Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

F.2 / Берилл
Метрополитен-Виккерс Beryl.jpg
Паровоз Beryl сохранился в музее Solent Sky
ТипТурбореактивный
ПроизводительМетрополитен-Виккерс
Первый забег1941 г.
Основные приложенияСондерс-Роу SR.A / 1

Метрополитен-Виккерс Е.2 является ранним турбореактивным двигателем и первым британским дизайн должны быть основан на компрессоре осевого потока . Это была чрезвычайно продвинутая конструкция для того времени [1], в которой использовались девятиступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания и двухступенчатая турбина.

Впервые он привел в действие Gloster Meteor в ноябре 1943 года, превзойдя современные модели Power Jets . Несмотря на это отличное начало, он считался ненадежным и никогда не использовался во время войны. В послевоенное время ряд двигателей обеспечивал гораздо более высокие характеристики, и интерес к F.2 угас.

Однако потенциал двигателя и инвестиции не пропали даром; дизайн был передан от Metropolitan-Vickers (MetroVick) Армстронгу Сиддели, когда MetroVick ушла из бизнеса по производству газовых турбин. Армстронг Сиддели создал более крупную версию успешного Sapphire .

Развитие [ править ]

Алан Арнольд Гриффит опубликовал в 1926 году основополагающую статью «Аэродинамическая теория конструкции турбины» , в которой впервые четко продемонстрировал, что газовая турбина может быть использована в качестве практической и даже желательной силовой установки самолета. Работа началась с демонстрации того, что существующие конструкции осевых компрессоров «зависли в воздухе» из-за использования плоских лопастей, и вместо этого можно было добиться значительных улучшений, используя конструкции с крыльями . Далее была описана полная конструкция компрессора и турбины с использованием дополнительной мощности выхлопных газов для привода второй турбины, которая будет приводить в действие воздушный винт. По сегодняшней терминологии, это турбовинтовой двигатель .

Чтобы доказать эту конструкцию, Гриффит и несколько других инженеров из Royal Aircraft Establishment построили в 1928 году испытательный стенд компрессора, известного как Anne , машины, построенные для них Фрейзером и Чалмерсом . После успешного тестирования Энн они планировали продолжить это с законченным движком, известным как Betty , или B.10. Поскольку Бетти была разработана для целей испытаний, она была спроектирована таким образом, чтобы компрессорная и турбинная секции могли работать отдельно. Для этого выхлоп от компрессора находился в «передней части» двигателя, где он направлялся через секцию сгорания к «концу» двигателя, где он входил в турбину. Это также означало, что карданный вал между секциями был очень коротким.

В 1929 году диссертация Фрэнка Уиттла о чистых реактивных двигателях была опубликована и отправлена ​​Гриффиту для комментариев. Указав на ошибку в математике Уиттла, он продолжил высмеивать всю концепцию, заявив, что центробежный компрессор, который использовал Уиттл, был бы непрактичным для использования в самолетах из-за его большой лобовой площади, и что использование выхлопной струи непосредственно для мощности будет быть крайне неэффективным. Уиттл обезумел, но был убежден, что ему все равно стоит запатентовать эту идею. Пять лет спустя группа инвесторов убедила его начать работу над тем, что станет первым работающим британским реактивным двигателем.

Гриффит продолжил разработку своих собственных концепций, в конечном итоге разработав усовершенствованную конструкцию компрессора с использованием двух противоположно вращающихся ступеней, что повысило эффективность. Его партнер, Хейн Констан , начал переговоры в 1937 году с находящейся в Манчестере компанией Metrovick, производителем паровых турбин , о производстве нового оборудования. К 1939 году в результате этой работы было разработано несколько улучшенных версий компрессора Betty, которые были включены в новую Freda . Между прочим, Metrovick недавно объединился с British Thomson-Houston , еще одним производителем турбин, который поддерживал усилия Уиттла.

В апреле 1939 года Уиттл продемонстрировал потрясающую демонстрацию своего экспериментального двигателя WU , запустив его в течение 20 минут на большой мощности. Это привело к целому ряду контрактов на создание производственной конструкции, пригодной для использования в самолетах. Руководитель отдела дизайна компании Metrovick Дэвид Смит решил прекратить разработку концепций турбовинтовых двигателей и вместо этого сосредоточиться на чисто реактивных двигателях. Разработка только началась, когда Уиттл приступил к созданию своего проекта W.1 , планируя в следующем году установить его для полета на Gloster E.28 / 39 .

F.1 [ править ]

В июле 1940 года RAE подписала контракт с Metrovick на создание летного чисто турбореактивного двигателя на базе турбины Freda. Это возникло как концепция F.1, которая была построена в нескольких формах, с первым работающим двигателем, запущенным на испытательном стенде в конце 1941 года. Конструкция прошла летные испытания специальной категории в 1942 году и впервые пролетела 29 Июнь 1943 года в открытом бомбоотсеке Avro Lancaster . По сравнению с конструкциями Уиттла с центробежным потоком, F.1 был чрезвычайно продвинутым, используя девятиступенчатый осевой компрессор, кольцевую камеру сгорания и двухступенчатую турбину. [1]

F.2 [ править ]

Разработка турбореактивного двигателя F.2 шла быстро, и двигатель впервые заработал в ноябре 1941 года. К тому времени в разработке находился ряд двигателей, основанных на концепции Уиттла, но F.2 выглядел значительно более способным, чем любой из них. Летная версия F.2 / 1 получила свой тестовый рейтинг в 1942 году. Один из них был установлен на испытательном стенде Avro Lancaster (первый прототип Lancaster, серийный номер BT308 ), установленном в корме вместо задней башни. , с одинарным воздухозаборником в верхней части фюзеляжа перед сдвоенным хвостовым оперением. Первый полет самолета состоялся 29 июня 1943 года. [2] Серийные версии F.2 были испытаны на F.9 / 40M ( Gloster Meteor ) серийный номер DG204 / G., совершивший свой первый полет 13 ноября 1943 года. Они были установлены в подвесных гондолах аналогично двигателям Messerschmitt Me 262 . [1]

Как и ожидалось, двигатели F.2 были более мощными, чем конструкция Уиттла, сначала давая 1800 фунтов силы (8000 Н), но вскоре они увеличились до более чем 2000 фунтов силы (8900 Н). Примерно в то время Whittle W.2B развивал только 1600 фунтов силы (7100 Н). Однако возникли сомнения в надежности F.2, в основном из-за проблем, связанных с образованием горячих точек на подшипнике турбины и камере сгорания, которые вызывали коробление и трещины на входных соплах турбины.

Осевой компрессор F.2 был позже предложен Rolls-Royce и использовался в качестве начальной ступени Rolls-Royce Clyde . [3]

F.2 / 2 [ править ]

Чтобы решить эти проблемы, в августе 1942 года была произведена небольшая модификация F.2 / 2, в которой материал турбины был изменен с Rex 75 на Nimonic 75 , а камера сгорания увеличена на 6 дюймов (150 мм). Тяга была увеличена до 2400 фунтов силы (11000 Н) в статике, но проблемы с перегревом остались.

F.2 / 3 [ править ]

Другая попытка решить проблемы с перегревом привела к созданию в 1943 году более сильно модифицированного F.2 / 3. Эта версия заменила оригинальную кольцевую камеру сгорания горелками тазового типа, подобными горелкам на конструкциях Уиттла. Похоже, это решило проблемы, увеличив тягу до 2700 фунтов силы (12000 Н) в процессе. Однако к этому времени было решено перейти на гораздо более мощный вариант двигателя.

F.2 / 4 Beryl [ править ]

Разработка F.2 продолжилась на версии, в которой использовался десятиступенчатый компрессор для дополнительного воздушного потока, приводимый в действие одноступенчатой ​​турбиной. [4] [1] Новый F.2 / 4 - Beryl - первоначально развивал 3250 фунтов силы (14,45 кН) и был испытан на Avro Lancaster Mk.II s / n LL735 перед установкой на Saunders-Roe SR.A / 1 летающая лодка-истребитель. Тяга уже увеличилась до 3850 фунтов-силы (17,1 кН) для третьего прототипа и в конечном итоге достигла 4000 фунтов-силы (17,8 кН).

Для сравнения, современный Derwent развивал только 2450 фунтов силы (10900 Н) в своей окончательной форме; что делает Beryl одним из самых мощных двигателей того времени. Разработка SR.A / 1 закончилась в 1947 году, положив конец разработке Beryl вместе с ним. Тем не менее, Beryl из прототипа SR.A / 1 был удален и использован Дональдом Кэмпбеллом для первых запусков своего знаменитого гидросамолета Bluebird K7 1955 года, на котором он установил семь рекордов скорости относительно воды в период с 1955 по 1964 год.

F.3 [ править ]

В 1942 г. М.В. приступил к работам по увеличению тяги. Получившийся в результате Metropolitan-Vickers F.3 был первым британским турбовентиляторным двигателем, который был спроектирован, построен и испытан. Можно сказать, что F.3 также был первым построенным трехвальным реактивным двигателем, хотя конфигурация полностью отличалась от конфигурации гораздо более поздних ТРДД Rolls-Royce RB211 , поскольку вентилятор располагался в задней части. двигатель, не похожий на двигатель General Electric CJ805 -23. Используя стандартный F.2 / 2, MV добавила отдельный модуль в заднюю часть двигателя (непосредственно за турбиной высокого давления), который состоял из турбин низкого давления противоположного вращения, прикрепленных к двум вентиляторам противоположного вращения. [5]За исключением направляющих лопаток сопла первой ступени, турбина НД была полностью бесстаторной с четырьмя последовательными ступенями ротора. Первый и третий роторы вращали передний вентилятор по часовой стрелке (если смотреть спереди), тогда как задний вентилятор вращался против часовой стрелки роторами два и четыре. Хотя передний вентилятор имел входные направляющие лопатки, не было никаких лопаток между вращающимися в противоположном направлении роторами вентилятора или, ниже по потоку, каких-либо выходных направляющих лопаток. Отвод основных и байпасных потоков осуществляется через отдельные соосные сопла.

Проект был в целом успешным, статическая тяга увеличилась с примерно 2400 фунтов силы (11000 Н) до 4000 фунтов силы (18 кН) (4600 фунтов силы (20 кН) в 1947 году). Кроме того, удельный расход топлива упал с 1,05 до 0,65 фунта / (фунт-сила-час) (от 30 до 18 г / (кН⋅с)), что и было истинной целью проекта. Однако увеличение веса всех дополнительных турбомашин и каналов было значительным. Бонусом было заметное снижение уровня шума в результате того, что более медленный холодный воздух от вентилятора смешивался с быстрым горячим выхлопом газогенератора.

Несмотря на то, что F.3 успешно развивался, разработка была остановлена ​​давлением войны. Когда война закончилась, F.2 / 2 перестал быть актуальным, поэтому некоторые идеи были применены к более современному F.2 / 4 для производства винтового вентилятора Metropolitan-Vickers F.5.

F.5 [ править ]

После того, как F.3 остановился, F.5 был версией F.2 / 4 с открытым ротором (неуправляемым) усилителем тяги, добавленным к концу реактивного патрубка, несколько удаленному от турбины высокого давления. Пропеллеры фиксированного шага диаметром 6 футов, вращающиеся в противоположных направлениях, приводились в движение четырехступенчатой ​​бесстаторной турбинной установкой низкого давления, аналогичной F.3. Статическая тяга увеличилась с 3500 фунтов силы у F.2 / 2 до более чем 4710 фунтов силы (21000 Н) с соответствующим уменьшением удельного расхода топлива. По сравнению с исходным турбореактивным двигателем увеличение веса этой конфигурации винтового вентилятора составило около 26% по сравнению с 53% для ТРДД F.3. [6] Разработка была отменена, когда они продали свой бизнес по производству газовых турбин компании Armstrong Siddeley в 1946 году.

F.9 Sapphire [ править ]

Основная статья: Армстронг Сиддели Сапфир

Разработка F.2 закончилась в 1944 году. Тем не менее, разработка базовой концепции продолжалась, что в конечном итоге привело к значительно большему F.9 Sapphire. Однако в 1947 году Метровик оставил производство реактивных двигателей, и их проектная группа переехала в Армстронг Сиддли . Sapphire превратился в успешный дизайн, первоначально превзойдя мощь своего современного Rolls-Royce, Avon . Конструктивные особенности линии Metrovick были воплощены в собственной линейке турбовинтовых осевых компрессоров Armstrong Siddeley, хотя Armstrong Siddeley отказался от использования Metrovick названий драгоценных камней для своих двигателей в пользу продолжения использования названий животных, в частности змей.

Пример прототипа двигателя можно найти в Лётной галерее Музея науки в Лондоне.

Двигатели на дисплее [ править ]

Metrovic Beryl выставлен в музее Rolls-Royce Heritage Trust (Дерби).

Технические характеристики (F.2 / 2) [ править ]

На выставке в Rolls-Royce Heritage Trust (Дерби)

Данные Wilkinson. [7]

Общие характеристики

  • Тип: турбореактивный осевой поток
  • Длина: 159 дюймов (4039 мм)
  • Диаметр: 34,9 дюйма (886,5 мм)
  • Сухой вес: ~ 1500 фунтов (680 кг)

Составные части

  • Компрессор: 9-ступенчатый компрессор с осевым потоком
  • Камеры сгорания : одна кольцевая камера сгорания из нержавеющей стали.
  • Турбина : двухступенчатая турбина с осевым потоком
  • Тип топлива: керосин

Спектакль

  • Максимальная тяга : 2400 фунтов силы (11 кН) на статическом уровне моря при взлете
  • Общий коэффициент давления : 3,5: 1
  • Массовый расход воздуха: ~ 50,23 фунта / с (~ 22,78 кг / с)
  • Температура на входе в турбину : 1382 ° F (750 ° C)
  • Удельный расход топлива : 1,07 фунт / (фунт-сила⋅ч) (30 г / (кН⋅с))
  • Удельная тяга : ~ 1,6

См. Также [ править ]

Сопоставимые двигатели

  • BMW 003
  • General Electric J47

Связанные списки

  • Список авиационных двигателей

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d "Armstrong Siddeley Sapphire" , Flight , 6 января 1956, стр. 17-22.
  2. ^ "Авро Ланкастер" . Будущее авиации . Проверено 15 апреля 2019 .
  3. ^ "Всемирная энциклопедия авиационных двигателей - 5-е издание" Билла Ганстона , Sutton Publishing, 2006, P.195
  4. ^ "Метрополитен Виккерс, газовая турбина и государство: социально-техническая история, 1935-1960" (PDF) . Проверено 29 сентября 2020 .
  5. ^ «Metrovick F3 Cutaway - изображения и фотографии в воздушном пространстве FlightGlobal» . Flightglobal.com. 7 ноября 2007 . Проверено 5 марта 2012 года .
  6. ^ "Metrovick F.5" , Полет , 2 января 1947, стр. 18.
  7. ^ Уилкинсон, Пол Х. (1946). Авиационные двигатели мира 1946 года . Лондон: сэр Исаак Питман и сыновья. С. 288–289.

Внешние ссылки [ править ]

  • "Газовая турбина Метро-Вик", летная статья 1946 г.
  • "Metrovick F.5" - летная статья 1947 года о винте F.5.