Rolls-Royce Pegasus- Rolls-Royce Pegasus

Pegasus / F402
Rolls-Royce Pegasus.JPG
Rolls-Royce Pegasus im Royal Air Force Museum London ausgestellt
Typ Turbofan
nationale Herkunft Vereinigtes Königreich
Hersteller Rolls Royce
Erster Lauf September 1959
Hauptanwendungen Hawker Siddeley Harrier
BAE Sea Harrier
McDonnell Douglas AV-8B Harrier II
Anzahl gebaut Über 1.200 (bis 2008)
Entwickelt aus Bristol Siddeley Orpheus

Der Rolls-Royce Pegasus , ehemals Bristol Siddeley Pegasus , ist ein Turbofan- Triebwerk, das ursprünglich von Bristol Siddeley entwickelt wurde . Es wurde von Rolls-Royce plc hergestellt . Das Triebwerk ist nicht nur in der Lage, ein Düsenflugzeug vorwärts anzutreiben , sondern über schwenkbare Düsen auch den Schub nach unten zu lenken . Leicht beladene Flugzeuge, die mit diesem Motor ausgestattet sind, können wie ein Hubschrauber manövrieren . Insbesondere können sie senkrechte Starts und Landungen durchführen . Im US-Dienst wird der Motor als F402 bezeichnet .

Das einzigartige Pegasus-Triebwerk treibt alle Versionen der Harrier-Familie von Mehrzweck- Militärflugzeugen an . Rolls-Royce lizenzierte Pratt & Whitney , um den Pegasus für in den USA gebaute Versionen zu bauen. Pratt & Whitney hat jedoch nie irgendwelche Triebwerke fertiggestellt, da alle Neubauten von Rolls-Royce in Bristol, England, hergestellt werden. Die Pegasus war auch der geplante Motor für eine Reihe von Flugzeugprojekten, darunter die Prototypen des deutschen Militärtransportprojekts Dornier Do 31 VSTOL.

Entwicklung

Rolls-Royce Pegasus

Hintergrund

Michel Wibault , der französische Flugzeugkonstrukteur, hatte die Idee, vektorielle Schubkraft für Senkrechtstarter zu verwenden. Dieser Schub würde von vier Zentrifugalgebläsewellen kommen, die von einem Bristol Orion Turboprop angetrieben werden , wobei die Abgase von jedem Gebläse durch Drehen der Gebläseschnecken vektorisiert werden. Obwohl die Idee, den Schub zu vektorisieren, ziemlich neu war, wurde das vorgeschlagene Triebwerk als viel zu schwer angesehen.

Infolgedessen begann ein Ingenieur der Bristol Engine Company , Gordon Lewis , 1956, alternative Triebwerkskonzepte zu untersuchen, wobei er, wo möglich, vorhandene Triebwerkskomponenten der Orpheus- und Olympus- Triebwerksserien verwendete. Die Arbeiten wurden vom Technischen Direktor Stanley Hooker überwacht . Ein vielversprechendes Konzept war die BE52, die zunächst den Orpheus 3 als Triebwerkskern nutzte und auf einer separaten koaxialen Welle die ersten beiden Stufen eines Olympus 21 LP-Kompressors, der als Lüfter fungierte und Druckluft auf zwei Schubstufen lieferte Vectoring-Düsen an der Vorderseite des Motors. An diesem Punkt in der Konstruktionsübung wurde das Abgas der ND-Turbine durch eine konventionelle hintere Düse abgegeben. Es gab getrennte Einlässe für den Ventilator und den Kernverdichter, da der Ventilator den Kernverdichter nicht überladen hat.

Obwohl die BE.52 ein in sich geschlossenes Kraftwerk und leichter als das Konzept von Wibault war, war die BE.52 dennoch kompliziert und schwer. Daher wurde im Februar 1957 mit den Arbeiten am BE.53-Konzept begonnen. wodurch die Einlasskanäle vereinfacht werden. Die Olympus-Stufen haben nun den Orpheus-Kern aufgeladen, das Gesamtdruckverhältnis verbessert und eine heute als konventionelle Turbofan-Konfiguration angesehene Konfiguration geschaffen.

Ein Jahr lang konstruierte Bristol das Triebwerk isoliert, mit wenig Feedback von den verschiedenen Flugzeugherstellern, die mit Daten versorgt wurden. Im Mai 1957 erhielt das Team jedoch einen unterstützenden Brief von Sydney Camm von Hawker Aviation. Sie suchten nach einem Ersatz für Hawker Hunter . Der Flugzeugkonstrukteur Ralph Hooper schlug vor, die vier Schubvektordüsen (ursprünglich von Lewis vorgeschlagen) mit heißen Gasen von den hinteren beiden zu haben. Weitere gemeinsame Diskussionen halfen, das Motorendesign zu verfeinern.

Das Verteidigungsweißbuch von 1957 , das sich auf Raketen und nicht bemannte Flugzeuge konzentrierte, die als „veraltet“ erklärt wurden, war keine gute Nachricht, da es jede zukünftige finanzielle Unterstützung der Regierung für die Entwicklung noch nicht vorhandener bemannter Kampfflugzeuge ausschloss. Dies verhinderte jegliche offizielle finanzielle Unterstützung des Triebwerks oder Flugzeugs durch das Verteidigungsministerium . Glücklicherweise wurde die Triebwerksentwicklung zu 75 % finanziell vom Mutual Weapons Development Program unterstützt , Verdon Smith von Bristol Siddeley Engines Limited (BSEL), zu dem Bristol Engines bis dahin bei seiner Fusion mit Armstrong Siddeley geworden war , und stimmte schnell zu, die Rest.

Der erste Prototypmotor (einer von zwei gebauten BE53/2s) lief am 2. September 1959 und verfügte über einen 2-Stufen-Lüfter und verwendete den Orpheus 6-Kern. Obwohl der Ventilator fliegend war, wurden noch Einlassleitschaufeln eingebaut. Die HD-Spule umfasste einen 7-stufigen Verdichter, der von einer einstufigen Turbine angetrieben wurde. Eine 2-stufige ND-Turbine trieb den Ventilator an. Es gab kein Plenum am Fan-Austritt, aber es wurden 4 Schubvektor-Düsen eingebaut.

Die Weiterentwicklung des Triebwerks erfolgte dann parallel zum Flugzeug, der Hawker P.1127 . Das Flugzeug flog zum ersten Mal (Tethered Hover) am 21. Oktober 1960, angetrieben von der BE53/3 (Pegasus 2). Der freie Schwebeflug wurde am 19. November desselben Jahres erreicht. Der Übergang zum Flügelflug erfolgte 1961. Spätere Versionen der P.1127 wurden mit dem Pegasus 3 und schließlich dem Pegasus 5 ausgestattet.

Der Pegasus 5 wurde auch im Kestrel verwendet , einer Weiterentwicklung des P.1127, von denen neun für eine dreigliedrige Evaluierungsübung gebaut wurden. Die Kestrel wurde anschließend zum Kampfflugzeug Harrier weiterentwickelt. Als die Pegasus 5/2 gebaut wurde, waren sowohl der Fan als auch der HD-Kompressor nullstufig und die zweite Stufe der HD-Turbine hinzugefügt.

Prüfung und Produktion

Die Flugerprobung und Triebwerksentwicklung erhielt keine staatliche Förderung; die Finanzierung des Flugzeugs kam vollständig von Hawker.

Die ersten Triebwerke hatten aufgrund von Gewichtszunahmeproblemen kaum genug Schub, um das Flugzeug vom Boden abzuheben. Flugtests wurden zunächst mit dem Flugzeug durchgeführt, wobei der erste freie Schwebeflug am 19. November 1960 erreicht wurde. Der erste Übergang vom statischen Schwebeflug zum konventionellen Flug erfolgte am 8. September 1961. Ursprünglich war befürchtet worden, dass das Flugzeug Schwierigkeiten beim Übergang zwischen den Ebenen haben würde und Vertikalflug, aber während des Tests erwies es sich als äußerst einfach. Tests zeigten, dass aufgrund des extremen Leistungsgewichts nur wenige Grad Düsenbewegung erforderlich waren, um das Flugzeug schnell genug vorwärts zu bewegen, um einen Auftrieb vom Flügel zu erzeugen, und dass das Flugzeug selbst bei einem Winkel von 15 Grad sehr gut beschleunigte. Der Pilot musste lediglich die Düsensteuerung langsam nach vorne bewegen. Während des Übergangs von der Horizontalen zurück in die Vertikale würde der Pilot einfach auf etwa 200 Knoten verlangsamen und die Düsen nach unten drehen, damit der Triebwerksschub übernehmen konnte, wenn das Flugzeug langsamer wurde und die Flügel keinen Auftrieb mehr erzeugten.

Die RAF war der VTOL-Idee nicht sehr zugetan und beschrieb das ganze Projekt als Spielzeug und Publikumsliebling . Der erste Prototyp P1127 landete 1963 auf der Paris Air Show sehr heftig.

Die Serienfertigung sowie Konstruktions- und Entwicklungsverbesserungen des Pegasus, um immer höhere Schubkräfte zu erzielen, wurden von Bristol-Triebwerken über 1966 hinaus fortgesetzt, als Rolls-Royce Ltd das Unternehmen kaufte. Ein verwandtes Triebwerksdesign, das 39.500 lbf (mit Zwischenüberhitzung ) Bristol Siddeley BS100 für einen Überschall-VTOL-Jäger (der Hawker Siddeley P.1154 ) wurde nicht zur Serienreife entwickelt, da das Flugzeugprojekt 1965 abgebrochen wurde.

Bis heute wurden 1.347 Motoren produziert und zwei Millionen Betriebsstunden bei den Harriers der Royal Air Force (RAF), der Royal Navy , dem US Marine Corps und den Marinen von Indien , Italien , Spanien und Thailand protokolliert .

Ein nicht vektorisiertes 26.000 lb Schubderivat des Pegasus, das mit flüssigem Wasserstoff betrieben wird , der RB.420, wurde 1970 als Reaktion auf eine NASA-Anforderung nach einem Triebwerk für den Antrieb des projizierten Space Shuttles auf seinem Rückflug durch die Atmosphäre entwickelt und angeboten. In diesem Fall entschied sich die NASA für ein Shuttle-Design mit einer nicht angetriebenen Gleitrückkehr.

Design

USMC Harrier Kurzstartlauf auf nassem Deck.

Die Pegasus vektorisierten Schub Turbofan ist ein Zweiwellen - Design mit drei Niederdruck (LP) und acht Hochdruck (HP) Kompressorstufen angetrieben von zwei LP und HP zwei Turbinenstufen auf. Ungewöhnlich drehen sich die LP- und HP-Spulen in entgegengesetzte Richtungen, um die Kreiseleffekte stark zu reduzieren, die ansonsten die Handhabung bei niedriger Geschwindigkeit behindern würden. LP- und HP-Lüfterschaufeln sind aus Titan, die LP-Lüfterschaufeln arbeiten im teilweise Überschallbereich und der Luftstrom beträgt 432 lb/s. Das Triebwerk verwendet ein einfaches Schubvektorsteuerungssystem , das vier schwenkbare Düsen verwendet, die dem Harrier sowohl Schub für den Auftrieb als auch für den Vorwärtsantrieb verleihen und einen STOVL- Flug ermöglichen.

Verbrennungssystem ist eine Ringbrennkammer mit ASM Niederdruck-Verdampfungsbrennern.

Das Anlassen des Motors erfolgte durch einen oben montierten, verpackten kombinierten Gasturbinenstarter/ APU .

Düsen

Düsenpositionen
Positionen der vier Düsen am Flugzeug.
Absaugstutzen

Die vorderen beiden Düsen aus Stahl werden mit Luft vom ND- Kompressor gespeist, die hinteren Düsen aus Nimonic mit heißem (650 °C) Strahlaustritt. Die Aufteilung des Luftstroms beträgt etwa 60/40 vorne hinten. Es ist wichtig, dass sich die Düsen gemeinsam drehen. Dies wird erreicht, indem ein Paar Luftmotoren verwendet wird, die vom HP (Hochdruck)-Kompressor gespeist werden, in einer Failover-Konfiguration, Paar von Düsen, die mit Motorradketten verbunden sind. Die Düsen drehen sich über einen Winkelbereich von 98,5 Grad.

Der Pegasus war auch das erste Turbofan-Triebwerk, das den ersten Verdichterventilator, die Nullstufe, vor dem vorderen Lager hatte. Dadurch wurden radiale Streben und die damit verbundene Vereisungsgefahr eliminiert.

Position des Motors

Der Motor ist in der Mitte der Harrier montiert und so musste nach der Montage des Rumpfes auf Böcken die Tragfläche entfernt werden, um das Triebwerk zu wechseln. Der Wechsel dauerte mindestens acht Stunden, obwohl er mit den richtigen Werkzeugen und Hebezeugen in weniger als vier Stunden erledigt werden konnte.

Wasser einspritzung

Der maximal verfügbare Startschub des Pegasus-Triebwerks wird insbesondere bei den höheren Umgebungstemperaturen durch die Turbinenschaufeltemperatur begrenzt. Da diese Temperatur nicht zuverlässig gemessen werden kann, werden die Einsatzgrenzen durch die Strahlrohrtemperatur bestimmt. Um die Motordrehzahl und damit den Schub beim Start zu erhöhen, wird Wasser in die Brennkammer und die Turbine gesprüht, um die Schaufeltemperatur auf einem akzeptablen Niveau zu halten.

Wasser für das Einspritzsystem befindet sich in einem Tank, der sich zwischen dem gegabelten Abschnitt des hinteren (heißen) Abgaskanals befindet. Der Tank enthält bis zu 500 lb (227 kg, 50 imperiale Gallonen ) destilliertes Wasser. Die Wasserdurchflussrate für die erforderliche Reduzierung der Turbinentemperatur beträgt ungefähr 35  gpm (imperiale Gallonen pro Minute) für eine maximale Dauer von ungefähr 90 Sekunden. Die mitgeführte Wassermenge ist für die jeweilige Einsatzaufgabe des Luftfahrzeugs ausreichend und angemessen.

Die Auswahl der Wassereinspritzungs-Motornennwerte (Lift Wet/Short Lift Wet) führt zu einer Erhöhung der Motordrehzahl- und Strahlrohrtemperaturgrenzen über die jeweiligen Trocken- (nicht eingespritzte) Nennwerte (Lift Dry/Short Lift Dry) hinaus. Wenn der verfügbare Wasservorrat im Tank erschöpft ist, werden die Grenzwerte auf die „trockenen“ Werte zurückgesetzt. Eine Warnleuchte im Cockpit warnt den Piloten vor Wassermangel.

Varianten

Rolls-Royce Bristol Pegasus, Motor des Senkrechtstarters Harrier , im Bristol Industrial Museum , England .
Pegasus 1 (BE53-2)
Die beiden Prototypmotoren waren Demonstratormotoren, die auf dem Prüfstand etwa 9.000 lbf (40 kN) entwickelten. Keiner der Motoren wurde in einen P.1127 eingebaut.
Pegasus 2 (BE53-3)
Verwendet in den ersten P.1127s, 11.500 lbf (51 kN)
Pegasus 3
Verwendet bei den P.1127-Prototypen, 13.500 lbf (60 kN)
Pegasus 5 (BS.53-5)
Verwendet für das Hawker Siddeley Kestrel Evaluationsflugzeug bei 15.000 lbf (67 kN)
Pegasus 6 (Mk.101)
Für die Erstproduktion Harriers mit 19.000 lbf (85 kN), erstmals 1966 geflogen und 1969 in Dienst gestellt
Pegasus 10 (Mk.102)
Zur Aktualisierung der ersten Harriers mit mehr Leistung und verwendet für den AV-8A, 20.500 lbf (91 kN), der 1971 in Dienst gestellt wurde.
Pegasus 11 (Mk.103)
Die Pegasus 11 trieb die Harriers der ersten Generation, die Hawker Siddeley Harrier GR.3 der RAF , die USMC AV-8A und später die Sea Harrier der Royal Navy an . Die Pegasus 11 produzierte 21.000 lbf (93 kN) und wurde 1974 in Dienst gestellt.
Pegasus 14 (Mk.104)
Marineversion der Pegasus 11 für die Sea Harrier, wie die 11, aber einige Motorkomponenten und Gussteile aus korrosionsbeständigen Materialien.
Pegasus 11-21 (Mk.105 / Mk.106)
Der 11-21 wurde für die Harriers der zweiten Generation, den USMC AV-8B Harrier II und den BAE Harrier II entwickelt . Das ursprüngliche Modell lieferte zusätzliche 450 lbf (2,0 kN). Die RAF Harriers wurden mit der 11-21 Mk.105, die AV-8B mit der F402-RR-406 in Dienst gestellt. Abhängig von Zeitbeschränkungen und Wassereinspritzung sind auf Meereshöhe zwischen 14.450 lbf (64,3 kN) (max. kontinuierlich bei 91% U/min) und 21.550 lbf (95,9 kN) (15 s nass bei 107% U/min) Auftrieb auf Meereshöhe verfügbar (einschließlich Spreizung). Verlust bei 90°). Die Mk.106-Entwicklung wurde für das Sea Harrier FA2- Upgrade produziert und erzeugt 21.750 lbf (96,7 kN).
Pegasus 11-61 (Mk.107)
Der 11-61 (auch bekannt als -408) ist die neueste und leistungsstärkste Version des Pegasus und bietet 23.800 lbf (106 kN). Dies entspricht bis zu 15 Prozent mehr Schub bei hohen Umgebungstemperaturen , sodass aufgerüstete Harrier zu einem Flugzeugträger zurückkehren können, ohne ungenutzte Waffen ablegen zu müssen, was zusammen mit der reduzierten Wartung die Gesamtkosten des Triebwerkseinsatzes reduziert. Dieser neueste Pegasus ist auch mit dem AV-8B+ ausgestattet . Die RAF/RN war dabei, ihre GR7-Flotte auf den GR9-Standard aufzurüsten, zunächst über das Joint Upgrade and Maintenance Program (JUMP) und dann über den Harrier Platform Availability Contract (HPAC). Alle GR7-Flugzeuge sollten bis April 2010 aufgerüstet sein. Ein Teil dieses Prozesses war die Aufrüstung der Mk.105-Triebwerke auf den Mk.107-Standard. Diese Flugzeuge wurden als GR7As und GR9As bekannt.

Anwendungen

Beabsichtigte Anwendung

Motoren auf dem Display

Pegasus-Motoren sind in folgenden Museen öffentlich ausgestellt:

Spezifikationen (Pegasus 11-61)

Daten von

Allgemeine Charakteristiken

  • Typ: Twin- Spule Turbofan
  • Länge: 137 Zoll (3.480 m)
  • Durchmesser: 48 Zoll (1.219 m)
  • Trockengewicht: 1.796 kg

Komponenten

Leistung

Siehe auch

Zugehörige Entwicklung

Vergleichbare Motoren

Verwandte Listen

Verweise

Zitate
Literaturverzeichnis
  • Pegasus: Das Herz des Harrier, Andrew Dow, Pen & Sword, ISBN  978-1-84884-042-3
  • Nicht viel von einem Ingenieur , Sir Stanley Hooker, Airlife Publishing, ISBN  0-906393-35-3
  • Triebwerk: Wassereinspritzsystem, Flugzeugtechnik und Luft- und Raumfahrttechnik, Vol. 2, No. 42 Ausgabe: 1, S.: 31–32. DOI: 10.1108/eb034594 (permanente URL). Herausgeber: MCB UP Ltd

Externe Links

Videoclips