Pratt & Whitney J57

Pratt & Whitney J57 (şirket adı: JT3C), 1950'lerin başında Pratt & Whitney tarafından geliştirilen eksenel akışlı bir turbojet motorudur. J57 (ilk çalıştırma Ocak 1950[1]), Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ilk 10.000 lbf (45 kN) itme sınıfı motordu. J57 / JT3C, J75 / JT4A turbojet, JT3D / TF33 turbofan ve PT5 / T57 turboprop (bunlardan sadece biri üretildi) olarak geliştirildi.[2] J57 ve JT3C, onlarca yıldır savaş uçakları, uçaklar ve bombardıman uçakları üzerinde yoğun bir şekilde kullanıldı.

J57 / JT3C
USAF Müzesi'nde YJ57-P-3 kesim göstericisi
Tür	Turbojet
Ulusal köken	Amerika Birleşik Devletleri
Üretici	Pratt & Whitney
İlk çalıştırma	1950
Ana kullanıcılar	Boeing 707 Boeing B-52 Stratofortress Boeing KC-135 Stratotanker Douglas DC-8 McDonnell F-101 Voodoo North American F-100 Super Sabre Vought F-8 Crusader
Öncül	Pratt & Whitney XT45
Varyantlar	JT3D/TF33
Ardıl	Pratt & Whitney J52/JT8A Pratt & Whitney J75/JT4A Pratt & Whitney XT57/PT5

Tasarım ve gelişim

J57, başlangıçta Boeing XB-52 için tasarlanmış olan Pratt & Whitney XT45 (PT4) turboprop motorunun bir geliştirmesiydi. B-52 güç gereksinimleri arttıkça, tasarım bir turbojet olan JT3'e dönüştü.

Pratt & Whitney, J57'yi hem İtme özel yakıt tüketimini hem de belirli itişi iyileştirmeye yardımcı olmak için nispeten yüksek bir genel basınç oranına sahip olacak şekilde tasarladı, ancak tek bir yüksek basınç oranlı kompresörün kısılmasının stabilite sorunlarına neden olacağı biliniyordu. Sir Stanley Hooker'ın otobiyografisinde[3] açıkladığı gibi, bir kompresörün çıkış alanı girişininkinden önemli ölçüde daha küçüktür, bu tasarım basınç oranında çalışırken iyidir, ancak çalıştırma sırasında ve düşük gaz ayarlarında kompresör basınç oranı düşüktür, bu nedenle ideal olarak çıkış alanı tasarım değerinden çok daha büyük olmalıdır. Kabaca, önden alınan hava arkadan çıkamaz, bu da kompresörün ön tarafındaki bıçakların durmasına ve titremesine neden olur. Kompresör dalgalanır, bu da normalde hava akışının yönü tersine çevirerek itme kuvvetinde keskin bir düşüşe neden olur.

1940'ların sonlarında, istikrar sorununa yönelik üç potansiyel çözüm tespit edildi:

1. Kademeler arası boşaltma valfleri yoluyla kısmi hızda denize düşen fazla basınçlı havanın tahliyesi,
2. kompresörün ilk birkaç aşamasında değişken geometri içermesi,
3. Kompresörü, biri diğerini süper şarj eden iki üniteye ayırarak her iki ünite ayrı şaftlara monte edimesi ve kendi türbinleri tarafından tahrik edilmesi.

GE ikinci seçeneği General Electric J79 ile benimserken, Pratt & Whitney J57 ile iki makara düzenlemesini benimsedi.

P&W, başlangıç ve hızlanma dahil olmak üzere herhangi bir gaz kelebeği ayarında yeterli bir şekilde işlemek için makul bir basınç oranı (<4,5: 1) eksenel kompresör geliştirebilirlerse, daha yüksek bir genel basınç oranı elde etmek için neden bu tür iki kompresörü seri olarak koymuyoruz?

İki makaralı bir düzenlemede, genellikle Düşük Basınçlı Kompresör (LPC) olarak adlandırılan ilk kompresör, Düşük Basınçlı Türbin (LPT) tarafından çalıştırılır ve Yüksek Basınç Türbini (HPT) tarafından çalıştırılan Yüksek Basınçlı Kompresör (HPC) olarak bilinen başka bir üniteyi süper şarj eder. Başlatma sırasında, LP makarası sabitken HP makarası ilk olarak dönmeye başlar. HP makarası hızlandıkça ve yakıcıdaki yakıt: hava karışımı yanarken, bir noktada türbin gazı akışında LP makarasını döndürmeye başlamak için yeterli enerji vardır, bu da daha yavaş da olsa hızlanır. Sonunda, tam gazda, her iki makara da tasarım hızlarında dönecektir. HPC'nin çıkış sıcaklığı açıkça LPC'ninkinden daha yüksek olduğu için, tasarım HP şaft hızını LP şaftından önemli ölçüde daha yüksek hale getirerek her iki ünite için benzer bir bıçak ucu Mach sayısı elde edilir. Yanma hücresine doğru giden kompresör çapındaki herhangi bir azalma farkı abartır.

JJ57 ile aynı zaman diliminde, İngiltere'deki Bristol Airplane Company Motor Bölümü de iki makara düzenlemesini, Avro Vulcan bombardıman uçağını ve daha sonra Concorde'u itmeye devam eden Rolls-Royce Olympus turbojet motor serisine benimsedi. Birkaç ay içinde hem P&W hem de Bristol prototiplerini ilk kez çalıştırdılar. Her ikisi de mükemmel yol tutuşu gösterdi.[4][5][6]

Günümüzde sivil ve askeri turbofanların çoğu iki makaralı bir konfigürasyona sahiptir, bunun önemli bir istisnası, üç makaralı Rolls-Royce Trent turbofan serisidir.

Bu arada, çoğu modern sivil turbofan, bugün kullanılan son derece yüksek genel basınç oranlarını (tipik olarak 50: 1) idare etmek için yukarıdaki seçeneklerin üçünü de kullanır.

J57 çok sayıda askeri uygulamaya sahip son derece popüler bir motordu. Üretim rakamları binlerdeydi ve bu da çok güvenilir bir motora yol açtı. Sonuç olarak, Boeing'in 707 jetliner için J57 sivil varyantı JT3C'yi seçmesi doğaldı. Douglas, DC8'lerinde de aynısını yaptı. Jet gürültüsünü ve spesifik yakıt tüketimini azaltmaya yönelik basınç, daha sonra JT3C turbojet'i başlangıçta sivil amaçlı JT3D iki makaralı turbofan'a dönüştürmek için yenilikçi bir modifikasyon kullanan P&W ile sonuçlandı, ayrıca Boeing B-52H gibi askeri uygulamalar için. 1952 için prestijli Collier Trophy, "P&W J57 turbojet motorunu tasarlamak ve üretmek" için United Aircraft Corporation'ın Baş Mühendisi Leonard S. Hobbs'a verildi. Motor 1951'den 1965'e kadar üretildi, toplam 21.170 tane.

1954'ten beri sevk edilen birçok J57 modeli, kuru ağırlığa göre% 7-15 Titanyum içeriyordu. Giriş kasasında ve düşük basınçlı kompresör kasasında ticari olarak Saf Titanyum kullanılırken, düşük basınçlı rotor tertibatı 6A1-4V Titanyum alaşımlı bıçak diskleri ve disk ara parçalarından oluşuyordu.[7]

50'li yılların ortalarında J57'de kullanılan titanyum alaşımları, sorun anlaşılana kadar hidrojen gevremesine[8] maruz kaldı.

25 Mayıs 1953'te J57 ile çalışan bir YF-100A, ilk uçuşunda Mach 1'i aştı.

Varyantlar

Veriler: 1964/65 Dünya Uçak Motorları,[9] 1957 Dünya Uçak motorları.[10]

J57-P-1W 11.400 pounds-force (51 kN) şununla su enjeksiyonu (B-52A) J57-P-1WA P-1W olarak J57-P-1WB P-1W olarak J57-P-2 YJ57-P-3 Convair YB-60'da kullanılan 8.700 pounds-force (39 kN) itme J57-P-4A 16.000 pounds-force (71,17 kN) itme J57-P-5 J57-P-6 10.500 pounds-force (46,71 kN) itme J57-P-6B 10.500 pounds-force (46,71 kN) itme J57-P-7 14.800 pounds-force (65,83 kN) itme J57-P-8 J57-P-8A 10.400 pounds-force (46,26 kN) itme J57-P-8B 16.000 pounds-force (71,17 kN) itme J57-P-9 J57-P-9W 14.800 pounds-force (65,83 kN) itme J57-P-10 10.500 pounds-force (46,71 kN) itme J57-P-11 9.700 pounds-force (43,15 kN) itme, 14,800 pounds-force (0,07 kN) itme J57-P-12 J57-P-13 14.880 pounds-force (66,19 kN) itme J57-P-15 J57-P-16 16.900 pounds-force (75,17 kN) itme J57-P-19W 12.100 pounds-force (53,82 kN) itme ile su enjeksiyonu J57-P-20 18.000 pounds-force (80,07 kN) itme [11] J57-P-20A 18.000 pounds-force (80,07 kN) itme J57-P-21 17.000 pounds-force (75,62 kN) itme J57-P-23 17.000 pounds-force (75,62 kN) itme J57-P-25 15.000 pounds-force (66,72 kN) itme

J57-P-27 J57-P-29W 12.100 pounds-force (53,82 kN) itme ile su enjeksiyonu J57-P-31 J57-P-37A J57-P-39 J57-P-41 J57-P-43W 13.750 pounds-force (61,16 kN) itme J57-P-43WA 13.750 pounds-force (61,16 kN) itme J57-P-43WB 13.750 pounds-force (61,16 kN) itme [11] J57-P-59W 13.750 pounds-force (61,16 kN) itme J57-F-13 Yapımcı Ford J57-F-19W Yapımcı Ford J57-F-21 Yapımcı Ford J57-F-23 Yapımcı Ford J57-F-29W Yapımcı Ford J57-F-31W Yapımcı Ford J57-F-35 Yapımcı Ford J57-F-43 Yapımcı Ford J57-F-43W Yapımcı Ford J57-P-53 J57-P-55 J57-F-59W Yapımcı Ford JT3C-2 J57-P-43WB'nin sivil türevi, 13.750 pounds-force (61,16 kN) itme [11] JT3C-4 JT3C-5 JT3C-6 13.500 pounds-force (60,05 kN) itme [11] JT3C-7 12.000 pounds-force (53,38 kN) itme [11] JT3C-12 13.000 pounds-force (57,83 kN) itme [11] JT3C-26 J57-P-20'nin sivil türevi, 18,000 pounds-force (0,08 kN) itme[11]

Türevler

• JT3D / TF33 : J57'nin turbo fan türevi.
• XT57 / PT5 : Bir 20 ft (6,1 m),[12] 15.000 beygir gücü (11.185 kW) Douglas C-132[13] için tasarlanan turboprop

Uygulamalar

B- 52D'de J57'ler

Boeing 707-123'e kurulu JT3C'ler

J57 (Askeri)

• Boeing B-52 Stratofortress
• Boeing C-135 Stratolifter ve KC-135 Stratotanker
• Convair F-102 Delta Hançer
• Konvair YB-60
• Douglas A3D Skywarrior
• Douglas F4D Skyray
• Douglas F5D Skylancer
• Lockheed U-2
• Martin B-57 Canberra
• McDonnell F-101 Vudu
• Kuzey Amerika F-100 Süper Sabre
• Northrop SM-62 Snark
• Vought F-8 Haçlı

JT3C (Sivil)

• Boeing 707
• Boeing 720
• Douglas DC-8

Ekrandaki motorlar

• New England Hava Müzesi, Bradley Uluslararası Havaalanı, Windsor Locks, CT'de bir J57 kesiti sergileniyor.[14]
• Bir J57 kesiti, Kaliforniya Havacılık ve Uzay Müzesi'nde halka açık olarak sergileniyor. XB-52 programında kullanılan s/n 35'tir.

Özellikler (J57-P-23)

Pratt & Whitney J57 turbojet

Genel özellikleri

• Tür: Son yakma turbojet
• Uzunluk: 244 inç (6197,6 mm)
• Çap: 39 inç (990,6 mm)
• Kuru ağırlık: 5,175 lb (2,347 kg)

Bileşenler

• Kompresör: tüm eksenel, 9 aşamalı LP kompresör, 7 aşamalı HP kompresör
• Yakıcılar: kanül, 8 alev tüpü
• Türbin: tüm eksenel, tek aşamalı HP türbin, 2 aşamalı LP türbin verim

Performans

• Maksimum itme: 11.700 lbf (52.0 kN) kuru, 17.200 lbf (76.5 kN) art yakıcı ile
• Genel basınç oranı: 11,5: 1
• Hava kütle akışı: maksimum güçte 165 lb / s (75 kg / s)
• Türbin giriş sıcaklığı: 1.600 °F (870 °C)
• Özgül yakıt tüketimi: Afterburner ile 2,10 lb / (lbf⋅h) (59 g / (kN⋅s))
• İtme-ağırlık oranı: 3.32

Özellikler (JT3C-7)

Genel özellikleri

• Tür: sivil turbojet
• Uzunluk: 155in (3937mm)
• Çap: 39 inç (990,6 mm)
• Kuru ağırlık: 4200 lb (1905 kg)

Bileşenler

• Kompresör: tüm eksenel, 9 aşamalı LP kompresör, 7 aşamalı HP kompresör
• Yakıcılar: kanül, 8 alev tüpü
• Türbin: tüm eksenel, tek aşamalı HP türbin, 2 aşamalı LP türbin

Performans

• Maksimum itme: 12030 lbf (53,5 kN) @ kalkış, SLS, ISA
• Genel basınç oranı: 12.5: 1
• Hava kütle akışı: 180 lb / s (81,65 kg / s)
• Özgül yakıt tüketimi: 0,785 lb / (lbf⋅h) (22,2 g / (kN⋅s)) @ kalkış, SLS, ISA; ve 0,909 lb / (lbf⋅h) (25,7 g / (kN⋅s)) @ maks seyir 3,550 pound-kuvvet (15,8 kN), M0,85, 35,000 ft (11,000 m), ISA
• İtme-ağırlık oranı: 3.44 [15]

Kaynakça

1. The Engines of Pratt & Whitney: A Technical History" Jack Connors, AIAA Inc. 2010, 978-1-60086-711-8, p. 225
2. Gunston, p.167
3. "Not much of an Engineer:an autobiography" Sir Stanley Hooker, Airlife Publishing Ltd. 1984, 0 906393 35 3, p.103
4. "Not much of an Engineer:an autobiography" Sir Stanley Hooker, Airlife Publishing Ltd. 1984, 0 906393 35 3, p.142
5. "American Airlines Experience with Turbojet/Turbofan Engines" K. F. Whatley, The American Society of Mechanical Engineers. 1962, ASME 62-GTP-16, p.5
6. "Collier Trophy". www.aerofiles.com. 14 Ocak 2001 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Nisan 2018.
7. "Titanium in Aerospace Applications" RI.Jaffee, W.H Sharp and RS Nycum, Defence Metals Information Society. October 24, 1961, DMIC Memorandum 133, p.44
8. "Iroquois" a 1957 Flight article
9. Wilkinson, Paul H. (1964). Aircraft engines of the World 1964/65 (19th bas.). Londra: Sir Isaac Pitman & Sons Ltd.
10. Wilkinson, Paul H. (1957). Aircraft engines of the World 1957 (15th bas.). Londra: Sir Isaac Pitman & Sons Ltd. ss. 82-83.
11. Taylor, John W.R. FRHistS. ARAeS (1962). Jane's All the World Aircraft 1962-63. Londra: Sampson, Low, Marston & Co Ltd.
12. Jane's All the World's Aircraft 1958. Sampson Low, Marston & Company. s. 444. OCLC 852161925.
13. "First Douglas C-132 Details". Aviation Week. 65 (17). 22 Ekim 1956. s. 35.
14. http://neam.org/index.php?option=com_content&view=article&layout=edit&id=1059 "Pratt & Whitney J57 (JTC3) Cutaway"
15. Flightglobal archive - Flight International, 27 November 1953 Retrieved: 04 March 2017