Rolls-Royce Pegasus

Rolls-Royce Pegasus
(Pratt & Whitney F402)
Vista del motore
Un Pegasus in mostra al Royal Air Force Museum di Londra .
Costruttore Rolls Royce
Primo volo Settembre 1959
uso • Hawker Siddeley Harrier
• BAE Sea Harrier
• AV-8B Harrier II
Caratteristiche
genere Turbofan a spinta vettoriale
Lunghezza 3.480 mm
Diametro 1219 mm
Massa 1796 kg
Componenti
Compressore • 3 stadi LP
• 8 stadi HP
Camera di combustione anulare
Turbina • 2 stadi HP
• 2 stadi LP
Prestazione
Massima spinta a secco 106 kN
Rapporto di compressione 16,3: 1
Rapporto peso / spinta 16,94 kg / kN

La Rolls-Royce Pegasus , precedentemente Bristol Siddeley Pegasus , è un turbofan inizialmente progettato da Bristol Siddeley e poi prodotto da Rolls-Royce . Il motore consente da un lato di spingere in avanti un aereo da caccia , in modo convenzionale, ma anche di dirigerne la spinta verso il basso grazie a ugelli orientabili. Gli aerei leggeri che utilizzano questo motore possono manovrare come un elicottero e soprattutto decollare e atterrare verticalmente (ADAV). Utilizzato dagli Stati Uniti , il motore vede la sua designazione diventare F402 .

Il Pegasus da solo alimenta l'intera famiglia di combattenti multiruolo ADAV Harrier . Le versioni americane del piano doveva avere un Pegaso prodotto su licenza da Pratt & Whitney , ma alla fine nessun motore è stato assemblato da questa società, tutti gli esempi che equipaggiano la flotta americana in produzione dalla fabbrica Rolls-Royce. Da Bristol , Inghilterra . Il motore era destinato anche ad essere utilizzato su altri aerei, anche se questi ultimi non avevano ancora superato la fase di studi o prototipi. Questi includono, ad esempio, il progetto aereo da trasporto militare tedesco ADAV Dornier Do 31

Sviluppo

Contesto

Nel 1957 , Michel Wibault , il francese velivolo progettista, ha avuto l'idea di usare la spinta orientabile per un aereo a decollo verticale. Questa spinta proveniva da quattro compressori centrifughi azionati da un motore turboelica Bristol BE.25 Orion tramite alberi e ingranaggi. La loro spinta è stata diretta ruotando le uscite del compressore. Nel suo concetto BE.52 , Gordon Lewis ha inizialmente progettato un motore con due getti orientabili, associati al compressore, e con una spinta orizzontale proveniente da un ugello convenzionale. Il BE.52 è stato costruito attorno a un classico Bristol Siddeley Orpheus , che tramite un albero di trasmissione azionava i primi tre stadi del compressore di un altro motore di casa, il Bristol BE.10 Olympus . Questi stadi compressori aggiunti avevano ingressi e uscite separati da quelli dell'Orpheus. Il lavoro è stato supervisionato dal direttore tecnico dell'azienda, Stanley Hooker .

La Bristol Airplane Company iniziò a lavorare sul BE.53 , allora denominato "Pegasus", nel 1957. Sebbene il BE.52 fosse un pezzo unico e più leggero del sistema progettato da Wibault, era ancora troppo pesante e troppo complesso. In BE.53, le fasi dell'Olimpo sono state avvicinate alle fasi dell'Orfeo, il che ha semplificato il flusso d'aria attraverso l'intero motore e ha anche permesso alle fasi dell'Olimpo di comprimere l'aria.per l'Orfeo, che ha aumentato il suo rapporto di compressione.

Il motore è stato progettato fuori mano per un anno, poi lo sviluppo è stato notevolmente facilitato quando si è capito quale tipo di aereo sarebbe stato azionato con esso. NelMaggio 1957, il team ha ricevuto una lettera di sostegno da Sydney Camm della Hawker Company , che voleva trovare un sostituto per il loro attuale aereo, l' Hunter . Il progettista dell'aereo Ralph Hooper suggerì di impiegare quattro uscite orientabili (come Lewis aveva proposto poco prima), con le uscite posteriori che dirigevano i gas caldi dalla camera di combustione del motore. Due uscite non erano sufficienti per fornire la spinta necessaria per sollevare l'aereo. Il Libro bianco sulla difesa del 1957, incentrato principalmente sui missili e sugli aerei non con equipaggio - che erano descritti come "obsoleti" - era una cattiva notizia per il team di progettazione, in quanto lasciava intendere che il governo non avrebbe fatto alcuno sforzo per investire nel sviluppo di aerei da caccia inesistenti, e quindi che nessun aiuto finanziario sarebbe stato rilasciato dal Ministero della Difesa per l'assemblaggio motore / aereo in fase di sviluppo.

Un ulteriore sviluppo del motore è stato effettuato parallelamente alla struttura dell'Hawker Siddeley P.1127 , che ha volato per la prima volta nel 1960 . La fase successiva nello sviluppo di questo motore è stata testata nel Kestrel FGA.1 , di cui nove sono stati costruiti. Questi dispositivi hanno poi dato alla luce l' Harrier . La progettazione del motore è stata sostenuta finanziariamente fino al 75% dal programma di sviluppo delle armi reciproche . Verdon Smith, di Bristol Siddeley Engines Limited (BSEL), nata dall'unione di Bristol Engines con Armstrong Siddeley , ha rapidamente accettato di finanziare la percentuale rimanente.

Test e produzione

I test di volo e lo sviluppo non hanno ricevuto alcun sostegno finanziario dal governo. I finanziamenti per l'aereo provenivano esclusivamente dalla compagnia Hawker. I primi esemplari del motore mancavano di potenza e sollevavano a malapena l'aereo da terra, principalmente perché nel frattempo l'aereo era cresciuto in sovrappeso. I primi test sono stati captive test, eseguiti con l'aereo attaccato al suolo tramite cavi, per evitare di vederlo retrocedere alla prima folata di vento. Il primo prototipo del motore (uno dei due BE53 / 2 costruiti), è stato avviato per la prima volta2 settembre 1959, e ha utilizzato un ventilatore a due stadi e il nucleo interno dell'Orpheus 6 . Sebbene il soffiatore fosse già adeguatamente trattenuto dal cuscinetto che era posizionato dietro di esso, il modello incorporava ancora i distanziatori davanti ad esso. Il corpo del motore ad alta pressione era costituito da 7 stadi del compressore e uno stadio della turbina. L'ulteriore sviluppo del motore è stato effettuato in parallelo con la struttura dell'Hawker Siddeley P.1127 , che per primo ha volato21 ottobre 1960con il BE.53 / 3 (Pegasus 2). Il primo passaggio del mouse libero è stato eseguito19 novembre 1960. Il primo - e difficile - passaggio dal volo verticale al volo orizzontale è stato compiuto8 settembre 1961. La Royal Air Force non era molto entusiasta dell'idea di passare alla tecnologia ADAV e ha descritto l'intero progetto come un "  giocattolo per intrattenere la folla  ". Il primo prototipo del P.1127 (l' XP831 ) fece un atterraggio molto ripido al Paris Air Show del 1963. Le versioni successive del P.1127 furono equipaggiate con il Pegasus 3, poi il Pegasus 5. Il Kestrel, che succedette al P .1127, era anche dotato del Pegasus 5, che era stato finalmente spogliato dei suoi distanziali anteriori, e che aveva anche ricevuto uno stadio aggiuntivo della turbina ad alta pressione.

La produzione in serie e il miglioramento continuo delle capacità del Pegasus furono continuati da Bristol Engines fino al 1966 , quando Rolls-Royce Ltd. ha riscattato l'azienda. Un concetto simile, che produce una spinta di 159,69  kN con postbruciatore , il Bristol Siddeley BS.100 , è stato progettato per un caccia ADAV supersonico (l' Hawker Siddeley P.1154 ), ma non è entrato in produzione, l'aereo è stato abbandonato nel 1965 . Un derivato senza vettorizzazione della spinta e funzionante con idrogeno liquido , l'RB.420, è stato progettato e proposto nel 1970 come risposta alla necessità della NASA di un motore per equipaggiare il futuro space shuttle , al fine di spingerlo durante il suo volo. nell'atmosfera. Infine, la NASA ha optato per un ritorno alla planata.

Nel 2012 , c'erano 1.347 esemplari prodotti del Pegasus, tutte le versioni combinate, e aveva accumulato due milioni di ore di volo, accumulate dagli Harrier della Royal Air Force (RAF), Royal Navy , US Marine Corps e marine militari. Dall'India , Italia , Spagna e Thailandia .

Caratteristiche

Il turbogetto a turbofan con testa Pegasus è a doppio corpo, che aziona due alberi e due set mobili separati. Il corpo a bassa pressione (LP) comprende tre stadi del compressore azionati da due stadi della turbina (turbina LP) ed è responsabile della propulsione tramite gli ugelli anteriori del motore. Il corpo ad alta pressione (HP) comprende otto stadi del compressore, anch'essi azionati da due stadi della turbina (turbina HP), e fornisce la propulsione tramite gli ugelli situati nella parte posteriore del motore. Una caratteristica insolita di questo motore è che i due gruppi ruotano in direzione opposta, il che aiuta a ridurre gli effetti giroscopici , che possono rendere pericolose le manovre di atterraggio a bassa velocità. Le pale dei compressori HP e LP sono in titanio e funzionano parzialmente in modalità supersonica (soprattutto alle estremità). Il flusso d'aria che entra nel motore è di 196  kg / s . Il sistema di spinta vettoriale è semplice, impiega quattro ugelli girevoli e fornisce all'Harrier sia la spinta per sollevare che per avanzare in modo convenzionale, rendendolo un aereo adatto a ricevere la designazione ADAV .

La camera di combustione è di tipo anulare, dotata di bruciatori progettati da Armstrong Siddeley che vaporizzano il combustibile a bassa pressione. Il motore è avviato da un propulsore ausiliario che funge anche da starter, installato in alto nella fusoliera.

Ugelli

Gli ugelli anteriori, realizzati in acciaio , sono alimentati con aria dal compressore LP, mentre gli ugelli posteriori, in Nimonic , espellono i gas caldi ( 650  ° C ) dalla combustione all'interno del motore. La distribuzione del flusso è di circa 64/40 tra gli ugelli anteriore e posteriore, quelli anteriori che hanno più lavoro da fare. Era importante che i quattro ugelli ruotassero esattamente nello stesso momento, risultato ottenuto utilizzando due motori ad aria compressa, alimentati con aria dal compressore HP del motore. Per rendere il sistema teoricamente infallibile, le coppie di ugelli sono state collegate tra loro da ... catene di trasmissione motociclistiche (!), Che a quanto pare ha dimostrato il suo valore. Gli ugelli possono ruotare in un intervallo di 98,5 ° .

Il Pegasus è stato anche il primo turbofan ad avere il primo stadio del compressore, denominato "stadio zero", davanti al cuscinetto anteriore. Ciò ha eliminato i soliti supporti radiali e il rischio di formazione di ghiaccio che rappresentavano.

Posizione del motore

Il motore è installato al centro dell'Harrier (probabilmente per motivi di centraggio delle masse), il che significa che per smontarlo è necessario rimuovere l'intera ala dell'aereo, poiché è già stata installata su cavalletti. La sostituzione del motore richiede un minimo di otto ore. Tuttavia, con gli strumenti giusti e il giusto sistema di sollevamento, sembra che ciò possa essere realizzato in meno di un'ora.

Iniezione d'acqua

La spinta massima prodotta al decollo dal Pegasus è limitata dalla temperatura consentita dalle turbine del motore, in particolare quando l'aereo sta già decollando in un clima abbastanza caldo. Poiché questa temperatura non può essere misurata in modo affidabile, i limiti operativi sono determinati dalla temperatura di scarico agli ugelli. Per aumentare la spinta del motore al decollo, e quindi la temperatura all'interno del motore, viene iniettata acqua nella camera di combustione e nelle turbine , in modo da abbassare la temperatura ad un livello accettabile.

L'acqua per l'impianto di iniezione è contenuta in un serbatoio posto tra la separazione dei due ugelli posteriori del motore. Contiene 500 libbre (227  kg ) di acqua distillata . La portata d'acqua necessaria per raffreddare le turbine è di circa 159  litri / min , per una durata massima di circa 90 secondi. Questa quantità di acqua è stata ritenuta sufficiente e idealmente adatta al particolare ruolo operativo di questo velivolo. La selezione di due portate di iniezione di acqua (in inglese  : wet rating ), per decolli brevi o verticali, comporta un diverso aumento del regime del motore, e quindi della sua temperatura interna oltre i valori previsti senza iniezione di acqua. (in inglese  : valutazioni a secco ). Quando il serbatoio dell'acqua viene svuotato del suo contenuto, i limiti di spinta scendono al livello "a secco" e l'aereo vede la sua potenza calare per tornare a un livello normale. Al fine di mantenere il pilota costantemente informato del livello dell'acqua rimanente nel serbatoio, viene avvertito da una luce in pozzetto.

Versioni

Applicazioni

Applicazione prevista

Motori in esposizione

Pegasus può essere visto nei seguenti musei:

Note e riferimenti

  2. (in) "  Propulsion  " , Air Cadet Publication 33 , flight, flight.  3,2000, p.  56 ( leggi online [PDF] , consultato il 29 febbraio 2016 )
  3. (in) "  Spettacolo di Hannover  " , rivista Flight, Flight Global / Archives, vol.  85, n .  2876Aprile 1964, p.  664 ( leggi online [PDF] )
  4. (in) "  Spettacolo di Hannover  " , rivista Flight, Flight Global / Archives, vol.  85, n .  2876Aprile 1964, p.  668 ( leggi online [PDF] )
  5. (in) "  " Bristol Siddeley's Fans  " , rivista Flight, Flight Global / Archives, vol.  78, n .  2683,12 agosto 1960, p.  210-211 ( leggi online [PDF] )
  6. (in) Pegasus, il cuore dell'Albanella , p.  72 ( leggi in linea )
  7. (in) Pegasus, il cuore dell'Albanella , p.  77 ( leggi in linea )
  8. (it) Bill Gunston , enciclopedia mondiale di motori aeronautici , Inghilterra, Regno Unito, Sutton Publishing,2006, 5 °  ed. , p.  39
  9. (in) Pegasus, il cuore dell'Albanella , p.  290, cap.10 “Troubled times” letto online
  10. (in) "  Motori a turbina a gas  " , Aviation Week & Space Technology Source Book 2009 ,2009, p.  123
  11. (in) RA Bishop , "  Bristol Siddely Developments  " , rivista Flight, Flight Global / Archives, vol.  86, n o  2894,27 agosto 1964, p.  Da 328 a 331 ( leggi online [PDF] ).
  12. (a) Jim Attrill e Cpl A. Fitt, "  Il motore di otto ore cambia (sul campo)?  » , Harrier.org.uk (consultato il 29 febbraio 2016 )
  13. (in) "  Turbofan avanzati  " , rivista Flight, Flight Global / Archives, vol.  100, n o  3262,16 settembre 1971, p.  451 ( leggi online [PDF] )
  14. (in) Caratteristiche standard degli aeromobili - Aeromobile McDonnell Douglas AV-8B Harrier II , direzione del controllo del Comando dei sistemi aerei navali degli Stati Uniti,Ottobre 1986, 19  p. ( leggi online [PDF] ) , p.  3
  15. (in) "  Pegasus  " , sito web Rollys-Royce,2004(visitato il 29 febbraio 2016 )

Vedi anche

Articoli Correlati

Bibliografia

link esterno

Video