L'Eurojet EJ200 è un motore aeronautico militare turboventola

L'Eurojet EJ200 è un motore aeronautico militare turboventola, sviluppato in Europa a partire dalla fine degli anni ottanta dal consorzio EUROJET Turbo GmbH ed installato sul caccia Eurofighter Typhoon.

Storia

L'EJ200 trae le sue origini dal dimostratore tecnologico XG-40 sviluppato dalla Rolls-Royce a partire dal 1983 quando ancora i requisiti di progetto dell'Eurofighter non erano stati fissati. I costi di sviluppo del dimostratore furono a carico della Gran Bretagna (per l'85%) e della Rolls-Royce.

Il 2 agosto 1985, l'Italia, la Germania dell'Ovest ed il Regno Unito decisero di portare avanti il progetto per un velivolo da caccia, l'Eurofighter. Nella stessa occasione fu anche confermato che la Francia non avrebbe partecipato al progetto. Uno dei motivi era la pressione da parte dei francesi per l'impiego del motore Snecma M88 al posto dell'XG-40.

Nel 1986 fu formato il consorzio Eurojet con la partecipazione della tedesca MTU (33%), la britannica Rolls-Royce (33%), l'italiana Avio (21%) e la spagnola ITP (13%).

Il motore venne provato al banco per la prima volta nel 1991, mentre le prime prove in volo iniziarono il 4 giugno 1995 sul terzo prototipo di Eurofighter (DA3). Il primo esemplare di produzione è stato consegnato nel 2000.[7]

Alla Eurojet è stata assegnata una commessa per la produzione di 1400 motori nell'ambito del programma Eurofighter.

Tecnica

L'EJ200 condivide buona parte dell'impostazione iniziale del dimostratore XG-40, ma da cui si discosta nel compressore (progettato e costruito dalla MTU) e nell'ugello di scarico convergente-divergente a geometria variabile (di responsabilità della spagnola Sener attraverso la sua controllata CASA.

Il motore è costituito da due gruppi (di alta e bassa pressione) collegati da due alberi motore concentrici. La camera di combustione è di tipo anulare e, a valle della turbina di bassa pressione, è presente il postbruciatore seguito da un ugello di scarico convergente-divergente a geometria variabile.

Compressore

Il compressore assiale è costituito da tre stadi fan a bassa pressione costruiti con tecnologia blisk, con le palette solidali al disco a costituire un unico assieme, che consentono vantaggi in termini di peso ed efficienza (si riducono le fughe di aria compressa tra paletta e disco). In questo motore il rapporto di diluizione (ossia il rapporto tra il flusso d'aria secondario e quello trattato dagli stadi di alta pressione) è di 0,4:1.

Anche i primi tre stadi dei cinque del compressore di alta pressione sono blisk, mentre solo uno stadio statorico del compressore di alta pressione ha le palette ad angolo di calettamento variabile. Complessivamente, gli otto stadi del compressore consentono un rapporto di compressione di 26:1.

Turbina

Sia la turbina di alta pressione che quella di bassa pressione sono costituite ognuna da un singolo stadio. Le palette sono costituite da una lega in nichel in un grano monocristallino, con un profilo aerodinamico modellizzato in 3D per aumentare l'efficienza. A protezione delle alte temperature dei gas provenienti dalla camera di combustione, le palette sono raffreddate internamente ed esternamente da aria compressa prelevata dal compressore di alta pressione che trafila dai fori di raffreddamento presenti sul profilo delle palette. Inoltre, sugli statori e sulle pareti dei condotti, è applicato (mediante un getto di plasma) un sottile strato di rivestimento che funge da barriera termica.

Postbruciatore

Il postbruciatore, sviluppato dalla italiana Avio, si compone di stabilizzatori di fiamma radiali, anziché anulari come nel precedente RB199. Questo perché le temperature più elevate dei gas di scarico a valle della turbina di bassa pressione presenti nei motori più recenti comportano la necessità di raffreddare gli stabilizzatori di fiamma con aria proveniente dal flusso secondario (freddo). La configurazione più efficiente prevede, nel caso dell'EJ200, una raggiera di 14 stabilizzatori immediatamente a valle degli spruzzatori di combustibile. Per ridurre le instabilità di combustione sono stati anche introdotti degli smorzatori acustici (screech damper) che rivestono la parte interna del postbruciatore e contribuiscono anche alla protezione termica dell'ugello di scarico.

L'accensione del combustibile nel postbruciatore avviene mediante la tecnica dell'hot shot; una quantità aggiuntiva di combustibile viene iniettata in camera di combustione producendo una fiammata momentanea che, passando i due stadi della turbina, innesca la combustione nel postbruciatore. All'aumentare della spinta richiesta viene iniettato combustibile nella parte centrale del postbruciatore, dove ci sono le migliori condizioni di combustione. Quando la quantità di ossigeno nel flusso primario non è più sufficiente, viene spruzzato combustibile anche dagli iniettori investiti dal flusso secondario, che viene, comunque, utilizzato per metà per il raffreddamento delle pareti del postbruciatore e dell’ugello.

Ugello di scarico

L'ugello a geometria variabile consente di adattare la geometria dello scarico alle notevoli variazioni di portata e temperatura dei gas di scarico che il motore può incontrare all'interno del suo inviluppo operativo. Un ugello convergente-divergente permette di sfruttare completamente l'espansione dei gas di scarico con incrementi di spinta (ad alte velocità di volo) anche del 15% rispetto ad un ugello semplicemente convergente.

Nell'EJ200 la parte convergente dell'ugello è costituita da una serie di petali "primari" incernierati ad una estremità alla struttura del motore e, all'altra estremità (corrispondente alla sezione di gola), ai petali "secondari". Un anello mosso da attuatori idraulici comanda (scorrendo avanti ed indietro) il movimento dei petali secondari che, vincolati ai primari, si aprono o si chiudono regolando sia la sezione di gola che la divergenza dell'ugello.

Dal 1995 è allo studio una versione dell'EJ200 con spinta vettoriale (Thrust Vectoring Nozzles o TVN). Il sistema prevede tre anelli tra loro incernierati a formare un giunto cardanico tra il motore e l'ugello di scarico. La configurazione base prevede l'impiego di tre attuatori montati ad intervalli di 120° che, muovendo in maniera coordinata il giunto cardanico, direzionano la spinta.

Sistema di controllo

Il motore è controllato in tutti i suoi parametri di funzionamento da una unità digitale chiamata Digital Engine Control and Monitoring Unit (DECMU). Nei primi modelli di EJ200, il controllo era affidato a due unità separate, l'EMU (Engine Monitoring Unit) destinato a ricevere le informazioni dai sensori installati sul motore e velivolo e registrare in memoria eventuali avarie transitorie e il Decu preposto al controllo e regolazione dei parametri motore. A partire dalla seconda Tranche, le due unità sono state unite nel DECMU che oltre a gestire i parametri di funzionamento del motore monitorandoli in tempo reale, registra l'andamento nel tempo delle sue prestazioni permettendo di intervenire sui moduli principali del motore quando è necessario, e non ad intervalli fissi come nella manutenzione ordinaria, ottimizzando costi ed fermo-macchina.

Varianti:

• EJ200 MK 100 - Prima versione installata sulla Tranche 1 degli Eurofighter con unità di controllo motore separate (EMU e Decu);
• EJ200 Mk 101 - Versione attuale installata sulla Tranche 2 con DECMU;
• EJ230 - Versione con controllo vettoriale di spinta, in fase di sviluppo. Il motore era stato proposto all'India nel febbraio 2009 nell'ambito della gara per la motorizzazione dell'HAL Tejas che verrà poi vinta dal General Electric F414. Per questa versione è previsto un incremento di spinta che, unito alla spinta vettoriale, consente migliori prestazioni in decollo ed in volo, potendo essere usato come una superficie di controllo virtuale. Il sistema TVN può anche essere installato sugli attuali modelli in servizio senza il bisogno di sostanziali modifiche strutturali a cellula o motore.

Velivoli utilizzatori:

• Unione europea - Eurofighter Typhoon.

ENGLISH

The Eurojet EJ200 is a military low bypass turbofan used as the powerplant of the Eurofighter Typhoon. The engine is largely based on the Rolls-Royce XG-40 technology demonstrator which was developed in the 1980s. The EJ200 is built by the EuroJet Turbo GmbH consortium. The EJ200 is also used in the Bloodhound LSR supersonic land speed record attempting car.

Development

Rolls-Royce XG-40

Rolls-Royce began development of the XG-40 technology demonstrator engine in 1984. Development costs were met by the British government (85%) and Rolls-Royce.

On 2 August 1985, Italy, West Germany and the UK agreed to go ahead with the Eurofighter. The announcement of this agreement confirmed that France had chosen not to proceed as a member of the project. One issue was French insistence that the aircraft be powered by the SNECMA M88, in development at the same time as the XG-40.

Eurojet EJ200

The Eurojet consortium was formed in 1986 to co-ordinate and manage the project largely based on XG-40 technology. In common with the XG-40, the EJ200 has a three-stage fan with a high pressure ratio, five-stage low-aspect-ratio high-pressure (HP) compressor, a combustor using advanced cooling and thermal protection, and single-stage HP and LP turbines with powder metallurgy discs and single crystal blades. A reheat system (afterburner) provides thrust augmentation. The variable area final nozzle is a convergent-divergent design.

In December 2006, Eurojet completed deliveries of the 363 EJ200s for the Tranche 1 Eurofighters. Tranche 2 aircraft require 519 EJ200s. As of December  2006, Eurojet was contracted to produce a total of 1,400 engines for the Eurofighter project.

HAL Tejas

In 2009, Eurojet entered a bid, in competition with General Electric's F414, to supply a thrust vectoring variant of the EJ200 to power the HAL Tejas. After evaluation and acceptance of the technical offer provided by both Eurojet and GE Aviation, the commercial quotes were compared in detail and GE Aviation was declared as the lower bidder.

TAI TFX

On 20 January 2015 ASELSAN of Turkey and Eurojet Turbo GmbH signed a Memorandum of Understanding to collaborate on the EJ200 military turbofan engine programme. It is envisaged that the collaboration would produce a derivative of the EJ200 with thrust vectoring for use in Turkey's TFX 5th generation air superiority fighter programme. Eurojet EJ200 is not selected for TFX program. TFX will use General Electric F110 engine until indigenous manufactured by TRMOTOR.

TAI Hürjet

Turkey's indigenous Jet training aircraft Hürjet will use "Typhoon"s EJ200 engine.A Letter of Intent was signed between Turkish Aerospace Industries (TAI) and Eurojet at the Le Bourget Aviation Show in Paris, France. TAI(TUSAŞ in Turkish) CEO Dr. Temel Kotil and Eurojet Ceo Clemens Linden on behalf of Eurojet consortium signed the letter. The Eufighter Typhoon aircraft is equipped with two engine engines but Hürjet will have one.The EJ200 has over 1 million hours of flight experience with two engines. Some minor changes will take place for the use of a single engine and it will be called a prototype until the engine is certified for single use.

Landspeed record attempt

An EJ200 engine, together with a rocket engine, will power the Bloodhound LSR for an attempt at the land speed record. The target speed is at least 1000 mph.

Variants

EJ2x0

• Stage 1: The EJ2x0 with 20% growth compared to the original EJ200. The EJ2x0 engine will have dry thrust increasing to some 72 kN (or 16,200 lbf) with a reheated output of around 103 kN (or 23,100 lbf).
• Stage 2: The new engine plan to increase the output 30% more power compared to the original EJ200. The engine will have dry thrust of around 78 kN (or 17,500 lbf) with a reheated output of around 120 kN (or 27,000 lbf).

Applications

• Eurofighter Typhoon
• Bloodhound LSR.

Specifications (EJ200)

General characteristics:

• Type: Afterburning turbofan
• Length: 398.78 cm (157.00 in)
• Diameter: 73.66 cm (29.00 in)
• Dry weight: 988.83 kg (2,180.0 lb).

Components:

• Compressor: Axial, 3-stage LP, 5-stage HP
• Combustors: Annular
• Turbine: 1-stage LP, 1-stage HP.

Performance:

• Maximum thrust: 60 kN (13,500 lbf) and 90 kN (20,200 lbf) (with afterburner)
• Overall pressure ratio: 26:1
• Bypass ratio: 0.4:1
• Air mass flow: 75–77 kg/s (9,900–10,200 lb/min)
• Turbine inlet temperature: 1,800 K (1,530 °C)
• Fuel consumption: 4,536–4,968 kg/h (10,000–10,950 lb/h) and 15,228–15,876 kg/h (33,570–35,000 lb/h) (with afterburner)
• Specific fuel consumption: 21–23 g/(kN⋅s) (0.74–0.81 lb/(lbf⋅h)) and 47–49 g/(kN⋅s) (1.66–1.73 lb/(lbf⋅h)) (with afterburner)
• Thrust-to-weight ratio: 6.11:1 and 9.17:1 (with afterburner).

(Web, Google, Wikipedia, You Tube)