رولز رويس/سنيكما أوليمبوس 593

كان محرك أوليمبوس 593 محركًا نفاثًا توربينيًا ثنائي المحور مزودًا بنظام إعادة تسخين. احتوى كل من ضاغط الضغط المنخفض (LP) وضاغط الضغط العالي (HP) على سبع مراحل، وكان كل منهما يُدار بواسطة توربين أحادي المرحلة. نظرًا لارتفاع درجات حرارة الهواء الداخل عند سرعة ماخ 2 أثناء الطيران - والتي تجاوزت 120 درجة مئوية (393 كلفن؛ 248 درجة فهرنهايت) ^{[ 5 ]} - صُنعت أسطوانات وشفرات الضاغط من التيتانيوم باستثناء المراحل الأربع الأخيرة من ضاغط الضغط العالي، والتي كانت مصنوعة من سبيكة النيكل نيمونيك 90 ^{[ 13 ] . [ 14 ]} عادةً ما تُستخدم سبائك النيكل فقط في المناطق الأكثر سخونة من التوربين، ولكن درجات الحرارة العالية التي تحدث في المراحل الأخيرة من الضاغط عند سرعات الطيران فوق الصوتية فرضت استخدامه في الضاغط أيضًا. تم تبريد شفرات الجزء الثابت والدوار لتوربين الضغط العالي وشفرات دوار توربين الضغط المنخفض. ^{[ 15 ]}   

تم تركيب نظام إعادة تسخين جزئي يوفر زيادة في قوة الدفع بنسبة 20% ^{[ 3 ]} لتوفير قوة الدفع اللازمة للإقلاع لكي تتمكن طائرة الكونكورد من العمل على مدارج موجودة، وللتسارع فوق الصوتي من 0.95 ماخ إلى 1.7 ماخ؛ وكانت الطائرة تحلق بسرعة تفوق سرعة الصوت دون إعادة تسخين فوق هذه السرعة. أثناء التحليق، بلغت المساهمة المباشرة للمحرك (التي ينقلها من قواعد تثبيته إلى هيكل الطائرة) في قوة الدفع الأمامية 8% من قوة دفع نظام الدفع. أما مساهمته غير المباشرة فكانت تأتي من سحب الهواء عبر المدخل وضخه (الهواء الأساسي والثانوي) عبر فوهة هيكل الطائرة: 63% منها ناتجة عن الضغط الأمامي على الهياكل داخل نظام سحب الهواء، و28% من الضغط الأمامي على فوهات العادم. ^{[ 16 ] [ 14 ]}

صُممت جميع المكونات الرئيسية لمحرك أوليمبوس 593 لتعمل لمدة 25000 ساعة، باستثناء الضاغط وشفرات التوربين، التي صُممت لتعمل لمدة 10000 ساعة. ^{[ 13 ]} ويمكن تغيير محرك مُثبّت على طائرة الكونكورد في ساعة و50 دقيقة. ^{[ 17 ]}

• محرك
• 
  رسم توضيحي لآلة أوليمبوس 593 يظهر ضاغط الضغط المنخفض، وضاغط الضغط العالي، وغرفة الاحتراق، والتوربينات، وحلقة إعادة تسخين الوقود، وحامل اللهب.
• 
  رسم أوليمبوس 593 يوضح عمودين ونظام إعادة التسخين. المواد المطلوبة لدرجات حرارة السحب العالية أثناء الطيران العادي هي: الأخضر - سبائك فولاذية، الأحمر - واسبالوي ، الأصفر - سبائك تيتانيوم، الأزرق - سبائك أساسها النيكل. تتطلب إعادة التسخين الجزئي حلقة وقود واحدة ومثبت لهب كما هو موضح.
• 
  عرض أوليمبوس 593 لإعادة التسخين الجزئي (زيادة الدفع بنسبة 20٪) يوضح متطلبات الوقود / درجة الحرارة المنخفضة، والتي تحتاج إلى حلقة واحدة فقط، مقارنة بإعادة التسخين الكاملة العسكرية.
• 
  للمقارنة مع 593، وهو متطلب إعادة تسخين كامل عسكري (50٪ تعزيز الدفع / 3000 درجة فهرنهايت ^{[ 18 ]} ) يتطلب ثلاث حلقات وقود (مخفية بواسطة حوامل اللهب الحمراء) للهب عبر القناة بأكملها (محرك توربيني نفاث GE J79).

يجب أن يوفر مدخل الهواء ذو ​​الهندسة المتغيرة في طائرة الكونكورد، المصمم من قبل شركة BAC ، كأي مدخل هواء في محرك نفاث، الهواء للمحرك بأعلى ضغط ممكن (استعادة الضغط) مع مراعاة تفاوت توزيع الضغط (التشوه) الذي يتحمله الضاغط. يُعد ضعف استعادة الضغط خسارة غير مقبولة لعملية ضغط الهواء الداخل، كما أن التشوه المفرط يُسبب تذبذبًا في ضغط المحرك (نتيجة فقدان هامش التذبذب). إذا كان المحرك نفاثًا توربينيًا مزودًا بنظام إعادة تسخين، فيجب أن يوفر المدخل أيضًا هواء تبريد لقناة إعادة التسخين الساخنة وفوهة المحرك. كان استيفاء جميع المتطلبات المذكورة أعلاه ضمن النطاق التشغيلي المعتمد شرطًا أساسيًا لكي تصبح الكونكورد طائرة تجارية قابلة للتطبيق. وقد تحقق ذلك من خلال مدخل هواء ذي هندسة متغيرة ونظام تحكم في المدخل لا يؤثر سلبًا على تشغيل المحرك أو التحكم في الطائرة.

تُعالج استعادة الضغط فوق الصوتي من خلال عدد الموجات الصدمية المتولدة من مدخل الهواء: فكلما زاد العدد، زادت استعادة الضغط. ينضغط التدفق فوق الصوتي أو يتباطأ بتغيير اتجاهه. ^{[ 19 ]} غيّرت منحدرات مدخل الهواء الأمامية في طائرة الكونكورد اتجاه التدفق، مما تسبب في صدمات خارجية مائلة وانضغاط متساوي الإنتروبيا في التدفق فوق الصوتي. استخدمت طائرة TSR-2 جسمًا مركزيًا نصف مخروطي الشكل متحركًا لتغيير الاتجاه. ^{[ 20 ]} تُعالج استعادة الضغط دون الصوتي بإزالة الطبقة الحدية (عند فتحة تصريف المنحدر) وتشكيل مناسب للمشتت دون الصوتي المؤدي إلى المحرك. حققت مداخل محرك الكونكورد استعادة ضغط بلغت 7.3:1 عند سرعة ماخ 2. ^{[ 21 ]}

أدت الموجات الصدمية إلى نمو مفرط للطبقة الحدية على المنحدر الأمامي. تم إزالة هذه الطبقة الحدية عبر فتحة تصريف المنحدر، متجاوزةً بذلك ناشر الهواء دون الصوتي والمحرك، حيث كانت ستتسبب لولا ذلك في فقدان مفرط للهواء في القناة وتشوه غير مقبول في المحرك. ^{[ 22 ]} ولأن فتحة تصريف المنحدر كانت موجودة في ناشر الهواء دون الصوتي، وفي اتجاه مجرى نظام الصدمات، فقد تم استيعاب التغيرات في التدفق التي يتطلبها المحرك بتغيرات مماثلة في تدفق فتحة التصريف دون التأثير بشكل ملحوظ على نمط الصدمات الخارجي. وتم التعامل مع انخفاضات تدفق المحرك الناتجة عن الخنق أو الإيقاف عن طريق فتح باب التفريغ. ^{[ 22 ]}

تم إغلاق أبواب التفريغ أثناء الطيران المستقر لمنع فقدان الدفع، حيث أن تسرب الهواء من القناة لا يساهم في استعادة الضغط في المدخل. ^{[ 19 ]}

بما أن منطقة المدخل كانت مثالية للتحليق، فقد تم توفير مدخل إضافي لتلبية تدفق هواء المحرك الأعلى اللازم للإقلاع. كما كان لا بد من معالجة تشوه التدفق عند واجهة المحرك، مما أدى إلى سلسلة ديناميكية هوائية مع الباب الإضافي. ^{[ 22 ]}

تؤثر قوى تدفق الهواء الداخلي على هيكل المدخل باتجاه الخلف (السحب) في الجزء المتقارب الأولي، حيث يحدث التباطؤ فوق الصوتي، وباتجاه الأمام في القناة المتباعدة حيث يحدث التباطؤ دون الصوتي حتى مدخل المحرك. وقد ساهم مجموع هاتين القوتين بنسبة 63% من قوة الدفع عند سرعة الطيران العادية من جزء المدخل في نظام الدفع. ^{[ 16 ]}

لتحقيق الدقة المطلوبة في التحكم في منحدر السحب وموضع فتحة التصريف، تبيّن ضرورة استخدام معالج إشارات رقمي في وحدات التحكم في مدخل الهواء. وقد طُوّر هذا المعالج في عام 1972 تقريبًا، في مرحلة متأخرة نسبيًا من البرنامج، من قِبل قسم الإلكترونيات وأنظمة الفضاء التابع لشركة الطائرات البريطانية في فيلتون . وقد ضمنت وحدات التحكم في مدخل الهواء كفاءة استهلاك الوقود المطلوبة للرحلات عبر المحيط الأطلسي. كما قام المعالج الرقمي بحساب جدولة سرعة المحرك بدقة لضمان هامش أمان كافٍ في جميع ظروف تشغيل المحرك وهيكل الطائرة.

كما كان نظام التحكم في مدخل الهواء في طائرة الكونكورد رائدًا في استخدام طرق البيانات الرقمية ( حافلات البيانات التسلسلية المتعددة ) التي تربط وحدات استشعار مدخل الهواء التي تجمع البيانات الديناميكية الهوائية عند مقدمة الطائرة (الضغط الكلي، والضغط الساكن، وزاوية الهجوم، والانزلاق الجانبي) وترسلها إلى وحدات التحكم في مدخل الهواء الموجودة بالقرب من مداخل الهواء، على مسافة حوالي 190 قدمًا (58 مترًا) ، باستخدام كابلات زوجية ملتوية محمية لاستبدال ما كان سيمثل وزنًا أكبر بكثير في أسلاك الطائرة لو تم استخدام أسلاك الإشارة التناظرية والأنابيب الهوائية فقط.  

كان لنظام التحكم في المدخل القدرة الفريدة على الحفاظ على تشغيل المحركات بشكل صحيح والمساعدة في التعافي مهما كان ما يفعله الطيارون والطائرة والغلاف الجوي معًا في ذلك الوقت.

بلغت نسبة الضغط الإجمالية لمحطة توليد الطاقة عند سرعة ماخ 2.0 على ارتفاع 51,000 قدم (15,500 متر) حوالي 82:1، منها 7.3:1 من مدخل الهواء و11.3:1 من ضاغطَي المحرك، وهي نسبة أعلى بكثير من أي طائرة دون سرعة الصوت في ذلك الوقت، مما أعطى كفاءة إجمالية عالية مماثلة تبلغ حوالي 43%. ^{[ 3 ] [ 21 ]}  

الجزء الأول من نظام العادم هو فوهة المحرك ذات المساحة القابلة للتعديل للتحكم في المحرك، والمعروفة بالفوهة الرئيسية. يمر عادم المحرك والهواء الثانوي القادم من مدخل الهواء إلى فوهة ثانوية مركبة على هيكل الطائرة، تعمل كعاكس دفع. تتكون هذه الفوهة، التي طورتها شركة SNECMA ، من غشائين يتغير موضعهما في تدفق العادم تبعًا لظروف الطيران؛ فعلى سبيل المثال، عند إغلاقهما بالكامل (في تدفق العادم)، يعملان كعاكس دفع، مما يساعد على التباطؤ من سرعة الهبوط إلى سرعة السير على المدرج. في وضع الطيران المستقر المفتوح بالكامل، يشكلان مع فوهة المحرك فوهة قاذفة للتحكم في تمدد العادم. يشكل الغشائان الممر المتشعب بينما يقوم عادم المحرك بقذف أو ضخ التدفق الثانوي من فتحة تهوية مدخل الهواء.

تسبب التدفق المتوسع في الجزء المتباعد في قوة دفع أمامية على فوهة العادم: مساهمة بنسبة 29٪ في قوة دفع نظام الدفع الكلية أثناء الطيران. ^{[ 16 ]}

أثناء التحليق بسرعة 2.02 ماخ، كان كل محرك من محركات أوليمبوس 593 ينتج حوالي 10000 رطل (44 كيلو نيوتن) من قوة الدفع، أي ما يعادل 36000 حصان (27000 كيلو واط) لكل محرك. ^{[ 23 ]}    

صُممت فوهة العادم الرئيسية وأنبوب النفث لعمر افتراضي يبلغ 30000 ساعة؛ وهيكل عاكس الدفع الخلفي (TRA) لعمر افتراضي يبلغ 40000 ساعة. ^{[ 24 ]}

• فوهة
• 
  طائرة كونكورد G-AXDN ما قبل الإنتاج ، دوكسفورد، صورة مقرّبة للفوهات وريش الدفع العكسي وشفرات تدفق الهواء الخارج. في الطائرات المنتجة، تم استخدام تصميم مُعدّل لفوهة/عكس دفع متغيرة على شكل "جفن".
• 
  ترتيب المحرك وفوهات الإنتاج أسفل أحد جناحي طائرة الكونكورد. تم تركيب مجموعة الفوهات أحادية الكتلة خلف كاميرتين من طراز أوليمبوس 593. تظهر الفوهات في أوضاع تشغيل مختلفة لتوضيح الدفع العكسي أثناء الإقلاع (يمين) والهبوط (يسار). تُغلق الفوهات جزئيًا أثناء الإقلاع لتقليل الضوضاء الجانبية. ^{[ 25 ]} وتُغلق تمامًا لتوجيه العادم جزئيًا للأمام لتوليد الدفع العكسي.
• 
  أوضاع الفوهات الثانوية لهيكل الطائرة عند أ) الإقلاع ب) التحليق بسرعة ماخ 2 ج) عكس الدفع.