Метрополитен-Виккерс F.2

редактировать

F.2 / Берилл
Метрополитен-Виккерс Beryl.jpg
Паровоз Beryl, сохранившийся в музее Solent Sky
Тип Турбореактивный
Производитель Метрополитен-Виккерс
Первый забег 1941 г.
Основные приложения Сондерс-Роу SR.A / 1

Метрополитен-Виккерс Е.2 является ранним турбореактивным двигателем и первым британским дизайн должны быть основан на компрессоре осевого потока. Это была чрезвычайно продвинутая конструкция для той эпохи, в которой использовались девятиступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания и двухступенчатая турбина.

Впервые он привел в действие Gloster Meteor в ноябре 1943 года, превзойдя современные модели Power Jets. Несмотря на это отличное начало, он считался ненадежным и никогда не использовался во время войны. В послевоенное время ряд двигателей обеспечивал гораздо более высокие характеристики, и интерес к F.2 угас.

Однако потенциал двигателя и инвестиции не пропали даром; дизайн был передан от Metropolitan-Vickers (MetroVick) Армстронгу Сиддели, когда MetroVick ушла из бизнеса по производству газовых турбин. Армстронг Сиддели создал более крупную версию успешного Sapphire.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Развитие
    • 1.1 F.1
    • 1.2 F.2
    • 1.3 F.2 / 2
    • 1.4 F.2 / 3
    • 1.5 F.2 / 4 Берилл
    • 1.6 F.3
    • 1.7 F.5
    • 1.8 F.9 Сапфир
  • 2 двигателя на дисплее
  • 3 Технические характеристики (F.2 / 2)
    • 3.1 Общие характеристики
    • 3.2 Компоненты
    • 3.3 Производительность
  • 4 См. Также
  • 5 ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Разработка

Алан Арнольд Гриффит опубликовал в 1926 году основополагающую статью «Аэродинамическая теория конструкции турбины», которая впервые четко продемонстрировала, что газовая турбина может использоваться в качестве практической и даже желательной силовой установки самолета. Работа началась с демонстрации того, что существующие конструкции осевых компрессоров «зависли» из-за использования плоских лопастей, и вместо этого можно было добиться значительных улучшений, используя конструкции с крыльями. Далее была описана полная конструкция компрессора и турбины с использованием дополнительной выхлопной мощности для привода второй турбины, которая будет приводить в действие воздушный винт. По сегодняшней терминологии, это турбовинтовой двигатель.

Чтобы доказать эту конструкцию, Гриффит и несколько других инженеров из Royal Aircraft Establishment построили в 1928 году испытательный стенд компрессора, известного как Anne, машины, построенные для них Фрейзером и Чалмерсом. После успешного тестирования Энн они планировали продолжить это с помощью законченного движка, известного как Betty, или B.10. Поскольку Бетти была разработана для целей испытаний, она была спроектирована таким образом, чтобы позволить работать секциям компрессора и турбины отдельно. Для этого выхлоп из компрессора находился в «передней части» двигателя, где он направлялся через секцию сгорания к «концу» двигателя, где он входил в турбину. Это также означало, что карданный вал между секциями был очень коротким.

В 1929 году диссертация Фрэнка Уиттла о чистых реактивных двигателях была опубликована и отправлена ​​Гриффиту для комментариев. Указав на ошибку в математике Уиттла, он продолжил высмеивать всю концепцию, заявив, что центробежный компрессор, который использовал Уиттл, был бы непрактичным для использования в самолетах из-за его большой лобовой площади, и что использование выхлопной струи непосредственно для мощности будет быть крайне неэффективным. Уиттл обезумел, но был убежден, что ему все равно стоит 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 использованием двух противоположно вращающихся ступеней, что повысило эффективность. Его партнер, Хейн Констант, начал переговоры в 1937 году с базирующейся в Манчестере компанией Metrovick, производителем паровых турбин, о производстве нового оборудования. К 1939 году в рамках этой работы было разработано несколько улучшенных версий компрессора Betty, которые были включены в новую Freda. Между прочим, Metrovick недавно объединился с British Thomson-Houston, еще одним производителем турбин, который поддерживал усилия Уиттла.

В апреле 1939 года Уиттл продемонстрировал потрясающую демонстрацию своего экспериментального двигателя WU, запустив его в течение 20 минут на большой мощности. Это привело к целому ряду контрактов на создание производственной конструкции, пригодной для использования в самолетах. Руководитель отдела дизайна Metrovick Дэвид Смит решил прекратить разработку концепций турбовинтовых двигателей и вместо этого сосредоточиться на чистых реактивных двигателях. Разработка только началась, когда Уиттл приступил к созданию своего проекта W.1, планируя установить его для полета на Gloster E.28 / 39 в следующем году.

F.1

В июле 1940 года RAE подписала контракт с Metrovick на создание летного чисто турбореактивного двигателя на базе турбины Freda. Это возникло как концепция F.1, которая была построена в нескольких формах, 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 29. Июнь 1943 года в открытом бомбоотсеке Avro Lancaster. По сравнению с конструкциями Whittle с центробежным потоком, F.1 был чрезвычайно продвинутым, использовав девятиступенчатый осевой компрессор, кольцевую камеру сгорания и двухступенчатую турбину.

F.2

Разработка турбореактивного двигателя F.2 шла 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 способным, чем любой из них. Летная версия F.2 / 1 получила свой тестовый рейтинг в 1942 году. Один из них был установлен на испытательном стенде Avro Lancaster (первый прототип Lancaster, серийный номер BT308), установленном в задней части вместо задней башни. с одинарным воздухозаборником в верхней части фюзеляжа перед сдвоенным хвостовым оперением. Первый полет самолета состоялся 29 июня 1943 года. Серийные версии F.2 были испытаны на F.9 / 40M ( Gloster Meteor ) серийного номера DG204 / G, который совершил свой первый полет 13 ноября 1943 года. Они были установлены. в подвесных гондолах, аналогично двигателям Messerschmitt Me 262.

Как и ожидалось, двигатели F.2 были более мощными, чем конструкция Уиттла, сначала давая 1800 фунтов силы (8000 Н), но вскоре они увеличились до более чем 2000 фунтов силы (8900 Н). Примерно в то время Whittle W.2B развивал только 1600 фунтов силы (7100 Н). Однако возникли сомнения в надежности F.2, в основном из-за проблем, связанных с образованием горячих точек на подшипнике турбины и камере сгорания, что привело к короблению и поломке входных сопел турбины.

Осевой компрессор F.2 позже был предложен Rolls-Royce и использовался в качестве начальной ступени Rolls-Royce Clyde.

F.2 / 2

Чтобы решить эти проблемы, в августе 1942 года была произведена небольшая модификация F.2 / 2, в которой материал турбины был изменен с Rex 75 на Nimonic 75, а камера сгорания увеличена на 6 дюймов (150 мм). Тяга была увеличена до 2400 фунтов силы (11000 Н) в статике, но проблемы с перегревом остались.

F.2 / 3

Другая попытка решить проблемы с перегревом привела к созданию в 1943 году более сильно модифицированного F.2 / 3. Эта версия заменила первоначальную кольцевую камеру сгорания на горелки тазового типа, подобные тем, что использовались в конструкциях Уиттла. Похоже, это решило проблемы, увеличив тягу до 2700 фунтов силы (12000 Н). Однако к этому времени было решено перейти на гораздо более мощный вариант двигателя.

F.2 / 4 Берилл

Разработка F.2 продолжилась на версии, использующей десятиступенчатый компрессор для дополнительного воздушного потока, приводимого в действие одноступенчатой ​​турбиной. Новый F.2 / 4 - Beryl - первоначально развивал 3250 фунтов силы (14,45 кН) и был испытан на Avro Lancaster Mk.II s / n LL735 перед установкой на истребитель Saunders-Roe SR.A / 1. Тяга уже увеличилась до 3850 фунтов-силы (17,1 кН) для третьего прототипа и в конечном итоге достигла 4000 фунтов-силы (17,8 кН).

Для сравнения, современный Derwent развивал только 2450 фунтов силы (10900 Н) в своей окончательной форме; что делает Beryl одним из самых мощных двигателей того времени. Разработка SR.A / 1 закончилась в 1947 году, положив конец разработке Beryl вместе с ним. Тем не менее, Beryl из прототипа SR.A / 1 был удален и использован Дональдом Кэмпбеллом для первых запусков своего знаменитого гидросамолета Bluebird K7 1955 года, на котором он установил семь рекордов скорости относительно воды между 1955 и 1964 годами.

F.3

В 1942 году МВ приступило к работам по увеличению тяги. Получившийся в результате Metropolitan-Vickers F.3 был первым британским турбовентиляторным двигателем, который был спроектирован, построен и испытан. Можно сказать, что F.3 также был первым построенным трехвальным реактивным двигателем, хотя его конфигурация полностью отличалась от конфигурации гораздо более поздних ТРДД Rolls-Royce RB211, поскольку вентилятор располагался в задней части. двигатель, мало чем отличавшийся от General Electric CJ805 -23. Используя стандартный F.2 / 2, MV добавила отдельный модуль в заднюю часть двигателя (непосредственно за турбиной высокого давления), который состоял из турбин низкого давления, вращающихся в противоположных направлениях, прикрепленных к двум вентиляторам, вращающимся в противоположных направлениях. Помимо направляющих лопаток сопла первой ступени, турбина НД была полностью бесстаторной с четырьмя последовательными ступенями ротора. Первый и третий роторы вращали передний вентилятор по часовой стрелке (если смотреть спереди), тогда как задний вентилятор вращался против часовой стрелки роторами два и четыре. Хотя передний вентилятор имел входные направляющие лопатки, не было никаких лопаток между роторами вентилятора, вращающимися в противоположных направлениях, или, ниже по потоку, каких-либо выходных направляющих лопаток. Отвод активной и байпасной струй осуществляется через отдельные соосные сопла.

Проект был в целом успешным, статическая тяга увеличилась с примерно 2400 фунтов силы (11000 Н) до 4000 фунтов силы (18 кН) (4600 фунтов силы (20 кН) в 1947 году). Кроме того, удельный расход топлива упал 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 было заметное снижение уровня шума в результате того, что более медленный холодный воздух от вентилятора смешивался с быстрым горячим выхлопом газогенератора.

Несмотря на то, что F.3 успешно развивался, разработка была приостановлена ​​из-за давления войны. Когда война закончилась, F.2 / 2 перестал быть актуальным, поэтому некоторые идеи были применены к более современному F.2 / 4 для производства винтового вентилятора Metropolitan-Vickers F.5.

F.5

После того, на чем остановился F.3, F.5 был версией F.2 / 4 с открытым ротором (неуправляемым) усилителем тяги, добавленным к концу реактивного патрубка, несколько удаленному от турбины высокого давления. Пропеллеры фиксированного шага диаметром 6 футов, которые вращались в противоположных направлениях, приводились в движение четырехступенчатой ​​бесстаторной турбинной установкой низкого давления, аналогичной F.3. Статическая тяга увеличилась с 3500 фунтов силы у F.2 / 2 до более чем 4710 фунтов силы (21000 Н) с соответствующим сокращением 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. Разработка была отменена, когда они продали свой бизнес по производству газовых турбин компании Armstrong Siddeley в 1946 году.

F.9 Сапфир

Основная статья: Армстронг Сиддели Сапфир

Разработка F.2 закончилась в 1944 году. Однако разработка базовой концепции продолжалась, что в конечном итоге привело к значительно большему F.9 Sapphire. Однако в 1947 году Метровик оставил производство реактивных двигателей, и их команда разработчиков переехала в Армстронг Сиддли. Sapphire превратился в успешный дизайн, изначально превзойдя мощь своего современного Rolls-Royce, Avon. Конструктивные особенности линии Metrovick были воплощены в собственной линейке турбовинтовых осевых компрессоров Armstrong Siddeley, хотя Armstrong Siddeley отказался от использования Metrovick названий драгоценных камней для своих двигателей в пользу продолжения имен животных, в частности змей.

Образец прототипа двигателя можно найти в лётной галерее Музея науки в Лондоне.

Двигатели на дисплее

Metrovic Beryl выставлен в музее Rolls-Royce Heritage Trust (Дерби).

Технические характеристики (F.2 / 2)

На выставке в Rolls-Royce Heritage Trust (Дерби)

Данные Wilkinson.

Общие характеристики

  • Тип: турбореактивный с осевым потоком
  • Длина: 159 дюймов (4039 мм)
  • Диаметр: 34,9 дюйма (886,5 мм)
  • Сухой вес: ~ 1500 фунтов (680 кг)

Компоненты

Представление

Смотрите также

Сопоставимые двигатели

Связанные списки

использованная литература

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2024-01-02 08:55:30
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте