Rolls-Royce Pegasus
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Pegaso / F402
Rolls Royce Pegasus.JPG
Rolls-Royce Pegasus en exhibición en el Royal Air Force Museum de Londres
EscribeTurbofan
origen nacionalReino Unido
FabricanteRolls Royce
Primer intentoSeptiembre de 1959
Principales aplicacionesHawker Siddeley Harrier
BAE Sea Harrier
McDonnell Douglas AV-8B Harrier II
Número construidoMás de 1200 (hasta 2008)
Desarrollado porBristol Siddeley Orpheus

El Rolls-Royce Pegasus , anteriormente Bristol Siddeley Pegasus , es un motor turboventilador diseñado originalmente por Bristol Siddeley . Fue fabricado por Rolls-Royce plc . El motor no solo puede impulsar un avión a reacción hacia adelante, sino también dirigir el empuje hacia abajo a través de boquillas giratorias . [1] Los aviones con carga ligera equipados con este motor pueden maniobrar como un helicóptero . En particular, pueden realizar despegues y aterrizajes verticales . [2] En servicio en EE. UU., El motor se designa F402 .

El motor Pegasus único impulsa todas las versiones de la familia Harrier de aviones militares multifunción . Rolls-Royce obtuvo la licencia de Pratt & Whitney para construir el Pegasus para versiones construidas en EE. UU. Sin embargo, Pratt & Whitney nunca completó ningún motor, y toda la nueva construcción fue fabricada por Rolls-Royce en Bristol, Inglaterra. El Pegasus también fue el motor previsto para varios proyectos de aviones, entre los que se encontraban los prototipos del proyecto de transporte militar alemán Dornier Do 31 VSTOL. [3]

Desarrollo

Rolls-Royce Pegasus

Fondo

Michel Wibault , el diseñador de aviones francés, tuvo la idea de utilizar el empuje vectorial para aviones de despegue vertical. Este empuje provendría del eje de cuatro ventiladores centrífugos impulsados ​​por un turbohélice Bristol Orion , y el escape de cada ventilador se vectoriza girando las volutas del ventilador. [4] Aunque la idea de vectorizar el empuje era bastante novedosa, se consideró que el motor propuesto era demasiado pesado. [5]

Como resultado, un ingeniero de Bristol Engine Company , Gordon Lewis , comenzó en 1956 a estudiar conceptos de motores alternativos, utilizando, en la medida de lo posible, componentes de motores existentes de las series de motores Orpheus y Olympus . El trabajo fue supervisado por el Director Técnico Stanley Hooker . Un concepto que parecía prometedor fue el BE52, que inicialmente utilizó el Orpheus 3 como núcleo del motor.y, en un eje coaxial separado, las dos primeras etapas de un compresor Olympus 21 LP, que actuaba como un ventilador, entregando aire comprimido a dos boquillas de vectorización de empuje en la parte delantera del motor. En este punto del ejercicio de diseño, el escape de la turbina LP se descargó a través de una boquilla trasera convencional. Había tomas separadas para el ventilador y el compresor central porque el ventilador no sobrecargaba el compresor central.

Aunque el BE.52 era una central eléctrica autónoma y más ligero que el concepto de Wibault, el BE.52 seguía siendo complicado y pesado. Como resultado, el trabajo en el concepto BE.53 comenzó en febrero de 1957. En el BE.53, los tramos de Olympus se instalaron cerca de los tramos de Orpheus; simplificando así la conducción de entrada. Las etapas de Olympus ahora sobrealimentaron el núcleo de Orpheus, mejorando la relación de presión general, [6] creando lo que ahora se considera una configuración turbofan convencional.

Durante un año, Bristol diseñó el motor de forma aislada, con pocos comentarios de los distintos fabricantes de fuselajes que recibieron datos. Sin embargo, en mayo de 1957, el equipo recibió una carta de apoyo de Sydney Camm de Hawker Aviation. Buscaban un reemplazo de Hawker Hunter . El diseñador de la aeronave, Ralph Hooper , sugirió tener las cuatro boquillas de vectorización de empuje (originalmente sugeridas por Lewis), con gases calientes de las dos traseras. Otras discusiones conjuntas ayudaron a perfeccionar el diseño del motor.

El Libro Blanco de Defensa de 1957 , que se centró en los misiles y no en los aviones tripulados, que fueron declarados "obsoletos", no fue una buena noticia, porque excluyó cualquier apoyo financiero futuro del gobierno para el desarrollo de aviones de combate tripulados que aún no existen. Esto impidió cualquier apoyo financiero oficial para el motor o la aeronave del Ministerio de Defensa . [7] Afortunadamente, el desarrollo de motores fue apoyado financieramente por una suma del 75% del Programa de Desarrollo de Armas Mutuas , Verdon Smith de Bristol Siddeley Engines Limited (BSEL), que Bristol Engines se había convertido para entonces en su fusión con Armstrong Siddeley , rápidamente aceptando para pagar el resto. [7]

El primer motor prototipo (uno de los dos BE53 / 2 construidos), funcionó el 2 de septiembre de 1959 y contaba con un ventilador de 2 etapas y usaba el núcleo Orpheus 6. Aunque el ventilador estaba en voladizo, las paletas de guía de entrada todavía estaban incorporadas. El carrete HP constaba de un compresor de 7 etapas impulsado por una turbina de una sola etapa. Una turbina LP de 2 etapas accionaba el ventilador. No había plenum en la salida del ventilador, pero se instalaron 4 boquillas de vectorización de empuje.

Posteriormente, el desarrollo del motor se llevó a cabo en conjunto con el avión, el Hawker P.1127 . El avión voló por primera vez (vuelo estacionario atado) el 21 de octubre de 1960, propulsado por el BE53 / 3 (Pegasus 2). El vuelo libre se logró el 19 de noviembre del mismo año. La transición al vuelo aéreo se produjo en 1961. Las versiones posteriores del P.1127 se equiparon con el Pegasus 3 y, finalmente, con el Pegasus 5.

El Pegasus 5 también se utilizó en el Kestrel , una mejora del P.1127, de los cuales nueve se construyeron para un ejercicio de evaluación tripartito. Posteriormente, el Kestrel se convirtió en el avión de combate Harrier. En el momento en que se construyó el Pegasus 5/2, tanto el ventilador como el compresor de HP se habían puesto en cero y se había agregado una segunda etapa a la turbina de HP.

Pruebas y producción

Las pruebas de vuelo y el desarrollo del motor no recibieron financiación gubernamental; La financiación del avión provino en su totalidad de Hawker.

Los primeros motores apenas tenían el empuje suficiente para levantar el avión del suelo debido a problemas de aumento de peso. Las pruebas de vuelo se realizaron inicialmente con la aeronave atada, y el primer vuelo estacionario libre se logró el 19 de noviembre de 1960. La primera transición de vuelo estacionario estático a vuelo convencional se logró el 8 de septiembre de 1961. En un principio se temió que la aeronave tuviera dificultades para pasar de nivel y vuelo vertical, pero durante las pruebas se encontró que era extremadamente simple. Las pruebas mostraron que debido a la extrema relación potencia / peso, solo se necesitaron unos pocos grados de movimiento de la boquilla para que la aeronave se moviera hacia adelante lo suficientemente rápido como para producir sustentación desde el ala, y que incluso en un ángulo de 15 grados la aeronave aceleró muy bien. El piloto simplemente tenía que mover el control de la boquilla lentamente hacia adelante.Durante la transición de horizontal a vertical, el piloto simplemente reduciría la velocidad a aproximadamente 200 nudos y giraría las boquillas hacia abajo, permitiendo que el empuje del motor se hiciera cargo a medida que la aeronave reducía la velocidad y las alas dejaban de producir sustentación.[8]

La RAF no se convirtió mucho en la idea de VTOL y describió todo el proyecto como un juguete y un placer para la multitud . El primer prototipo P1127 hizo un aterrizaje muy fuerte en el Salón Aeronáutico de París en 1963.

La fabricación en serie, el diseño y la mejora del desarrollo del Pegasus para producir empujes cada vez más altos continuaron con los motores Bristol más allá de 1966, cuando Rolls-Royce Ltd compró la Compañía. Un diseño de motor relacionado, el Bristol Siddeley BS100 de 39,500 lbf (con recalentamiento ) para un caza VTOL supersónico (el Hawker Siddeley P.1154 ) no se desarrolló para la producción ya que el proyecto de la aeronave se canceló en 1965.

Hasta la fecha, [ ¿cuándo? ] Se han producido 1.347 motores y se han registrado dos millones de horas de funcionamiento con los Harriers de la Royal Air Force (RAF), la Royal Navy , el Cuerpo de Marines de los Estados Unidos y las armadas de India , Italia , España y Tailandia . [ cita requerida ]

Un derivado de empuje no vectorizado de 26,000 lb del Pegasus que funciona con hidrógeno líquido , el RB.420, fue diseñado y ofrecido en 1970 en respuesta a un requisito de la NASA de un motor para impulsar el transbordador espacial proyectado en su vuelo de regreso a través de la atmósfera. En el evento, la NASA eligió un diseño de transbordador utilizando un retorno de planeo sin motor.[9]

Diseño

Carrera de despegue corto del USMC Harrier en cubierta mojada.

El turboventilador de empuje vectorial Pegasus es un diseño de dos ejes con tres etapas de compresor de baja presión (LP) y ocho de alta presión (HP) accionadas por dos etapas de turbina LP y dos HP respectivamente. Inusualmente, los carretes LP y HP giran en direcciones opuestas para reducir en gran medida los efectos giroscópicos que, de otro modo, dificultarían el manejo a baja velocidad. Las aspas del ventilador LP y HP son de titanio, las aspas del ventilador LP funcionan en la región parcialmente supersónica y el flujo de aire es de 432 lb / s. [7] El motor emplea un sistema de vectorización de empuje simple que utiliza cuatro boquillas giratorias, lo que le da al Harrier empuje tanto para la elevación como para la propulsión hacia adelante, lo que permite el vuelo STOVL .

Sistema de combustión es una cámara de combustión anular con ASM quemadores de baja presión vaporizadores. [7]

El arranque del motor se realizó mediante una APU / arrancador de turbina de gas combinada y montada en la parte superior . [7]

Boquillas

Ubicación de las cuatro boquillas de la aeronave.
Boquilla de escape

Las dos boquillas delanteras, que son de acero, se alimentan con aire del compresor LP, las boquillas traseras, que son de Nimonic [7] con escape de chorro caliente (650 ° C). La división del flujo de aire es de aproximadamente 60/40 delante y detrás. [10] Es fundamental que las boquillas giren juntas. Esto se logra mediante el uso de un par de motores neumáticos alimentados por el compresor HP (alta presión), en una configuración de falla, [ aclaración necesaria ] pares de boquillas conectadas con cadenas de motocicleta. Las boquillas giran en un rango angular de 98,5 grados. [7]

El Pegasus también fue el primer motor turboventilador en tener el ventilador del compresor inicial, la etapa cero, por delante del cojinete delantero. Esto eliminó los puntales radiales y el peligro de formación de hielo que representan.

Posición del motor

El motor está montado en el centro del Harrier y, como resultado, fue necesario quitar el ala para cambiar el motor después de montar el fuselaje en los caballetes. El cambio tomó un mínimo de ocho horas, [11] aunque con las herramientas y el equipo de elevación adecuados, esto podría lograrse en menos de cuatro. [12]

Inyección de agua

El empuje máximo de despegue disponible del motor Pegasus está limitado, particularmente a temperaturas ambiente más altas, por la temperatura de la pala de la turbina. Como esta temperatura no se puede medir de forma fiable, los límites de funcionamiento vienen determinados por la temperatura de la tubería de inyección. Para permitir que se aumente la velocidad del motor y, por lo tanto, el empuje para el despegue, se rocía agua en la cámara de combustión y la turbina para mantener la temperatura de la pala a un nivel aceptable.

El agua para el sistema de inyección está contenida en un tanque ubicado entre la sección bifurcada del conducto de escape trasero (caliente). El tanque contiene hasta 500 lb (227 kg, 50 galones imperiales ) de agua destilada. El caudal de agua para la reducción de temperatura requerida de la turbina es de aproximadamente 35  gpm (galones imperiales por minuto) por una duración máxima de aproximadamente 90 segundos. La cantidad de agua transportada es suficiente y adecuada para la función operativa particular de la aeronave.

La selección de las clasificaciones del motor de inyección de agua (levantamiento húmedo / levantamiento corto húmedo) da como resultado un aumento en la velocidad del motor y los límites de temperatura de la tubería de inyección más allá de las calificaciones respectivas en seco (no inyectado) (levantamiento en seco / levantamiento corto en seco). Al agotar el suministro de agua disponible en el tanque, los límites se restablecen a los niveles "secos". Una luz de advertencia en la cabina proporciona al piloto una advertencia anticipada del agotamiento del agua.

Variantes

Rolls-Royce Bristol Pegasus, motor del Harrier de despegue vertical , en el Museo Industrial de Bristol , Inglaterra .
Pegaso 1 (BE53-2)
Los dos motores prototipo eran motores de demostración que desarrollaron alrededor de 9.000 lbf (40 kN) en el banco de pruebas. Ninguno de los motores se instaló en un P.1127.
Pegaso 2 (BE53-3)
Utilizado en los P.1127 iniciales, 11,500 lbf (51 kN)
Pegaso 3
Utilizado en los prototipos P.1127, 13.500 lbf (60 kN)
Pegaso 5 (BS.53-5)
Utilizado para el avión de evaluación Hawker Siddeley Kestrel a 15.000 lbf (67 kN)
Pegaso 6 (Mk.101)
Para la producción inicial de Harriers a 19,000 lbf (85 kN), voló por primera vez en 1966 y entró en servicio en 1969
Pegaso 10 (Mk.102)
Para actualizar los primeros Harriers con más potencia y usados ​​para el AV-8A, 20,500 lbf (91 kN), entrando en servicio en 1971.
Pegaso 11 (Mk.103)
El Pegasus 11 impulsó la primera generación de Harriers, el Hawker Siddeley Harrier GR.3 de la RAF, el USMC AV-8A y más tarde el Sea Harrier de la Royal Navy . El Pegasus 11 produjo 21.000 lbf (93 kN) y entró en servicio en 1974.
Pegaso 14 (Mk.104)
Versión navalizada del Pegasus 11 para el Sea Harrier, igual que el 11 pero con algunos componentes del motor y piezas fundidas de materiales resistentes a la corrosión.
Pegaso 11-21 (Mk.105 / Mk.106)
El 11-21 fue desarrollado para los Harrier de segunda generación, el USMC AV-8B Harrier II y los BAE Harrier II . El modelo original proporcionaba un extra de 450 lbf (2,0 kN). Los RAF Harriers entraron en servicio con el 11-21 Mk.105, los AV-8B con el F402-RR-406. Dependiendo de las limitaciones de tiempo y de la inyección de agua , entre 14,450 lbf (64,3 kN) (máx. Continuo a 91% RPM) y 21,550 lbf (95,9 kN) (15 s en húmedo a 107% RPM) de elevación disponible al nivel del mar (incluido el espaciador pérdida a 90 °). [13] El desarrollo Mk.106 se produjo para la actualización Sea Harrier FA2 y genera 21.750 lbf (96,7 kN).
Pegaso 11-61 (Mk.107)
El 11-61 (también conocido como -408) es la última y más potente versión del Pegasus, que proporciona 23.800 lbf (106 kN). [14] Esto equivale a hasta un 15 por ciento más de empuje a altas temperaturas ambiente , lo que permite que los Harriers mejorados regresen a un portaaviones sin tener que deshacerse de las armas no utilizadas, lo que junto con el mantenimiento reducido reduce el costo total de uso del motor. Este último Pegasus también se instala en el AV-8B + . La RAF / RN estaba en proceso de actualizar su flota GR7 al estándar GR9, inicialmente a través del Programa Conjunto de Actualización y Mantenimiento (JUMP) y luego a través del Contrato de Disponibilidad de Plataforma Harrier (HPAC). Se esperaba que todos los aviones GR7 hubieran sido mejorados en abril de 2010. [ necesita actualización] Parte de este proceso fue la actualización de los motores Mk.105 al estándar Mk.107. Estos aviones se conocían como GR7A y GR9A.

Aplicaciones

  • AV-8B Harrier II
  • Aguilucho marino BAE
  • BAE Harrier II
  • Dornier Do 31
  • Hawker Siddeley Harrier
  • Hawker Siddeley P.1127
Aplicación prevista
  • Armstrong Whitworth AW.681

Motores en exhibición

Los motores Pegasus se exhiben al público en los siguientes museos:

  • Museo Imperial de la Guerra Duxford
  • Museo de la Royal Air Force de Londres
  • Universidad de Cranfield, Inglaterra
  • Museo de Ciencias (Londres)
  • Museo Nacional de Aviación Naval de Pensacola, Florida
  • Museo de Aviación Naval (India) , Goa, India
  • Deutsches Museum , Munich, Alemania
  • Rolls-Royce Heritage Trust, Allison, Indianápolis, Indiana
  • Colección Rolls-Royce Heritage Trust (Derby)
  • Museo de Aviación Airworld, Caernarfon, Gales, Reino Unido

Especificaciones (Pegasus 11-61)

Datos de [15]

Características generales

  • Tipo: Twin- carrete turboventilador
  • Longitud: 137 en (3.480 m)
  • Diámetro: 48 en (1.219 m)
  • Peso seco: 3.960 lb (1.796 kg)

Componentes

  • Compresor: flujo axial de baja presión de 3 etapas, flujo axial de alta presión de 8 etapas
  • Combustores : anular
  • Turbina : 2 etapas de alta presión, 2 etapas de baja presión

Rendimiento

  • Empuje máximo : 23,800 lbf (106 kN)
  • Relación de presión total : 16,3: 1
  • Consumo específico de combustible : 0,76 lb / lbf-hr
  • Relación empuje-peso : 6: 1

Ver también

  • Sistema de elevación Rolls-Royce

Desarrollo relacionado

  • Bristol Siddeley Orpheus
  • Rolls-Royce / MAN Turbo RB193

Motores comparables

  • Bristol Siddeley BS100

Listas relacionadas

  • Lista de motores de aviones

Referencias

Citas
  1. ^ Christopher, Bolkcom (29 de agosto de 2005). "Programa F-35 Joint Strike Fighter (JSF): antecedentes, estado y problemas" . Biblioteca digital .
  2. ^ " Air Cadet Publication 33: Flight - Volume 3 Propulsion " 282 East Ham Squadron - Air Training Corps Archivado el 23 de agosto de 2011 en la Wayback Machine . (2000). Consultado el 14 de octubre de 2009.
  3. ^ Vuelo 23 de abril de 1964 p. 668
  4. ^ "Ventiladores de Bristol Siddeley" Vuelo 12 de agosto de 1960 p210-211
  5. ^ Andrew., Dow. Pegasus, el corazón del Harrier: la historia y el desarrollo del primer motor a reacción operativo de despegue y aterrizaje vertical del mundo . Barnsley, Yorkshire del Sur. ISBN 9781783837823. OCLC  881430667 .
  6. ^ Vuelo 12 de agosto de 1960
  7. ↑ a b c d e f g Gunston, Bill (2006). Enciclopedia mundial de motores aeronáuticos (5ª ed.). Sutton Publishing. pag. 39.
  8. ↑ Pegasus, The Heart of the Harrier, Andrew Dow p.153
  9. ^ Dow, Andrew (20 de agosto de 2009). Pegasus, The Heart of the Harrier: La historia y el desarrollo del primer motor a reacción vertical operativo de despegue y aterrizaje del mundo . Pluma y espada. pag. 290. ISBN 978-1-84884-042-3.
  10. ^ Vuelo de agosto de 1964 p. 328
  11. ^ Cambio de motor de ocho horas
  12. ^ http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1971/1971%20-%201857.html
  13. ^ AV-8B Standard Aircraft Characteristics US Naval Air Systems Command , octubre de 1986. Consultado el 16 de abril de 2010.
  14. ^ Pegasus - Power for the Harrier Archivado el 15 de julio de 2011 en el sitio web Wayback Machine RR , 2004. Consultado el 17 de abril de 2010.
  15. ^ "Motores de turbina de gas". Aviation Week & Space Technology Source Book 2009 : 123. 2009.
Bibliografía
  • Pegasus: el corazón del Harrier, Andrew Dow, Pen & Sword, ISBN 978-1-84884-042-3 
  • Poco ingeniero , Sir Stanley Hooker, Airlife Publishing, ISBN 0-906393-35-3 
  • Planta motriz: sistema de inyección de agua, ingeniería aeronáutica y tecnología aeroespacial, vol. 42 Iss: 1, págs: 31–32. DOI: 10.1108 / eb034594 (URL permanente). Editorial: MCB UP Ltd

enlaces externos

  • Harrier.org.uk, variantes del motor Pegasus
  • Un anuncio de Bristol de 1960 para el BS 53 Turbofan
  • 50º aniversario en septiembre de 1959 [ enlace muerto permanente ]
  • Primeras ideas para el despegue vertical
  • Vuelo Bristol Siddeley Desarrollos EN EL CAMPO V / STOL POWERPLANT 1964
  • "Diseñando el Pegaso" un artículo de Vuelo de 1972 por Bill Gunston
  • "Pegasus Updating Prospects", un artículo del vuelo de 1977 sobre mejoras en el Pegasus.

Videoclips

  • Cinco británicos que hicieron el mundo moderno Agosto de 2008
  • King's College, Londres
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