Метрополитен-Виккеры F.2

F.2/Берил
	Beryl Engine сохранился в музее Solent Sky
Тип	Смятение
Производитель	Столичные-викеры
Первый забег	1941
Основные приложения	Saunders-Roe Sr.A/1

Метрополитен -викеры F.2 представляет собой ранний турбоевский двигатель и первый британский дизайн, основанный на компрессоре осевого потока . Это был чрезвычайно продвинутый дизайн для эпохи, ^{[ 1 ]} Используя девятиступенчатый осевой компрессор, кольцевой сгорание и двухступенчатую турбину.

Впервые он освоил глостерный метеор в ноябре 1943 года, опередив современные модели из Power Jets . Несмотря на это превосходное начало, он считался ненадежным и не видел использования во время войны. В послевоенную эпоху новые конструкции двигателей обеспечивали гораздо более высокую производительность, и интерес к F.2 ослабел.

Однако потенциал двигателя и инвестиций не попали впустую; Дизайн был передан из столичных викерских (Metrovick) в Армстронг Сиддей, когда Метровик покинул бизнес газовой турбины. Армстронг Сиддели выпустил большую версию в качестве успешного сапфира .

Разработка

Алан Арнольд Гриффит опубликовал оригинальную статью в 1926 году, аэродинамическую теорию дизайна турбины , которая впервые ясно продемонстрировала, что газовая турбина может быть использована в качестве практической и даже желательной самолетной силовой установки. Бумага началась с демонстрации того, что существующие конструкции осевых компрессоров «летали» из -за их использования плоских лезвий, и вместо этого можно сделать драматические улучшения с использованием конструкций аэродинамического покрытия . Он продолжил наметить полную конструкцию компрессора и турбины, используя дополнительную выхлопную мощность для управления второй турбиной, которая будет питать пропеллер. В сегодняшней терминологии дизайн был турбовинтовым .

Чтобы доказать дизайн, Гриффит и несколько других инженеров в королевском авиационном заводе построили пример компрессора в 1928 году, известный как Анна , механизм, созданный для них Фрейзером и Чалмерсом . После успешного тестирования Анны они планировали выполнить это с полным двигателем, известным как Бетти , или B.10. Поскольку Бетти была разработана для испытательных целей, она была разработана для того, чтобы разрешить разделы компрессора и турбины работать отдельно. Для этого выхлоп из компрессора находился на «передней части» двигателя, где он проходил через секцию сгорания к «концу» двигателя, где он вошел в турбину. Это также означало, что картина между секциями был очень коротким.

В 1929 году был опубликован тезис Фрэнка Уиттла по чистым реактивным двигателям, и после разговора с его командиром Уиттл был взят министерством воздуха, чтобы увидеть Гриффита. Гриффит критиковал работу Уиттла, определив ошибку в расчетах Уиттла, отметив, что используемый центробежный компрессор Уиттл будет нецелесообразным для использования самолетов из -за его большой фронтальной области, и что использование выхлопа струи непосредственно для питания будет чрезвычайно неэффективным в приведенная температура. ^{[ 2 ]} Уиттл был расстроен, но был убежден, что он все равно должен запатентовать эту идею. Пять лет спустя группа инвесторов убедила его начать работу над тем, что будет первым работающим британским реактивным двигателем.

Гриффит продолжил разработку своих собственных концепций, в конечном итоге разработав передовую конструкцию компрессора, используя два этапа -противопоставленных этапах, которые повышают эффективность. Его партнер, Хейн Констант , начал дискуссии в 1937 году с Манчестерского Метровика, создавшего паровые турбины , для производства новой машины. К 1939 году эта работа разработала несколько улучшенных версий конструкции компрессора Бетти, которые были включены в новую Фриду . Между прочим, Метровик недавно объединился с Британским Томсоном-Хустоном , другим турбинным строителем, который поддерживал усилия Уиттла.

В апреле 1939 года Уиттл произвел поразительную демонстрацию своего экспериментального двигателя The Wu , проведя его в течение 20 минут при высокой мощности. Это привело к разжиганию контрактов на создание конструкции качества производства, подходящего для использования самолетов. Глава отдела дизайна Метровика, Дэвид Смит, решил положить конец развитию концепций турбовинтового обзора и вместо этого сосредоточиться на чистых джетах. Разработка только началась, когда Уиттл начал создавать свой дизайн W.1 , планируя установить один для полета в Gloster E.28/39 в следующем году.

F.1

В июле 1940 года RAE подписал контракт с Metrovick на построение качества полета с чисто-турбоджером на основе турбины Freda. Это стало концепцией F.1, которая была построена в нескольких формах, с первым управляемым двигателем, начиная с испытательного стенда в конце 1941 года. Дизайн очистил свои тестирование полетов специальной категории в 1942 году и впервые пролетела 29. Июнь 1943 года в открытой бомбной бухте Avro Lancaster . По сравнению с конструкциями в центробежном потоке F.1 был чрезвычайно продвинутым, с использованием девятиступенчатого осевого компрессора, камеры кольцевого сгорания и двухступенчатой турбины. ^{[ 1 ]}

F.2

F.2 Разработка турбоята прогрессировала быстро, и двигатель впервые работал в ноябре 1941 года. любой из них. Заболеваемая версия, F.2/1, получила свой тестовый рейтинг в 1942 году. Один был установлен на тестовый клет Avro Lancaster (первый прототип Lancaster, S/N BT308 ), установленного сзади вместо задней башни , с одним воздушным потреблением на вершине фюзеляжа, перед плоскостью двойного хвоста. Самолет впервые пролетел 29 июня 1943 года. ^{[ 3 ]} Версии качества производства F.2 были протестированы на F.9/40M ( Gloster Meteor ) S/N DG204/G , который совершил свой первый полет 13 ноября 1943 года. Они были установлены в Nearslung Nacelles , аналогичным Двигатели Мессершмитта меня 262 . ^{[ 1 ]}

Как и ожидалось, двигатели F.2 были более мощными, чем дизайн Whittle, сначала доставляя 1800 фунтов (8000 Н), но вскоре увеличивались до более чем 2000 фунтов (8 900 Н). Примерно в это же время Whittle W.2B разрабатывала только 1600 фунтов (7100 Н). Тем не менее, были сомнения относительно надежности F.2, в основном из -за проблем, связанных с горячими точками, накапливающимися на турбинной камере и сжигании, что привело к деформации и разрывам нагрузки турбины.

Осевой компрессор F.2 был позже предложен в Rolls-Royce и использовался в качестве начальной стадии Rolls -Royce Clyde . ^{[ 4 ]}

F.2/2

Чтобы решить эти проблемы, в августе 1942 года незначительный редизайн доставил F.2/2, который изменил материал турбины с REX 75 на нимонику 75 и удлинял камеру сгорания на 6 дюймов (150 мм). Уточнение было улучшено до 2400 фунтов (11 000 Н) статической, но проблемы с перегревом остались.

F.2/3

Другая попытка решить проблемы перегрева привела к более сильно модифицированной F.2/3 в течение 1943 года. Эта версия заменила оригинальную камеру кольцевого сгорания на горелки Can-Type, подобные тем, которые на дизайне Whittle. Похоже, что это решило проблемы, подняв тягу до 2700 фунтов (12 000 Н) в процессе. Однако к этому времени было решено перейти к гораздо более мощной версии двигателя.

F.2/4 Beryl

Разработка F.2 продолжилась на версии с использованием десятиэтажного компрессора для дополнительного потока воздуха, управляемого одной турбиной. ^{[ 5 ]}^{[ 1 ]} Новый F.2/4 - Beryl - изначально разработал 3250 фунтов (14,5 кН) и был пролетал тест в Avro Lancaster Mk.ii S/N LL735, прежде чем был установлен в Saunders -Roe Sr.a/1 Flying Boat Fighter. Уточнение уже улучшилось до 3850 фунтов (17,1 кН) для третьего прототипа и в конечном итоге установился на уровне 4000 фунтов (18 кН).

Для сравнения, современный Derwent 5 разработал более 3600 фунтов (16,0 кН) тяги в своей окончательной форме. Развитие Sr.A/1 закончилась в 1947 году, что завершило развитие Берил вместе с ним. Тем не менее, позже, когда Берил из прототипа Sr.a/1 была удалена и использована Дональдом Кэмпбеллом для ранних пробежек в своем знаменитом гидроплане Bluebird K7 1955 года , в котором он установил семь записей скорости воды между 1955 и 1964 годами.

F.3

В 1942 году MV начала работу над увеличением тяги. Получившиеся столицы-викеры F.3 были первым британским турбовентированным двигателем, который был разработан, построен и протестирован. Можно сказать, что F.3 также был первым трехквартирным реактивным двигателем, который будет создан, хотя конфигурация полностью отличалась от конфигурации гораздо более поздней серии Rolls-Royce RB211 , так как вентилятор находился в задней части Двигатель, мало чем отличается от двигателя General Electric CJ805 -23. Используя запасы F.2/2, MV добавил отдельный модуль в заднюю часть двигателя (непосредственно за турбиной HP), который включал в себя противопоставленные турбины LP, прикрепленные к двум вентиляторам, доступающим против. ^{[ 6 ]} Помимо первых насыщенных сопло, турбина LP была полностью без статоринов, с четырьмя последовательными этапами ротора. Роторы один и три управляли передним вентилятором по часовой стрелке (просматривали спереди), тогда как задний вентилятор был приводил против часовой стрелки по роторам два и четыре. Хотя передний вентилятор имел входные лопатки, не было никаких лопастей между вращающимися против роторов вентилятора или, вниз по течению, любых выходных лопастей. Серженные и обходные потоки, истощенные через отдельные коаксиальные форсунки.

Проект был в целом успешным, повышая статическую тягу от 2400 до 4000 фунтов (от 11 до 18 кН) (4600 фунтов (20 кН) в 1947 году). Кроме того, удельный расход топлива сократился с 1,05 до 0,65 фунта/(LBF порядка) (от 30 до 18 г/(KN порядков)), что было истинной целью проекта. Однако увеличение веса для всех дополнительных турбомашинри и воздуховода было значительным. Бонусом было заметное снижение уровней шума, которое привело к более медленному холодному воздуху от вентилятора, смешивающегося с быстрым, горячим выхлопом от газового генератора.

Хотя F.3 прогрессировал хорошо, разработка была ограничена давлением войны. Когда война закончилась, F.2/2 больше не была актуальной, поэтому некоторые идеи были применены к более современному F.2/4 для производства столичных викеров F.5 Propfan.

F.5

После того, как остановился F.3, F.5 был версией F.2/4 с открытым ротором (установленным) тягой, добавленным к концу реактивной трубы, несколько отдаленной от турбины HP The 5 Ft 6 в диаметре фиксированных винтов с фиксированным шагом, которые противопоставлялись, были обусловлены четырехэтапным турбинным блок LP без статоров, аналогично тем, что у F.3. Статическая тяга увеличилась с 3500lbf от F.2/2 до более чем 4710 фунтов (21 000 Н), с соответствующим снижением особого расхода топлива. По сравнению с родительским турбоейтом увеличение веса для этой конфигурации вентилятора Prop составило около 26% по сравнению с 53% для F.3 Turboun. ^{[ 7 ]} Разработка была отменена, когда они продали свой бизнес на газовой турбине Армстронгу Сиддели в 1946 году.

F.9 сапфир

Разработка F.2 закончилась в 1944 году. Однако развитие основной концепции продолжалось, в конечном итоге приводило к значительно большему F.9 Sapphire. Однако в 1947 году Метровик покинул производство реактивного двигателя, и их команда разработчиков переехала в Армстронг Сиддей . Сапфир превратился в успешный дизайн, изначально преодолевая силу своего современного Rolls-Royce, Avon . Конструктивные особенности линии Metrovick были обработаны в собственную линию осевых компрессоров Армстронга Сиддели, хотя Армстронг Сиддели сбросил использование Метровика имен драгоценных камней для своих двигателей в пользу продолжения с именами животных, в частности змей.

Пример прототипа двигателя можно найти в полезной галерее музея науки в Лондоне.

Двигатели на дисплее

Metrovick Beryl демонстрируется в The Rolls-Royce Heritage Trust (Дерби).

Технические характеристики (F.2/2)

Данные из Уилкинсона. ^{[ 8 ]}

Общие характеристики

Тип: осевой турбоужает
Длина: 159 в (4039 мм)
Диаметр: 34,9 в (886 мм)
Сухой вес: ~ 1500 фунтов (680 кг)

Компоненты

Компрессор: 9-ступенный осевой компрессор потока
Своира : одна кольцевая камера сгорания нержавеющей стали
Турбина : двухэтапная осевая турбина
Тип топлива: керосин

Производительность

Максимальная тяга : 2400 фунтов (11 кН) на уровне моря, статический, взлет
Общее соотношение давления : 3,5: 1
Массовый поток воздуха: ~ 50,23 фунта/с (~ 22,78 кг/с)
Температура на входе турбины: 1382 ° F (750 ° C)
Удельный расход топлива : 1,07 фунта/(LBF порядка) (30 г/(Knts)))
Отношение тяги к весу : ~ 1,6

Смотрите также

Сопоставимые двигатели

Связанные списки

Список авиационных двигателей

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} «Армстронг Сиддей Сапфир» , рейс , 6 января 1956 года, с. 17-22.
^ Голли Уиттл, The The True Story 1987 PP32-33
^ "Avro Lancaster" . Будущее авиации . Получено 15 апреля 2019 года .
^ «Всемирная энциклопедия аэро двигателей - 5 -е издание» Билла Ганстона , Sutton Publishing, 2006, с.195
^ «Столичная Виккерс, газовая турбина и государство: социотехническая история, 1935-1960» (PDF) . Получено 29 сентября 2020 года .
^ «Metrovick F3 Cutaway - фотографии и фотографии в воздушном пространстве FlightGlobal» . FlightGlobal.com. 7 ноября 2007 г. Получено 5 марта 2012 года .
^ "Metrovick F.5" , рейс , 2 января 1947 г., с. 18
^ Уилкинсон, Пол Х. (1946). Авиационные двигатели мира 1946 года . Лондон: сэр Исаак Питман и сыновья. С. 288–289.

Внешние ссылки

«Metro-Vick Gas Turbine» 1946 года. полетная статья
«Metrovick F.5». статья 1947 года Летная на F.5 Propfan

[Flight,_Sapphire-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} «Армстронг Сиддей Сапфир» , рейс , 6 января 1956 года, с. 17-22.

[2] Голли Уиттл, The The True Story 1987 PP32-33

[3] "Avro Lancaster" . Будущее авиации . Получено 15 апреля 2019 года .

[4] «Всемирная энциклопедия аэро двигателей - 5 -е издание» Билла Ганстона , Sutton Publishing, 2006, с.195

[5] «Столичная Виккерс, газовая турбина и государство: социотехническая история, 1935-1960» (PDF) . Получено 29 сентября 2020 года .

[6] «Metrovick F3 Cutaway - фотографии и фотографии в воздушном пространстве FlightGlobal» . FlightGlobal.com. 7 ноября 2007 г. Получено 5 марта 2012 года .

[7] "Metrovick F.5" , рейс , 2 января 1947 г., с. 18

[Wilkinson-8] Уилкинсон, Пол Х. (1946). Авиационные двигатели мира 1946 года . Лондон: сэр Исаак Питман и сыновья. С. 288–289.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]