プラット・アンド・ホイットニーJ58
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プラット&ホイットニー J58 (JT11Dとしても知られる)はロッキードYF-12とSR-71、A-12に搭載されたジェットエンジンである。本質的には可変バイパス比のアフターバーナーを備えたターボジェットエンジンである。[1]
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[編集] 概要
J58は32,000 lbf (142 kN)の推力を生み出す。アフターバーナーを長時間作動させることのできる初めてのエンジンであり、アメリカ空軍にとってマッハ3を出す初めてのエンジンである。J58の主な特徴はコニカルスパイクによる可変式吸気口でコンピュータで飛行速度に応じて自動的に最適に動く。超音速での飛行時にも空気流が亜音速でエンジンに入るように調整される。
J58はターボジェットエンジンとラムジェットエンジンの両方の機能を備えた可変サイクルエンジンである。バイパスジェットエンジンは当時知られていなかったが、Ben Richは後に "Bypass jet engine by air withdrawal"と説明している。[2]マッハ3.2では、推力の80%はエンジン本体以外の空気吸入・圧縮で生み出され、エンジン本体では20%である。この事がJ58がターボラムジェットであることに真実性を与えている。[3]低速時にはJ58は純粋なターボジェットとして運転される。
エンジンの始動はビュイックのV8ガソリンエンジンを2台つなげたAG330 始動機からのびるドライブシャフトをJ58に接続し、エンジンを回転数3,200 rpm になるまで回し、そこで燃料とTEBを供給して点火させる。後には従来型の始動装置が使用されるようになった。[要出典]
高速飛行時に高温で運転されるエンジンのために新しくJP-7燃料が開発された。始動時と-5℃以下の飛行時のアフターバーナー使用時には点火しにくいためトリエチルボラン(TEB)を使用していた。両方のエンジンに窒素で加圧された600 cm³の TEBが16回 始動、再始動、アフターバーナー使用のために搭載された。SR-71の飛行においては空中給油後にも気をつける必要があった。[1]
コニカルスパイクは高度30000フィート以上で前方に固定された。それ以下の高度では固定されなかった。マッハ1.6以上でマッハ0. 1毎におよそ1-5/8インチせり出しおよそ26インチまでせり出す。
エンジンに送られる燃料はエンジンの冷却材としても使用された。
潤滑材にはシリコンを元にしたグリースが使用された。室温では固体なのでエンジンの始動前に予熱する必要があった。
[編集] 空気流制御デザイン
J58は複合式ジェットエンジンである。状態遷移は図中の記述に基づく。
衝撃波コーン（図中ではSPIKE） 衝撃波コーンはマッハ2.5までは前進状態にあり、衝撃波コーン先端で発生する斜め衝撃波はインテークリップの縁よりも前方にある。 すなわちインテークはサブクリティカル状態にある。 マッハ2.5以上では衝撃波コーンが後退し、マッハ3.2では最後退位置となる。このとき、コーン先端で発生する斜め衝撃波はインテークリップの縁に一致し、インテークは理想動作状態であるクリティカル状態となる。ただし背圧が適正でない場合にはクリティカル状態を保てない。
中央胴体ブリード（CENTERBODY BLEED） 衝撃波コーン最大断面部に多数開けられた穴と、この穴を通過する空気を通す経路によって構成される。常時開いており、始動時にはダクト外部から衝撃波コーンへ向けて空気が流れエンジン吸入空気量を増やす。飛行時には常に衝撃波コーンからダクト外部へ向かって空気が流れる。これはコーン表面で摩擦を受けて速度エネルギーを失った空気がエンジンに流れ込むことを抑制する。
衝撃波トラップブリード（SHOCK TRAP BLEED） 飛行中、インテークダクト内部に発生する垂直衝撃波と斜め衝撃波を吸い込むと共にエンジン冷却空気を供給する。
前方バイパスドア（FWD BYPASS DOORS） 衝撃波コーンの最大断面積部の直後のインテークダクト壁面にある。始動時に開いてエンジン吸入空気量を増やす。このとき、前方バイパスドアの外から中に向かって空気が流れる。 亜音速飛行時には閉鎖される。 超音速飛行時には前方バイパスドアが開き、ダクト内の流量制御によって背圧を制御し衝撃波の位置を制御する。このとき、中から外に向かって空気が流れる。 マッハ3.2での巡航時には前方バイパスドアは再び閉鎖され、必要に応じて開いて衝撃波位置の制御を行う。
後方バイパスドア（AFT BYPASS DOORS） インテークダクト最後部（エンジン本体直前）にある。始動時とマッハ2.5以下での飛行時は閉じている。 マッハ2.5を超える飛行時には後方バイパスドアが開く。空気量が過剰に燃焼室に供給されるのを防ぐためにも、"コア-フロー"エア[4]は、燃焼室に供給されるが、他の空気は4段の圧縮機を経た抽出され、燃焼室外周を通過しノズルへ送られる（BYPASS AIR）。バイパスエアはアフターバーナーから噴射された排気ガスとノズル内部で混合して噴射され、推力を増すほか、エンジン冷却の機能も持つ。
吸入式ドア（SUCK-IN DOORS） バイパスエア経路の外周中ほどにある。始動時に開いてエンジン冷却空気を供給する。飛行中には吸入式ドアは閉鎖される。
第3ドア（TERTIARY DOORS） ノズルの直前、アフターバーナーの直後に配置されており、始動時と亜音速飛行時には開いてノズルの外側から内側に向かって空気が吸い込まれる。空気はノズル内部でアフターバーナーから噴射された排気ガスと混合して噴射され、推力を増大する。 第3ドアは超音速飛行時には閉じる。
エジェクターフラップ（EJECTOR FLAPS） ノズル最後部を形成する。音速を超えると共に開き始め、ノズル膨張比を速度と高度に応じて制御する。マッハ3.2で全開となる。
マッハ3周辺では最初の衝撃波コーンによる圧縮で空気が過熱され、ターボジェットは燃焼室内の燃料/空気の比率を下げなければ、タービンが焼損する。ターボジェット部での推力が低下すると共に、80%の推力がインテークダクトとノズルで生み出される。
[編集] J58-P4の仕様
- 推力 (乾燥時): 25,000 lb[5]
- 推力 (ウェット): 34,000 lb[5]
- 燃料消費率 (ウェット): 1.9 lb/(lbf-h) [5]
- SFC (dry): 0.9 lb/(lbf-h) [5]
- コアの空気流量: 450 lb/s
- 圧縮機段数：9段
- タービン段数：2段
[編集] 関連分野
[編集] 脚注
- ^ J58, Pratt & Whitney.
- ^ The Heart of the SR-71 "Blackbird": The mighty J58 engine
- ^ Pratt & Whitney J58 Turbojet, Hill Aerospace Museum
- ^ http://aerostories.free.fr/technique/J58/J58_01/page10.html
- ^ い ろ は に Military Turbojet/Turbofan Specifications
[編集] 外部リンク
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最終更新 2009年4月22日 (水) 19:08 （日時は個人設定で未設定ならばUTC）。
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