Elektrické trysky WU - Power Jets WU
WU | |
---|---|
Typ | Proudový |
Výrobce | Elektrické trysky |
První běh | 12. dubna 1937 |
Hlavní aplikace | žádný |
Počet postaven | 3 |
Vyvinuto do | Silové trysky W.1 |
The Elektrické trysky WU (Whittle Unit) byla série tří velmi odlišných experimentů proudové motory vyrábí a testuje Frank Whittle a jeho malý tým na konci 30. let.
Návrh a vývoj
WU „První model“, známý také Whittle jako první „experimentální“ motor,[1] a „1. vydání“,[2] byl prvním proudovým motorem, který byl na světě vyroben a provozován.[3] Ačkoli byl experimentálním motorem a nebyl určen k letu, byl podle normálních technických standardů navržen jako velmi lehký.[2] Motor měl čtyři základní komponenty: jednostupňový odstředivý kompresor s oboustranným oběžným kolem, jedno přímé spalovací komora, jednostupňový, axiální tok turbína a konvergentní hnací trysku připojenou k tryskové trubce. Hřídel spojující turbínu s kompresorem byla vyrobena co nejkratší, aby se zabránilo víření.[4] Spalovací komora byla připojena k výstupu kompresoru pomocí velmi velkého jediného spirálového potrubí, které dodávalo motoru asymetrický vzhled.
Whittle navrhl odstředivý kompresor tak, aby vyvinul tlakový poměr přibližně 4: 1, když, pokud věděl, byl nejlepší dříve prokázaný výkon v jedné fázi přibližně 2,5: 1. Zadal oboustranný oběžné kolo aby poskytl požadovaný průtok vzduchu z oběžného kola s menším průměrem, než jaké lze získat z jednostranného.[2] Menší oběžné kolo umožňovalo vyšší rychlost turbíny, což snížilo zatížení jednostupňové turbíny a zlepšilo její účinnost. Turbína o průměru 16,5 palce (419 mm) musela pro pohon kompresoru vyvinout výkon 3 000 hp (2237 kW). Jednou z nevýhod oboustranného oběžného kola je požadavek na nasávání s přetlakovou komorou s vyššími tlakovými ztrátami v letecké instalaci.[5] Nevýhodou pro konstrukci axiálního ložiska rotoru není žádné axiální zatížení oběžného kola, které by vyvažovalo to z turbíny.
Whittle hledal pomoc při konstrukci spalovacího systému a navštívil Britský průmyslový veletrh. Když s různými vystavovateli diskutoval o požadavcích na jeho spalovací komoru, byl „prakticky vysmát každému stánku“, dokud neobjevil společnost Laidlaw, Drew and Company, připravenou řešit obtížný problém spalování.[6] při intenzitách 20krát vyšší než v průmyslových aplikacích lemovaných žárovzdornými materiály.[7] Na konci roku 1936 činily celkové výdaje na konstrukci a výrobu motoru 2 000 liber.[8]
Testování prvního modelu začalo 12. dubna 1937 v Ragby. Během testování Britský Thomson-Houston (BTH) hlavní inženýr považoval za nerozumné překročit 12 000 otáček za minutu v otevřené továrně z bezpečnostních důvodů po jízdě 23. srpna do 13 600 otáček za minutu[9] 31. a poslední běh byl 24. srpna 1937.
U druhého modelu byl použit výrazně odlišný symetrický design. Deset spirálových kanálů spojovalo výstup kompresoru s jedinou velkou spalovací komorou se zpětným tokem, jejíž výstup se vypouštěl dopředu skrz turbínu a poté se otočil dozadu a odsával deseti tryskovými trubkami. Očekávala se určitá výměna tepla z výfukového potrubí do deseti potrubí dodávajících vzduch do spalovací komory, protože všechny byly uzavřeny vnějším pláštěm.[2] Testování začalo v prostorách nadbytečné slévárny Ladywood v BTH poblíž Lutterworth v Leicestershire v březnu 1938 a pokračovalo až do poškození turbíny 6. května 1938.
Významné změny byly zavedeny také ve třetím modelu. Měla deset spalovacích komor s reverzním tokem, které měly podobnou konfiguraci jako později Silové trysky W.1 a Power Jets W.2 proudové motory. Tato konfigurace byla rovněž přijata pro Rolls-Royce Welland a General Electric J31 proudové motory. Jednou z výhod použití 10 spalovacích komor, menších o faktor (1 / sqrt10),[2] bylo možné je snadněji testovat na spalovací soupravě.
Kvůli nedostatku finančních prostředků by bylo mnoho komponent změněno nebo opraveno pro testování na pozdějších motorech.
Whittle a jeho tým měli při vývoji těchto tří modelů mnoho problémů. Byla vylepšena účinnost a životnost kompresorů a turbín. Špatný palivový systém a spalovací výkon již neomezovaly testování ostatních částí motoru. Obecná konstrukce navazujícího motoru W1 byla velmi podobná třetímu modelu experimentálního motoru.[2] Tým prokázal, že proudový motor měl potenciál konkurovat velkým pístovým leteckým motorům, které se poté sériově vyráběly pro britský program vyzbrojování.
Počáteční zaoblená „žárovka“ de Laval -typ lopatka turbíny oprava kořene byla později nahrazena novým trojúhelníkovým designem „jedle“ po opakovaných poruchách stresu / únavy předchozího typu. Konstrukce „jedle“ by byla použita u všech následujících motorů Whittle.
Po vážných problémech s počátečním spalováním byla na konci roku 1940 nová konstrukce spalovací komory navržená Isaacem Lubbockem z Laboratoř společnosti Shell Fulham byla začleněna. Tato komora / hořák „Lubbock“ prokázala odpověď na mnoho problémů se spalováním.
Konstrukce typu „reverzní tok“ nebo „pozoun“ implementovaná u druhého a třetího motoru, i když je známo, že není aerodynamicky ideální, byla navržena jako prostředek umožňující použití krátkého hřídele kompresoru / turbíny vyžadujícího pouze dvě ložiska bez potřeba pružné spojky, vyloučit dilatační spáru v hřídeli, zajistit dobré proudění vzduchu do spalovacích zón a prodloužit cestu horkého plynu ze spalovací komory do turbíny, aby mohlo dojít k poklesu teploty, a zajistěte, aby lopatky byly chráněny před samotným horkým spalovacím plamenem, přičemž dostupné materiály lopatek turbíny, jako jsou „Stayblade“ a „Rex78“, jsou omezeny teplotami, které vydrží. S pozdějšími vylepšeními materiálu čepele, jako např Nimonic 80, to již nebylo nutné a „přímý“ návrh se stal proveditelným, jak byl implementován v návrhu nezastavěného Ž.2R a později přepracovaný W.2B / 500 - Rover B.26, později se stal Rolls-Royce Derwent.
Whittle předpokládal použití vírový tok v lopatkách turbíny to však inženýři BTH nezačlenili a vyrobili lopatky s nedostatečným zkroucením. Následné naléhání Whittle na tom následně vedlo ke zhoršení vztahů s inženýry BTH.[10]
WU byla účinně zničena poruchou kotouče turbíny dne 22. února 1941. Práce pokračovaly s Silové trysky W.1.[11]
Varianty
- Experimentální engine prvního modelu WU
- Počáteční konstrukce s asymetrickým spirálovým potrubím spojujícím výstup kompresoru s jedinou přímou spalovací komorou. První spuštění 12. dubna 1937
Návrhová data[12]
- Průtok vzduchu: ~ 25,7 lb / s (~ 11,66 kg / s)
- Rychlost hřídele: 17750 ot./min (296 ot / s)
- Turbína: ~ 2950 hp (~ 2200kW)
- Průměr oběžného kola kompresoru: ~ 19,69 palce (~ 500 mm)
- Rychlost špičky oběžného kola kompresoru: ~ 1525 stop / s (~ 465 m / s)
- Průměr hrotu turbíny: ~ 15,75 palce (~ 400 mm)
- Rychlost špičky turbíny: ~ 1220 stop / s (~ 372 m / s)
- Experimentální engine druhého modelu WU
- jednoduchá spalovací komora s reverzním tokem. První spuštění 16. dubna 1938
- Experimentální engine třetího modelu WU
- Deset spalovacích komor s reverzním tokem. První spuštění 26. října 1938
Aplikace
Žádný.
Specifikace (WU First Model Design Assumptions, performance not actually achieved)
Obecná charakteristika
- Typ: Odstředivý tok proudový
- Délka: ~ 67,2 palce (~ 1707 mm) bez tryskové trubky
- Průměr: ~ 45 in (~ 1143 mm) napříč kompresorem
- Suchá hmotnost:
Součásti
- Kompresor: jednostupňové odstředivé s oboustranným oběžným kolem o průměru 19 palců, lopatky difuzoru instalované částečně v průběhu zkoušky, materiál: Hiduminium RR 56
- Spalovače: jednoduchý přímý design, umístěný bezprostředně za loktem ve spirálovém potrubí
- Turbína: Průměr 14 palců s 66 lopatkami (BTH bez víření), jednostupňový axiální tok, bez vodicích lopatek trysky, materiál kotouče a lopatek: Firth-Vickers Stayblade
- Typ paliva: Petrolej
Výkon
- Maximum tah: ~ 6,18 kN
- Celkový tlakový poměr: ~4.4:1
- Hmotnostní tok vzduchu: ~ 26 lb / s (~ 11,79 kg / s)
- Vstupní teplota turbíny: ~ 774 ° C
- Specifická spotřeba paliva: 0,942 lb / h / lbf (~ 26,69 g / s / kN)
- Poměr výkonu k hmotnosti:
Viz také
Reference
- ^ https://www.flightglobal.com/FlightPDFArchive/1945/1945%20-%202018.PDF
- ^ A b C d E F „Raná historie plynové turbíny s tryskovým pohonem Whittle“ První přednáška Jamese Claytona 1945, letecký komodor Frank Whittle, Institution of Mechanical Engineers, London
- ^ „Vývoj proudových a turbínových leteckých motorů“ 4. vydání, Bill Gunston, Patrick Stephens 2006, ISBN 0 7509 4477 3, str.124
- ^ „Není mnoho inženýra“ Sir Stanley Hooker, The Crowood Press Ltd., Marlborough 2005, ISBN 978-1853102851, str.72
- ^ „Intake Aerodynamics“ Second Edition, Seddon and Goldsmith, AIAA Inc., Reston 1999, ISBN 0-632-04963-4, str.30
- ^ "World Encyclopedia of Aero Engines - 5. vydání" od Bill Gunston, Sutton Publishing, 2006, s. 160
- ^ „Aerotermodynamika plynové turbíny“ Sir Frank Whittle, Pergamon Press Ltd, Londýn 1981, ISBN 978-0-08-026718-0, str. 161
- ^ „Genesis Of The Jet“ John Golley, Airlife Publishing Ltd., Shrewsbury 1996, ISBN 1 85310 860 X, str.82
- ^ Národní archiv, AIR62 / 15
- ^ http://web.itu.edu.tr/aydere/history.pdf
- ^ http://www.imeche.org/docs/default-source/presidents-choice/jc12_1.pdf
- ^ Informace, Reed Business (27. listopadu 1980). „Nový vědec“.
Poznámky
Bibliografie
externí odkazy
- „Pocta studentovi Cambridge v oboru strojírenství“
- "Tajná léta" 1951 Let článek.
- „Počáteční historie plynové turbíny s tryskovým pohonem Whittle“, 1945 I Mech E paper by Frank Whittle.
- „Plynová turbína s tryskovým pohonem Whittle“ článek z roku 1945 Inženýr