Metropolitan-Vickers F.2 - Metropolitan-Vickers F.2

F.2/Beryl
Metropolitan-Vickers Beryl.jpg
Silnik Beryl zachowany w Solent Sky Museum
Rodzaj Silnik turboodrzutowy
Producent Metropolitan-Vickers
Pierwszy bieg 1941
Główne zastosowania Saunders-Roe SR.A/1

Metropolitan-Vickers F.2 jest wczesnym silniki turboodrzutowe i pierwszy brytyjski projekt jest oparty na sprężarce osiowego . Była to niezwykle zaawansowana konstrukcja jak na tamte czasy, wykorzystująca dziewięciostopniową sprężarkę osiową, pierścieniową komorę spalania i dwustopniową turbinę.

Po raz pierwszy zasilił Gloster Meteor w listopadzie 1943 roku, przewyższając współczesne modele Power Jets . Pomimo tego doskonałego początku uznano go za niewiarygodny i nigdy nie był używany podczas wojny. W okresie powojennym wiele silników zapewniało znacznie wyższe osiągi, a zainteresowanie F.2 osłabło.

Potencjał silnika i inwestycji nie poszedł jednak na marne; projekt został przekazany firmie Metropolitan-Vickers (MetroVick) Armstrongowi Siddeleyowi, gdy MetroVick odszedł z branży turbin gazowych. Armstrong Siddeley wyprodukował większą wersję jako udany Sapphire .

Rozwój

Alan Arnold Griffith opublikował w 1926 r. przełomową pracę An Aerodynamic Theory of Turbine Design , w której po raz pierwszy jasno wykazał, że turbina gazowa może być używana jako praktyczna, a nawet pożądana jednostka napędowa samolotu. Artykuł rozpoczął się od wykazania, że ​​istniejące konstrukcje sprężarek osiowych „latają utknęły w martwym punkcie” ze względu na zastosowanie płaskich łopatek, a radykalne ulepszenia można by wprowadzić, stosując zamiast tego konstrukcje z płatami aerodynamicznymi . Następnie nakreślono kompletny projekt sprężarki i turbiny, wykorzystując dodatkową moc spalin do napędzania drugiej turbiny, która napędzałaby śmigło. W dzisiejszej terminologii projekt był turbośmigłowy .

Aby udowodnić projekt, Griffith i kilku innych inżynierów z Royal Aircraft Establishment zbudowali w 1928 roku próbny egzemplarz kompresora znanego jako Anne , maszynę zbudowaną dla nich przez Fraser i Chalmers . Po udanych testach Anne planowali kontynuować to z kompletnym silnikiem znanym jako Betty lub B.10. Ponieważ Betty została zaprojektowana do celów testowych, została zaprojektowana tak, aby umożliwić oddzielne działanie sekcji sprężarki i turbiny. W tym celu spaliny ze sprężarki znajdowały się „z przodu” silnika, skąd były prowadzone przez sekcję spalania do „końca” silnika, gdzie wchodziły do ​​turbiny. Oznaczało to również, że wał napędowy między sekcjami był bardzo krótki.

W 1929 roku opublikowana została teza Franka Whittle'a o czystych silnikach odrzutowych i przesłana do Griffitha w celu skomentowania. Po wskazaniu błędu w matematyce Whittle'a wyszydził całą koncepcję, mówiąc, że sprężarka odśrodkowa zastosowana przez Whittle'a byłaby niepraktyczna do użytku w samolotach ze względu na jej dużą powierzchnię czołową, a wykorzystanie bezpośrednio do zasilania układu wydechowego byłoby niemożliwe. być wyjątkowo nieefektywnym. Whittle był zrozpaczony, ale był przekonany, że i tak powinien opatentować ten pomysł. Pięć lat później grupa inwestorów przekonała go do rozpoczęcia prac nad pierwszym działającym brytyjskim silnikiem odrzutowym.

Griffith kontynuował rozwój własnych koncepcji, ostatecznie opracowując zaawansowaną konstrukcję sprężarki wykorzystującą dwa przeciwbieżne stopnie, które poprawiły wydajność. Jego partner, Hayne Constant , rozpoczął rozmowy w 1937 r. z firmą Metrovick z Manchesteru , producentem turbin parowych , na temat produkcji nowych maszyn. Do 1939 praca ta opracowała kilka ulepszonych wersji projektu sprężarki Betty, które zostały włączone do nowej Fredy . Nawiasem mówiąc, Metrovick niedawno połączył się z brytyjskim Thomson-Houston , innym konstruktorem turbin, który wspierał wysiłki Whittle'a.

W kwietniu 1939 roku Whittle dał zaskakującą demonstrację swojego eksperymentalnego silnika WU , uruchamiając go przez 20 minut z dużą mocą. Doprowadziło to do wysypu kontraktów na stworzenie projektu o jakości produkcyjnej nadającego się do użytku w samolotach. Szef działu projektowania Metrovick, David Smith, postanowił zakończyć opracowywanie koncepcji turbośmigłowych i zamiast tego skupić się na czystych odrzutowcach. Rozwój dopiero się rozpoczął, gdy Whittle zaczął budować swój projekt W.1 , planując zainstalowanie go do lotu w Gloster E.28/39 w przyszłym roku.

F.1

W lipcu 1940 r. RAE podpisało kontrakt z firmą Metrovick na budowę silnika czysto turbodoładowanego o jakości lotu, opartego na turbinie Freda. Tak powstała koncepcja F.1, która została zbudowana w kilku formach, z pierwszym pracującym silnikiem na stanowisku testowym pod koniec 1941 r. Projekt przeszedł testy w locie specjalnej kategorii w 1942 r. i po raz pierwszy poleciał 29 Czerwiec 1943 w otwartej komorze bombowej Avro Lancastera . W porównaniu do konstrukcji Whittle z przepływem odśrodkowym, F.1 był niezwykle zaawansowany, wykorzystując dziewięciostopniową sprężarkę osiową, pierścieniową komorę spalania i dwustopniową turbinę.

F.2

Rozwój turboodrzutowca F.2 postępuje szybko, a silnik po raz pierwszy uruchomiono w listopadzie 1941 roku. W tym czasie opracowywano szereg silników opartych na koncepcji Whittle'a, ale F.2 wyglądał na znacznie bardziej sprawny niż ktokolwiek z nich. Latająca wersja F.2/1 otrzymała ocenę testową w 1942 roku. Jedna została zamontowana na stanowisku testowym Avro Lancaster (pierwszy prototyp Lancaster, s/n BT308 ), zamontowany z tyłu w miejscu tylnej wieży , z pojedynczym wlotem powietrza na górze kadłuba, przed podwójnym ogonem samolotu. Samolot odbył pierwszy lot 29 czerwca 1943 roku. Wersje produkcyjne F.2 zostały przetestowane na F.9/40M ( Gloster Meteor ) s/n DG204/G , który wykonał swój pierwszy lot 13 listopada 1943 roku. w podwieszonych gondolach , w sposób podobny do silników Messerschmitta Me 262 .

Zgodnie z oczekiwaniami silniki F.2 były mocniejsze niż konstrukcja Whittle, początkowo dostarczając 1800 lbf (8000 N), ale wkrótce zwiększyły się do znacznie ponad 2000 lbf (8900 N). W tym czasie Whittle W.2B rozwijał tylko 1600 lbf (7100 N). Pojawiły się jednak wątpliwości co do niezawodności F.2, głównie ze względu na problemy związane z powstawaniem gorących punktów na łożysku turbiny i komorze spalania, które powodowały wypaczenie i pękanie dysz wlotowych turbiny.

Sprężarka osiowa F.2 została później zaoferowana Rolls-Royce'owi i użyta jako początkowy stopień Rolls-Royce Clyde .

F.2/2

Aby rozwiązać te problemy, w sierpniu 1942 r. drobna przebudowa dostarczyła F.2/2, która zmieniła materiał turbiny z Rex 75 na Nimonic 75 i przedłużyła komorę spalania o 6 cali (150 mm). Siła ciągu została poprawiona do 2400 lbf (11 000 N) statycznego, ale problemy z przegrzaniem pozostały.

F.2/3

Kolejna próba rozwiązania problemów z przegrzewaniem zaowocowała znacznie bardziej zmodyfikowanym F.2/3 w 1943 roku. Ta wersja zastąpiła oryginalną pierścieniową komorę spalania palnikami typu puszkowego, takimi jak te w konstrukcjach Whittle. Wygląda na to, że rozwiązało to problemy, zwiększając w tym procesie ciąg do 2700 lbf (12 000 N). Jednak do tego czasu zdecydowano się przejść do znacznie mocniejszej wersji silnika.

F.2/4 Beryl

Rozwój F.2 był kontynuowany w wersji wykorzystującej dziesięciostopniową sprężarkę dla dodatkowego przepływu powietrza napędzanego przez turbinę jednostopniową. Nowy F.2/4 - Beryl - początkowo rozwijał 3250 lbf (14,45 kN) i był testowany na Avro Lancaster Mk.II s/n LL735 przed zamontowaniem w latającym myśliwcu Saunders-Roe SR.A/1 . Siła ciągu poprawiła się już do 3850 lbf (17,1 kN) dla trzeciego prototypu i ostatecznie ustabilizowała się na poziomie 4000 lbf (17,8 kN).

Dla porównania, współczesny Derwent rozwinął tylko 2450 funtów siły (10900 N) w swojej ostatecznej formie; czyniąc Beryl jednym z najpotężniejszych silników ery. Rozwój SR.A/1 zakończył się w 1947 roku, kończąc wraz z nim rozwój Beryla. Niemniej jednak Beryl z prototypu SR.A/1 został usunięty i użyty przez Donalda Campbella do wczesnych przejazdów jego słynnym hydroplanem Bluebird K7 z 1955 roku, w którym ustanowił siedem rekordów prędkości na wodzie w latach 1955-1964.

F.3

W 1942 MV rozpoczął prace nad wzmocnieniem ciągu. Powstały Metropolitan-Vickers F.3 był pierwszym brytyjskim silnikiem turbowentylatorowym, który zaprojektowano, zbudowano i przetestowano. Można powiedzieć, że F.3 był również pierwszym zbudowanym trójwałowym silnikiem odrzutowym, chociaż konfiguracja była zupełnie inna niż w znacznie późniejszej serii turbowentylatorów Rolls-Royce RB211 , ponieważ wentylator znajdował się z tyłu silnik, podobnie jak w General Electric CJ805 -23. Używając fabrycznego F.2/2, MV dodał oddzielny moduł z tyłu silnika (bezpośrednio za turbiną HP), który składał się z obracających się w przeciwnych kierunkach turbin niskoprężnych przymocowanych do dwóch przeciwbieżnych wentylatorów. Poza łopatkami kierującymi dyszy pierwszego stopnia, turbina LP była całkowicie bezstojana, z czterema kolejnymi stopniami wirnika. Wirniki jeden i trzy napędzały wentylator przedni zgodnie z ruchem wskazówek zegara (patrząc z przodu), podczas gdy wentylator tylny był napędzany przeciwnie do ruchu wskazówek zegara przez wirniki dwa i cztery. Chociaż przedni wentylator miał wlotowe łopatki kierujące, nie było żadnych łopatek pomiędzy przeciwbieżnymi wirnikami wentylatora ani, za wylotem, żadnych łopatek kierujących wylotu. Strumienie rdzeniowe i obejściowe są odprowadzane przez oddzielne współosiowe dysze napędowe.

Projekt zakończył się sukcesem, zwiększając ciąg statyczny z około 2400 lbf (11 000 N) do 4000 lbf (18 kN) (4600 lbf (20 kN) w 1947 r.). Ponadto jednostkowe zużycie paliwa spadło z 1,05 do 0,65 funta/(lbf⋅h) (30 do 18 g/(kN⋅s)), co było prawdziwym celem projektu. Jednak wzrost masy wszystkich dodatkowych maszyn wirnikowych i kanałów był znaczny. Bonusem był wyraźny spadek poziomu hałasu, który wynikał z mieszania się wolniejszego, zimnego powietrza z wentylatora z szybkim, gorącym wydechem z generatora gazu.

Chociaż F.3 rozwijał się dobrze, rozwój został zahamowany przez presję wojenną. Kiedy wojna się skończyła, F.2/2 nie był już aktualny, więc niektóre pomysły zostały zastosowane do bardziej nowoczesnego F.2/4, aby wyprodukować propfan Metropolitan-Vickers F.5.

F.5

Po tym, jak F.3 się skończył, F.5 był wersją F.2/4 z otwartym wirnikiem (bezprzewodowym) wzmacniaczem ciągu dodanym na końcu rury strumieniowej, nieco oddalonym od turbiny HP. Śmigła o stałym skoku o średnicy ft 6, które obracały się w kierunku przeciwnym, były napędzane przez czterostopniową bezstojanową jednostkę turbiny LP, podobną do tej z F.3. Ciąg statyczny zwiększono z 3500 lbf w F.2/2 do ponad 4710 lbf (21 000 N), przy jednoczesnym zmniejszeniu jednostkowego zużycia paliwa. W stosunku do macierzystego turboodrzutowca wzrost masy dla tej konfiguracji wentylatora śmigła wyniósł około 26% w porównaniu do 53% w przypadku turbowentylatora F.3. Rozwój został anulowany, gdy w 1946 roku sprzedali swój biznes turbin gazowych firmie Armstrong Siddeley.

F.9 Szafir

Główny artykuł: Armstrong Siddeley Sapphire

Rozwój F.2 zakończył się w 1944 roku. Rozwój podstawowej koncepcji był kontynuowany, jednak ostatecznie doprowadził do powstania znacznie większego F.9 Sapphire. Jednak w 1947 roku Metrovick opuścił produkcję silników odrzutowych, a ich zespół projektowy przeniósł się do Armstrong Siddeley . Sapphire dojrzał do udanego projektu, początkowo pokonując moc swojego współczesnego Rolls-Royce'a, Avon . Cechy konstrukcyjne linii Metrovick zostały zastosowane we własnej linii turbośmigłowych sprężarek osiowych firmy Armstrong Siddeley, chociaż Armstrong Siddeley zrezygnował z używania przez Metrovick nazw kamieni szlachetnych dla swoich silników na rzecz kontynuowania nazw zwierząt, w szczególności węży.

Przykład prototypowego silnika można znaleźć w Science Museum Flight Gallery w Londynie.

Silniki na wyświetlaczu

Metrovic Beryl jest wystawiany w Rolls-Royce Heritage Trust (Derby).

Specyfikacje (F.2/2)

Na wystawie w Rolls-Royce Heritage Trust (Derby)

Dane od Wilkinsona.

Ogólna charakterystyka

  • Typ: turboodrzutowiec z przepływem osiowym
  • Długość: 159 cali (4039 mm)
  • Średnica: 34,9 cala (886,5 mm)
  • Sucha masa: ~ 1500 funtów (680 kg)

składniki

Wydajność

Zobacz też

Porównywalne silniki

Powiązane listy

Bibliografia

Zewnętrzne linki