Snecma M53

Snecma M53
(Jellemzők: M53-P2)
Motor nézet
Az M53 fúvóka nézete , itt a Mirage 2000B-n .
Építész Snecma (ma Safran Aircraft Motorok )
Első repülés 1973. július
használat Dassault Mirage 2000
Jellemzők
típus Sugárhajtóművek a turbó unibody az utánégető
Hossz 5,070 mm
Átmérő 1055 mm
Tömeg 1500 kg
Alkatrészek
Kompresszor Axiális , 3 LP fokozat + 5 LE fokozat
Égéstér Gyűrű alakú, 14 injektor
Turbina Axiális, 2 fokozatú
Teljesítmény
Maximális száraz tolóerő 64,35 kN
A maximális nyomaték a PC 95,13 kN
Tömörítési arány 9.8: 1
Hígítási arány 0,354: 1
Légáramlat 94 kg / s
A turbina bemeneti hőmérséklete 1.327 ° C (1600 K )
Specifikus száraz fogyasztás 86,4 kg / (kN⋅h)

A Snecma M53 egy turbóhajtású egyszerű kettős áramlású test utóégető . A francia Snecma motorgyártó (amely 2016 óta Safran Aircraft Motorok lett ) tervezte, felszereli a francia Mirage 2000 harci repülőgépeket .

Tervezés

Az M53-at 1967 és 1969 között tervezték . Eredetileg " Super Atar  " -nak hívták  , és új kísérletet jelentett az Atar- nál fejlettebb motor biztosítására . A tervezési cél egy moduláris felépítésű bypass reaktor létrehozása volt, amelynek kevésbé bonyolultnak és olcsóbbnak kellett lennie , mint a Pratt & Whitney TF30- ból származó Snecma TF306-nak . Ezért a mérnökök egyhordós, kettős áramlású és utánégetős turbó motorral jöttek létre: valóban, bár az alacsony nyomású kompresszor nagyobb légáramlást szorít el, mint a nagynyomású kompresszor, a felesleges levegőt a reaktort körülvevő keskeny csatornában irányítják át , ezáltal másodlagos áramlást biztosít.

Az M53 eredetileg a Mirage F1 továbbfejlesztett változatának volt a célja (amely az F-16- tal versenyzett a NATO-szerződésért ), a Mirage G8 változó geometriájú repülőgép , a Future Fighter és a Mirage 4000 sugárhajtómű . Végül ezeket a programokat elvetették, és az egyetlen M53-mal felszerelt repülőgép a Dassault Mirage 2000 , annak minden változatában.

Verziók

M53

A 20 prototípus közül az első 1970 februárjában , a második pedig ugyanezen év augusztusában kezdett tesztelni . A maximális forgási sebesség tesztelés és a maximális szárazra tolás (50,96  k N ) októberben fejeződött be. Az utóégetéssel a legnagyobb tolóerő (83,43  kN ) teljesült 1971. szeptember. Az első próbarepülésre 2009-ben került sor 1973. július, az Avon helyett egy Caravelle hátuljához van rögzítve egy M53 . Utána követték 1974. decembernagy sebességű teszteléssel, módosított Mirage F1 használatával .

M53-2

Ez az első produkciós változat. A Mirage F1-M53-on, a Mirage 4000-en és a Mirage 2000 prototípusain használták.

M53-5

Ennek a változatnak a fő módosítása a rotor forgási sebességének növekedése. Illeszkedett az 1980 és 1985 között épített Mirage 2000-hez (első példák).

M53-P2

Először M53-7-nek hívták. Ez egy erősebb verzió, amelyet 1980- tól fejlesztettek ki, hogy felszereljék a Mirage 2000 nehezebb verzióit. Gyártása 1984-ben kezdődött , kezdetben a Mirage 2000N felszerelésére (nukleáris támadás). Az M53-P2-t 2005 óta nem gyártják , de a technikai segítségnek még mindig 2030-ig kell tartania. Ez az M53 egyetlen változata, amely felszereli a francia erőket.

M53-P20

Ez a változat megegyezik az M53-P2-vel, de maximális tolóereje az utánégővel 98,06  kN . Ezt már nem ajánljuk fel vásárlásnak.

M53-PX3

Az SNECMA egy évtizede, nyolc vevő légierővel együttműködve tanulmányokat indított motorjainak üzemanyag- fogyasztásának csökkentése érdekében, hogy kibővítse a repülőgép hatáskörét. A mérnökök a turbina bemeneténél is megpróbálják csökkenteni a hőmérsékletet a reaktor forró részeinek élettartamának növelése érdekében. Az évek során ezekhez más célok is társultak, például a teljesítmény növelése (a tolóerő növekedése 8-10% -kal) és a motor tömegének csökkentése.

A 2002 , javított reaktort meghatározott és fejlesztés indul a korai 2003 , de ez nem történt meg. Ban ben 2003. június, A SNECMA nekilátott, hogy finanszírozást keressen ügyfeleitől és a különböző nemzeti iparágaktól. A meglévő motorokat valójában javítani lehet az alkatrészek egynegyedének cseréjével, beleértve az új turbinaszekciót és egy új FADEC-et , az M88 (Rafale motor) alapján.

M53-P2 verzió

Bemutatás

Az M53-P2 Turbojet az M53 család második operációs verziója, amelynek alapvető tulajdonságai megmaradnak:

Az M53-5-höz képest, fixpontos körülmények között, 18% -os tolóerő-növekedést kínál a Full-Gas-Sec (utóégetés nélkül) és 8% -kal a Full-Gas-PC-nél (utóégetéssel), változtatás nélkül rendetlenség. Ezt a teljesítményjavulást a következők növelésével érhetjük el:

... valamint a következő technológiai fejlesztések révén:

Az M53-P2 program fő szakaszai

A legfontosabb pontok a fejlesztéstől a szállításig a következők voltak:

Tervezési jellemzők

Az M53-P2 turbógép fő tervezési jellemzői a következők:

Konstitúció modulokban

Az M53-P2 "gázgenerátor" részének alkotó moduljai a következők:

Az utóégető rész és a kilökő fúvóka alkotó moduljai a következők:

A felcserélhető modulokra történő felosztás gyors és olcsóbb karbantartást tesz lehetővé, valamint minimálisra csökkenti a tulajdonjogi költségeket a repülőgép küldetésének biztosítása érdekében mozgásképtelen eszközök esetleges optimalizálása miatt.

Haladó technikák

A legújabb generációs gyártási technikákat alkalmazzák ennek a motornak a különböző felhasználók által elismert teljesítménnyel és megbízhatósággal történő megszerzéséhez:

Teljesítmény

A tolóerő és a fajlagos fogyasztás teljesítményét úgy optimalizálták, hogy biztosítsák a szuperszonikus repülés közbeni küldetéseket , valamint a behatolást kis magasságban és nagy távolságban.

A turbómotor által biztosított tolóerő arányos a motor által felgyorsított légáramlással, és közvetlenül függ a repülési burkolat hőmérsékletétől és nyomásától. A tolóerő növekszik, ha a hőmérséklet csökken, és csökken, ha a nyomás csökken, de a nyomásváltozás hatása túlsúlyos a hőmérsékleténél. A motor teljes hatékonyságát jellemző fajlagos fogyasztás az üzemanyag-fogyasztás és az adott időpontban leadott tolóerő arányához kapcsolódik. Mivel a magasság növekedésével a motoron átáramló levegő áramlása csökken, az állandó gazdagság fenntartása érdekében csökkenteni kell az üzemanyag-fogyasztást. 11 000 m felett  a fajlagos fogyasztás állandó marad.

A motor főbb jellemzői a következők:

Kisnyomású sűrítő

Három emeletből áll, de nincs bejárati igazgatója. Ez általában arra használják, hogy megakadályozzák a kompresszor istálló által helyesen irányítja a légáramlatokat a rotor lapátok . A pengék titánötvözetből készülnek , ezért jobb ütésállósággal rendelkeznek. Ami a rotort illeti, kúpos alakja miatt jégmentesítő burkolattal rendelkezik. Az LP kompresszor kimeneténél a hőmérséklet 100-150  ° C , a nyomás 3  bar .

Az M53 P2 modellen a hígítási arány a motor szabályozási törvényeinek megfelelően változik, a figyelembe vett működési ponttól függően.

Nagynyomású sűrítő

Öt szakaszból áll, változó állórész nélkül. A  rázkódás csökkentése érdekében a N o  4 és N o 5 lemezek közé csillapító készüléket helyeznek el. A különböző részein a nagynyomású kompresszor készül a titán ötvözetből (TA6V vagy Ti6Al4V). A kompresszor kimeneti hőmérséklete 300  ° C .

Égéstér

Gyűrű alakú, és hasonlóságot mutat a Pratt & Whitney termékeivel . Úgy tervezték, hogy füstmentesen működjön.

Tűzálló ötvözetből készül, és a kompresszorból vett másodlagos levegő áramlásával és az üzemanyaggal hűtik. 14 dupla rúddal rendelkezik az üzemanyag elpárologtatásához és 7 nyílással az endoszkópos vizsgálatokhoz . Az égési hőmérséklet eléri a 2000  ° C-ot, és közel 1327  ° C-ot ( 1600  K ) a turbina előtt.

Turbina

Ez axiális típusú, és két fokozatból áll, a magas és alacsony nyomású rotorok tengelyét hajtva. Ezt egy elosztó előzi meg, amely üreges bordákkal ellátott tárcsából áll, amelyet a másodlagos áramlás levegője hűt. Ez irányítja a gáz áramlását az égéstérből.

A rotor tűzálló ötvözetből (NW12KCA) készül. A turbina kimenetén a nyomás 9  bar-ról 3  bar-ra emelkedik , míg a hőmérséklet 1327  ° C- ig 850-900 ° C- ig terjed  .

Utánégető

Három koncentrikus gyűrűből áll, injektorokkal felszerelve, mind tűzálló ötvözetből. Ezek a gyűrűk lyukacsos hullámlemez csatornában vannak, szintén tűzálló ötvözetből; a lapok és a külső titáncsatorna között áthaladó szekunder áramlásból származó levegő egy része hűti. A 850  ° C nagyságrendű hőmérséklet az utóégetés aktiválásakor 1650  ° C fölé emelkedik .

Szórófej

Az utóégető csatorna a konvergáló, változó geometriájú fúvókán végződik, amelyet hidraulikus hengerek működtetnek . Ezeket a számítógépbe programozott fúvókaszabályozási törvény szerint vezérelt emelőket nagy nyomás alatt üzemanyaggal látják el annak érdekében, hogy legyőzzék a forró gázáram erõit a szárnyakon.

A fő légáramot irányító meleg redőnyökből, valamint a PC csatorna hűtési áramlását irányító hideg redőnyökből áll. Ez az eszköz lehetővé teszi a motor infravörös aláírásának csökkentését .

kiegészítők

Főként a motor elején, a kompresszor alatt elhelyezett berendezés tartón vannak csoportosítva.

Számológép

A digitális számítógépet, amely a reaktor peremén található lengéscsillapítókra van felszerelve, az LP kompresszorból lefelé vett levegővel lehűtik. Irányítja és ellenőrzi a reaktor működését a pilóta által a fojtószelepen keresztül továbbított utasítások, valamint a repülési körülmények ( Mach , incidencia stb.) Szerint . A számítógép így megállapítja az egyes működési paraméterekhez igazított alapértékeket a motorszabályozási törvényeknek megfelelően, a különféle slave rendszerek vezérlésének biztosítása érdekében. Az elektronikus szabályozás egy komplex hidromechanikus szabályozó rendszerrel van összekapcsolva, amely képes önállóan, de romlott teljesítmény mellett biztosítani a turbojet-csoport vezérlését a számítógép meghibásodása esetén.

A számítógép önellenőrző programmal van ellátva, amely az áramkörök rendszeres időközönkénti lekérdezésével ellenőrizhető, így biztosítva a rendszer integritását és ezáltal a karbantartás egyszerűségét.

Szabályozó rendszer

Bevezetés

Az M53-P2 turbó motor szabályozó rendszere négy részre bontható:

A fő szabályozás szabályozza a forgási sebességet és a hőmérsékletet a turbina bemeneténél, miközben megőrzi a tolóerő és a fajlagos fogyasztás (CS) teljesítményt. Átmeneti üzemmódban védi a turbómotort a kihalásoktól (gazdag vagy sovány), a túlmelegedéstől, az elakadástól és a forgó leállástól .

A DSV szabályozás szabályozza a fúvó áramlásának szakaszát (hideg).

A PC szabályozás a számítógép által kidolgozott törvényeknek megfelelően állítja be a PC üzemanyag-áramlását (elsődleges és fúvó). Számítógép-meghibásodás esetén a PC-szabályozás lehetővé teszi az elsődleges számítógép működésben tartását (körülbelül állandó gazdagsággal), miközben biztosítja a PC hidraulikus biztonsági mentésében meghatározott teljesítményt.

A szabályozás súlyos meghibásodása esetén a pilóta által elrendelt üzemanyag-tartalék lehetővé teszi az újbóli gyújtást repülés közben és a meghatározott tolóerő elérését üzemanyag-vészhelyzetben, miközben biztosítja a fordulatszámmérő és a fúvóka szabályozását teljes gázzal, valamint a a turbó motor hajtóműve az alacsony fordulatszámon forgó leválás ellen.

Fő szabályozás

A pilóta által igényelt tolóerő fenntartásának és a turbó motor motorjának átmeneti működési fázisokban történő védelmének biztosítása érdekében a fő szabályozás a következőkből áll:

  • Tachometrikus szabályozás, amely az üzemanyag adagolására hat;
  • Fúvókaszabályozás, amely a kimeneti szakaszára hat.

Stabilizált üzemben a tachometrikus szabályozás lehetővé teszi a fordulatszám (N) fenntartását, amely megfelel a pilóta teljesítményigényének (a kar helyzetében) az alapjárat és a teljes gáz között, miközben korlátozza a turbina hőmérsékletét (Tt7), amikor a motor teljes. gázkar.

Tranziensekben a fő szabályozás:

  • Indításkor elvégzi a PAP funkciót (szivattyúzásgátló eljárás);
  • Korlátozza az égésgazdagságot (C / P) az alapjárati fordulatszám és a teljes gáz között.
DSV szabályozás

A tolóerő és a fajlagos fogyasztás optimalizálása érdekében nagy sebességnél a másodlagos áramlás (ventilátor áramlás) átmenő szakaszát a repülési körülményekhez kell igazítani.

Kis sebességnél el kell rendelni a másodlagos áramlás (fúvó áramlás) átjáró szakaszának teljes kinyitását a megfelelő szivattyúzási margó fenntartása érdekében. Nagy gyakorisággal (I> 16 ° ) a motor fordulatszáma már nem avatkozik be a DSV helyzetének kiszámításába, és rakétatűz esetén a fúvókaszakasz a DSV működési körülményeihez igazodik.

Égés utáni szabályozás ERVD parancs "Fényképezés" funkció Alulsebesség érzékelés Kezelések és biztonság Eseményrögzítő Üzemanyag tartalék Automatikus joystick Potenciális számológép

Korlátok és védelem

Bevezetés

Az M53-P2 turbó motornak különböző korlátai vannak a repülés burkolatában és a különböző terhelési tényezőkkel szembeni ellenállásában .

Bizonyos működési paramétereket figyelnek, és a megfelelő riasztásokat visszaviszik a pilótafülke szintjére. Olyan eszközöket helyeznek el, amelyek megvédik a turbó motor hajtóművét az áramlás aerodinamikai jelenségeitől, például a forgó leállástól és az elakadástól (  a kompresszor „ pumpálásának ” is nevezik  ).

Működési határértékek

A turbó motor hajtóműve szorosan összefügg azzal a repülőgépével, amelyre tervezték. Ezt a tartományt egy boríték képviseli egy mezőben, amely csoportosítja a magasságot, a Mach-t és a repülési sebességet. Ezen a burkolaton belül van egy vezetési korlátozási zóna, ahol a magasság és az alacsony sebesség kombinációja nem kedvez a turbógépek működésének. A kísérleti kézikönyv ezeket az információkat diagram formájában rögzíti.

A repülőgép repülési burkolatában a turbó sugárhajtást a hossztengely (X) mentén történő gyorsítások igénylik, amelyekre nincs különösebb korlátozás, és a függőleges tengely (Z) mentén, amelyekre az autós időben és frekvenciában korlátozást szab  negatív „  g ” esetén és 9 g korlátozás  pozitív értékek esetén. Normál használat esetén a motor vezérlő és vezérlő műszerei biztosítják az üzemi határok túllépését.

A pilótaállomáshoz visszaküldött különféle megfigyelési paraméterek a következők:

  • Az É rezsim;
  • A turbina kimeneti hőmérséklete Tt7;
  • PCA üzemanyag-nyomás;
  • Az olajnyomás PH;
  • A PC működési állapota;
  • A szabályozás állapota;
  • A DSV változó tartományú szelep állapota.
Kiesés elleni védelem A jelenség elemzése

Egy tengelyirányú kompresszorban a leállás egy aerodinamikai jelenség, amely a rotor vagy az állórész néhány vagy összes lapátjának felső felületén levő légáramok elválasztásából származik. Ez a jelenség, amely a lapátok beesési szögének túllépésének tudható be, a légáramlás gyors csökkenését és a nyomásarány csökkenését eredményezi, amelynek azonnali hatása egy nagyon zavart áramlás.

A bódéknak több típusa van, és osztályozhatjuk őket a turbómotor működésére gyakorolt ​​következményeik szerint:

  • A nagy sebességű leállás (az M53-on ismeretlen), amely főleg a kompresszor utolsó szakaszait érinti, és amelynek következtében bizonyos turbóhajtóművek az égéstér gazdag kioltását eredményezik, amelyet a szabályozás nem képes ellensúlyozni;
  • A gyorsulás elakadása, ahol a szabályozás elég gyors ahhoz, hogy azonnal véget vessen annak;
  • Az a forgó istálló, amely az első kompresszor fokozatának rögzített vagy mozgatható részét érinti, és amelyet a forgás irányával ellentétes irányban mozgó légáramok elválasztási zónája jellemez, a fordulatszámnál kisebb sebességgel. Ennek eredményeként a légáramlás elválik az extradóktól az extradókig, anélkül, hogy a pillanatnyi teljes áramlás jelentősen csökkenne.
Gyors gyorsulás

Stabilizált körülmények között, ha az üzemanyag-áramlás a gázkar gyors mozgatásával gyorsan növekszik, a turbina előtti hőmérséklet-növekedés (Tt5) szinte iso-sebességgel a légáramlás csökkenését és a a nyomás aránya a turbina fúvókájának hőelzáródásával. A turbógép működési pontja az elakadási határ felé mozog, anélkül, hogy elérné azt, ha a turbó sugár elég gyorsan felgyorsul új stabilizált sebességének eléréséhez.

A gyorsulásszabályozó rendszer korlátozza az üzemanyag-áramlás növekedését, így a motor átmeneti üzemi pontja nem zavarja az elakadási határt.

Gyors lassítás

A teljes gázzal stabilizált állapotokból, gyors lassulás esetén a fúvóka jelentős késleltetést mutat a nyitásban, ami alacsony sebességgel forgó leálláshoz vezethet. Ennek orvoslására egy eszköz a fúvóka gyors kinyílását okozza, amikor kis sebességnél túl kicsi szakasz észlelhető.

Az utóégető gyújtása

Az utánégető meggyulladása következtében a PC csatornában termikus akadály keletkezik, amely a légáramlás csökkenését és a nyomásarány növekedését okozza. A turbógép működési pontja az elakadási határ felé mozog. Ha az elmozdulás kisebb, mint a kompresszor leállási margója, a szabályozás visszaállítja a működési pontot a kezdeti helyzetbe. Ha nem, akkor a kompresszor leáll.

Annak érdekében, hogy a PC bekapcsolásakor elegendő elakadási margó legyen, a szabályozás vezérli a fúvóka előnyitását a PC rámpák feltöltésének előzetes szakaszában. Ha a számítógép be van kapcsolva, a pilóta PC-terhelésének hirtelen változásai (az üzemanyag gyors növekedése) ugyanazokkal a hátrányokkal járnak, mint a számítógép bekapcsolásakor, de fokozatosan, ami lehetővé teszi a szabályozás számára az üzemanyag szinkronizálásának feladatát. PC és a fúvóka rész.

A forró gázok hirtelen felszívódása gépi lövés közben

A forró gázok turbó sugárzás általi abszorpciója a rakéta kilövése során a kompresszor belépő hőmérsékletének (Tt2) hirtelen növekedését okozza. Annak megakadályozása érdekében, hogy a turbóhajtómű tranziens üzemi pontja elérje az elakadási határt, a „tűzkimerülésnek” nevezett eszköz különféle feltárásokat okoz a sebesség, a fúvóka és a DSV (változó területű tágulási szelep) törvényeiben. Így az elakadási határ addig növekszik, amíg a rakéta forró ébredése miatt fennálló átmeneti rezsim tart.

Jellemzők

Hossz Átmérő Tömeg Max. Tolóerő
(száraz) 		Üzemanyag-fogyasztás
(max. Száraz)
M53-2 4,853  mm 1055  mm 1 420  kg 54,92  kN 24,64  mg / N · s
M53-5 4,853  mm 1055  mm 1 470  kg 54,4  kN 24,64  mg / N s
M53-P2 5,070  mm 1055  mm 1500  kg 64,35  kN 25,55  mg / N s

Felhasználók

Az M53-at 9 légierő használja  négy kontinensen, amelyek a Mirage 2000-et használják 1999. január, Snecma 675 M53 turbógépet szállított. Ban ben 2002. július, A Snecma sikertelenül próbálta eladni az M53-P2-eket Brazíliában a Mirage 2000 -esek , a helyi F-2000 -esek meghajtására. Ban ben 2007. április, 644 motor több mint 1.500.000 üzemórát teljesített.

Megjegyzések és hivatkozások

Megjegyzések

  1. A turbó motor "gázgenerátora" az a része, amely biztosítja a motor folyamatos működését. A turboventilátoron ez a központi rész, amely biztosítja az égést, és általában a motor „szívének” nevezik.
  2. jelenség meglehetősen könnyen érthető, ha porszívót csatlakoztat egy szőnyeghez: a motor fut, és a légáram kaotikussá válik.
  3. Ez a jelenség hasonlítható egy aerodinamikai "dugóra".

Hivatkozások

  1. Katonai repülési meghajtás: M53-P2 , Safran Aircraft Engines ,2011. március, pdf
  2. (in) Gunston 2006 , p.  179
  3. (en) "  francia repülőgépipar: erőművek - M53  " , Flight International magazin , Flight Global / Archives, vol.  114, n o  3633,1978. november 4, P.  1677 ( online olvasás [PDF] )
  4. (en) Jane 1995-ös , p.  86
  5. (in) Verma 2009 , p.  78, (online olvasható)

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Bibliográfia

  • (en) Frederick Thomas Jane és Paul Jackson , Jane's All the World's Aircraft 1995 , Jane's Information Group,1995( online előadás )
  • (en) Bharat Verma , Indian Defense Review , vol.  23, Launch Publishers,2009. március 19, 128  p. ( ISBN  978-81-7062-164-5 és 81-7062-164-X , online előadás )
  • (en) Bill Gunston , A sugárhajtóművek és a turbinás repülőgépek fejlesztése , Sparkford, Somerset (Egyesült Királyság), Patrick Stephens, Haynes Publishing,2006. október 15, 4 th  ed. , 272  p. ( ISBN  1-85260-618-5 és 978-1852606183 , online előadás )
  • (en) John WR Taylor , Jane's All The World's Repülőgép 1975-76 , London (Egyesült Királyság), Jane's Yearbooks,1975( ISBN  0-531-03250-7 ) , p.  691