كونكورد
تصميم > المحركات

صورة مقربة لفوهات محرك إنتاج كونكورد F-BVFB.
مخططات نظام مدخل السحب في الكونكورد
نظام مدخل السحب في الكونكورد
استضافت الجمعية الملكية للطيران ندوة بعنوان «انعكاسات النقل فوق الصوتي» في 8 ديسمبر 1960. تم طرح وجهات نظر مختلفة حول النوع المحتمل لمحرك الطاقة من أجل النقل الأسرع من الصوت، مثل التثبيت المدفون أو المدفون والمحركات التوربينية أو المحركات ذات المروحة الأنبوبية. تم طرح إدارة الطبقة الحدودية في تركيب البودات على أنها أبسط مع وجود مخروط مدخل فقط، لكن الدكتور سيدون من مؤسسة الطائرات الملكية (RAE) رأى «مستقبلًا في تكامل أكثر تعقيدًا للأشكال» في تركيب مدفون. سلط مصدر قلق آخر الضوء على حالة محركين أو أكثر يقعان خلف مدخل واحد. قد يؤدي فشل السحب إلى فشل محرك مزدوج أو ثلاثي. كانت ميزة المروحة الأنبوبية على المحرك النفاث هي تقليل ضوضاء المطار ولكن مع فرض عقوبات اقتصادية كبيرة مع المقطع العرضي الأكبر الذي ينتج عنه سحب مفرط. في ذلك الوقت، اعتبر أن الضوضاء الصادرة عن المحرك التوربيني النفاث المحسن للرحلات الأسرع من الصوت يمكن تقليلها إلى مستوى مقبول باستخدام مثبطات الضوضاء المستخدمة في الطائرات النفاثة دون سرعة الصوت.
يمكن رؤية تكوين المحركات المحددة للكونكورد، وتطويرها إلى تصميم معتمد، في ضوء موضوعات الندوة أعلاه (التي سلطت الضوء على ضوضاء المطار، وإدارة الطبقة الحدودية والتفاعلات بين المحركات المجاورة) ومتطلبات المحرك، في 2 ماخ، وتحمل مجموعات من تمرينات التمرين، والانزلاق الجانبي، والسحب المنبثق، والصق الخانق دون ارتفاع. ستعالج اختبارات التطوير المكثفة مع تغييرات التصميم والتغييرات في قوانين السحب والتحكم في المحرك معظم المشكلات باستثناء ضوضاء المطارات والتفاعل بين محطات توليد الطاقة المجاورة بسرعات أعلى من 1.6 ماخ مما يعني أن كونكورد «يجب أن تكون معتمدة من الناحية الديناميكية الهوائية كطائرة بمحركين أعلاه ماخ 1.6».
كان لدى رولز-رويس اقتراح تصميم، آر بي.169، للطائرة في وقت التصميم الأولي لكونكورد ولكن «تطوير محرك جديد تمامًا للكونكورد كان سيكون باهظ التكلفة للغاية» لذا فإن المحرك الحالي، التي تحلق بالفعل في النموذج الأولي لقاذفة باك تي إس آر-2 الأسرع من الصوت. كان محرك (BSEL) أوليمبوس إم كيه 320 تربوجت، وهو تطوير لمحرك بريستول استخدم لأول مرة لمفجر أفرو فولكان دون سرعة الصوت.
تم وضع ثقة كبيرة في القدرة على تقليل ضوضاء المحرك التوربيني النفاث، وتم الإبلاغ عن خطوات كبيرة بواسطة سنيكما في تصميم كاتم الصوت أثناء البرنامج. ومع ذلك، بحلول عام 1974، تم الإبلاغ عن أن كاتمات الصوت بأسمائها الحقيقية التي تم إسقاطها في العادم غير فعالة ولكن «من المرجح أن تفي الطائرات التي تدخل الخدمة بضمانات الضوضاء الخاصة بها». تم اقتراح صواريخ أوليمبوس Mk.622 ذات السرعة النفاثة المنخفضة لتقليل الضوضاء ولكن لم يتم تطويرها.
يقع مدخل المحرك خلف الحافة الأمامية للجناح، وكان أمامه طبقة حدية للجناح. تم تحويل الثلثين والثلث المتبقي الذي دخل المدخول لم يؤثر سلبًا على كفاءة المدخول باستثناء أثناء الانزلاق عندما تصبح الطبقة الحدودية سميكة قبل المدخول وتسبب ارتفاعًا. ساعد اختبار نفق الرياح المكثف على تحديد التعديلات الرائدة قبل المآخذ التي حلت المشكلة.
كان لكل محرك مدخل خاص به وتم إقران أسطوانات المحرك بلوحة فاصلة بينهما لتقليل السلوك المعاكس لأحد المحركات التي تؤثر على الآخر. فقط فوق ماخ 1.6 (1,217.9 ميل/س؛ 1,960.1 كم/س) زيادة في المحرك من المحتمل أن تؤثر على المحرك المجاور.
احتاج الكونكورد إلى الطيران لمسافات طويلة ليكون مجديًا اقتصاديًا؛ هذا يتطلب كفاءة عالية من المحرك. تم رفض محركات تربوفان نظرًا لأن المقطع العرضي الأكبر حجمًا ينتج سحبًا مفرطًا. كانت تقنية أوليمبوس توربوجيت متاحة للتطوير لتلبية متطلبات تصميم الطائرة، على الرغم من أنه سيتم دراسة المحركات التوربينية المروحية لأي طائرة أسرع من الصوت في المستقبل.
استخدمت الطائرة إعادة التسخين (الحارق اللاحق) فقط عند الإقلاع وللمرور عبر النظام الترانسي العلوي إلى سرعات تفوق سرعة الصوت، بين ماخ 0.95 و 1.7. تم إيقاف إعادة التسخين في جميع الأوقات الأخرى. نظرًا لكون المحركات النفاثة غير فعالة للغاية عند السرعات المنخفضة، فقد أحرقت الكونكورد 2 طن متري (4,400 رطل) من الوقود (ما يقرب من 2٪ من أقصى حمل للوقود) يمر على المدرج. الوقود المستخدم هو Jet A-1. نظرًا للدفع العالي الناتج حتى مع وجود المحركات في وضع الخمول، تم تشغيل المحركين الخارجيين فقط بعد الهبوط لسهولة ركوب سيارات الأجرة وتقليل تآكل وسادة الفرامل - عند الأوزان المنخفضة بعد الهبوط، لن تظل الطائرة ثابتة مع توقف المحركات الأربعة عن العمل مما يتطلب يتم استخدام المكابح بشكل مستمر لمنع الطائرة من التدحرج.
كان تصميم مدخل الهواء لمحركات الكونكورد بالغ الأهمية بشكل خاص. كان على المداخل أن تبطئ دخول الهواء الأسرع من الصوت إلى سرعات دون سرعة الصوت مع استرداد الضغط العالي لضمان التشغيل الفعال عند سرعة الانطلاق مع توفير مستويات تشويه منخفضة (لمنع ارتفاع المحرك) والحفاظ على كفاءة عالية لجميع درجات الحرارة المحيطة المحتملة التي يجب الوفاء بها في الرحلة. كان عليهم توفير أداء دون سرعة الصوت مناسب لرحلة التحويل والتشوه المنخفض لوجه المحرك عند الإقلاع. كان عليهم أيضًا توفير مسار بديل للهواء الزائد أثناء اختناق المحرك أو إيقاف تشغيله. تتكون ميزات السحب المتغيرة المطلوبة لتلبية جميع هذه المتطلبات من الممرات الأمامية والخلفية، وباب التفريغ، والمدخل الإضافي، ونزيف الممر إلى فوهة العادم.
بالإضافة إلى تزويد المحرك بالهواء، فإن المدخول يزود الهواء أيضًا عبر الممر الذي ينزف إلى فوهة الدفع. ساهم تصميم قاذف الفوهة (أو الديناميكي الهوائي)، مع منطقة خروج متغيرة وتدفق ثانوي من المدخول، في كفاءة تمدد جيدة من الإقلاع إلى الرحلة البحرية.
استخدمت وحدات التحكم في سحب الهواء (AICUs) في الكونكورد معالجًا رقميًا لتوفير الدقة اللازمة للتحكم في المدخول. كان هذا هو أول استخدام في العالم لمعالج رقمي يتم منحه السيطرة الكاملة على نظام أساسي في طائرة ركاب. تم تطويره من قبل قسم الإلكترونيات وأنظمة الفضاء (ESS) في شركة الطائرات البريطانية بعد أن أصبح واضحًا أن وحدات (AICU) التماثلية المجهزة للطائرة النموذجية والتي طورتها شركة الترا للإلكترونيات وُجد أنها غير دقيقة بشكل كافٍ للمهام قيد التنفيذ.
يتسبب فشل المحرك في حدوث مشكلات في الطائرات التقليدية التي تقل سرعة الصوت؛ لا تفقد الطائرة قوة الدفع على هذا الجانب فحسب، بل يخلق المحرك قوة سحب، مما يتسبب في انحراف الطائرة وانحرافها في اتجاه المحرك الفاشل. إذا حدث هذا لكونكورد بسرعات تفوق سرعة الصوت، فمن الممكن نظريًا أن يتسبب في فشل كارثي لهيكل الطائرة. على الرغم من أن عمليات المحاكاة الحاسوبية تنبأت بمشكلات كبيرة، إلا أنه من الناحية العملية، كان بإمكان الكونكورد إغلاق كلا المحركين على نفس الجانب من الطائرة بسرعة 2 ماخ دون الصعوبات المتوقعة. أثناء فشل المحرك، يكون كمية الهواء المطلوبة صفرًا تقريبًا. لذلك، في كونكورد، تمت مواجهة عطل المحرك من خلال فتح باب الانسكاب الإضافي والامتداد الكامل للممرات، مما أدى إلى انحراف الهواء إلى أسفل مرورًا بالمحرك، مما أدى إلى زيادة قوة الرفع وتقليل السحب. تم تدريب طيارين الكونكورد بشكل روتيني للتعامل مع فشل المحرك المزدوج.
تم تطوير نظام التحكم في المحرك في كونكورد بواسطة شركة الترا للإلكترونيات.