Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

WU
ТипТурбореактивный
ПроизводительСиловые форсунки
Первый забег12 апреля 1937 г.
Основные приложенияникто
Количество построенных3
Разработана вСиловые форсунки W.1

Мощность Струи WU (Виттл Unit) была серия из трех очень разных экспериментальных реактивных двигателей , произведенных и проверенных Фрэнк Уиттл и его небольшой командой в конце 1930 - х годов.

Дизайн и разработка [ править ]

WU «Первая модель», также известная Уиттлом как первый «экспериментальный» двигатель [1] и «1-е издание» [2], была первым турбореактивным двигателем, который был построен и запущен в мире. [3] Хотя это экспериментальный двигатель и не предназначен для полета, он был спроектирован как очень легкий по нормальным инженерным стандартам. [2] Двигатель состоял из четырех основных компонентов: одноступенчатого центробежного компрессора с двусторонним рабочим колесом, одноступенчатой ​​прямоточной камеры сгорания , одноступенчатой турбины с осевым потоком и конвергентного сопла, прикрепленного к водометной трубе. Вал, соединяющий турбину с компрессором, был сделан максимально коротким, чтобы избежать завихрения.[4] Камера сгорания была соединена с выпускным отверстием компрессора очень большим спиральным воздуховодом, придававшим двигателю асимметричный вид.

Уиттл сконструировал центробежный компрессор с соотношением давлений около 4: 1, тогда как, насколько ему было известно, лучшая ранее продемонстрированная производительность на одной ступени составляла около 2,5: 1. Он определил двустороннюю крыльчатку, чтобы обеспечить требуемый поток воздуха от крыльчатки меньшего диаметра, чем можно получить от односторонней. [2] Меньшее рабочее колесо позволило увеличить скорость турбины, что уменьшило нагрузку на одноступенчатую турбину и повысило ее эффективность. Турбина диаметром 419 мм (16,5 дюйма) должна была развивать мощность 3 000 л.с. (2237 кВт) для привода компрессора. Одним из недостатков двусторонней крыльчатки является необходимость в установке на воздушном судне воздухозаборника с камерой статического давления с более высокими потерями давления. [5] Недостатком конструкции упорного подшипника ротора является отсутствие осевой нагрузки от рабочего колеса для уравновешивания нагрузки от турбины.

Уиттл обратился за помощью в разработке системы сгорания и посетил Британскую промышленную ярмарку . Когда он обсуждал требования к своей камере сгорания с различными экспонентами, его «практически высмеивали на каждом стенде», пока он не обнаружил Laidlaw, Drew and Company, фирму, готовую решать сложную проблему горения [6] с интенсивностью, в 20 раз превышающей интенсивность горения огнеупоров. промышленные приложения с подкладкой. [7] К концу 1936 г. общие затраты на разработку и изготовление двигателя составили 2000 фунтов стерлингов. [8]

Испытания первой модели начались 12 апреля 1937 года в Регби . Во время испытаний главный инженер British Thomson-Houston (BTH) счел неразумным превышение 12000 об / мин на открытом заводе по соображениям безопасности после пробега 23 августа до 13 600 об / мин [9] . 31-й и последний запуск был 24 августа 1937 г. .

Для второй модели был принят существенно иной симметричный дизайн. Десять спиральных каналов соединяли выход компрессора с единственной большой камерой сгорания с обратным потоком, выход которой выходил вперед через турбину, а затем поворачивался назад для выпуска через десять сопел. Ожидается некоторый теплообмен между выхлопными трубами и десятью воздуховодами, по которым воздух поступает в камеру сгорания, поскольку все они были окружены внешним кожухом. [2] Испытания начались в помещениях избыточного литейного завода BTH Ladywood в близлежащем Латтерворте в Лестершире в марте 1938 года и продолжались до тех пор, пока турбина не была повреждена 6 мая 1938 года.

Существенные изменения были внесены и в третью модель. Он имел десять камер сгорания с обратным потоком, что давало аналогичную конфигурацию более поздним турбореактивным двигателям Power Jets W.1 и Power Jets W.2 . Эта конфигурация также была принята для реактивных двигателей Rolls-Royce Welland и General Electric J31 . Одним из преимуществ использования 10 камер сгорания, меньших в (1 / sqrt10) раз [2], было то, что их было легче протестировать на установке для сжигания.

Из-за нехватки средств многие компоненты будут модифицированы или отремонтированы для испытаний на более поздних двигателях.

Уиттл и его команда столкнулись с множеством проблем при разработке трех моделей. Повышены эффективность и долговечность компрессоров и турбин. Плохая топливная система и характеристики сгорания больше не ограничивают испытания других частей двигателя. Общая конструкция последующего двигателя W1 была очень похожа на третью модель экспериментального двигателя. [2] Команда продемонстрировала, что у турбореактивного двигателя есть потенциал, чтобы конкурировать с большими поршневыми авиадвигателями, которые тогда массово производились для британской программы перевооружения.

Первоначальное закругленное крепление основания лопатки турбины типа де Лаваля было заменено на новую треугольную конструкцию типа «елочка» после неоднократных отказов из-за напряжения / усталости предыдущего типа. Дизайн «елочка» будет использоваться на всех последующих двигателях Уиттла.

После серьезных проблем с начальным сгоранием в конце 1940 года была включена новая конструкция камеры сгорания, разработанная Исааком Лаббоком из лаборатории Shell Fulham . Эта камера / горелка «Лаббока» оказалась решением многих проблем сгорания.

Конструкция с «обратным потоком» или «тромбон», реализованная на втором и третьем двигателях, хотя и не является идеальной с точки зрения аэродинамики, была разработана как средство, позволяющее использовать короткий вал компрессора / турбины, требующий только двух подшипников без необходимость в гибкой муфте для устранения компенсатора на валу, для обеспечения хорошего потока воздуха в зоны сгорания и для удлинения пути горячего газа от камеры сгорания до турбины, чтобы могло произойти падение температуры, и убедитесь, что лопасти были защищены от самого горячего пламени горения, а доступные материалы турбинных лопаток, такие как «Stayblade» и «Rex78», имеют ограниченную температуру, которую они могут выдерживать. С более поздними улучшениями в материалах лезвий, такими как Nimonic 80, в этом больше не было необходимости, и «сквозной» дизайн стал практически осуществимым, как это было реализовано в конструкции ненастроенного W.2Y и позже перепроектированного W.2B / 500 - Rover B.26 , который позже стал Роллс-Ройс Дервент .

Уиттл предполагал использование вихревого потока в лопатках турбины, однако инженеры BTH не учли этого и изготовили лопатки с недостаточным крутящим моментом. Последующее настаивание Уиттла на этом впоследствии привело к ухудшению отношений с инженерами BTH. [10]

WU был фактически разрушен из-за отказа диска турбины 22 февраля 1941 года. Продолжались работы с Power Jets W.1 . [11]

Варианты [ править ]

Первая модель экспериментального двигателя WU
Первоначальная конструкция с асимметричным спиральным воздуховодом, соединяющим выход компрессора с одиночной прямоточной камерой сгорания. Первый запуск 12 апреля 1937 г.

Расчетные данные [12]

  • Расход воздуха: ~ 25,7 фунта / с (~ 11,66 кг / с)
  • Скорость вала: 17750 об / мин (296об / с)
  • Выходная мощность турбины: ~ 2950 л.с. (~ 2200 кВт)
  • Диаметр крыльчатки компрессора: ~ 19,69 дюйма (~ 500 мм)
  • Скорость конца крыльчатки компрессора: ~ 1525 фут / с (~ 465 м / с)
  • Диаметр наконечника турбины: ~ 15,75 дюйма (~ 400 мм)
  • Скорость наконечника турбины: ~ 1220 футов / с (~ 372 м / с)


WU Вторая модель экспериментального двигателя
одинарная реверсивная камера сгорания. Первый запуск 16 апреля 1938 г.
WU Третья модель экспериментального двигателя
Десять обратных камер сгорания. Первый запуск 26 октября 1938 г.

Приложения [ править ]

Никто.

Технические характеристики (предположения WU First Model Design, производительность фактически не достигнута) [ править ]

Общие характеристики

  • Тип: Турбореактивный центробежный поток
  • Длина: ~ 67,2 дюйма (~ 1707 мм) без учета струйной трубы
  • Диаметр: ~ 45 дюймов (~ 1143 мм) поперек компрессора
  • Сухой вес:

Составные части

  • Компрессор: одноступенчатый центробежный с двусторонним рабочим колесом диаметром 19 дюймов, лопатки диффузора установлены на этапе испытаний, материал: Hiduminium RR 56
  • Камеры сгорания : одинарная, прямоточная конструкция, расположена сразу после колена в спиральной трубе.
  • Турбина : диаметр 14 дюймов, 66 лопастей (без вихревой конструкции BTH), одноступенчатый осевой поток, без направляющих лопаток, материал диска и лопастей: Firth-Vickers Stayblade
  • Тип топлива: Керосин

Представление

  • Максимальная тяга : ~ 1389 фунтов-силы (~ 6,18 кН)
  • Общий коэффициент давления : ~ 4,4: 1
  • Массовый расход воздуха: ~ 26 фунтов / с (~ 11,79 кг / с)
  • Температура на входе в турбину: ~ 1434 F (~ 779 C)
  • Удельный расход топлива : 0,942 фунта / час / фунт-сила (~ 26,69 г / с / кН)
  • Удельная мощность :

См. Также [ править ]

  • Heinkel HeS 1
  • Силовые форсунки W.1
  • Силовые форсунки W.2
  • Роллс-Ройс Велланд

Ссылки [ править ]

  1. ^ https://www.flightglobal.com/FlightPDFArchive/1945/1945%20-%202018.PDF
  2. ^ a b c d e f "Ранняя история газовой турбины с реактивным движением Whittle" Первая лекция Джеймса Клейтона 1945 г., командир авиации Фрэнк Уиттл, Институт инженеров-механиков, Лондон
  3. ^ «Развитие реактивных и турбинных авиационных двигателей», 4-е издание, Билл Ганстон, Патрик Стивенс 2006, ISBN  0 7509 4477 3 , стр.124
  4. ^ "Не много инженера" ​​сэр Стэнли Хукер, Crowood Press Ltd., Мальборо 2005, ISBN 978-1853102851 , стр.72 
  5. ^ "Впускная аэродинамика" второе издание, Седдон и Голдсмит, AIAA Inc., Рестон 1999, ISBN 0-632-04963-4 , стр.30 
  6. ^ "Всемирная энциклопедия авиационных двигателей - 5-е издание" Билла Ганстона , Sutton Publishing, 2006, стр.160
  7. ^ "Аэротермодинамика газовой турбины" сэр Фрэнк Уиттл, Pergamon Press Ltd, Лондон 1981, ISBN 978-0-08-026718-0 , стр.161 
  8. ^ "Genesis Of The Jet" Джон Голли, Эйрлайф Паблишинг Лтд., Шрусбери 1996, ISBN 1 85310 860 X , стр.82 
  9. ^ Национальный архив, AIR62 / 15
  10. ^ http://web.itu.edu.tr/aydere/history.pdf
  11. ^ http://www.imeche.org/docs/default-source/presidents-choice/jc12_1.pdf
  12. ↑ Информация, Reed Business (27 ноября 1980 г.). «Новый ученый» .

Заметки [ править ]

Библиография [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

  • "Дань студенту инженерного факультета Кембриджа"
  • «Тайные годы» - статья о рейсе 1951 года .
  • «Ранняя история Уитла реактивное движение газовой турбины» , в 1945 я Мех E работы Frank Уиттла .
  • Газовая турбина Whittle Jet Propulsion, статья 1945 года в The Engineer