Пауэр Джетс ВУ

ВУ
Тип	Турбореактивный двигатель
Производитель	Силовые струи
Первый запуск	12 апреля 1937 г.
Основные приложения	никто
Количество построенных	3
Развитый в	Мощность Джетс W.1

Power Jets WU (Whittle Unit) представлял собой серию из трех очень разных экспериментальных реактивных двигателей, произведенных и испытанных Фрэнком Уиттлом и его небольшой командой в конце 1930-х годов.

Проектирование и разработка

«Первая модель» WU, также известная Уиттлу как первый «экспериментальный» двигатель. ^{[ 1 ]} и «1-е издание», ^{[ 2 ]} был первым турбореактивным двигателем, построенным и работавшим в мире. ^{[ 3 ]} Хотя это был экспериментальный двигатель и не предназначенный для полетов, он был спроектирован так, чтобы быть очень легким по обычным инженерным стандартам. ^{[ 2 ]} Двигатель имел четыре основных компонента: одноступенчатый центробежный компрессор с двухсторонней крыльчаткой, одинарную прямоточную камеру сгорания , одноступенчатую осевую турбину и сужающееся рабочее сопло, прикрепленное к реактивной трубе. Вал, соединяющий турбину с компрессором, был сделан максимально коротким, чтобы избежать завихрения. ^{[ 4 ]} Камера сгорания была соединена с выходом компрессора очень большим одинарным спиральным воздуховодом, что придавало двигателю асимметричный вид.

Уиттл спроектировал центробежный компрессор так, чтобы он развивал степень давления примерно 4:1, тогда как, насколько ему было известно, наилучшая ранее продемонстрированная производительность на одной ступени составляла примерно 2,5:1. Он выбрал двустороннюю крыльчатку, чтобы обеспечить необходимый поток воздуха от крыльчатки меньшего диаметра, чем можно было бы получить от односторонней. ^{[ 2 ]} Рабочее колесо меньшего размера позволило увеличить скорость турбины, что снизило нагрузку на одноступенчатую турбину и повысило ее эффективность. Турбина диаметром 16,5 дюймов (419 мм) должна была развивать мощность 3000 л.с. (2237 кВт) для привода компрессора. Одним из недостатков двухстороннего рабочего колеса является необходимость в авиационной установке иметь воздухозаборник с камерой сгорания с более высокими потерями давления. ^{[ 5 ]} Недостатком конструкции упорного подшипника ротора является отсутствие осевой нагрузки от рабочего колеса, которая могла бы уравновесить нагрузку 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, над ним «практически смеялись на каждом стенде», пока он не обнаружил фирму Laidlaw, Drew and Company, готовую решить сложную проблему сгорания. ^{[ 6 ]} при интенсивности, в 20 раз превышающей интенсивность промышленного применения с огнеупорной футеровкой. ^{[ 7 ]} К концу 1936 года общие затраты на проектирование и изготовление двигателя составили 2000 фунтов стерлингов. ^{[ 8 ]}

Испытания первой модели начались 12 апреля 1937 года в Регби . Во время испытаний главный инженер компании British Thomson-Houston (BTH) посчитал неразумным превышать 12 000 об/мин на открытом заводе из соображений безопасности после запуска 23 августа до 13 600 об/мин. ^{[ 9 ]} 31-й и последний заход состоялся 24 августа 1937 года.

Для второй модели был принят существенно другой, симметричный дизайн. Десять спиральных каналов соединяли выход компрессора с одной большой камерой сгорания с обратным потоком, выход которого выбрасывался вперед через турбину, а затем поворачивался назад для выхлопа через десять струйных труб. Ожидался некоторый теплообмен между выхлопными трубами и десятью каналами, подающими воздух в камеру сгорания, поскольку все они были закрыты внешним кожухом. ^{[ 2 ]} Испытания начались с реконструированного двигателя на территории резервного литейного завода BTH в Ледивуде в соседнем Латтерворте в Лестершире 16 апреля 1938 года и продолжались до тех пор, пока турбина не была повреждена 6 мая 1938 года. Третий реконструированный двигатель был готов к испытаниям 26 октября 1938 года. ^{[ 10 ]}

Значительные изменения были внесены и в третью модель. Он имел десять камер сгорания с обратным потоком, что имело конфигурацию, аналогичную конфигурации более поздних турбореактивных двигателей Power Jets W.1 и Power Jets W.2 . Эта конфигурация была также принята для реактивных двигателей Rolls-Royce Welland и General Electric J31 . Одним из преимуществ использования 10 камер сгорания, меньших по размеру в (1/кв.10), является ^{[ 2 ]} их было бы легче протестировать на установке для сжигания.

Из-за нехватки средств многие компоненты пришлось модифицировать или отремонтировать для испытаний на более поздних двигателях.

Уиттл и его команда столкнулись со многими проблемами при разработке трех моделей. Были улучшены эффективность и долговечность компрессоров и турбин. Плохая топливная система и характеристики сгорания больше не ограничивали тестирование других частей двигателя. Общая конструкция следующего двигателя W1 была очень похожа на третью модель экспериментального двигателя. ^{[ 2 ]} Команда продемонстрировала, что турбореактивный двигатель может конкурировать с большими поршневыми авиационными двигателями, которые в то время массово производились для программы перевооружения Великобритании.

Первоначальное закругленное де Лаваля типа крепление лопатки турбины «луковица» позже было заменено новой треугольной конструкцией «елочка» после неоднократных отказов предыдущего типа из-за напряжения / усталости. Конструкция «елочка» будет использоваться на всех последующих двигателях Уиттла.

После серьезных первоначальных проблем со сгоранием в конце 1940 года была внедрена новая конструкция камеры сгорания, разработанная Исааком Лаббоком из лаборатории Shell Fulham . Эта камера/горелка Лаббока оказалась решением многих проблем сгорания.

Камера сгорания обратного типа, реализованная на третьем двигателе, была необходима для того, чтобы обеспечить возможность дальнейшего использования более дорогих компонентов, например узла ротора, который был разработан для совершенно другой прямоточной камеры сгорания, использовавшейся на первом двигателе. двигатель. Устройство с обратным потоком не имело проблем с тепловым расширением, оно позволяло продолжать использовать очень короткий вал между рабочим колесом и турбиной, торцевые крышки в задней части камер можно было легко снять для осмотра и модификации компонентов камеры сгорания. ^{[ 11 ]}

Уиттл предполагал использование вихревого потока в лопатках турбины, однако инженеры BTH не учли это и изготовили лопатки с недостаточной круткой. Последующая настойчивость Уиттла на этом впоследствии привела к ухудшению отношений с инженерами BTH. ^{[ 12 ]}

WU был фактически разрушен из-за поломки диска турбины 22 февраля 1941 года. Работы продолжились с Power Jets W.1 . ^{[ 13 ]}

Варианты

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

Проектные данные ^{[ 14 ]}

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

Вторая модель экспериментального двигателя WU: одна камера сгорания с обратным потоком. Первый запуск 16 апреля 1938 г.

Третья модель экспериментального двигателя WU: Десять противоточных камер сгорания. Первый запуск 26 октября 1938 г.

Приложения

Никто.

Технические характеристики (предположения WU при проектировании первой модели, производительность фактически не достигнута)

Общие характеристики

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

Компоненты

Компрессор: одноступенчатый центробежный с двусторонним рабочим колесом диаметром 19 дюймов, лопатки диффузора установлены на этапе испытаний, материал: Hiduminium RR 56.
Камеры сгорания : одинарная, проходная конструкция, расположены сразу за коленом спиральной трубы.
Турбина : диаметр 14 дюймов, 66 лопастей (безвихревая конструкция BTH), одноступенчатая с осевым потоком, без направляющих лопаток сопла, материал диска и лопастей: Firth-Vickers Stayblade.
Тип топлива: Керосин

Производительность

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)

См. также

Ссылки

^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 апреля 2016 года . Проверено 26 февраля 2016 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж «Ранняя история газовой турбины с реактивным двигателем Уиттла». Первая лекция Джеймса Клейтона, 1945 г., коммодор авиации Фрэнк Уиттл, Институт инженеров-механиков, Лондон.
^ «Разработка реактивных и турбинных авиационных двигателей», 4-е издание, Билл Ганстон, Патрик Стивенс, 2006 г., ISBN 0 7509 4477 3 , стр. 124
^ «Не такой уж инженер» сэр Стэнли Хукер, The Crowood Press Ltd., Мальборо, 2005 г., ISBN 978-1853102851 , стр.72.
^ "Аэродинамика впуска", второе издание, Седдон и Голдсмит, AIAA Inc., Рестон, 1999, ISBN 0-632-04963-4 , стр.30
^ «Всемирная энциклопедия авиационных двигателей - 5-е издание» Билла Ганстона , Sutton Publishing, 2006, стр.160
^ "Аэротермодинамика газовой турбины" сэр Фрэнк Уиттл, Pergamon Press Ltd, Лондон, 1981, ISBN 978-0-08-026718-0 , стр.161
^ "Происхождение самолета" Джон Голли, Airlife Publishing Ltd., Шрусбери, 1996 г., ISBN 1 85310 860 X , стр.82
^ Национальный архив, AIR62/15.
^ Голли, Джон (1987). Уиттл: Правдивая история . Шрусбери: Airlife Publishing Ltd., стр. 106–107, 114. ISBN. 0906393825 .
^ "Аэротермодинамика газовой турбины" сэр Фрэнк Уиттл, Pergamon Press Ltd, Лондон, 1981, ISBN 978-0-08-026718-0 , стр.166/7
^ http://web.itu.edu.tr/aydere/history.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}
^ http://www.imeche.org/docs/default-source/presidents-choice/jc12_1.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}
^ Информация, Reed Business (27 ноября 1980 г.). «Новый учёный» . {{cite web}}: |first1= имеет общее имя ( справка )

Примечания

Библиография

Внешние ссылки

«Посвящение студенту инженерного факультета Кембриджа»
«Тайные годы», 1951 года статья о полете .
«Ранняя история газовой турбины с реактивным двигателем Уиттла» , статья Фрэнка Уиттла I Mech E 1945 года .
«Газовая турбина Whittle Jet Propulsion», статья 1945 года в журнале The Engineer.

[1] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 апреля 2016 года . Проверено 26 февраля 2016 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[clayton-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж «Ранняя история газовой турбины с реактивным двигателем Уиттла». Первая лекция Джеймса Клейтона, 1945 г., коммодор авиации Фрэнк Уиттл, Институт инженеров-механиков, Лондон.

[3] «Разработка реактивных и турбинных авиационных двигателей», 4-е издание, Билл Ганстон, Патрик Стивенс, 2006 г., ISBN 0 7509 4477 3 , стр. 124

[4] «Не такой уж инженер» сэр Стэнли Хукер, The Crowood Press Ltd., Мальборо, 2005 г., ISBN 978-1853102851 , стр.72.

[5] "Аэродинамика впуска", 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] "Происхождение самолета" Джон Голли, Airlife Publishing Ltd., Шрусбери, 1996 г., ISBN 1 85310 860 X , стр.82

[9] Национальный архив, AIR62/15.

[jg-10] Голли, Джон (1987). Уиттл: Правдивая история . Шрусбери: Airlife Publishing Ltd., стр. 106–107, 114. ISBN. 0906393825 .

[11] "Аэротермодинамика газовой турбины" сэр Фрэнк Уиттл, Pergamon Press Ltd, Лондон, 1981, ISBN 978-0-08-026718-0 , стр.166/7

[12] ttp://web.itu.edu.tr/aydere/history.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}

[13] ttp://www.imeche.org/docs/default-source/presidents-choice/jc12_1.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}

[14] Информация, Reed Business (27 ноября 1980 г.). «Новый учёный» . {{cite web}}: |first1= имеет общее имя ( справка )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

v т и Power Jets Авиационные двигатели
Турбореактивные двигатели	ВУ Т.1 WR.1 W.1X Т.2 W.2B W.2B/23 Вт.2/500 Вт.2/700 W.3X
Турбовинтовые двигатели/турбовалы	CP35
Дизайнеры	Фрэнк Уиттл