General Electric TF39
| General Electric TF39 | |
|---|---|
 Một động cơ TF39 trên một chiếc C-5 Galaxy tại ILA (Internationale Luftfahrtausstellung) ở Berlin, năm 2008 | |
| Kiểu | Động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt |
| Quốc gia chế tạo |  Hoa Kỳ |
| Nhà sản xuất | GE Aviation |
| Lần chạy đầu tiên | 1965 |
| Lắp đặt chủ yếu trong | Lockheed C-5 Galaxy |
| Số lượng chế tạo | 463 |
| Phát triển thành | |
General Electric TF39 là một động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt luồng phụ lớn được phát triển để trang bị cho Lockheed C-5 Galaxy. Đây là động cơ phản lực luồng phụ lớn đầu tiên được đưa vào khai thác, bắt đầu hoạt động trên đội bay Galaxy vào năm 1970. Sau khi được cải tiến thêm, nó trở thành động cơ dân dụng General Electric CF6, được đưa vào khai thác năm 1971 trên McDonnell Douglas DC-10, và được sử dụng trên nhiều loại máy bay của Boeing và Airbus. Phần lõi tạo công suất bên trong, sau khi tháo quạt phía trước, được phát triển thành tua bin hàng hải General Electric LM2500. Chiếc TF39 cuối cùng được sản xuất vào tháng 3 năm 2016, và động cơ được sử dụng trong khai thác lần cuối vào năm sau, sau khi đội bay Galaxy được thay động cơ bằng F138, một biến thể dẫn xuất từ CF6.
Phát triển
[sửa | sửa mã nguồn]Nghiên cứu ban đầu về thiết kế quạt
[sửa | sửa mã nguồn]Vào đầu những năm 1960, General Electric chưa đạt được nhiều thành công trên thị trường động cơ máy bay chở hàng và chở khách, với thành công duy nhất ở lĩnh vực dân dụng là một số lượng nhỏ động cơ dành cho Convair 880, loại CJ805-3, một phiên bản dân dụng hóa của loại J79 quân sự thành công. Khi đó, Pratt & Whitney thống trị thị trường dân dụng, và để cạnh tranh với hãng này, Rolls-Royce Conway mới đang được đưa vào sử dụng cho mục đích dân dụng, mang lại cả công suất cao hơn và khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn. Pratt & Whitney đáp trả bằng JT3D của họ, tương tự Conway về hầu hết các phương diện.[1]
Những thiết kế này có lợi thế đáng kể so với CJ805 có nguồn gốc từ J79. Một vấn đề quan trọng đối với các động cơ phản lực đời đầu là rất khó duy trì hiệu suất của máy nén hướng trục khi nó được mở rộng để đáp ứng nhu cầu về những động cơ có công suất lớn hơn. P&W và RR đã giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng về cơ bản hai động cơ, một nằm bên trong động cơ kia, trong đó động cơ bên trong hoạt động ở tốc độ quay cao hơn. Những thiết kế hai trục này cho phép từng phần của động cơ hoạt động gần với điểm thiết kế tối ưu của nó hơn. GE đã sử dụng một cách tiếp cận hoàn toàn khác để giải quyết vấn đề này, đó là khái niệm cánh hướng dòng biến đổi, trong đó hình học của phần máy nén có thể được thay đổi để thích ứng với những thay đổi về điều kiện vận hành. Cách bố trí này có nhược điểm là phần ngoài có tốc độ thấp hơn của các động cơ khác có thể được sử dụng để dẫn động một quạt, trong khi trục đơn tốc độ cao của J79 khiến việc này trở nên khó khăn hơn.[2]
Khi Convair quay lại với GE để tìm một động cơ mạnh hơn cho Convair 990 Coronado được nâng cấp, GE đáp lại bằng CJ805-23. Để tăng lực đẩy, một cụm quạt được bổ sung vào phía sau động cơ, được dẫn động bởi dòng khí xả từ phần lõi -3 nguyên bản. Về cơ bản, đây là một động cơ thụ động thứ hai được gắn vào phía sau phần lõi J79 nguyên bản. Mặc dù điều này khiến khối lượng lớn hơn so với các thiết kế quạt tương tự, GE đã có thể cải thiện các thiết kế của RR và P&W bằng cách tận dụng những nghiên cứu gần đây của NASA về các thiết kế quạt cận âm. Mặc dù có hiệu quả, những sự chậm trễ trong chương trình 990 khiến các hãng hàng không chuyển sang Boeing 707 và Douglas DC-8 cho phần lớn các thương vụ, và chỉ có khoảng 100 chiếc 990 được mua. Không có thêm thiết kế nào giành được hợp đồng, việc sản xuất CJ805 kết thúc vào năm 1962.[1] Người ta ước tính GE đã thua lỗ 80 triệu USD trong chương trình 805.[2]
Khái niệm mới
[sửa | sửa mã nguồn]Quạt của TF39 bắt nguồn từ công nghệ quạt nâng được GE trình diễn trên máy bay XV-5 Vertifan.[3] Máy bay này có hai động cơ X353-5, mỗi động cơ gồm một quạt nâng đường kính 62,5 inch[4] được dẫn động bởi một động cơ J85. Khí xả của J85 thổi qua phía ngoài các quạt, làm chúng quay. Tỷ số luồng phụ khi hoạt động theo phương thức cất hạ cánh thẳng đứng là 12,3.[5] Khái niệm quạt nâng dẫn động bằng tua bin ở đầu cánh này được xoay 90 độ và phát triển thành một mẫu trình diễn "quạt hành trình" đường kính 80 inch, được dẫn động bởi bộ tạo khí J79.[3]
Năm 1963, những phát triển tiếp theo sử dụng J79 đã dẫn đến các thử nghiệm với một quạt lớn được lắp ở phía trước. Sau khi quạt hoạt động thành công, Gerhard Neumann, lãnh đạo bộ phận động cơ, đã đến gặp Thiếu tướng Marvin Demler, tư lệnh Bộ phận Nghiên cứu và Công nghệ của Không quân Hoa Kỳ, và cho ông xem thiết kế một động cơ có quạt lớn hơn nhiều, với công suất gấp đôi bất kỳ động cơ phản lực nào trên thế giới. Tỷ số luồng phụ 8:1 cũng sẽ cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu khoảng 25% so với các thiết kế hiện có. Neumann tuyên bố thiết kế này sẽ hoàn toàn cách mạng hóa ngành vận tải hàng không.[1]
Vào thời điểm đó, Không quân đang bắt đầu phát triển khái niệm CX-X, một loại máy bay siêu lớn đòi hỏi công suất khổng lồ. Trong chương trình CX-X, GE đã trình diễn một động cơ có kích thước bằng một nửa, GE1/6, với lực đẩy 15.830 lb và suất tiêu hao nhiên liệu riêng 0,336.[6] Thiết kế này được phát triển thành TF39 với quạt đường kính 97 inch. Một số thiết kế đã được đưa ra dự thầu, và năm 1965, hợp đồng được trao cho hồ sơ dự thầu của Lockheed và GE. Mặc dù đây là một thành công lớn đối với GE, Neumann cho rằng việc phát triển TF39, cùng với hồ sơ dự thầu chiến thắng của họ cho máy bay vận tải siêu âm Boeing 2707, đồng nghĩa với việc họ đã có quá nhiều việc phải làm để có thể đưa ra một thiết kế cho chương trình Boeing 747.[1]
Động cơ có tỷ số luồng phụ lớn đã cải thiện đáng kể lực đẩy và mức tiêu thụ nhiên liệu so với CJ805.[3] Nó có lực đẩy cao gấp hai lần rưỡi, đồng thời cải thiện hiệu suất nhiên liệu khoảng 25%.[7] Động cơ đầu tiên được đưa vào thử nghiệm năm 1965. Trong giai đoạn từ năm 1968 đến năm 1971, 463 động cơ TF39-1 và -1A đã được sản xuất và bàn giao để trang bị cho đội bay C-5A.
Phần lõi TF39 được sử dụng cho dòng động cơ CF6, cùng với các tua bin khí hàng hải và công nghiệp LM2500, LM5000 và LM6000.
Thiết kế
[sửa | sửa mã nguồn]
TF39 tạo ra lực đẩy từ 41.000 đến 43.000 lb (191 đến 205 kN). Động cơ có tỷ số luồng phụ 8:1, tỷ số nén 25:1 và nhiệt độ tua bin 2.500 °F (1.370 °C), đạt được nhờ công nghệ làm mát mới nhất.
Động cơ tích hợp các đặc điểm được phát triển từ những động cơ GE trước đó:
- Các cánh hướng dòng biến đổi (được sử dụng trên J79/CJ805[3])
- Các kỹ thuật làm mát tua bin (tiên tiến hơn so với loại được sử dụng trên YJ93[3])
- Hệ thống thổi ngược kiểu cửa hướng dòng (từ CJ805[3])
- Các cánh quạt tầng đầu tiên có bộ giảm rung (hoặc các tấm chắn giữa sải cánh, đã được GE đưa vào sử dụng trên các cánh máy nén tầng đầu tiên của YJ93[8])
Theo tiêu chuẩn hiện đại, máy nén hạ áp trên TF-39 có cấu tạo độc đáo khi một tầng T đơn được lắp ở phía trước rotor quạt, thay vì phía sau nó. Mặc dù tầng T này làm tăng áp cho phần bên trong của rotor quạt, không phải toàn bộ luồng không khí này đều đi vào máy nén cao áp, vì một phần đáng kể cũng đi vào ống dẫn luồng phụ để bổ sung cho luồng không khí thoát ra từ phần bên ngoài của quạt. Nói cách khác, có ba luồng khí thoát ra khỏi quạt, trong đó hai luồng đi vào ống dẫn luồng phụ.[9]
Lịch sử khai thác
[sửa | sửa mã nguồn]Ngày 7 tháng 9 năm 2017, chiếc C-5A cuối cùng được trang bị động cơ TF39 đã thực hiện chuyến bay cuối cùng đến Căn cứ Không quân Davis-Monthan để nghỉ hưu.[10][11] Ứng dụng duy nhất của TF39, máy bay vận tải quân sự Galaxy, đã được thay động cơ bằng F138-GE-102 hiện đại hơn, một phiên bản quân sự của General Electric CF6-80C2. Việc thay động cơ cho toàn bộ đội bay diễn ra từ năm 2008 đến năm 2018.
Ứng dụng
[sửa | sửa mã nguồn]Thông số kỹ thuật
[sửa | sửa mã nguồn]_in_flight_061127-F-1234S-026.jpg)
Dữ liệu lấy từ [12]
Đặc tính chung
- Loại: Động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt
- Chiều dài: 312 in (792 cm)
- Đường kính: 97 in (246 cm)
- Khối lượng khô: 8.000 lb (3.630 kg)
Cấu tạo
- Máy nén: hướng trục, hạ áp một tầng tăng áp và một tầng quạt, cao áp 16 tầng
- Buồng đốt: dạng vòng khuyên
- Tua bin: hướng trục, cao áp 2 tầng, hạ áp 6 tầng
Hiệu suất
- Lực đẩy tối đa: 43.300 lbf (193 kN)
- Tỷ số nén: 25:1
- Mức tiêu thụ nhiên liệu: ~3,7646 lb/s (1,7075 kg/s)
- Suất tiêu hao nhiên liệu riêng: 0,313 lb/(lbf⋅h) (8,9 g/(kN⋅s))
- Tỷ lệ lực đẩy trên khối lượng: 5,4
Xem thêm
[sửa | sửa mã nguồn]Tham khảo
[sửa | sửa mã nguồn]- 1 2 3 4 "50 years ago: GE roars back into the airline industry". General Electric. ngày 11 tháng 6 năm 2018. Lưu trữ bản gốc ngày 8 tháng 11 năm 2025. Truy cập ngày 3 tháng 9 năm 2026.
- 1 2 Garvin 1998, tr. 19.
- 1 2 3 4 5 6 "seven decades of progress" General Electric, ISBN 0-8168-8355-6, Aero Publishers Inc. p.152
- ↑ "Aerodynamic characteristics of a Large-Scale Model with a High Disk Loading Lift Fan Mounted in the Fuselage", Aoyagi, Hickey and deSavigny, NASA TN D-775
- ↑ "Jet Propulsion for Aerospace Applications" Second Edition, Hesse and Mumford, Pitman Publishing Corporation, 1964, Table 11.1
- ↑ "The Development of Jet and Turbine Engines", 4th edition, Bill Gunston, ISBN 0 7509 4477 3, p. 192
- ↑ General Electric - CF6 history Lưu trữ ngày 27 tháng 1 năm 2009 tại Wayback Machine
- ↑ "Gas Turbine Technology Evolution: A Designer's Perspective" Bernard L. Koff, Journal of Propulsion and Power, Vol.20 No. 4, July–August 2004, p.591
- ↑ "Why does the CF6 have a lower bypass ratio than the TF39?". Aviation Stack Exchange. Lưu trữ bản gốc ngày 23 tháng 8 năm 2026. Truy cập ngày 3 tháng 9 năm 2026.
- ↑ Smith, Hanna (ngày 8 tháng 9 năm 2017). "And then there were none, the final C-5A departs Westover ARB for retirement > Westover Air Reserve Base > Article Display". Lưu trữ bản gốc ngày 9 tháng 1 năm 2026. Truy cập ngày 3 tháng 9 năm 2026.
- ↑ Balik, Roland (ngày 12 tháng 4 năm 2016). "An era of Dover-built TF39 engines throttles down". Air Mobility Command. Lưu trữ bản gốc ngày 14 tháng 1 năm 2026. Truy cập ngày 9 tháng 2 năm 2023.
- ↑ Gas Turbine Engines. Aviation Week & Space Technology Source Book 2009. p. 119
Tài liệu tham khảo
[sửa | sửa mã nguồn]- Gunston, Bill (2006). World Encyclopedia of Aero Engines, 5th Edition. Phoenix Mill, Gloucestershire, England, UK: Sutton Publishing Limited. ISBN 0-7509-4479-X.
Liên kết ngoài
[sửa | sửa mã nguồn]