آشنایی با موتور Pratt & Whitney J58, قلب غرنده SR-71

[τοxικ]

طراحی و توسعه :

J58 در ابتدا برای نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا (US Navy) طراحی و توسعه یافت. در ابتدا قرار بود این موتور بر روی قایق پرنده Martin P6M نصب گردد اما پس از لغو این پروژه, شرکت های Lockheed و Convair آن را برای انجام پروژه های مافوق صوت خود مناسب دیدند و نهایتا" آن را برگزیدند. سایر مراکز مرتبط با نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا (USAF) در آن دوره زمانی شدیدا" به دنبال یک موتور مناسب برای پروژه WS-110A بودند, این پروژه بعدها با نام  XB-70 Valkyrie ساخته و تولید گشت.

 

 

J58 در ابتدای تولید میتوانست 143 کیلو نیوتن نیروی پیشبرنده یا همان Thrust تولید نماید که در آن زمان تنها نمونه ای بود که میتوانست چنین قدرت خروجی را تولید نماید. همچنین این موتور میتوانست برای مدت زمان طولانی از حالت پس سوز (Afterburner) استفاده نماید. این موتور در رده  سرعت های بالای 3 ماخ از دیدگاه نیروی هوایی آمریکا, یک موتور خوب و قابل اعتماد تلقی میگشت. یکی دیگر از ویژگی های محبوب J58 ورودی های مخروطی شکل و متغیر آن هستند که میتوانند با استفاده از کامپیوتر مرکزی و به صورت خودکار میزان ورودی هوا به داخل موتور را تنظیم نمایند.

 

  

 

موتور Pratt & Whitney J58

 

 

 

 

این ورودی متغیر  و عمل تنظیم فشار و مقدار هوای ورودی به موتور, باعث میشوند تا در سرعت های مافوق صوت مشکلی در سیستم ورودی و Inlet بوجود نیاید. این ورودی مخروطی شکل در ارتفاع کمتر از 30000 پا هیچگونه فعالیت و حرکتی ندارد و مقدار هوای ورودی آن کاملا" طبیعی میباشد اما پس از این ارتفاع, حالت متغیر و Variable فعال میشود, مکانیزم کلی عملکرد اینگونه است که در سرعت های بالاتر از 1.6 ماخ تقریبا" 4 سانتیمتر به ازای هر ماخ دهنه موتور باز میشود و نهایتا" این مقدار در بیشترین حد خود به عدد 66 سانتیمتر ختم میشود.
همانطور که پیشتر از این نیز گفته شد, J58 یک موتور سیکل متغیر میباشد که از تکنولوژی Turbojet به همراه یک فن کمکی Ramjet استفاده مینماید. J58 در سرعت های بالای 3.2 ماخ بیش از 80% نیروی خود را از بخش Ramjet تامین مینماید و در این حالت تنها 20% باقیمانده از بخش Turbojet تامین میگردد.  اما در سرعت های کمتر از این مقدار (3.6 ماخ) تقریبا" تمامی نیروی پیشران موتور از بخش Turbojet آن تامین میگردد.

 

 

سیستم استارت :

این موتور با استفاده از سیستم استارت بادی AG330 به همراه 2 عدد موتور احتراق درونی Buick Wildcat V8 با محور مشترک روشن میشود. پس از استارت و حرکت اولیه, J58 تا حدود 3200 دور در دقیقه سرعت میگیرد تا سیکل Turbojet آغاز گردد. این موتور برای دست یافتن به سرعت های بالا و High Speed از نوعی ترکیب جدید سوخت JP-7 استفاده مینماید که با سرعت بسیار زیاد به درون محفظه احتراق تزریق میگردد تا اشتعال به صوزت کامل انجام گردد. همچنین برای تامین سوخت و احتراق اولیه سیستم پس سوز از سیستم اشتعال (تماس به تماس) استفاده میگردد و دیگر نیازی به شمع یا Lighter نیست.

سیستم استارت بادی AG330

 

هر موتور J58 با استفاده از یک مخزن نیتروژن تحت فشار با حجم 600 cm3 میتواند 16 مرتبه روشن و خاموش شود و حتی این نیتروژن تحت فشار میتواند سیستم پس سوز را نیز فعال نماید. این عدد و تعداد دفعات Start و Restart یکی از فاکتورهای نشان دهنده میزان مقاومت J58 و بطور کلی SR-71 در برابر شرایط سخت و دشوار میباشد. جریان سوخت در داخل موتور به عنوان یک مایع خنک کننده, بخش های فرعی موتور همچون روغن هیدرولیک و نازل های پس سوز و سیستم های تهویه هوا و حتی بخش هایی از بدنه هواپیما که در معرض جریانات آیرودینامیکی و گرما هستند را مورد مورد خنک کنندگی قرار میدهد. ماده روان کننده اصلی موتور J58 نوعی گریس با پایه سیلیکون میباشد که در دمای معمولی و قبل از استارت  به صورت جامد میباشد.
طراحی موتور Turbo-Ramjet : 
همانطور که پیشتر نیز اشاره شد J58 یک موتور ترکیبی یا اصطلاحا" Hybrid میباشد که با کمک سیستم Ramjet به حرکت در می آید و اصلی ترین دلیل بهره گیری از چنین سیستمی همانا ناکارآمدی سیستم های Turbo Jet در سرعت های بالا میباشد و این در حالیست که اوج توانایی سیستم Ramjet در سرعت های بالا و ارتفاع زیاد است. پس برای حل این مشکل و افزایش توانایی های J58 از یک سیستم سیکل ترکیبی هوشمند استفاده گردید که طی آن و با توجه به وضعیت سرعت و ارتفاع و به طبع آن وضعیت موتور در حالت Turbo Jet و یا Ramjet تنظیم میگردد, برای این منظور دریچه های هوشمند جهت ورود هوا به موتور را به طور متغیر تغییر میدهند و اینگونه سیکل ترکیبی پدیدار میگردد. برای ایجاد چنین شرایطی در سرعت های بالای 2000 مایل بر ساعت دریچه قسمت ورودی موتور به اندازه 2 اینچ به سمت جلو حرکت میکند تا جریان هوای ورودی برای ورود به سیکل Ramjet آماده گردد.

 

 

کاربران:

Lockheed A-12 
Lockheed YF-12 
SR-71 Blackbird

 

 

 

تصاویر مرتبط :

 

مشخصات عمومی:

نوع : سیکل متغیر Turbo/Ramjet همراه با پس سوز 
طول: 17 فوت 
قطر : 4 فوت 
وزن : 7/2 تن

اجزاء موتور:

کمپرسور: 9 مرحله ای - جریان محوری 
محفظه احتراق: 8 بخشی و حلقوی 
توربین: 2 مرحله ای – جریان محوری 
نوع سوخت : JP-7

کارایی:

حداکثر توان: 34.000 پوند (150 kN) 
نسبت فشار: 6 به 1 
مصرف سوخت: 1.9 lb در ساعت 
نسبت پیشرانش به وزن: تقریبا" 6 
شدت جریان ورودی هوا: 200 کیلوگرم بر ثانیه

موتورهای هم ردیف:

General Electric GE4 
General Electric YJ93 
Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 
Kuznetsov NK-321 
Tumansky R-15