El General Electric CJ805 es un motor a reacción que fue desarrollado por GE Aviation a fines de la década de 1950. Era una versión civil del J79 y solo se diferenciaba en detalles. [1] Fue desarrollado en dos versiones. El básico CJ805-3 era un turborreactor y accionado el Convair 880 , mientras que CJ805-23 (designación militar TF35 ), un turboventilador derivado, impulsado los Convair 990 aviones .
CJ805 | |
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Un turborreactor CJ805-3A instalado en un avión Convair 880 | |
Tipo | Turborreactor (CJ805) Turbofan (CJ805-23) |
origen nacional | Estados Unidos |
Fabricante | Motores de aeronaves de General Electric |
Principales aplicaciones | CJ805: Convair 880 CJ805-23: Convair 990 |
Desarrollado por | General Electric J79 |
Diseño y desarrollo
Ímpetu
Los motores turborreactores constan de un compresor en la parte delantera, un área de quemador y luego una turbina que alimenta el compresor. Para alcanzar relaciones de compresión que valgan la pena , los compresores constan de múltiples "etapas", cada una de las cuales comprime aún más el aire que sale de la anterior.
Un problema común con los primeros motores a reacción era el fenómeno de "aumento repentino" o bloqueo del compresor . Las pérdidas pueden ocurrir cuando el flujo de aire que se aproxima no está en línea con la entrada de la aeronave al compresor o cuando el acelerador se avanza demasiado rápido.
Cuando los motores tuvieron que diseñarse con relaciones de presión superiores a aproximadamente 5, [2] para satisfacer las demandas de reducción del consumo de combustible, surgió un nuevo fenómeno de estancamiento, el estancamiento rotatorio. Ocurrió a bajas velocidades del compresor y provocó que las palas de la primera etapa se rompieran. Esta problemática zona de velocidad se conoce como "fuera de diseño" y requirió la invención de dispositivos especiales para hacer funcionar el compresor. El compresor funcionó bien cerca de su velocidad máxima, conocida como "diseño", con una convergencia de área fija desde la entrada a la salida para ir con los valores de diseño de compresión / densidad y con ángulos de paletas fijos configurados para dar bajas pérdidas de presión. A bajas velocidades, la compresión mucho más baja no exprimía el aire lo suficiente como para atravesar la salida ahora demasiado pequeña. El triángulo de velocidad combinó el aire de entrada ahora demasiado lento con la velocidad de la hoja y dio un ángulo de estancamiento. [3]
Una solución común utilizada en los primeros motores, y ampliamente utilizada hoy en día, [4] era darle al aire orificios de escape adicionales para acelerar la entrada de aire, es decir, el uso de "aire de purga" que se permite escapar de las aberturas cerca del medio de las etapas del compresor y ventilado por la borda. Las válvulas de purga se cierran a medida que las RPM del motor aumentan hacia las velocidades operativas.
Otra solución fue el uso de álabes de entrada variables. El ángulo de incidencia de las paletas en la parte delantera del motor se cambia para bloquear parcialmente el área de entrada, lo que reduce la compresión, y también inclina el aire hacia las paletas del compresor para evitar que se ahogue. Esto tiene la ventaja de ser más eficiente que permitir que escape el valioso aire comprimido, aunque el consumo de combustible a bajas velocidades es relativamente poco importante.
Los aumentos adicionales en la relación de presión, exigidos por las agencias de contratación pública y las aerolíneas comerciales para aviones de largo alcance, provocaron un mayor desajuste de áreas de flujo / cambios de densidad y ángulos de palas. Se siguieron dos enfoques: ralentizar las velocidades de las palas en la parte delantera del compresor dividiéndolo en dos partes giratorias separadas (carretes) o haciendo que los estatores fueran variables en las primeras etapas, así como en las paletas de entrada. Una desventaja es la complejidad mecánica significativa, ya que cada pala de estator debe girarse independientemente en los ángulos deseados. Dos carretes necesitan más cojinetes y resultaron ser más pesados.
Las válvulas de purga, dos o tres carretes y estatores variables se utilizan juntos en los motores modernos para hacer frente a la pérdida de rotación durante los arranques y a bajas velocidades y para permitir aceleraciones rápidas sin sobretensiones.
Rolls-Royce consideró la idea del estator variable en la década de 1940, pero la abandonó [5] hasta usarla en la década de 1980 en el motor V2500. [6] Comenzaron a desarrollar diseños de dos carretes, un concepto que también fue seleccionado por Pratt & Whitney . La ruta del estator variable solo fue seleccionada por GE después de un concurso de estudios de diseño de un año que comparó dos carretes y varias etapas de estatores variables con objetivos de rendimiento eficiente en crucero Mach 0.9 y en Mach 2, mayor empuje, menor consumo de combustible y peso. [7] El J79 surgió como un diseño poderoso y liviano 2,000 lb más liviano que su competidor de 2 ejes para el B-58, el motor J57, [8] y GE comenzó a considerarlo como la base para un motor de alta potencia para uso comercial. usar. [9]
Programa CJ805
En 1952, el equipo de diseño de Chapman Walker en GE construyó un prototipo único de un motor a reacción diseñado específicamente para aviones transatlánticos. Utilizaba un ventilador de una sola etapa impulsado por el mismo eje de turbina que el compresor del motor principal, a diferencia de los diseños de Pratt & Whitney que utilizaban un eje de potencia independiente para hacer funcionar el ventilador. El diseño de GE resultó ser difícil de iniciar y operar y no se desarrolló más. [5]
En 1955, Jack Parker se hizo cargo de la división Aircraft Gas Turbine de GE. Contrató a Dixon Speas para comenzar a entrevistar a ejecutivos de aerolíneas para tratar de tener una idea del mercado futuro. Parker le pidió a Speas que entrevistara no al CEO, sino a los ejecutivos que podrían ser el CEO cuando GE estuviera listo para ingresar al mercado de motores a reacción civiles. Parker, Speas y Neil Burgess, que dirigían el programa J79, pasaron un mes reuniéndose con AA , Delta , United , KLM , Swissair y SAS . Las reuniones demostraron que todas las aerolíneas que volaban aviones de hélice a través del Atlántico buscaban reemplazarlos con aviones a reacción. [10]
CJ805-3
Casi al mismo tiempo, Convair estaba investigando a los transportistas estadounidenses y encontró demanda de un avión a reacción más pequeño para rutas nacionales de mediano alcance. Comenzaron a desarrollar lo que se convertiría en el 880 y se acercaron a Burgess para ver si GE podía desarrollar una versión del J79 para esta función. Burgess respondió esbozando rápidamente una versión del J79 con el postquemador retirado y reemplazado por un inversor de empuje , lo que les dio un precio unitario estimado de $ 125,000 por motor. [5]
La característica de ventas principal del 880 sobre el Douglas DC-8 y el Boeing 707 de la competencia fue una velocidad de crucero más alta. Esto exigía más potencia del motor de un diseño más ligero, lo que naturalmente llevó a un diseño como el J79. Para ganar experiencia con el motor en un entorno civil, GE equipó un Douglas RB-66 con el nuevo motor y voló rutas de aviación civil simuladas desde la Base de la Fuerza Aérea Edwards . [11]
A medida que avanzaba el desarrollo, el 707 comenzó a entrar en servicio y las quejas por ruido se convirtieron en un problema grave. Los residentes de los alrededores del aeropuerto de Newark ya habían entablado una demanda por el ruido de los aviones propulsados por hélice, como el Super Constellation, el Stratocruiser y el DC-7C. [12] Una forma de reducir este problema es mezclar aire frío en el escape del jet, lo que se logró en los primeros motores con la adición de boquillas festoneadas. [a] Esta solución también se adoptó para el CJ805.
CJ805-23
Varias aerolíneas pidieron a Convair una versión más grande del 880 con potencial alcance transatlántico. Tal diseño sería más grande para albergar más asientos, además de tener que transportar más combustible. Para alimentarlo, se necesitaría un motor más potente. En ese momento, el Rolls-Royce Conway estaba entrando en servicio y el Pratt & Whitney JT3D lo seguía de cerca. Ambos diseños tenían compresores de dos carretes, en lugar de utilizar estatores variables, y la velocidad más baja del carrete delantero de baja presión facilitaba la alimentación de un ventilador. [14]
Los problemas que RR y P&W habían abordado con el sistema de dos carretes se habían resuelto en el J79 con los estatores variables, por lo que, en términos relativos, la velocidad de rotación del compresor único era mucho más rápida que la etapa de baja presión de estos otros motores. Esto significaba que no era adecuado para la conexión directa a un escenario de ventilador. En cambio, GE resolvió este problema con la adición de un sistema de ventilador completamente separado en la parte trasera del motor, impulsado por una nueva etapa de turbina. El sistema era esencialmente una extensión atornillada al diseño existente y casi no tuvo ningún efecto en el funcionamiento del motor original. [15]
Cada pala de turbina era parte integral de un "blucket", cuya sección exterior era una pala de rotor de ventilador. [16] Corriendo libremente sobre un eje corto, una serie de cangilones, montados en un disco, formaban el conjunto del rotor de popa. El flujo de salida del turborreactor se expandió a través del anillo (interior) de la turbina, proporcionando así energía directamente a las aspas del ventilador ubicadas en el anillo exterior. Para el Convair 990 se instalaron un capó de largo completo, un sistema de escape anular y un inversor de empuje de cubo. [17]
La característica única del -23 era el ventilador transónico de una sola etapa. [18] La NACA había investigado mucho sobre compresores transónicos multietapa durante los años 50. Con estos datos, GE decidió diseñar y probar un ventilador transónico de una etapa con relación de alta presión. Para su asombro, la unidad cumplió con creces el objetivo de diseño, incluido el de alta eficiencia. Posteriormente se incorporó una versión modificada de esta unidad de investigación al ventilador de popa CJ805-23. Sin experiencia en el diseño de ventiladores transónicos y con poco tiempo disponible, Pratt & Whitney tuvo que recurrir al uso de 2 etapas de ventilador para producir una relación de presión similar para su turbofan JT-3D. Aunque no es un diseño en voladizo, el ventilador transónico -23 no requería álabes de guía de entrada. Sin embargo, había una serie de paletas estructurales para ayudar a sostener la carcasa del ventilador. [19]
Finaliza la producción
Con cambios adicionales, estiramientos del fuselaje y la adición de cuerpos antichoque , el nuevo avión surgió como el Convair 990. Sin embargo, en ese momento el proyecto había sufrido varios retrasos, lo que permitió que las nuevas versiones del DC-8 y 707 se bloquearan. Grandes ventas. Al final, Convair vendió solo 102 880 y 990 en total, perdiendo 600 millones de dólares en el programa. [20]
Solo había otro cliente para el 805-23. En 1961, Sud Aviation se acercó a GE para presentarles la idea de adaptar el Caravelle con motor Rolls-Royce Avon al 805-23, produciendo un escaparate de tecnología de vuelo para ambas compañías. [21] Para esta función, introdujeron una nueva versión con un capó de ventilador relativamente corto y un inversor de empuje, en comparación con el capó de largo completo en el 990. [22] Rolls-Royce rápidamente construyó y probó un modelo de ventilador de popa Avon para competir. con el mayor empuje y el menor consumo específico de combustible de la CJ805-23. Al final, el Caravelle fue rediseñado con el turbofan P&W JT8D . [23]
El programa CJ805 no fue un éxito comercial y GE perdió aproximadamente $ 80 millones en el programa con solo unos pocos cientos de motores producidos en total. [21] En servicio, el diseño resultó frágil, pero estos problemas llevaron al éxito final de los programas a la empresa. [24]
Durante el tiempo que estuvieron hablando con los directores ejecutivos de las aerolíneas, en 1956 la compañía contrató al exjefe del departamento de mantenimiento de American Airlines, John Montgomery, para que manejara las líneas de producción. Montgomery recopiló comentarios de la industria sobre el estado del mercado de motores y descubrió que muchos se quejaban de la falta de fiabilidad de los grandes motores de pistón que se utilizaban en ese momento, en particular el Wright R-3350 . La dirección de Wright se negó a invertir más dinero en el programa para mejorar el motor, lo que provocó una seria reacción de los clientes. [25]
Montgomery contrató a Walter Van Duyan lejos de Wright para establecer el departamento de servicio de GE, y brindaron un servicio excelente a pesar de los problemas del motor. GE rápidamente ganó una reputación por respaldar sus productos que perdura hasta el día de hoy. [25]
El trabajo en el 805 también tuvo varios productos derivados. Entre ellos había otro diseño de ventilador de popa, el General Electric CF700 utilizado en el jet de negocios Dassault Falcon 20 , que se desarrolló a partir del General Electric J85 de la misma manera que el J79 se adaptó al 805. [26] Su tecnología de ventilador fue también se utiliza en el XV-5 Vertifan . [27]
Variantes y aplicaciones
- CJ805-1
- CJ805-2
- CJ805-3
- Convair 880 [28]
- CJ805-3A
- Convair 880-22 : Control de estator y álabes guía de entrada variable revisados. [28]
- CJ805-3B
- Convair 880-22M : mayor empuje. [28]
- CJ805-11
- CJ805-13
- CJ805-21
- [29]
- CJ805-23
- Pruebas de vuelo en un Douglas RB-66 : variante de ventilador en popa con un ventilador de accionamiento directo conectado a una turbina LP de funcionamiento libre. [28]
- CJ805-23A
- [28]
- CJ805-23B
- Convair 990 [28]
- CJ805-23C
- Destinado a la propuesta Sud Aviation Caravelle 10A . Solo un fuselaje, destinado a ser un prototipo para el mercado estadounidense, estaba equipado con el CJ805. [28]
- TF35
- Versión militar del turbofan CJ805-23.
Especificaciones (CJ805-3B)
Datos de la hoja de datos del certificado tipo FAA, E-306
Características generales
- Tipo: Turborreactor de un solo carrete
- Longitud: 188,9 pulgadas (4798 mm) con inversor / supresor de empuje
- Diámetro: 31,6 pulgadas (803 mm)
- Peso en seco: 3213 lb (1457 kg) con inversor / supresor de empuje
Componentes
- Compresor: flujo axial de 17 etapas
- Combustores : can-anular
- Turbina : 2 etapas de potencia del generador de gas
- Tipo de combustible: queroseno de aviación
- Sistema de aceite: spray a presión / salpicadura
Actuación
- Empuje máximo : 11,650 lbf (51,82 kN) para despegue
- Relación de presión total : 13: 1
- Flujo másico de aire: 167,9 lb / s (76,16 kg / s)
- Temperatura de entrada de la turbina: ~ 1205K
- Consumo específico de combustible : 0,784 lb / (lb · h) (22,21 g / (s kN))
- Relación empuje-peso : 3.626
Especificaciones (CJ805-23B)
Datos de [1]
Características generales
- Tipo: ventilador de popa turbofan sin mezclar
- Longitud: 139 pulgadas (3531 mm)
- Diámetro: 53 pulgadas (1346 mm)
- Peso en seco: 3.730 lb (1.692 kg)
Componentes
- Compresor: flujo axial de 17 etapas
- Combustores : can-anular
- Turbina : 2 × etapas de potencia del generador de gas + 1 × turbina de funcionamiento libre con aspas de ventilador en la periferia
- Tipo de combustible: queroseno de aviación
- Sistema de aceite: spray a presión / salpicadura
Actuación
- Empuje máximo : 71,62 kN (16,100 lbf) para el despegue
- Relación de presión total : 13: 1
- Flujo másico de aire: 426 lb / s (193,2 kg / s)
- Temperatura de entrada de la turbina: ~ 1205 K
- Consumo específico de combustible : 0,56 lb / (lb · h) (15,86 g / (s kN))
- Relación empuje-peso : 4,32
Ver también
Desarrollo relacionado
- General Electric J79
Listas relacionadas
- Lista de motores de aviones
Notas
- ^ Que ha reaparecido en forma moderna en el Boeing 787. [13]
Referencias
Citas
- ^ "Aero motores 1960" . Vuelo internacional . 18 de marzo de 1960. págs. 381–382.
- ^ https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc61684/m1/10/
- ^ Problemas de pérdida del compresor en motores de aeronaves tipo turbina Gs, Benser y Finger, artículo presentado en la reunión aeronáutica nacional SAE, Nueva York, 12 de abril de 1956, volumen 65, 1957 p. 188, 190/191
- ^ Propulsión a chorro, Nicholas Cumpsty1997, Cambridge University Press, ISBN 0-521-59674-2 , p.123
- ↑ a b c Garvin , 1998 , p. dieciséis.
- ^ https://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1987/1987%20-%200867.html
- ^ Siete décadas de progreso: una herencia de tecnología de turbinas de aviones, General Electric 1979, Aero Publisher Inc., ISBN 0-8168-8355-6 , página 87
- ^ Siete décadas de progreso: una herencia de tecnología de turbinas de aviones, General Electric 1979, Aero Publisher Inc., ISBN 0-8168-8355-6 , página 89
- ^ Garvin 1998 , p. 12.
- ^ Garvin 1998 , p. 15.
- ^ Garvin 1998 , págs. 20-21.
- ^ Beranek, Leo (enero de 2007). "El ruidoso amanecer de la era del jet" (PDF) . Sonido y Vibración .
- ^ "La NASA ayuda a crear una noche más silenciosa" . NASA . 13 de diciembre de 2010.
- ^ Garvin 1998 , págs. 16-17.
- ^ Garvin 1998 , págs. 16-18.
- ^ "Fig7" . Vuelo internacional . 30 de octubre de 1959. p. 457.
- ^ "Fig8" . Vuelo internacional . 30 de octubre de 1959. p. 457.
- ^ "El turboventilador emerge: motor de ventilador de popa CJ805-23 de GE" . Vuelo atmosférico en el siglo XX .
- ^ "Vista en sección 3D de CJ805-23" . Consultado el 18 de febrero de 2016 .
- ^ Garvin 1998 , p. 18.
- ↑ a b Garvin , 1998 , págs.19.
- ^ Archer, Robert (8 de junio de 1961). "Caravelle a la General Electric" . Vuelo internacional . págs. 797–798.
- ^ Motores Aero Rolls-Royce "Bill Guuston, Patrick Stephens Ltd. 1989, ISBN 1-85260-037-3 , página 142
- ^ Garvin 1998 , p. 21.
- ↑ a b Garvin , 1998 , p. 22.
- ^ Garvin 1998 , p. 23.
- ^ "El poder de volar" Brian Rowe, Pen & Sword Aviation 2005, ISBN 1 84415200 6 , p.25
- ↑ a b c d e f g Bridgman , 1955 , págs. 62–63.
- ↑ Bridgman , 1955 , p. 60.
Bibliografía
- Bridgman, Leonard (1955). Jane's all the World's Aircraft 1955-1956 . Jane's All World Aircraft Publishing Co.Ltd.
- Garvin, Robert (1998). Comenzando algo grande El surgimiento comercial de los motores de aeronaves de GE . AIAA. ISBN 1-56347-289-9.
- Gunston, Bill (2006). Enciclopedia mundial de motores aeronáuticos, 5ª edición . Phoenix Mill, Gloucestershire, Inglaterra, Reino Unido: Sutton Publishing Limited. ISBN 0-7509-4479-X.
- Neumann, Gerhard (junio de 1984). Herman el alemán . William Morrow y compañía . pag. 269. ISBN 0-688-01682-0.
El ex alienígena enemigo y soldado del Cuerpo Aéreo cuyas habilidades inventivas y técnicas de manejo inconformistas hicieron historia en los motores a reacción
enlaces externos
- Aviación de General Electric, página J79
- GE: The History of Aircraft Engines (CJ805 mencionado)
- Animación del turborreactor J79 (idioma alemán)