Метрополитен-Викерс Ф.2

F.2/Берилл
	Берилловый двигатель хранится в Музее неба Солента
Тип	Турбореактивный двигатель
Производитель	Метрополитен-Викерс
Первый запуск	1941
Основные приложения	Сондерс-Роу SR.A/1

Metropolitan -Vickers F.2 — ранний турбореактивный двигатель и первая британская конструкция, основанная на осевом компрессоре . Это была чрезвычайно передовая конструкция для того времени. ^{[ 1 ]} с использованием девятиступенчатого осевого компрессора, кольцевой камеры сгорания и двухступенчатой турбины.

Впервые он привел в действие Gloster Meteor в ноябре 1943 года, превзойдя современные модели Power Jets . Несмотря на отличный старт, он считался ненадежным и во время войны не нашел применения. В послевоенную эпоху новые конструкции двигателей обеспечивали гораздо более высокие характеристики, и интерес к F.2 пошел на убыль.

Однако потенциал двигателя и инвестиции не пропали даром; проект был передан от Метрополитен-Викерс (Метровик) Армстронгу Сиддели, когда Метровик покинул бизнес по производству газовых турбин. Армстронг Сиддели выпустил более крупную версию, успешную Sapphire .

Разработка

Алан Арнольд Гриффит опубликовал в 1926 году основополагающую статью «Аэродинамическая теория конструкции турбин» , которая впервые ясно продемонстрировала, что газовая турбина может использоваться в качестве практической и даже желательной силовой установки самолета. Статья началась с демонстрации того, что существующие конструкции осевых компрессоров «срывались на лету» из-за использования в них плоских лопаток, и что можно добиться значительных улучшений, используя вместо них конструкции с аэродинамическим крылом . Далее была описана полная конструкция компрессора и турбины, использующая дополнительную мощность выхлопных газов для привода второй турбины, которая будет приводить в действие пропеллер. В сегодняшней терминологии конструкция представляла собой турбовинтовой двигатель .

Чтобы доказать свою конструкцию, Гриффит и несколько других инженеров Королевского авиастроительного завода в 1928 году построили испытательный образец компрессора, известного как «Анна» , а оборудование для них построили Фрейзер и Чалмерс . После успешных испытаний Анны они планировали разработать полноценный двигатель, известный как Бетти , или B.10. Поскольку Betty была разработана для испытательных целей, она была спроектирована так, чтобы позволить секциям компрессора и турбины работать отдельно. Для этого выхлоп компрессора находился в «передней части» двигателя, откуда он через секцию сгорания направлялся в «конец» двигателя, где попадал в турбину. Это также означало, что карданный вал между секциями был очень коротким.

В 1929 году была опубликована диссертация Фрэнка Уиттла о чисто реактивных двигателях, и после разговора со своим командиром Уиттл был доставлен в Министерство авиации к Гриффиту. Гриффит критически отозвался о работе Уиттла, указав на ошибку в расчетах Уиттла, отметив, что центробежный компрессор, который использовал Уиттл, был бы непрактичен для использования в самолетах из-за его большой лобовой площади, и что использование реактивного выхлопа непосредственно для получения энергии было бы крайне неэффективно при указанные температуры. ^{[ 2 ]} Уиттл был в отчаянии, но был убежден, что ему все равно следует запатентовать эту идею. Пять лет спустя группа инвесторов убедила его начать работу над первым работающим британским реактивным двигателем.

Гриффит продолжил разработку своих собственных концепций, в конечном итоге разработав усовершенствованную конструкцию компрессора с двумя ступенями противоположного вращения , что повысило эффективность. Его партнер, Хейн Констант , в 1937 году начал переговоры с базирующейся в Манчестере компанией Metrovick, производителем паровых турбин , о производстве нового оборудования. К 1939 году в ходе этой работы было разработано несколько улучшенных версий конструкции компрессора Betty, которые были включены в новую модель Freda . Между прочим, Metrovick недавно объединился с британской Thomson-Houston , еще одним производителем турбин, который поддерживал усилия Уиттла.

В апреле 1939 года Уиттл провел потрясающую демонстрацию своего экспериментального двигателя WU , проработав его в течение 20 минут на высокой мощности. Это привело к множеству контрактов на создание качественной конструкции, подходящей для использования в самолетах. Руководитель отдела дизайна Metrovick Дэвид Смит решил прекратить разработку концепций турбовинтовых самолетов и вместо этого сосредоточиться на чисто реактивных двигателях. Разработка только началась, когда Уиттл приступил к созданию своей конструкции W.1 , планируя установить ее для полета на Gloster E.28/39 в следующем году.

Ф.1

В июле 1940 года RAE подписала контракт с Metrovick на создание летного турбореактивного двигателя на базе турбины Freda. Это возникла как концепция F.1, которая была построена в нескольких вариантах, с первым работающим двигателем, запущенным на испытательном стенде в конце 1941 года. Конструкция прошла летные испытания специальной категории в 1942 году и впервые совершила полет на 29 самолетах. Июнь 1943 года в открытом бомбоотсеке самолета «Авро Ланкастер» . По сравнению с конструкциями Уиттла с центробежным потоком, F.1 был чрезвычайно продвинутым, в нем использовался девятиступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания и двухступенчатая турбина. ^{[ 1 ]}

Ф.2

F.2 Разработка турбореактивного двигателя продвигалась 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 мощным, чем любой из них. Летная версия F.2/1 получила допуск к испытаниям в 1942 году. Один из них был установлен на испытательном стенде Avro Lancaster (первый прототип Lancaster, серийный номер BT308 ), установленном сзади вместо задней турели. с одним воздухозаборником в верхней части фюзеляжа, перед сдвоенным хвостовым оперением. Первый полет самолет совершил 29 июня 1943 года. ^{[ 3 ]} Версии серийного качества F.2 были испытаны на F.9/40M ( Gloster Meteor ) серийный номер DG204/G , который совершил свой первый полет 13 ноября 1943 года. Они были установлены в подвешенных гондолах , аналогично двигатели Мессершмитта Ме 262 . ^{[ 1 ]}

Как и ожидалось, двигатели F.2 были мощнее, чем конструкция Уиттла: сначала они развивали крутящий момент 1800 фунтов силы (8000 Н), но вскоре увеличились до более чем 2000 фунтов силы (8900 Н). Примерно в то же время Whittle W.2B развивал всего 1600 фунтов силы (7100 Н). Однако были сомнения в надежности F.2, в основном из-за проблем, связанных с образованием горячих точек на подшипнике турбины и камере сгорания, вызывавших коробление и разрушение входных сопел турбины.

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

Ф.2/2

Чтобы решить эти проблемы, в августе 1942 года была произведена небольшая модернизация модели F.2/2, в которой материал турбины был изменен с Rex 75 на Nimonic 75 и удлинена камера сгорания на 6 дюймов (150 мм). Тяга была увеличена до статических 2400 фунтов силы (11 000 Н), но проблемы с перегревом остались.

Ф.2/3

Еще одна попытка решить проблемы перегрева привела к созданию в 1943 году более сильно модифицированного F.2/3. В этой версии исходная кольцевая камера сгорания была заменена горелками баночного типа, подобными тем, что использовались в конструкции Уиттла. Похоже, это решило проблемы, увеличив при этом тягу до 2700 фунтов силы (12 000 Н). Однако к этому времени было решено перейти на гораздо более мощный вариант двигателя.

F.2/4 Берилл

Развитие F.2 продолжилось в версии с десятиступенчатым компрессором для дополнительного воздушного потока, приводимого в движение одноступенчатой турбиной. ^{[ 5 ]}^{[ 1 ]} Новый F.2/4 - Beryl - первоначально развивал 3250 фунтов силы (14,5 кН) и прошел испытания на Avro Lancaster Mk.II серийный номер LL735 , а затем был установлен на Saunders-Roe SR.A/1 истребителе летающей лодки . Тяга третьего прототипа уже увеличилась до 3850 фунтов силы (17,1 кН) и в конечном итоге остановилась на уровне 4000 фунтов силы (18 кН).

Для сравнения, современный Derwent 5 развивал тягу более 3600 фунтов силы (16,0 кН) в своей окончательной форме. Разработка SR.A/1 закончилась в 1947 году, положив конец разработке Beryl вместе с ней. Тем не менее, позже Beryl из прототипа SR.A/1 был снят и использован Дональдом Кэмпбеллом для первых полетов на его знаменитом гидроплане Bluebird K7 1955 года , на котором он установил семь рекордов скорости на воде в период с 1955 по 1964 год.

Ф.3

В 1942 году МВ приступил к работам по увеличению тяги. Получившийся в результате Metropolitan-Vickers F.3 стал первым британским турбовентиляторным двигателем , который был спроектирован, построен и испытан. Можно сказать, что F.3 был также первым трехвальным реактивным двигателем, хотя его конфигурация полностью отличалась от конфигурации гораздо более поздней серии ТРДД Rolls-Royce RB211 , поскольку вентилятор располагался в задней части двигателя. двигатель мало чем отличался от двигателя General Electric CJ805-23 . Используя стандартный F.2/2, MV добавила отдельный модуль в задней части двигателя (сразу за турбиной ВД), который состоял из турбин НД встречного вращения, прикрепленных к двум вентиляторам противоположного вращения. ^{[ 6 ]} За исключением направляющих лопаток сопла первой ступени, турбина НД была полностью бесстаторной и имела четыре последовательные ступени ротора. Первый и третий роторы приводили в движение передний вентилятор по часовой стрелке (если смотреть спереди), тогда как задний вентилятор приводился в движение против часовой стрелки вторым и четвертым роторами. Хотя у переднего вентилятора были входные направляющие лопатки, между роторами вентилятора, вращающимися в противоположных направлениях, а также выходными направляющими лопатками, расположенными ниже по потоку, не было лопаток. Активная зона и байпасные потоки отводятся через отдельные коаксиальные форсунки.

Проект в целом оказался успешным: статическая тяга увеличилась примерно с 2400 до 4000 фунтов силы (от 11 до 18 кН) (4600 фунтов силы (20 кН) в 1947 году). Кроме того, удельный расход топлива снизился 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 воздуховодов было значительным. Бонусом стало заметное снижение уровня шума, вызванное смешиванием более медленного холодного воздуха из вентилятора с быстрым горячим выхлопом газогенератора.

Хотя F.3 хорошо развивался, его разработка была приостановлена из-за войны. Когда война закончилась, F.2/2 больше не использовался, поэтому некоторые идеи были применены к более современному F.2/4 для производства винтового вентилятора Metropolitan-Vickers F.5.

Ф.5

После того, на чем остановился F.3, F.5 представлял собой версию F.2/4 с открытым ротором (без воздуховода), увеличивающим тягу, добавленным к концу реактивной трубы, несколько удаленному от турбины ВД. Гребные винты фиксированного шага диаметром 6 футов, вращавшиеся в противоположных направлениях, приводились в движение четырехступенчатой безстаторной турбиной низкого давления, аналогичной таковой у F.3. Статическая тяга увеличилась с 3500 фунтов силы у F.2/2 до более чем 4710 фунтов силы (21 000 Н) с соответствующим снижением 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. ^{[ 7 ]} Разработка была отменена, когда в 1946 году они продали свой бизнес по производству газовых турбин Армстронгу Сиддели.

F.9 Сапфир

Разработка F.2 закончилась в 1944 году. Однако разработка базовой концепции продолжалась, что в конечном итоге привело к созданию значительно большего F.9 Sapphire. Однако в 1947 году Метровик оставил производство реактивных двигателей, и их конструкторская группа переехала в Армстронг Сиддели . Sapphire превратился в успешный дизайн, первоначально превзойдя мощь своего современника Rolls-Royce Avon . Конструктивные особенности линейки Metrovick были переработаны в собственную линейку турбовинтовых двигателей с осевым компрессором 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 Галерее полетов Музея науки в Лондоне.

Двигатели на выставке

Metrovick Beryl выставлен в Фонде наследия Rolls-Royce (Дерби).

Технические характеристики (F.2/2)

Данные Уилкинсона. ^{[ 8 ]}

Общие характеристики

Тип: с осевым потоком турбореактивный
Длина: 159 дюймов (4039 мм)
Диаметр: 34,9 дюйма (886 мм)
Сухой вес: ~ 1500 фунтов (680 кг)

Компоненты

Компрессор: 9-ступенчатый осевой компрессор.
Камеры сгорания : одна кольцевая камера сгорания из нержавеющей стали.
Турбина : двухступенчатая осевая турбина.
Тип топлива: керосин

Производительность

Максимальная тяга : 2400 фунтов силы (11 кН) на 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 фунта/(фунт-сила⋅ч) (30 г/(кН⋅с))
Тяговооруженность : ~1,6

См. также

Сопоставимые двигатели

Связанные списки

Список авиационных двигателей

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Армстронг Сиддели Сапфир» , Flight , 6 января 1956 г., стр. 17–22.
^ Голли Уиттл, реальная история , 1987, стр. 32-33.
^ «Авро Ланкастер» . Будущее авиации . Проверено 15 апреля 2019 г.
^ «Всемирная энциклопедия авиационных двигателей – 5-е издание» Билла Ганстона , Sutton Publishing, 2006, стр.195
^ «Метрополитен Викерс, газовая турбина и государство: социотехническая история, 1935–1960» (PDF) . Проверено 29 сентября 2020 г.
^ «Metrowick F3 в разрезе — изображения и фотографии на сайте FlightGlobal Airspace» . Flightglobal.com. 7 ноября 2007 г. Проверено 5 марта 2012 г.
^ "Метровик F.5" , Полет , 2 января 1947 г., с. 18.
^ Уилкинсон, Пол Х. (1946). Авиационные двигатели мира 1946 года . Лондон: сэр Исаак Питман и сыновья. стр. 288–289.

Внешние ссылки

"Газовая турбина Метро-Вик", 1946 года. летная статья
"Metrowick F.5" - статья 1947 года летная о винтовом вентиляторе F.5.

[Flight,_Sapphire-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Армстронг Сиддели Сапфир» , Flight , 6 января 1956 г., стр. 17–22.

[2] Голли Уиттл, реальная история , 1987, стр. 32-33.

[3] «Авро Ланкастер» . Будущее авиации . Проверено 15 апреля 2019 г.

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

[5] «Метрополитен Викерс, газовая турбина и государство: социотехническая история, 1935–1960» (PDF) . Проверено 29 сентября 2020 г.

[6] «Metrowick F3 в разрезе — изображения и фотографии на сайте FlightGlobal Airspace» . Flightglobal.com. 7 ноября 2007 г. Проверено 5 марта 2012 г.

[7] "Метровик F.5" , Полет , 2 января 1947 г., с. 18.

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

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]