Вестингауз J40

J40
Тип	Турбореактивный двигатель
Национальное происхождение	Соединенные Штаты
Производитель	Подразделение авиационных газовых турбин Westinghouse
Основные приложения	Макдоннелл F3H Демон

Westinghouse J40 был первым высокопроизводительным турбореактивным двигателем с форсажной камерой, разработанным подразделением газовых турбин Westinghouse Aviation начиная с 1946 года по ВМС США запросу Бюро аэронавтики (BuAer). BuAer намеревался использовать эту конструкцию в нескольких истребителях и бомбардировщиках. Однако, хотя ранняя конструкция с низким энергопотреблением была успешной, попытки масштабировать ее до полной расчетной мощности не увенчались успехом, и от конструкции в конечном итоге отказались, что было сочтено «фиаско» и «провалом».

Первоначально конструкция предусматривала двигатель с 7500 фунтов силы (33 кН) тягой в на уровне моря статических условиях без форсажной камеры и тягой 10 900 фунтов силы с форсажной камерой. Более мощная модель с тягой 9500/13700 фунтов силы была предназначена для замены более ранних двигателей в различных планерах. Всего планировалось тринадцать различных вариаций. Прогнозируемая потребность в двигателях большей мощности побудила BuAer заключить второй контракт на производство с Ford Motor Company, Lincoln Mercury Division, на двигатели J40-WE-10 и J40-WE-12.

Версии с большей мощностью имели дефектную конструкцию компрессора и не имели подходящей системы управления. В результате у ВМФ остались только более ранние двигатели меньшей мощности. В конечном итоге они использовались для первых летных испытаний, но оказались практически непригодными для использования. Особенно печально известное использование было у McDonnell F3H-1N Demon , мощность которого оказалась опасно недостаточной с двигателями меньшего размера. Проект был быстро отменен после неоднократных инцидентов, вызванных полетом планера, который теперь стал слишком тяжелым, и ряда отказов двигателей, которые привели к потере самолета. Правительственное расследование проблемы программы F3H-1N не смогло определить, погибли ли пилоты исключительно из-за проблем с двигателем. Заземленные планеры были либо списаны, либо использовались для наземных тренировок. На F3H-2N использовался двигатель Allison J71 .

Программа J40 была прекращена в 1955 году, и к этому времени все самолеты, которые она должна была оснащать, были либо остановлены, либо отменены, либо перепроектированы для использования альтернативных двигателей. Неудача J40 была одной из тех, которые затронули большинство военных программ. Провал программы произошел в первую очередь из-за отсутствия инвестиций Westinghouse в исследовательские и экспериментальные ресурсы, в результате чего они не смогли решить проблемы с различными моделями двигателей. В 1953 году Westinghouse работала с Rolls-Royce, чтобы предложить двигатели на базе Avon , которые имели аналогичные характеристики, но превратились в превосходную конструкцию с еще большей мощностью. Компания Westinghouse вышла из бизнеса по производству авиационных двигателей к 1965 году, когда их уменьшенная версия двигателя Avon 300-й серии с тягой 6200 фунтов силы (28 кН) XJ54 также не смогла найти рынок в США.

J57 . также заменит для ВМС США провальный Westinghouse J40, который так и не был полностью реализован в приемлемой форме

- Томас Гарднер, F-100 Super Sabre на войне

Разработка

Прототип XF3H-1 с двигателем J40 на авианосце USS Coral Sea в 1953 году.

В 1945 году компания Westinghouse Electric Corporation основала подразделение Westinghouse Aviation Gas Turbine Division (AGT). Наряду с General Electric компания Westinghouse имела обширный опыт в проектировании турбин, что позволило ей опередить признанных производителей авиационных двигателей, у которых было мало опыта работы с этими совершенно новыми концепциями конструкции. . В то время как большинство ранних двигателей в США представляли собой модернизированные версии британских реактивных самолетов, J30 был первым турбореактивным двигателем, разработанным по-настоящему американскими силами, и использовался в McDonnell FH Phantom . Увеличенный J34 уже устарел на момент своего появления, но имел умеренный успех. В связи с быстрым развитием отрасли потребовалась новая конструкция.

J40 предоставил компании Westinghouse большую возможность стать заметным игроком на рынке турбореактивных двигателей. ВМС США проявили большое доверие к компании, когда поставили успех или неудачу нового поколения самолетов на Westinghouse, а не на три других производителя двигателей. В июне 1947 года Бюро аэронавтики ВМФ заключило контракт на его разработку. Прототип двигателя впервые был запущен в ноябре 1948 года. Согласно статье лейтенанта-коммандера Нила Д. Харклроуда из Отдела силовых установок Бюро аэронавтики, опубликованной в апрельском выпуске 1949 года Конфиденциального бюллетеня морской авиации , «Двигатель до сих пор успешно работает. " На момент написания этой статьи 50-часовые летно-обосновательные испытания должны были быть завершены к июню 1949 года, а 150-часовые квалификационные испытания - к декабрю 1949 года.

J40 был спроектирован так, чтобы обеспечить вдвое большую тягу двигателей, находящихся в настоящее время на вооружении, что позволило J40-WE-8 с форсажной камерой использовать многие новые палубные истребители ВМФ с одним двигателем. В их число входили Grumman XF10F Jaguar универсальный истребитель с крылом изменяемой стреловидности, перехватчики McDonnell F3H Demon и Douglas F4D Skyray . Прогнозировалось увеличение тяги на форсажной камере до более чем 15 000 фунтов силы (67 кН). Версия без форсажной камеры J40-WE-6 должна была оснащаться Douglas A-3D Skywarrior двухмоторным палубным бомбардировщиком .

J40-8 имел диаметр чуть более 40 дюймов (1000 мм), но длину 25 футов (7,6 м), с принадлежностями и форсажной камерой. Он весил почти 3500 фунтов (1600 кг), причем Модель -6 была почти на 7 футов (2,1 м) короче и примерно на 600 фунтов (270 кг) легче, поскольку у нее не было форсажной камеры.

В 1949 году для A3D была предложена более мощная версия без форсажного сгорания J40-WE-12, развивающая тягу 9500 фунтов силы (42 кН) и с лучшим расходом топлива, а также версия с форсажным двигателем (J40-WE-10), развивающая 13700 фунтов силы. Для проектов истребителей предлагалась тяга (61 кН). Обе версии были приняты и стали двигателями, для которых были разработаны планеры. Ранние разработки маломощных моделей теперь предназначались для использования только для наземных и первоначальных летных испытаний, пока не станут доступны мощные двигатели.

Вывод из эксплуатации

Разработка большого двигателя затянулась. Важнейшие 150-часовые квалификационные испытания, которые должны были пройти в декабре 1949 года, были завершены только в январе 1951 года, на год позже графика. Особые проблемы вызывала форсажная камера — форсажная версия двигателя J40-WE-8 не выдержала 150-часовой квалификации до августа 1952 года. В результате на начальных этапах пришлось использовать двигатели J40-WE-6 без форсажных камер. испытаний, что приводит к задержкам в программах летных испытаний.

Вначале даже маломощные версии двигателя считались непригодными для использования из-за проблем с надежностью. A3D оказался успешным с альтернативными двигателями, но F3H-1 был переведен на дозвуковой уровень с использованием двигателя меньшей мощности и продолжал оставаться дозвуковым даже после замены более мощного Allison J71. Было заявлено, что, хотя F3H-1 считался неудачным, он мог бы конкурировать с ранними сверхзвуковыми истребителями серии Century ВВС, если бы оригинальные двигатели были поставлены в соответствии с их проектными спецификациями. Фактически, «Демон», появившийся в результате разработки, представлял собой всепогодный истребитель с ракетным вооружением, который был более чем на 8000 фунтов (3600 кг) тяжелее, чем был XF3H-1, и даже мощный J71 не смог восстановить его характеристики.

Одномоторный реактивный истребитель F3H-1N Demon изначально разочаровал из-за ненадежности J40 и трудностей с полетом на гораздо более тяжелом планере с маломощными двигателями J40-WE-22A. При проектировании планера предполагалось, что силовой установкой будет более мощный J40-WE-10. Эти первые серийные «Демоны» были вынуждены перепроектировать для установки двигателя J71 после потери шести самолетов и четырех пилотов. Решение о переводе Demon на J71 было принято задолго до появления первой серийной партии, а поскольку разработка подходящей форсажной камеры для J71 затянулась, BuAer решила принять ранний самолет с двигателями Westinghouse J40-WE-22A и -22. . Это решение было рассмотрено Конгрессом в 1955 году и вызвало резкую критику со стороны Конгресса. Журнал Time назвал прекращение использования ВМФ всех F3H-1 Demon с двигателями Westinghouse «фиаско»: 21 непригодный для полетов самолет можно было использовать только для наземной подготовки ВМФ с убытком в 200 миллионов долларов. Одним из ярких моментов J40 стало установление в 1955 году неофициального рекорда времени набора высоты на Demon - 10 000 футов (3 000 м) за 71 секунду.

Запасной двигатель не удалось легко установить на приземлившийся «Демон», поскольку пришлось перепроектировать и увеличить фюзеляж. Когда эта модификация была сделана для размещения J71, площадь крыла также была увеличена, чтобы противостоять возросшему весу всепогодного самолета. F4D Skyray, который был разработан для облегчения установки различных двигателей, был запущен в производство на базе Pratt & Whitney J57 .

A3D также появился с двигателями J57 без дожига. Программа F10F-1 была отменена в первую очередь из-за нерешаемых аэродинамических проблем с крылом изменяемой стреловидности и системами управления. Проблемы с двигателем J40 имели второстепенное значение во время летных испытаний прототипа.

Варианты

XJ40-МЕ-2, XJ40-МЕ-4

Собственные механизмы разработки.

J40-МЫ-1

Версия J40-WE-8 для ВВС, установленная на североамериканских БПЛА X-10. (Два двигателя, сохранившиеся в X-10, демонстрируют планер в Музее ВВС США в Дейтоне, штат Огайо)

XJ40-МЫ-3

Первоначальное обозначение ВВС первой предложенной версии XJ40-WE-12:

XJ40-МЫ-5

Обозначение ВВС для дефорсированных версий XJ40-WE-12 Block II/Block III: тяга 9 500–9 900 фунтов силы (42–44 кН).

J40-МЫ-6

Летные испытания предсерийных двигателей, установленных на двух прототипах Douglas XA3D-1 Skywarrior , прототипе Douglas XF4D-1 Skyray , прототипах McDonnell F3H Demon , Grumman XF10F Jaguar : тяга 7500 фунтов силы (33 кН). прототипах

J40-МЫ-8

Предсерийный двигатель с форсажной камерой заменил версии -6 в Skyray, Demon и Jaguar. (Один двигатель сохранился в Смитсоновском музее авиации и космонавтики): тяга 10 900 фунтов силы (48 кН).

XJ40-МЫ-10

Экспериментальная версия дожига XJ40-WE-12. Насколько можно определить, на самом деле ни один из них не был построен, хотя была построена форсажная камера ирисового типа: тяга 13 700 фунтов силы (61 кН).

XJ40-WE-12

Экспериментальный двигатель повышенной мощности. Четыре разрушены из-за отказа компрессора на испытательном стенде: тяга 9500 фунтов силы (42 кН).

XJ40-WE-14

Конструкция с двумя катушками, размещенная по контракту, но не разработанная: тяга 12 000 фунтов силы (53 кН).

XJ40-WE-16

Форсажная версия J40-WE-14, размещенная по контракту, но не разработанная: тяга 17 400 фунтов силы (77 кН).

XJ40-WE-18

Модифицированная версия J40-WE-10 с дожиганием для программы Convair Skate, предложена, но не принята. Предложение позже было изменено для самолета Martin Minelayer, но и для него не было принято: тяга 11 400 фунтов силы (51 кН) с удаленной большей частью высотных возможностей.

XJ40-WE-20

Модифицированный J40-WE-10 с форсажной камерой для работы на высоте до 50 000 футов, так и не построен.

J40-МЕ-22/-22А

Серийная версия J40-WE-8, в двух моделях используются разные системы управления. (Один -22А сохранился в виде экспоната в разрезе в Национальном музее военно-морской авиации): тяга 10 900 фунтов силы (48 кН).

XJ40-WE-24

Предлагаемое раннее производство двигателя J40-WE-10 с пониженной номинальной мощностью: тяга 12 050–13 100 фунтов силы (53,6–58,3 кН).

XJ40-WE-26

Предлагаемое раннее производство двигателя J40-WE-12 с пониженной номинальной мощностью: тяга 9 500–9 900 фунтов силы (42–44 кН).

Приложения

• Дуглас XA3D-1 Небесный воин
• Дуглас XF4D-1 Скайрей
• Грумман XF10F-1 Ягуар
• Макдоннелл F3H Демон
• Североамериканский Х-10

Технические характеристики (J40-WE-8)

Данные полета.

Общие характеристики

• Тип: форсажный турбореактивный двигатель
• Длина: 300 дюймов (7,6 м)
• Диаметр: 40 дюймов (1 м)
• Сухой вес: 3500 фунтов (1600 кг)

Компоненты

• Компрессор: однозолотниковый, 11-ступенчатый осевой (в большинстве источников ошибочно указывается, что компрессор двигателя имел 10 ступеней), 50/50 действие/реакция.
• Камеры сгорания : кольцевые
• Турбина : двухступенчатая
• Тип топлива: JP-3, JP-4 и 100/130 avgas.
• Масляная система: сухой картер, 4,5 галлона США (17 л; 3,7 имп галлона), масляно-топливный теплообменник, перевернутый предел полета 30 секунд.

Производительность

• Максимальная тяга : 7300 фунтов силы (32 кН) в сухом состоянии, 10900 фунтов силы (48 кН) в мокром состоянии (дожигание)
• Общий коэффициент давления : 5,2:1
• Удельный расход топлива : 0,94 фунта/(фунт-сила-час) (27 г/(кН⋅с)) сухой, 2,2 фунта/(фунт-сила-час) (62 г/(кН⋅с)) мокрый (дожигание)
• Тяговооруженность : 2,14 сухой, 3 мокрый (форсажный)

См. также

Связанные списки

• Список авиационных двигателей

Библиография

• Дорр, Роберт (23 января 2006 г.). «Неисправности двигателя «разрушили» карьеру Демона на флоте» . Армейские времена . Проверено 29 мая 2008 г.
• Грин, Уильям (1967). Всемирный справочник по боевым самолетам . Даблдэй.
• Кей, Энтони Л. (2007). История и развитие турбореактивных двигателей 1930–1960 гг. Том 2: СССР, США, Япония, Франция, Канада, Швеция, Швейцария, Италия и Венгрия (1-е изд.). Рамсбери: Crowood Press. ISBN  978-1861269393 .
• «Эсминец B-66 / A3D Skywarrior» . Проверено 12 октября 2006 г.
• Кристиансен, Пол Дж. (2015). Семейство осевых турбореактивных двигателей Westinghouse J40, история развития и технические характеристики (1-е изд.). Олни, Мэриленд: Bleeg Press. ISBN  978-0692358528 .