Метрополитен-Виккерс F.2 - Metropolitan-Vickers F.2

F.2 / Берилл
Метрополитен-Виккерс Beryl.jpg
Двигатель Beryl сохранился на Solent Sky Museum
ТипТурбореактивный
ПроизводительМетрополитен-Виккерс
Первый забег1941
Основные приложенияСондерс-Роу SR.A / 1

В Метрополитен-Виккерс F.2 это ранний турбореактивный двигатель и первый британский дизайн, основанный на осевой компрессор. Это был чрезвычайно продвинутый дизайн для той эпохи,[1] с помощью девятиступенчатого осевого компрессора, кольцевая камера сгорания, и двухступенчатая турбина.

Сначала он включил Глостер Метеор в ноябре 1943 г., превосходя современные модели из 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 Метрополитен-Виккерс (Метровик) в Армстронг Сиддели когда MetroVick ушел из бизнеса по производству газовых турбин. Армстронг Сиддели создал более крупную версию как успешный Сапфир.

Развитие

Алан Арнольд Гриффит опубликовал основополагающую статью в 1926 году, Аэродинамическая теория конструкции турбины, что впервые наглядно продемонстрировало, что газовая турбина мог использоваться как практичная и даже желательная силовая установка самолета. Работа началась с демонстрации того, что существующие конструкции осевых компрессоров «зависли» из-за использования плоских лопастей, и можно было добиться значительных улучшений, используя крыло конструкции вместо этого. Далее была описана полная конструкция компрессора и турбины с использованием дополнительной мощности выхлопных газов для привода второй турбины, которая будет приводить в действие воздушный винт. По сегодняшней терминологии дизайн был турбовинтовой.

Чтобы доказать правильность конструкции, Гриффит и несколько других инженеров Royal Aircraft Establishment построил испытательный образец компрессора в 1928 году, известный как Энн, машины, которые строят для них Фрейзер и Чалмерс. После Анны После успешных испытаний они планировали продолжить работу над полным двигателем, известным как Бетти, или B.10. Поскольку Бетти была разработана для целей испытаний, она была спроектирована таким образом, чтобы компрессорная и турбинная секции могли работать 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 г. Фрэнк Уиттл Тезис о чистых реактивных двигателях был опубликован и отправлен Гриффиту для комментариев. Указав на ошибку в математике Уиттла, он продолжал высмеивать всю концепцию, говоря, что центробежный компрессор Использование струи было бы непрактично для использования в самолетах из-за большой площади лобовой части, а использование выхлопной струи непосредственно для выработки мощности было бы 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 тем, что станет первым работающим британским реактивным двигателем.

Гриффит продолжил разработку своих собственных концепций, в конечном итоге разработав усовершенствованную конструкцию компрессора с использованием двух противоположное вращение этапы, повышающие эффективность. Его партнер, Хейн Констан, начал обсуждения в 1937 году с Манчестер на основе Metrovick, создателя паровые турбины, чтобы производить новую технику. К 1939 году в ходе этой работы было разработано несколько улучшенных версий компрессора Бетти, которые были включены в новый Фреда. Кстати, Metrovick недавно объединился с Британский Томсон-Хьюстон, еще один турбиностроитель, который поддерживал усилия Уиттла.

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

F.1

В июле 1940 года RAE подписала контракт с Metrovick на создание летного чисто турбореактивного двигателя на базе турбины Freda. Это появилось 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 полетела 29 Июнь 1943 г. в открытом бомбоотсеке Авро Ланкастер. По сравнению с конструкциями Whittle с центробежным потоком, F.1 был чрезвычайно продвинутым, в нем использовался девятиступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания, и двухступенчатая турбина.[1]

F.2

Развитие F.2 турбореактивный быстро развивался, и двигатель впервые заработал в ноябре 1941 года. К тому времени в разработке было несколько двигателей, основанных на концепции Уиттла, но F.2 выглядел значительно более способным, чем любой из них. Летная версия F.2 / 1 получила свой рейтинг в 1942 году. Один из них был установлен на испытательном стенде Avro Lancaster (первый прототип Lancaster, серийный номер BT308), установленный в корме вместо задней башни, с одинарным воздухозаборником в верхней части фюзеляжа, перед сдвоенным хвостовым оперением. Первый полет самолет совершил 29 июня 1943 года.[2] Серийные качественные версии F.2 тестировались на F.9 / 40M (Глостер Метеор ) с / п DG204 / G, совершивший первый полет 13 ноября 1943 года. Они были установлены в подвесной гондолы, аналогично двигателям Messerschmitt Me 262.[1]

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 (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, которые вызывали коробление и трещины на входных соплах турбины.

Осевой компрессор F.2 позже был предложен для Rolls-Royce и используется как начальный этап Роллс-Ройс Клайд.[3]

F.2 / 2

Для решения этих проблем в августе 1942 года была проведена небольшая модернизация конструкции F.2 / 2, в которой материал турбины был заменен с Rex 75 на Нимоник 75, и увеличил камеру сгорания 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 оригинальную кольцевую камеру сгорания горелками тазового типа, подобными горелкам на конструкциях Уиттла. Похоже, это решило проблемы, увеличив тягу до 2700 фунтов силы (12000 Н) в процессе. 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.[4][1] Новый F.2 / 4 - Берил - первоначально развивал 3250 фунтов силы (14,45 кН) и был испытан на Avro Lancaster Mk.II s / n LL735 перед установкой в Сондерс-Роу SR.A / 1 истребитель летающей лодки. 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 Дональд Кэмпбелл для ранних пробежек в его знаменитом 1955 году Синяя птица К7 гидросамолет, на котором он установил семь рекордов скорости относительно воды с 1955 по 1964 год.

F.3

В 1942 г. М.В. приступил к работам по увеличению тяги. Получившийся в результате Metropolitan-Vickers F.3 был первым британским турбовентиляторный двигатель быть спроектированным, построенным и испытанным. Можно сказать, что F.3 также был первым построенным трехвальным реактивным двигателем, хотя его конфигурация полностью отличалась от более поздних. Роллс-Ройс RB211 турбовентиляторной серии, поскольку вентилятор располагался в задней части двигателя, мало чем отличаясь от вентилятора General Electric CJ805 -23. Используя стандартный F.2 / 2, MV добавила отдельный модуль в заднюю часть двигателя (непосредственно за турбиной высокого давления), который включал в себя турбины низкого давления, вращающиеся в противоположных направлениях, прикрепленные к двум вентиляторам, вращающимся в противоположных направлениях.[5] За исключением 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 вращающимися в противоположном направлении роторами вентилятора или, ниже по потоку, каких-либо выходных направляющих лопаток. Отвод основных и байпасных потоков 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). Более того, удельный расход топлива упала 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 каналов 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 остановлена ​​давлением 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, как F.3 остановился, F.5 был версией F.2 / 4 с открытый ротор Усилитель тяги, добавленный к концу струйной трубы, несколько удаленному от турбины высокого давления. Винты фиксированного шага диаметром 5 футов 6 дюймов, которые вращались в противоположных направлениях, приводились в движение четырехступенчатой ​​бесстаторной турбинной установкой низкого давления, аналогичной той. из F.3. Статическая тяга увеличилась с 3500 фунтов силы у F.2 / 2 до более чем 4710 фунтов силы (21000 Н) с соответствующим уменьшением 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.[6] Разработка была отменена, когда в 1946 году они продали свой бизнес по производству газовых турбин компании Armstrong Siddeley.

F.9 Сапфир

Основная статья: Армстронг Сиддели Сапфир

Разработка F.2 закончилась в 1944 году. Тем не менее, 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 Сиддели. Sapphire превратился в успешный дизайн, изначально превзойдя мощь своего современного Rolls-Royce - модели. 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 использования названий животных, в частности змей.

Пример прототипа двигателя можно найти в Музей науки Летная галерея в Лондоне.

Двигатели на дисплее

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

Технические характеристики (F.2 / 2)

На выставке в Rolls-Royce Heritage Trust (Дерби)

Данные из Уилкинсон. [7]

Общие характеристики

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

Компоненты

Спектакль

Смотрите также

Сопоставимые двигатели

Связанные списки

использованная литература

  1. ^ а б c d "Армстронг Сиддели Сапфир", Рейс, 6 января 1956 г., стр. 17–22.
  2. ^ «Авро Ланкастер». Будущее авиации. Получено 15 апреля 2019.
  3. ^ "Всемирная энциклопедия авиационных двигателей - 5-е издание" автора Билл Ганстон, Sutton Publishing, 2006, стр.195.
  4. ^ "Метрополитен Викерс, газовая турбина и государство: социально-техническая история, 1935-1960 гг." (PDF). Получено 29 сентября 2020.
  5. ^ "Metrovick F3 Cutaway - картинки и фотографии в воздушном пространстве FlightGlobal". Flightglobal.com. 7 ноября 2007 г.. Получено 5 марта 2012.
  6. ^ «Метровик Ф.5», Рейс, 2 января 1947 г., стр. 18.
  7. ^ Уилкинсон, Пол Х. (1946). Авиационные двигатели мира 1946 г.. Лондон: сэр Исаак Питман и сыновья. С. 288–289.

внешние ссылки