موتورهای CF700 و CJ805-23 ، توربوفنهایی بر پایه توربوجت های J85 و J79

[M-ATF 4,314]

آیا می دانید که سال هاست در کشور، موتور توربوفنی که از تبدیل توربوجت J85 حاصل شده مورد استفاده قرار میگیرفته است؟

از آنجا که بحث تامین موتور برای هواپیماهای جنگنده بومی ساخت داخل یکی از موضوعات مورد توجه علاقمندان به صنایع هوایی کشور هست و یکی از اولین راه حل های پیشنهادی مهندسی معکوس و بهبود موتورهای موجود در کشور، خصوصا دو نمونه موفق توربوجتهای J79 و J85 هست که در این صورت بایستی توربوفنی (با توجه به مزیت های توربوفن) بر مبنای آن ها ساخته شود ، تصمیم به ایجاد این تاپیک گرفتم.

اما جالبه بدانید از خیلی پیش تر توربوفنی بر پایه توربوجت J85 در کشور موجود بوده و مورد استفاده قرار گرفته است.این توربوفن، موتور [b]CF700 [/b]هست که در هواپیمای [b]Falcon 20[/b] مورد استفاده قرار گرفته شده است.

[img]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/54/Dassault_Falcon_%28Mystere%29_20F-5_%28PH-BPS%29.jpg/300px-Dassault_Falcon_%28Mystere%29_20F-5_%28PH-BPS%29.jpg[/img]

CF700 موتوری است که از تبدیل توربوجت CJ610 به توربوفن حاصل شده است. بر خلاف معمول توربوفن ها که فن در جلوی موتور و قبل از کمپرسور قرار گرفته ، در این موتور یک فن در انتهای موتور به توربین فشار پائین متصل شده است تا با تبدیل توربوجت به توربوفن کاهش مصرف سوخت را نتیجه دهد.
توربوجت CJ610 نیز خود ، گونه ای از توربوجت J85 است که فاقد پس سوز بوده و محل گیربکس آن تغییرکرده و برای مصارف غیر نظامی ساخته شده است. گونه های مختلفی از این موتور با پسوندهای شماره 1 ، 4 ، 6 ، 8 ، 9 ساخته شده است. این موتور تا کنون بیش از 16.5 میلیون ساعت پرواز داشته و همچنان به ماموریت خود ادامه میدهد. دو نمونه از هواپیماهایی که از این موتور استفاده میکنند Learjet 23 و Aero Commander 1121 می باشند.

Learjet 23
[img]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/79/Learjet_23_der_NASA.jpg/300px-Learjet_23_der_NASA.jpg[/img]

َAero Commander 1121
[img]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/e/eb/VHAJV.JPG/300px-VHAJV.JPG[/img]

از زمان ساخت موتور CF700 در دهه 60 میلادی تا کنون، این موتور در بیش از 265 هواپیما از Rockwell Sabre 75 گرفته تا Falcon 20 در 120 اپراتور مختلف در سراسر جهان ، مورد استفاده قرار گرفته است. در حال حاضر بیش از 400 موتور CF700 در سراسر جهان عملیاتی بوده و بیش از 10 میلیون ساعت پرواز برای این موتور ثبت شده است. گونه های CF700-2D ، CF700-2D-2 با اصلاح طراحی اگزوز در سال 1964 و CF700-2C با اصلاح توربین کمپرسور در سال 1968 ساخته شده اند.

در انتها برای مقایسه به عملکرد موتورهای توربوجت CJ610 و توربوفن CF700 توجه کنید:

موتور : ----------------------------- [b]CF700 ----------------------CJ610 [/b]
نوع:-------------------------------- [b][color=red]توربوجت------------------ توربوفن[/color][/b]
طول: -------------------------------- 1.9m ----------------------- 1.3 m
قطر:--------------------------------0.83m ----------------------- 0.45 m
وزن (کیلوگرم) :------------------------ 190-------------------------330
پیشرانش (کیلونیوتن) :---------12.7-13.7------------------------ 18.7-20
مصرف ویژه سوخت : ----------0.96-0.97 ------------------------0.64-.0.65
(lb/lb-hr)

توربوجت CJ610 از 8 مرحله کمپرسور و 2 مرحله توربین تشکیل شده است.
توربوفن CF700 از 1 فن ، 8 مرحله کمپرسور ، 2 مرحله توربین فشار بالا و 1 مرحله توربین فشار پائین ، تشکیل شده است.

اگه خدا خواست این مطلب با بررسی CJ805-23 که توربوفنی بر پایه J79 است ، ادامه خواهد یافت ...

گردآوری : M-ATF
منایع :
http://www.scramble.nl/wiki/index.php?title=General_Electric_J85
http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1968/1968%20-%200020.html
http://en.wikipedia.org/wiki/General_Electric_CJ610
http://en.wikipedia.org/wiki/General_Electric_CF700
http://en.wikipedia.org/wiki/General_Electric_J85

[MOHAMMAD 6,333]

ممنون منتظر ادامه اش هستیم، من مقالات شما رو که خودتون می نویسید با علاقه دنبال می کنم.

موتور CF700 موتور خوبی به نظر میاد، قبلا هم شنیده بودم که در خارج یک مرحله به توربین J85 اضافه کردن و تأثیر خوبی روی تراست اون داشته، البته احتمالا اف 5 های ایران از نوع همون توربین 2 مرحله ای ها هستند.

[M-ATF 4,314]

[quote]ممنون منتظر ادامه اش هستیم، من مقالات شما رو که خودتون می نویسید با علاقه دنبال می کنم.

موتور CF700 موتور خوبی به نظر میاد، قبلا هم شنیده بودم که در خارج یک مرحله به توربین J85 اضافه کردن و تأثیر خوبی روی تراست اون داشته، البته احتمالا اف 5 های ایران از نوع همون توربین 2 مرحله ای ها هستند.[/quote]

گمان می کنم منظورتون احتمالا J85-21 هست که از کمپرسور 9 مرحله ای استفاده می کنه که قویترین نوع در بین گونه های مختلف J85 هست. تمامی دیگر انواع J85 و همینطور همین موتورهای CJ610 و CF700 از کمپرسورهای 8 مرحله ای استفاده می کنند.

در تبدیل CJ610 به CF700 ، نیروی پیشرانش موتور 45 درصد افزایش و مصرف سوخت اون 30 درصد کاهش پیدا کرد. حالا تصور کنید، اگه همین J85-21 رو با حفظ پس سوز به توربوفن تبدیل کنیم، و نیروی پیشرانش اون 45 درصد افزایش پیدا کنه، نیروی پیشرانش اون در حالت خشک ( بدون پس سوز) به حدود 26 کیلو نیوتن میرسه، این یعنی در این حالت نیروی حاصل از دو موتور J85 در حالت خشک، از یک موتور RD-33 که مثلا در JF-17 استفاده شده ، بیشتر خواهد شد. و این در حالیه که وزن یک موتور RD-33 احتمالا از دو توربوفن های تبدیلی J85 حدود 20 -25 درصد بیشتر خواهد بود. و وزن خالی خود JF-17 از وزن خالی F5 حدود 45 دصد بیشتره.

البته این وسط یک اما وجود داره ، اون هم نسبت جریان کنار گذر یا BPR هست که در CF700 برابر 2:1 هست، که این برای موتورهای معمول مورد استفاده در جنگنده های نظامی زیاده، و این مقدار باید به 0.4 تا 0.5 کاهش پیدا کنه که این یعنی کاهش نیروی پیشرانش و افزایش مصرف سوخت.در موتورهای مورد استفاده در هواپیماهای غیر نظامی این نسبت بالاست ( مثلا 10 به 1) که باعث افزایش نیروی پیشرانش و کاهش مصرف سوخت میشه ولی سرعت جریان خروجی و هواپیما کاهش پیدا می کنه. بنابراین این محاسبه بر مبنای افزایش 45 درصدی پیشرانش از توربوجت به توربوفن رو نمیشه دقیق دونست.

اما باید در نظر داشت که تکنولوژی تبدیل توربوفن CF700 مربوط به 50 سال پیشه، ( شاید هم این فن آوری هنوز هم کارآمد باشه که خود GE هنوز دست به اصلاحش نزده) شاید بشه با تغییراتی در خود جت J85 ( اگه ظرفیت و امکانش رو داشته باشه ) و فن آوری ساخت توربوفنی متفاوت از CF700 به پیشرانش های بالاتر دست پیدا کرد.

[M-ATF 4,314]

فکر می کنم بد نباشه گریزی هم به علت افزودن فن به عقب موتور ( کاری که در هر دو موتور تبدیلی CF700 و Cj805-23) اتفاق افتاد بگم.

اتفاقا بیشترین مزیت اینکار هنگام تبدیل یک توربوجت به توربوفن خواهد بود. وقتی فن قرار باشه در انتهای موتور قرار بگیره در این حالت شما می توانید ، طراحی مکانیکی و مشخصه های عملیاتی توربوجت اولیه رو بدون تغییر حفظ کنید. اما اگه بخواهید فن رو در جلوی موتور استفاده کنید، آئرودینامیک کل موتور تغییر خواهد کرد و تقریبا موجب تغییر بار وارده به شفت ، یاتاقان ها، هاوسینگ یاتاقان، ساپورت ها ، سیلینگ ها و بسیاری از بخش های دیگر موتور خواهد شد. و این یعنی شاید طراحی و محاسبات مجدد تمام این قطعات از اول.

اگه قرار باشه همچین کاری یعنی تبدیل و بهبود موتور J85 به توربوفن ، در داخل کشور انجام بشه، بسته به اینکه مهندسین ما چقدر در این کار تبهر پیدا کردند و مهندسی معکوس و تجربه طراحی و ساخت موتورهای طلوع تا چه میزان دانش طراحی موتور رو به اون ها آموزش داده ، اگه بشه و بخواهیم تغییرات بیشتری در این موتور انجام بدیم تا به پیشرانش بیشتری دست پیدا کنیم ، افزودن فن به جلوی موتور می تونه انتخاب مناسبی باشه.

-----

[worior 25,819]

[quote]فکر می کنم بد نباشه گریزی هم به علت افزودن فن به عقب موتور [/quote] اگر همچنان بشه پس سوز رو حفظ كرد بد نيست ! ولي بدون پس سوز درسته كه تراست بيشتري توليد ميكنه اما نه در زمان مناسب ! .. و اميدوارم در پرواز هاي با زاويه اوجگيري بالا براي عدم استال فكري شده باشه ...

[quote]CF700 موتوری است که از تبدیل توربوجت CJ610 به توربوفن حاصل شده است. بر خلاف معمول توربوفن ها که فن در جلوی موتور و قبل از کمپرسور قرار گرفته ، در این موتور یک فن در انتهای موتور به توربین فشار پائین متصل شده است تا با تبدیل توربوجت به توربوفن کاهش مصرف سوخت را نتیجه دهد. [/quote]



يا اينطوري :

[img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/CF700.gif[/img]


اين روش پيچيدگي هاي خودش رو داره ! و فكر كنم ساده تر باشه همون جلو متصل بشه ! شايد هم نباشه ..
ولي چيزي كه در اين تصوير مشاهده ميشه يك مرحله افزوده شامل يك فن متصل بر روي توربين هست ! و هر دو از مواد متفاوت ساخته شدن كه اين روش سختي هاي خودش رو هم داره ...





[img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/CF_700__t150.jpg[/img]

[img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/engines_cf700_c.jpg[/img]

[img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/cf700a.png[/img]

[img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/cf700-2v.jpg[/img]



البته بايد كمي فكر كرد كه چرا با موتور جت ميخواستن توي ماه پرواز كنن !

http://gallery.military.ir/albums/userpics/test%7E0.jpg

[M-ATF 4,314]

والا اصل حذف پس سوز برای ساخت موتورهای برای مصارف غیر نظامی اتفاق افتاده، یعنی وقتی خواستند مثلا از روی J85 یک نمونه غیر نظامی بسازند اومدن موتور رو ساده کردن و پس سوز رو حذف کردن.

تبدیل توربوفن در مرحله بعد از روی این نمونه غیر نظامی انجام شد، چون توربوفن هم برای مصارف غیر نظامی در نظر گرفته شده بود. خلاصه اینکه حذف پس سوز مستقیما در مرحله تبدیل توربوجت به توربوفن اتفاق نیفتاد. هر چند در این نوع توربوفن که فن در انتهای موتور قرار می گیره، یعنی جایی که باید پس سوز قرار بگیره شاید به نظر بیاد مشکل وجود داشته باشه، ولی با توجه به ایده اولیه مطرح شده برای اینکار فکر نکنم این مشکل پیش بیاد.

گویا این طرح رو آقای Peter Kappus از ایده مفهومی فن در انتهای موتور آقایی به اسم Frank Whittle ارائه داده. آقای کاپوس این ایده رو اینطور معرفی می کنه که :"موتور توربوجت اصلی، اصلا نمی دونه که چه اتفاقی داره پشتش میفته". این ایده بار اول بر روی موتور CJ805-23 انجام شد. Cj805-23 توربوفنی بود که از تبدیل توربوجت CJ805 به توربوفن حاصل شده بود. CJ805 هم باز خودش نمونه ساده شده ای از J79 بود که پس سوزش حذف شده بود.

در این ایده فن اتصالی با شفت و توربین موتور پیدا نمی کرد و خودش مستقل حرکت می کرد. یعنی برای تبدیل توربوجت CJ805 به CJ805-23 در انتهای موتور یک[b] پره دو گانه ای[/b] قرار می گرفت که [b]قسمت داخلی اون هم اندازه قطر اصلی موتور مثل توربین[/b] عمل می کرد و در [b]قسمت خارجی تر پره که بزرگتر از قطر اصلی موتور اصلی بود مثل فنی [/b]عمل می کرد که جریان کنارگذر موتور رو ایجاد می کرد و عملا توربوجت به توربوفن تبدیل میشد و جالب این بود که این فن ارتباط مستقیمی با موتور توربوجت نداشت و جریان گاز داغ خروجی از موتور نیروی لازم برای حرکت و چرخش این فن رو فراهم می کرد. همونطور که گفتم [b]این فن در قسمت داخلی در حقیقت در ادامه توربین بود و خودش میشه گفت جزو توربین بود، بنابراین پس سوز رو میشه بعد از این فن قرار داد.[/b]

که شما این رو در تصویر CF700 ای که قرار دادید به خوبی نشون دادید.

بنابراین امکان قراردادن پس سوز وجود داره.

همونطور که گفتم ،عمده هدف از این ایده عدم تغییر توربوجت اصلی است. و گویا اولین توربوفن GE همین CJ805-23 بوده، فکر می کنم به علت عدم تغییر کل موتور توربوجت ، امکان انجام این ایده راحت تر و سریعت بوده.
ولی گویا اخیرا هم تمایلاتی به این ایده شکل گرفته.

[M-ATF 4,314]

این تصویر اون پره دوگانه ای است که در CJ805-23 استفاده شده :

[img]http://delagah.persiangig.com/image/TF-Engine/double-deck-blade.jpg[/img]

گویا در CF700 هم از نمونه Scale down شده این پره استفاده شد.

و طرحی از CJ805-23 :

[img]http://delagah.persiangig.com/image/TF-Engine/CJ805-23.jpg[/img]

[mahdavi3d 14,067]

برای دوستانی که اصلا متوجه نمی شوند که این بالایی ها دارند راجع به چه چیزی بحث می کنند ، پیشنهاد می کنم فیلم کوتاه زیر در مورد موتورهای توربوفن را دانلود کنند.

http://www.4shared.com/file/134768265/cb1bfd33/JetEngine.html
حجم: 14,229 KB
نوع: WMV

بعدش هم یک سری به لینک زیر بزنند.
http://www.tebyan.net/science_technology/spacesciences_aviation/2010/1/30/114139.html

البته من خودم هم زیاد نفهمیدم