برات آند ويتني J57

الموسوعة الحرة

محرك برات آند ويتني J57 (الاسم التجاري: JT3C ) هو محرك نفاث توربيني ذو تدفق محوري، طورته شركة برات آند ويتني في أوائل خمسينيات القرن العشرين. وكان J57 (الذي تم تشغيله لأول مرة في يناير 1950 [ 1 ] ) أول محرك في الولايات المتحدة بقوة دفع تبلغ 10000 رطل (45 كيلو نيوتن). وهو محرك ثنائي المحور. 

تم تطوير محرك J57/JT3C إلى محرك J52 النفاث، ومحرك J75/JT4A النفاث، ومحرك JT3D/TF33 التوربيني المروحي ، ومحرك XT57 التوربيني المروحي (الذي لم يُصنع منه سوى واحد). [ 2 ] وقد استُخدم محركا J57 وJT3C على نطاق واسع في الطائرات المقاتلة ، والطائرات المدنية ، والقاذفات لعقود عديدة.

التصميم والتطوير

كان محرك J57 تطويراً لمحرك برات آند ويتني XT45 (PT4) التوربيني المروحي الذي كان مخصصاً في الأصل لطائرة بوينغ XB-52 . ومع ازدياد متطلبات الطاقة لطائرة B-52، تطور التصميم إلى محرك نفاث توربيني ، وهو JT3. [ 3 ]

صممت شركة برات آند ويتني محرك J57 بنسبة ضغط إجمالية عالية نسبيًا لتحسين كلٍ من استهلاك الوقود النوعي والدفع النوعي ، ولكن كان من المعروف أن خفض ضغط ضاغط واحد ذي نسبة ضغط عالية سيؤدي إلى مشاكل في الاستقرار. وكما يوضح السير ستانلي هوكر في سيرته الذاتية [ 4 ]، فإن مساحة مخرج الضاغط أصغر بكثير من مساحة مدخله، وهو أمر مقبول عند التشغيل بنسبة الضغط التصميمية، ولكن أثناء بدء التشغيل وعند إعدادات الخانق المنخفضة، تكون نسبة ضغط الضاغط منخفضة، لذا من الناحية المثالية، يجب أن تكون مساحة المخرج أكبر بكثير من قيمتها التصميمية. بعبارة أخرى، لا يستطيع الهواء المسحوب من الأمام الخروج من الخلف، مما يتسبب في توقف شفرات الضاغط الأمامية واهتزازها. يحدث اندفاع مفاجئ في الضاغط، مما يعني عادةً انعكاس اتجاه تدفق الهواء، مسببًا انخفاضًا حادًا في الدفع.

بحلول أواخر الأربعينيات، تم تحديد ثلاثة حلول محتملة لمشكلة الاستقرار:

  1. يتم تصريف أي هواء مضغوط زائد بسرعة جزئية إلى البحر عبر صمامات التفريغ بين المراحل.
  2. دمج هندسة متغيرة في المراحل القليلة الأولى من الضاغط،
  3. تقسيم الضاغط إلى وحدتين، إحداهما تقوم بشحن الأخرى، مع تركيب كلتا الوحدتين على أعمدة منفصلة وتشغيلهما بواسطة توربين خاص بهما.

اعتمدت شركة جنرال إلكتريك الخيار الثاني مع جهازها J79 ، بينما اعتمدت شركة برات آند ويتني ترتيب البكرتين مع جهازها J57.

أدركت شركة P&W أنه إذا تمكنوا من تطوير  ضاغط محوري بنسبة ضغط متواضعة (< 4.5:1) للتعامل بشكل مناسب مع أي إعداد للخانق بما في ذلك بدء التشغيل والتسارع، فيمكنهم وضع ضاغطين من هذا النوع على التوالي لتحقيق نسبة ضغط إجمالية أعلى.

في نظام ذي بكرتين، يُدار الضاغط الأول، والذي يُسمى عادةً ضاغط الضغط المنخفض (LPC)، بواسطة توربين الضغط المنخفض (LPT) ويقوم بشحن وحدة أخرى، تُعرف بضاغط الضغط العالي (HPC)، والتي تُدار بدورها بواسطة توربين الضغط العالي (HPT). عند بدء التشغيل، تبدأ بكرة الضغط العالي بالدوران أولاً، بينما تبقى بكرة الضغط المنخفض ثابتة. مع تسارع بكرة الضغط العالي واشتعال خليط الوقود والهواء في غرفة الاحتراق، تتوافر في مرحلة ما طاقة كافية في تيار غاز التوربين لبدء دوران بكرة الضغط المنخفض، والتي تتسارع بدورها، وإن كان ذلك بوتيرة أبطأ. في النهاية، عند التشغيل بأقصى طاقة، تدور كلتا البكرتين بسرعتيهما التصميميتين. ولأن درجة حرارة مخرج ضاغط الضغط العالي أعلى بشكل واضح من درجة حرارة مخرج ضاغط الضغط المنخفض، يتم تحقيق رقم ماخ مماثل لطرف الشفرة لكلا الوحدتين بجعل سرعة عمود الضغط العالي التصميمية أعلى بكثير من سرعة عمود الضغط المنخفض. أي انخفاض في قطر الضاغط باتجاه غرفة الاحتراق يزيد من الفرق.

في نفس الفترة الزمنية التي طُبّق فيها محرك J57، اعتمدت شركة بريستول للطائرات، قسم المحركات في المملكة المتحدة، تصميم البكرتين في سلسلة محركاتها النفاثة التوربينية من طراز أوليمبوس ، والتي استُخدمت لاحقًا في قاذفة القنابل أفرو فولكان ، ثم في طائرة الكونكورد . وفي غضون بضعة أشهر، أجرت كل من شركتي برات آند ويتني وبريستول أول تجربة تشغيلية لنماذجهما الأولية، وقد أظهر كلاهما أداءً ممتازًا في التحكم. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

اليوم، تحتوي معظم المحركات التوربينية المدنية والعسكرية على تكوين ثنائي البكرات، باستثناء ملحوظ هو سلسلة محركات رولز رويس ترينت التوربينية التي تحتوي على ثلاث بكرات.

بالمناسبة، تستخدم معظم التوربينات المروحية المدنية الحديثة جميع الخيارات الثلاثة المذكورة أعلاه للتعامل مع نسب الضغط الإجمالية العالية للغاية المستخدمة اليوم (50:1 عادة).

خلال خمسينيات القرن العشرين، حظي محرك J57 بشعبية واسعة، حيث استُخدم في العديد من التطبيقات العسكرية. وبلغت أعداد الإنتاج الآلاف، مما ساهم في موثوقيته العالية. ونتيجة لذلك، كان من الطبيعي أن تختار شركة بوينغ النسخة المدنية من محرك J57، وهي JT3C، لطائرتها النفاثة 707. وحذت شركة دوغلاس حذوها مع طائرتها DC-8. لاحقًا، أدى الضغط لتقليل ضوضاء المحركات النفاثة واستهلاك الوقود إلى لجوء شركة برات آند ويتني إلى تعديل مبتكر لتحويل محرك JT3C النفاث إلى محرك JT3D ثنائي المحور، في البداية للأغراض المدنية، ولكن أيضًا للتطبيقات العسكرية مثل طائرة بوينغ B-52H . مُنحت جائزة كولير المرموقة لعام 1952 إلى ليونارد س. هوبز ، كبير مهندسي شركة يونايتد إيركرافت ، لتصميمه وإنتاجه محرك برات آند ويتني J57 النفاث. استمر إنتاج المحرك من عام 1951 إلى عام 1965، حيث بلغ إجمالي عدد الوحدات المصنعة 21,170 وحدة.

احتوت العديد من طرازات J57 التي تم شحنها منذ عام 1954 على نسبة تتراوح بين 7 و15% من التيتانيوم، وذلك حسب الوزن الجاف. استُخدم التيتانيوم النقي تجاريًا في علبة المدخل وعلبة ضاغط الضغط المنخفض، بينما صُنعت مجموعة دوار الضغط المنخفض من شفرات وأقراص وفواصل أقراص مصنوعة من سبيكة التيتانيوم 6Al-4V. [ 8 ]

عانت سبائك التيتانيوم المستخدمة في J57 في منتصف الخمسينيات من هشاشة الهيدروجين [ 9 ] : 412 حتى تم فهم المشكلة.

في 25 مايو 1953، تجاوزت طائرة YF-100A المزودة بمحرك J57 سرعة ماخ  1 في رحلتها الأولى.

تم استخدام J57 كمولد غاز لتوربين الغاز الثابت FT3، والذي تم تركيبه لأول مرة في مايو 1962 لشركة هارتفورد للكهرباء . [ 10 ]

المتغيرات

البيانات من: محركات الطائرات في العالم 1964/65، [ 11 ] محركات الطائرات في العالم 1957 [ 12 ]

قوة الدفع معطاة بوحدة القدم-الرطل (lbf) والكيلونيوتن (kN) .

J57-P-1W
محرك بقوة 11400  رطل (51  كيلو نيوتن) مع حقن الماء ، كان يُشغل طائرة بوينغ بي-52 إيه ستراتوفورتريس
J57-P-1WA
كما هو الحال في P-1W
J57-P-1WB
كما هو الحال في P-1W
J57-P-2
YJ57-P-3
بقوة 8700  رطل (39  كيلو نيوتن)، كانت تُشغل طائرة كونفير YB-60
J57-P-4A
بقوة 16000  رطل (71.17  كيلو نيوتن)، كانت هذه القوة الدافعة لطائرة فوغت إف 8 يو-1 كروسيدر
J57-P-5
J57-P-6
10500  رطل (46.71  كيلو نيوتن)
J57-P-6B
10500  رطل (46.71  كيلو نيوتن)
J57-P-7
14800  رطل (65.83  كيلو نيوتن)
J57-P-8
بقوة 10200  رطل (45.37  كيلو نيوتن) / 16000  رطل (71.17  كيلو نيوتن) مع الاحتراق اللاحق، تم تشغيل طائرتي دوغلاس إف 4 دي سكاي راي ودوغلاس إف 5 دي سكاي لانسر .
J57-P-8A
قوة دفع تبلغ 10400  رطل (46.26  كيلو نيوتن)، تشغل طائرة دوغلاس إف 4 دي سكاي راي
J57-P-8B
قوة دفع تبلغ 16000  رطل (71.17  كيلو نيوتن)، تشغل طائرة دوغلاس إف 4 دي سكاي راي
J57-P-9
J57-P-9W
14800  رطل (65.83  كيلو نيوتن)
J57-P-10
بقوة 10500  رطل (46.71  كيلو نيوتن)، كانت طائرة دوغلاس إيه-3 سكاي واريور تعمل
J57-P-11
9700  رطل (43.15  كيلو نيوتن) / 14800  رطل (65.83  كيلو نيوتن) معززة؟
J57-P-12
تم تزويد طائرة فوغت إكس إف 8 يو 1 كروسيدر بالطاقة
J57-P-13، J57-F-13 [ أ ]
14,880  رطل (66.19  كيلو نيوتن)
J57-P-14
من المقرر استخدامها في نسخة محسنة من طائرة F5D Skylancer [ 13 ]
J57-P-15
J57-P-16
بقوة 16900  رطل (75.17  كيلو نيوتن)، كانت هذه القوة الدافعة لطائرة فوغت إف 8 يو-2 كروسيدر
J57-P-19W، J57-F-19W [ أ ]
بقوة 12100  رطل (53.82  كيلو نيوتن)، مع حقن الماء ، كانت طائرات بوينغ B-52C وB-52E وB-52F ستراتوفورتريس تعمل بالطاقة
J57-P-20
بقوة 18000  رطل (80.07  كيلو نيوتن)، [ 14 ] زودت طائرة فوغت إف 8 يو-1 تي كروسيدر الوحيدة بالطاقة
J57-P-20A
بقوة 18000  رطل (80.07  كيلو نيوتن)، كانت تُشغل طائرات فوغت إف 8 يو-2 إن إي، وإف-8 إي، وإف-8 جيه، وإف-8 كيه كروسيدر
J57-P-21، J57-F-21 [ أ ]
بقوة 17000  رطل (75.62  كيلو نيوتن)، كانت طائرة نورث أمريكان إف-100 دي سوبر سيبر
J57-P-21A
تم تزويد طائرة نورث أمريكان إف-100 دي سوبر سيبر بالطاقة
J57-P-23، J57-F-23 [ أ ]
17000  رطل (75.62  كيلو نيوتن)
J57-P-25
بقوة 15000  رطل (66.72  كيلو نيوتن)، كانت طائرة كونفير إف-102 دلتا داغر تعمل
J57-P-27
J57-P-29W، J57-F-29W [ أ ]
بقوة 12100  رطل (53.82  كيلو نيوتن) مع حقن الماء ، كانت تُشغل طائرات بوينغ B-52C وB-52E وB-52F ستراتوفورتريس
J57-P-29WA
تم تزويد طائرات بوينغ B-52C وB-52E وB-52F ستراتوفورتريس بالطاقة
J57-P-31
J57-F-31W [ أ ]
J57-F-35 [ أ ]
J57-P-37A
كانت تُزود طائرة لوكهيد يو-2 إيه بالطاقة
J57-P-39
J57-P-41
J57-F-43 [ أ ]
J57-P-43W، J57-F-43W [ أ ]
13,750  رطل (61.16  كيلو نيوتن)
J57-P-43WA
13,750  رطل (61.16  كيلو نيوتن)
J57-P-43WB
13750  رطل (61.16  كيلو نيوتن) [ 14 ]
J57-P-53
J57-P-55
بقوة 11,990  رطل (53.33  كيلو نيوتن) / 16,900  رطل (75.17  كيلو نيوتن) مع الاحتراق اللاحق، تم تزويد طائرة ماكدونيل إف-101 بي فودو بالطاقة
J57-P-59W، J57-F-59W [ أ ]
بقوة 13,750  رطل (61.16  كيلو نيوتن)، كانت تُشغل طائرة التزود بالوقود بوينغ KC-135 ستراتوتانكر
إكس-176
تسمية المشروع للنموذج الأولي JT3-8 من نوع الأسطوانة (بمعنى علبة ضاغط الضغط المنخفض/الضغط العالي ذات القطر الثابت) تم تشغيله لأول مرة في 28 يونيو 1949. [ 15 ]
إكس-184
تسمية المشروع للنموذج الأولي JT3-10A لتصميم نوع البرميل الذي تم تشغيله لأول مرة في 28 فبراير 1950. [ 15 ]
JT3-8
يشير الرقم 8 إلى نسبة الضغط 8:1. أحد النماذج الأولية الأصلية ذات الشكل الأسطواني، والمعروف أيضًا باسم X-176. [ 15 ]
JT3-10A
يشير الرقم 10 إلى نسبة ضغط 10:1. أحد النماذج الأولية الأصلية ذات الشكل الأسطواني، والمعروف أيضًا باسم X-184. [ 15 ]
JT3-10B
النموذج الأولي للنموذج المعاد تصميمه ذو الخصر النحيل (أي تقليل قطر علبة LP وثبات قطر HP) JT3، تم تشغيله لأول مرة في 21 يناير 1950 وأعيد تسميته JT3A. [ 16 ]
JT3A
تم إعادة تسمية النموذج الأولي/الإنتاج المبكر من النموذج الأولي JT3-10B ذي الخصر النحيل. [ 16 ]
JT3P
محركات نموذجية لطائرة بوينغ 367-80 . [ 17 ]
JT3C-2
نسخة مدنية من J57-P-43WB، 13750  رطل (61.16  كيلو نيوتن) [ 14 ]
JT3C-4
JT3C-5
JT3C-6
13500  رطل (60.05  كيلو نيوتن) [ 14 ]
JT3C-7
12000  رطل (53.38  كيلو نيوتن) [ 14 ]
JT3C-12
13000  رطل (57.83  كيلو نيوتن) [ 14 ]
JT3C-26
نسخة مدنية من J57-P-20، 18000  رطل (80.07  كيلو نيوتن) [ 14 ]
FT3
توربين غاز صناعي مشتق من J57، قادر على إنتاج 10000  كيلوواط (13410.22  حصان). [ 10 ]
  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 يشير الحرف الأوسط إلى الشركة المصنعة. محركات "P" كانت تُصنع بواسطة شركة برات آند ويتني ، بينما محركات "F" كانت تُصنع بموجب ترخيص من شركة فورد موتور .

المشتقات

التطبيقات

طائرات J57 على متن طائرة B-52D
تم تركيب أجهزة JT3C على طائرة بوينغ 707-123
برات آند ويتني JT3 (مقياس 1/4)
J57 (عسكري)
JT3P
JT3C (مدني)

المحركات المعروضة

المواصفات (J57-P-23)

محرك برات آند ويتني J57 التوربيني النفاث

البيانات من

الخصائص العامة

عناصر

  • الضاغط: محوري بالكامل، ضاغط ضغط منخفض ذو 9 مراحل، ضاغط ضغط عالي ذو 7 مراحل
  • غرف الاحتراق : أنبوبية الشكل، 8 أنابيب لهب
  • التوربين : توربين محوري بالكامل، أحادي المرحلة عالي الضغط، توربين ثنائي المرحلة منخفض الضغط

أداء

المواصفات (JT3C-7)

البيانات من الرحلة [ 23 ]

الخصائص العامة

عناصر

  • الضاغط: محوري بالكامل، ضاغط ضغط منخفض ذو 9 مراحل، ضاغط ضغط عالي ذو 7 مراحل
  • غرف الاحتراق : أنبوبية الشكل، 8 أنابيب لهب
  • التوربين : توربين محوري بالكامل، أحادي المرحلة عالي الضغط، توربين ثنائي المرحلة منخفض الضغط

أداء

  • أقصى قوة دفع : 12,030 رطل (53.5 كيلو نيوتن) عند الإقلاع، نظام الإطلاق الفضائي، الظروف القياسية الدولية
  • نسبة الضغط الإجمالية : 12.5:1
  • معدل تدفق كتلة الهواء: 180 رطل/ثانية (81.65 كجم/ثانية)
  • معدل استهلاك الوقود النوعي : 0.785 رطل/(رطل قوة⋅ساعة) (22.2  غرام/(كيلو نيوتن⋅ثانية)) عند الإقلاع، نظام الإطلاق القياسي، الظروف الجوية القياسية الدولية؛ و0.909 رطل/(رطل قوة⋅ساعة) (25.7  غرام/(كيلو نيوتن⋅ثانية)) عند أقصى سرعة طيران 3,550 رطل قوة (15.8  كيلو نيوتن)، ماخ 0.85، على ارتفاع 35,000  قدم (11,000  متر)، الظروف الجوية القياسية الدولية
  • نسبة الدفع إلى الوزن : 2.86

انظر أيضاً

التطورات ذات الصلة

محركات مماثلة

قوائم ذات صلة

مراجع

ملحوظات

  1. ↑ محركات برات آند ويتني: تاريخ تقني، جاك كونورز، AIAA، حوالي عام 2010 ، رقم ISBN 978-1-60086-711-8، ص  225.
  2. ↑ غانستون، ص 167.
  3. ↑ محركات برات آند ويتني: تاريخ تقني، جاك كونورز، AIAA، حوالي عام 2010 ، رقم ISBN 978-1-60086-711-8، ص  216–224.
  4. ↑ «ليس مهندسًا بارعًا: سيرة ذاتية»، السير ستانلي هوكر، دار نشر إيرلايف المحدودة، 1984، رقم ISBN 0 906393 35 3، ص  103.
  5. ↑ «ليس مهندسًا بارعًا: سيرة ذاتية»، السير ستانلي هوكر، دار نشر إيرلايف المحدودة، 1984، رقم ISBN 0 906393 35 3، ص  142.
  6. ↑ "تجربة الخطوط الجوية الأمريكية مع محركات التوربينات النفاثة/التوربينات المروحية"، كي إف واتلي، الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين. 1962، ASME 62-GTP-16، ص 5.
  7. ↑ "كأس كولير" . www.aerofiles.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 يناير 2001. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أبريل 2018 .
  8. ↑ "التيتانيوم في تطبيقات الفضاء الجوي"، بقلم ر . آي. جافي، و . هـ. شارب، و ر . س. نيكوم، جمعية معلومات المعادن الدفاعية. 24 أكتوبر 1961، مذكرة جمعية معلومات المعادن الدفاعية رقم 133، صفحة 44.
  9. ↑ "إيروكوا" ( مؤرشف في 2017-11-07 في Wayback Machine ) مقالة من مجلة Flight عام 1957 .
  10. 1 2 ويتون، تي آر (30 يوليو 1964). وحدة توليد الطاقة الكهربائية بقدرة 121 ميغاواط التي تعمل بمحرك نفاث للطائرات من برات آند ويتني . الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين، ص 2.
  11. ↑ ويلكنسون، بول هـ. (1964). محركات الطائرات في العالم 1964/65 ( الطبعة التاسعة عشرة). لندن: دار نشر السير إسحاق بيتمان وأولاده المحدودة. 
  12. ↑ ويلكنسون، بول هـ. (1957). محركات الطائرات في العالم 1957 ( الطبعة الخامسة عشرة). لندن: دار نشر السير إسحاق بيتمان وأولاده المحدودة. الصفحات 82-83 .  
  13. ↑ جينتر، ستيف (1996). المقاتلات البحرية رقم 35: دوغلاس إف 5 دي-1 سكايلانسر . سيمي فالي، كاليفورنيا . ص 49. ISBN  0-942612-35-3.{{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  14. 1 2 3 4 5 6 7 8 تايلور، جون دبليو آر، محرر. (1962). طائرات العالم من جين 1962-1963 . لندن: سامبسون، لو، مارستون وشركاه المحدودة.
  15. 1 2 3 4 غانستون، بيل (2006). الموسوعة العالمية لمحركات الطائرات ( الطبعة الخامسة). ستراود: دار نشر ساتون. ص 166. ISBN   978-0-7509-4479-3.
  16. 1 2 كاي، أنتوني ل. (2007). المحركات النفاثة: التاريخ والتطوير 1930-1960: المجلد 2: الاتحاد السوفيتي، الولايات المتحدة الأمريكية، اليابان، فرنسا، كندا، السويد، سويسرا، إيطاليا، تشيكوسلوفاكيا، والمجر . مارلبورو، ويلتشير: دار كروود للنشر. ص 154. ISBN  978-1-86126-939-3.
  17. ↑ محركات برات آند ويتني: تاريخ تقني، جاك كونورز 2010، رقم ISBN 978 1 60086 711 8، ص  246.
  18. ↑ كتاب "جميع طائرات العالم" لجين، 1958. سامبسون لو، مارستون وشركاه. 1957. ص 444. OCLC 852161925. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 يونيو 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مايو 2020 .  
  19. ↑ "تفاصيل أول طائرة دوغلاس سي-132" . أسبوع الطيران . المجلد 65، العدد 17. 22 أكتوبر 1956. ص 35. الرقم الدولي الموحد للدوريات 0005-2175 .    
  20. ↑ مينيدوكافيا نورثروب، ص 83.
  21. ↑ كتاب Vought F7U-3 Cutlass ذو الغلاف المقوى – 23 نوفمبر 2024، تأليف تومي هـ. توماسون وألفريد س. كاسبي، رقم ISBN 1800352948.
  22. ↑ "رسم توضيحي لآلة برات آند ويتني J57 (JTC3)" . مؤرشف بتاريخ 27-10-2020 في أرشيف الإنترنت .
  23. ↑ أرشيف فلايت جلوبال - فلايت إنترناشونال ، 27 نوفمبر 1953. مؤرشف في 12 نوفمبر 2017 في آلة Wayback . تم الاسترجاع: 04 مارس 2017.

فهرس

  • تايلور، جون دبليو آر (1962). طائرات العالم من جين 1962-1963 . لندن: سامبسون، لو، مارستون وشركاه المحدودة.
  • كونورز، جاك (2010). محركات برات آند ويتني: تاريخ تقني . ريستون، فرجينيا: المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية . ISBN 978-1-60086-711-8.
  • فرانسيون، رينيه ج. ماكدونيل. طائرات دوغلاس منذ عام 1920. لندن: بوتنام، 1979. ISBN 0-370-00050-1.
  • غانستون، بيل (2006). الموسوعة العالمية لمحركات الطائرات، الطبعة الخامسة . فينيكس ميل، غلوسترشاير، إنجلترا، المملكة المتحدة: دار ساتون للنشر المحدودة. ISBN 0-7509-4479-X.