенных через вал с одной или несколькими ступенями турбины, с горелками между ними, расположенными вокруг вала. Хотя это устройство является механически простым, его недостатком является снижение эффективности компрессора. Ступени компрессора работают с максимальной эффективностью при вращении с определенной скоростью для любого заданного давления воздуха на входе - в идеальном компрессоре каждая ступень будет работать с отдельной скоростью. Конструкция с несколькими золотниками, впервые использованная на Бристоль Олимп турбореактивный,[2] Это компромисс: компрессор разделен на «золотники», предназначенные для работы с максимальной скоростью, с приводом от отдельных турбин через концентрические валы. Распространены конструкции с двумя и тремя золотниками; помимо этого механическая сложность слишком велика.

Новая версия имела четырехступенчатый компрессор низкого давления с приводом от двухступенчатой ​​турбины и восьмиступенчатый компрессор высокого давления с приводом от другой двухступенчатой ​​турбины. Теперь известный Министерство снабжения обозначение как RCo.2, проектные работы были завершены в январе 1950 года, и первый образец впервые заработал в июле 1952 года с тягой 10 000 фунтов силы (44 000 Н). К этому времени от Valiant Pathfinder низкого уровня отказались, и поэтому первому экземпляру также суждено было стать последним. Тем не менее, он подтвердил базовую концепцию звука и «отлично проработал все 133 часа своей жизни».[3]

Работа над RCo.2 вскоре нашла хорошее применение. В октябре 1952 г. королевские воздушные силы заключил контракт на Виккерс V-1000, большой реактивный стратегический транспорт, предназначенный для V-бомбардировщик сила должна поддерживаться в поле только за счет подачи воздуха. Виккерс Также планировалось разработать пассажирскую версию той же базовой конструкции, что и VC-7. Дизайн V-1000 выглядел как увеличенный de Havilland Comet но от Valiant он взял компоновку крыла и добавил сложную стреловидность (мимолетная мода в британском дизайне). Он также отличался встроенными в крыло двигателями Comet, требовавшими двигателя с небольшим поперечным сечением, что ограничивало объем байпаса, который мог использовать двигатель. Тем не менее, он требовал большей мощности, чтобы выдержать полную массу 230000 фунтов (100000 кг), поэтому Rolls ответил более мощным RCo.5.

Новый двигатель во многом был похож на RCo.2, но отличался деталями. Компрессор низкого давления теперь имел шесть ступеней, а компрессор высокого давления - девять, приводимые в движение двух- и одноступенчатыми турбинами соответственно. Первый RCo.5 был запущен в июле 1953 года и прошел официальный рейтинг типа в августе 1955 года на уровне 13 000 фунтов силы (58 000 Н). Строительство прототипа V-1000 шло полным ходом на заводе Vickers Armstrong's Wisley летом 1955 года, когда весь проект был отменен. Задумавшись над концепцией базирования V-бомбардировщиков за пределами Великобритании, необходимость в V-1000 стала сомнительной, и решение отказаться от проекта стало простым решением.

Производственные версии

ТРДД Rolls-Royce Conway с низким байпасом от Боинг 707.

Конвей был спасен еще раз, когда он был выбран для питания Хэндли Пейдж Виктор Вариант В.2, заменяющий Армстронг Сиддели Сапфир использовались более ранними моделями. Для этой роли Rolls-Royce разработал еще более крупную модель - RCo.8 14 500 фунтов силы (64 000 Н), который впервые был запущен в январе 1956. Однако RCo.8 был пропущен после получения запроса от Trans-Canada Airlines (TCA) для изучения двигателя Конвея Боинг 707 или же Дуглас DC-8, заинтересовав обе компании идеей. Rolls-Royce отреагировал разработкой еще более крупной модели Conway - 16 500 фунтов силы (73 000 Н). RCo.10 и предлагая аналогичный военный рейтинг RCo.11 для Виктора. Новый двигатель отличался от RCo.8 наличием новой «нулевой ступени» в передней части компрессора низкого давления, что еще больше увеличивало поток холодного воздуха вокруг двигателя. RCo.10 впервые полетел на модифицированном прототипе. Авро Вулкан VX770 9 августа 1957 г. только для самолетов погиб в катастрофе в следующем году. RCo.11 совершил полет на Викторе 20 февраля 1959 года.

Boeing подсчитал, что Conway с байпасом только 30% увеличит дальность полета предлагаемого 707-420 на 8% по сравнению с идентичным в остальном 707-320 с двигателем. Пратт и Уитни JT4A (J75) турбореактивные. Эта оценка оказалась оптимистичной; фактическое улучшение диапазона было максимум 2%.[4] В мае 1956 года TCA заказала DC-8-40 с приводом от Conway, за которым последовали дополнительные заказы от Alitalia и Канадские Пасифик Эйр Лайнз, а 707-420 с приводом от Конвея заказал BOAC, Люфтганза, Вариг, Эль Аль и Air India.[5] Разработка RCo.10 была настолько плавной, что после доставки небольшого количества для испытаний серийные поставки переключились на 17 500 фунтов силы (78 000 Н) RCo.12, который был спроектирован, построен и испытан до завершения испытаний планера. Boeing 707-420 отличался характерным зубчатым выхлопным соплом (на фото выше), включающим шумоподавление и механическое и аэродинамическое реверсирование тяги до 50%, которое было разработано и поставлено Rolls-Royce.[6] Дуглас разработал реверсивно-подавляющее сопло DC-8 для работы в сочетании с регулируемым эжектором, что обеспечивало необходимое дополнительное подавление шума.[7]

Несмотря на успех в этой роли, только 37 707 и 32 DC-8 были оснащены Conway, во многом благодаря поставке первого байпасного двигателя американского производства. Пратт и Уитни JT3D. Тем не менее, Conway успешно использовался на этих самолетах и ​​стал первым коммерческим авиадвигателем, которому предоставлен срок эксплуатации до 10 000 часов между капитальными ремонтами.[8] Из-за Conway взлеты B707-420 были самыми громкими для самолетов в аэропортах и ​​населенных пунктах, пока Конкорд поступил на вооружение.[9] Однако Conway был революционным, будучи первым турбовентиляторным и первым коммерческим двигателем, оснащенным лопатками турбины с внутренним воздушным охлаждением, что частично объясняло его высокий КПД и чрезвычайно высокую температуру выхлопных газов, составляющую 1247 ° F (675 ° C).[10]

Окончательные версии

Окончательная разработка Conway сначала включала RCo.42, разработанный специально для Vickers VC10. Поскольку к этому моменту необходимость в двигателях с встраиваемыми крыльями отпала, компания Rolls-Royce резко увеличила диаметр нулевой ступени, чтобы увеличить байпас примерно с 30% до 60%. Были внесены и другие важные изменения, в первую очередь в компрессор низкого давления. Первый запуск был в марте 1961 года. Взлетная мощность составляла 20 370 фунтов силы (90 600 Н). Для Super VC10 последней моделью была RCo.43, рассчитанный на 21 800 фунтов силы (97 000 Н).[11]

Дизайн

RCo.12 Conway был турбовентиляторным двигателем с осевым потоком и низким байпасом около 30% или коэффициентом байпаса 0,3: 1. Он имел семиступенчатый компрессор низкого давления, первые шесть ступеней из алюминия, а последняя из титана. За этим стоял девятиступенчатый компрессор высокого давления, первые семь ступеней из титана и два последних из стали. Обводной канал корпуса также был выполнен из титана. Обводной канал запустился после седьмой ступени.[12] Зона горения состояла из десяти канальных огненные банки. Компрессор высокого давления приводился в движение одноступенчатой ​​турбиной с полыми лопатками с воздушным охлаждением, за которой следовала двухступенчатая турбина, питающая компрессор низкого давления.[13] Аксессуары были расположены вокруг передней части двигателя, чтобы уменьшить общий диаметр.

RCo.12 развивал 17 500 фунтов силы (78 000 Н) на взлете, весил 4544 фунта (2061 кг) в сухом виде и имел удельный расход топлива 0,725 на взлете и 0,874 в крейсерском режиме.

В 1968 году Хифил углеродное волокно лопасти вентилятора были установлены на Conways VC10, эксплуатируемых BOAC.[14]

Патентный спор

В ноябре 1966 года французский производитель паровых турбин и автомобилей. нагнетатели, Société pour l’exploitation des appareils Rateau из La Courneuve, подала в суд на Rolls Royce в Лондоне за нарушение патента, утверждая, что ее патент 1939 года на конструкцию впуска был скопирован на модели Avon, Conway и Spey. После долгого и аргументированного слушания суд постановил, что иск был "спекулятивным", поскольку к 1939 году не было построено авиационного реактивного двигателя с осевым потоком. [15] и что в более ранних патентах Фрэнка Уиттла и других уже рассматривалась конструкция воздухозаборников.[16][17]

Варианты

RCo.2
RCo.3
RCo.5
RCo.7
RCo.8
RCo.10
RCo.11
RCo.12
RCo.14
RCo.15
RCo.17
RCo.42
RCo.42 / 1
RCo.43
Конвей 103
(RCo.11)
Конвей 505
(RCo.10)
Конвей 507
(RCo.10)

Приложения

Двигатели на дисплее

Роллс-Ройс Конвей

Технические характеристики (Conway RCo.12)

Данные из Самолеты всего мира Джейн 1969-70[18]

Общие характеристики

Составные части

Спектакль

Смотрите также

Сопоставимые двигатели

Связанные списки

Рекомендации

  1. ^ http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/aturbf.html
  2. ^ http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1954/1954%20-%200985.html
  3. ^ Кей, стр.113
  4. ^ Франсильон, Рене (1999). Boeing 707: первый реактивный лайнер. Оцеола, Висконсин: MBI Publishing Co. ISBN  0-7603-0675-3.
  5. ^ Кей, стр.114
  6. ^ Самолеты всего мира Джейн 1960-61. Лондон, Англия.
  7. ^ Уоддингтон, Терри (1996). Дуглас DC-8. Серия великих авиалайнеров, том второй. Майами, Флорида: World Transport Press. ISBN  0-9626730-5-6.
  8. ^ Rolls-Royce, век инноваций [https://web.archive.org/web/20061019202740/http://100.rolls-royce.com/products/view.jsp?id=393 Архивировано 19 октября 2006 г. Wayback Machine
  9. ^ Измеренные или расчетные (не сертифицированные) уровни шума самолета. Консультативный циркуляр 36-2B, 9/6/84. Федеральное управление гражданской авиации, Вашингтон, округ Колумбия. Боковая линия + шум эстакады (EPNdB): B707-420 = 228; Super VC10 = 224; B707-120 = 222; DC8-40 = 219.
  10. ^ Типовой лист сертификата № E-308, редакция 10. Rolls Royce Conway. 5 января 1967 года. Федеральное авиационное агентство, Вашингтон, округ Колумбия.
  11. ^ Самолеты всего мира Джейн 1969-70. Лондон, Англия.
  12. ^ «Р-Р Конвей 1». www.enginehistory.org. Получено 21 января 2017.
  13. ^ http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1960/1960%20-%200077.html
  14. ^ http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1968/1968%20-%202107.html?search=rolls-royce%20rb211%20hyfil
  15. ^ Примечание; первыми осевыми реактивными двигателями были немецкие BMW 003 (1940), Jumo 004 (1940), а британские Метрополитен-Виккерс F.2 (1941). Первый осевой двигатель Rolls-Royce, Avon, впервые запущен в 1945 году. Первый французский осевой двигатель, Snecma Atar, впервые запущен в 1948 году.
  16. ^ «Рато против Роллс-Ройса - Решение». Международный рейс: 684. 4 мая 1967 г.
  17. ^ Пирсон, Гарри (1989). Rolls-Royce и патенты Rateau. Дерби: Rolls-Royce Heritage Trust. ISBN  0951171089.
  18. ^ Самолеты всего мира Джейн 1969-70. Лондон, Англия.
  • Ганстон, Билл (2006). Всемирная энциклопедия авиационных двигателей, 5-е издание. Феникс Милл, Глостершир, Англия, Великобритания: Sutton Publishing Limited. ISBN  0-7509-4479-X.
  • Кей, Энтони, Турбореактивный двигатель, история и развитие 1930–1960 гг., Том 1, Великобритания и Германия, Crowood Press, 2007. ISBN  978-1-86126-912-6

внешняя ссылка

Аэро-заглушка img.svgЭтот авиационный двигатель статья отсутствует частично (или полностью) технические характеристики. Если у вас есть источник, вы можете помочь Википедии, добавляя их.