メトロポリタン・ビッカース F.2

1940 年 7 月、RAE は、フレダ タービンをベースにした飛行品質の純ターボジェット エンジンを製造する契約をメトロヴィックと締結した。これが F.1 コンセプトとして登場し、いくつかの形態で製造され、最初の稼働エンジンは 1941 年後半にテスト ベッドで始動した。この設計は 1942 年に特別カテゴリーの飛行試験に合格し、1943 年 6 月 29 日にアブロ ランカスターの開放型爆弾倉で初飛行を行った。遠心流ホイットル設計と比較すると、F.1 は 9 段軸流圧縮機、環状燃焼室、2 段タービンを使用するなど、非常に先進的であった。 ^{[ 1 ]}

F.2ターボジェットエンジンの開発は急速に進み、1941年11月に初めてエンジンが作動した。当時、ホイットルのコンセプトに基づいたエンジンがいくつか開発されていたが、F.2はそれらのどれよりもはるかに優れた性能を持っているように見えた。飛行可能なバージョンであるF.2/1は、1942年に試験認証を取得した。1基はアブロ・ランカスター試験機（最初の試作ランカスター、シリアル番号BT308）に搭載され、後部砲塔の代わりに後部に取り付けられ、双尾翼の前方、胴体上部に単一の吸気口が設けられた。この航空機は1943年6月29日に初飛行した。^{[ 3 ]} F.2の量産型は、1943年11月13日に初飛行したF.9/40M（グロスター・ミーティア）s/n DG204/Gでテストされた。これらはメッサーシュミットMe 262のエンジンと同様の方法で、機体下部のナセルに取り付けられた。^{[ 1 ]}

予想通り、F.2 エンジンは Whittle 設計よりも強力で、最初は1,800 lbf (8,000 N)の出力でしたが、すぐに2,000 lbf (8,900 N)をはるかに超える出力にまで向上しました。その頃、Whittle W.2B は1,600 lbf (7,100 N)しか発生していませんでした。しかし、F.2 の信頼性には疑問があり、主にタービン ベアリングと燃焼室にホット スポットが蓄積することに関連する問題が原因で、タービン入口ノズルの歪みと破損が発生しました。初飛行から約 7 週間後の 1944 年 1 月 4 日、DG204/G はファーンバラ上空 20,000 フィートで高速テスト飛行を行っていました。機体の左舷 F.2 エンジンがローターの故障を起こして分解しました。パイロットのウィリアム デイヴィー少佐は脱出を試みて死亡しました。^{[ 4 ] [ 5 ]}      

F.2の軸流圧縮機は後にロールス・ロイスに提供され、ロールス・ロイス・クライドの初期段として使用された。^{[ 6 ]}

これらの問題に対処するため、1942年8月に小規模な設計変更が行われ、F.2/2型が開発された。この変更では、タービンの材質がRex 75からNimonic 75に変更され、燃焼室が6インチ（150mm ）延長された。推力は静止推力で2,400lbf （11,000N ）に向上したが、過熱の問題は依然として残っていた。   

過熱問題を解決するための別の試みとして、1943年にさらに大幅に改良されたF.2/3が開発された。このバージョンでは、オリジナルの環状燃焼室が、ウィットル設計のものと同様の缶型バーナーに置き換えられた。これにより問題は解決されたようで、推力は2,700 lbf（12,000 N）に向上した。しかし、この頃には、より強力なバージョンのエンジンの開発に進むことが決定されていた。  

F.2 の開発は、単段タービンで駆動される追加の空気流量のために 10 段コンプレッサーを使用するバージョンで継続されました。^{[ 7 ] [ 1 ]}新しい F.2/4 -ベリル- は、当初3,250 lbf (14.5 kN)の推力を発生し、サンダース・ロー SR.A/1飛行艇戦闘機に搭載される前に、アブロ ランカスター Mk.II s/n LL735でテスト飛行されました。推力は、3 番目の試作機ですでに3,850 lbf (17.1 kN)に改善され、最終的に4,000 lbf (18 kN)に落ち着きました。      

それに対し、同時代のダーウェント5（ホイットルの作品を改良してローバーが設計したエンジン）は、最終形態で3,600ポンド（16.0 kN）を超える推力を発生しました。SR.A/1の開発は1947年に終了し、ベリルの開発もそれとともに終了しました。しかしながら、後にSR.A/1プロトタイプからベリルが取り外され、ドナルド・キャンベルが1955年の有名なブルーバードK7水上飛行機の初期走行に使用し、1955年から1964年の間に7つの水上速度記録を樹立しました。

1942年、MVは推力増強に着手した。その結果生まれたメトロポリタン・ビッカースF.3は、設計、製造、試験された最初の英国製ターボファンエンジンとなった。F.3は、製造された最初の3軸ジェットエンジンとも言えるが、 ファンがエンジンの後部に配置されていたため、ゼネラル・エレクトリックCJ805-23と似た構成で、はるか後のロールス・ロイスRB211ターボファンシリーズとは全く異なる構成であった。MVは、市販のF.2/2をベースに、エンジンの後部（高圧タービンのすぐ後ろ）に、2つの逆回転ファンに取り付けられた逆回転低圧タービンからなる別個のモジュールを追加した。^{[ 8 ]}低圧タービンは、第1段ノズルガイドベーンを除いて、完全にステータレスで、4つの連続したローター段を備えていた。ローター1と3は、前方のファンを時計回りに（正面から見て）駆動し、ローター2と4は後方のファンを反時計回りに駆動した。前面ファンには入口案内羽根が設けられていたが、逆回転するファンローター間には羽根はなく、下流側にも出口案内羽根はなかった。コア流とバイパス流は、それぞれ独立した同軸推進ノズルから排出された。

このプロジェクトは概ね成功し、静的推力は2,400ポンド（11kN）から4,000ポンド（18kN ）（1947年には4,600ポンド（20kN） ）に向上した。さらに、燃料消費率は1.05ポンド/（ポンド・時）から0.65ポンド/（30g/（kN・秒））（18g /（kN・秒））に低下し、これがプロジェクトの真の目的であった。ただし、追加されたターボ機械類とダクトによる重量増加は著しかった。副産物として、ファンからの低速で冷たい空気とガス発生器からの高速で高温の排気が混ざり合うことで、騒音レベルが著しく低下した。     

F.3の開発は順調に進んだものの、戦争の圧力によって開発は中断された。戦争終結時にはF.2/2は旧式化していたため、そのアイデアの一部はより近代的なF.2/4に応用され、メトロポリタン・ビッカースF.5プロップファンが開発された。

F.3 の後継機として、F.5 は F.2/4 の派生型で、ジェットパイプの端にオープン ローター (ダクトなし) 推力増強装置が追加され、高圧タービンからやや離れた位置に配置されました。直径 5フィート 6インチの固定ピッチ プロペラは逆回転し、F.3 と同様の 4 段のステータレス LP タービン ユニットによって駆動されました。静的推力は F.2/2 の 3,500 lbf から4,710 lbf (21,000 N) 以上に増加し、それに伴い燃料消費率も減少しました。親機であるターボジェットと比較すると、このプロペラ ファン構成の重量増加は約 26% で、F.3 ターボファンの 53% と比べて大幅に増加しました。^{[ 9 ]} 1946 年にガス タービン事業をアームストロング シドレーに売却したため、開発は中止されました。  

F.2 の開発は 1944 年に終了しました。しかし、基本コンセプトの開発は継続され、最終的にはかなり大型の F.9 サファイアにつながりました。しかし、1947 年にメトロビックはジェットエンジンの生産から撤退し、設計チームはアームストロング シドレーに移籍しました。サファイアは成功した設計に成熟し、当初はロールス ロイスの同時代のエイボンの推力を上回りました。メトロビックの設計上の特徴は、アームストロング シドレーの軸流圧縮機ターボプロップのラインに組み込まれましたが、アームストロング シドレーはエンジンにメトロビックが使用していた宝石の名前を廃止し、動物の名前、特に蛇の名前を使い続けました。

試作エンジンの実物は、ロンドンの科学博物館飛行ギャラリーに展示されている。