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| ウー | |
|---|---|
| タイプ | ターボジェット |
| メーカー | パワージェット |
| 最初の実行 | 1937年4月12日 |
| 主な用途 | なし |
| 建造数 | 3 |
| に発展した | パワージェット W.1 |
Power Jets WU (Whittle Unit) は、1930 年代後半に Frank Whittleと彼の小さなチームによって製造およびテストされた、 3 つの非常に異なる実験用ジェット エンジンのシリーズです。
設計と開発
WU「ファーストモデル」は、ホイットルによって最初の「実験用」エンジン[1]や「第1版」[2]としても知られ、世界で初めて製造され稼働したターボジェットエンジンでした。[3] 実験用エンジンであり飛行を目的としたものではありませんでしたが、通常のエンジニアリング基準からすると非常に軽量になるように設計されていました。[2]エンジンは4つの基本コンポーネントで構成されていました。両面インペラを備えた単段遠心圧縮機、単一の直通燃焼室、単段の軸流タービン、ジェットパイプに取り付けられた収束推進ノズルです。タービンを圧縮機に接続するシャフトは、旋回を避けるために可能な限り短く作られました。[4] 燃焼室は非常に大きな単一の螺旋ダクトによって圧縮機の出口に接続されており、エンジンに非対称の外観を与えています。
ホイットルは、遠心圧縮機を約 4:1 の圧力比で設計したが、彼の知る限り、単段でこれまでに実証された最高の性能は約 2.5:1 であった。彼は、片面羽根車から得られるよりも小さい直径の羽根車から必要な空気の流れを得られるよう、両面羽根車を指定した。 [2]羽根車が小さいほどタービン速度が速くなり、単段タービンの負荷が減り、効率が向上した。直径 16.5 インチ (419 mm) のタービンは、圧縮機を駆動するために 3,000 hp (2,237 kW) を発生しなければならなかった。両面羽根車の欠点の 1 つは、航空機への設置において、圧力損失が大きいプレナム付きの吸気口が必要になることである。[5]ロータースラストベアリングの設計上の欠点は、タービンからの軸方向負荷とバランスをとるための羽根車からの軸方向負荷がないことである。
ホイットルは燃焼システムの設計に助けを求め、英国産業博覧会を訪れた。彼が様々な出展者と燃焼室の要件について話し合ったとき、彼は「どのブースでもほとんど笑いものにされた」が、耐火物で覆われた工業用途の20倍の強度での燃焼[6]という困難な問題に取り組む準備ができているレイドロー・ドリュー・アンド・カンパニーを発見した。[7] 1936年末までに、エンジンの設計と製造にかかった総費用は2,000ポンドに達した。[8]
最初のモデルのテストは1937年4月12日にラグビーで開始されました。テスト中、ブリティッシュ・トムソン・ヒューストン（BTH）の主任エンジニアは、8月23日に13,600rpmまで回転数を上げた後、安全上の理由から屋外の工場で12,000rpmを超えるのは賢明ではないと判断しました[9] 31回目で最後の回転数は1937年8月24日に行われました。
2 番目のモデルでは、大きく異なる対称的な設計が採用されました。10 本の螺旋ダクトがコンプレッサーの出口を 1 つの大きな逆流燃焼室に接続し、その出口はタービンを通って前方に排出され、その後後方に曲がって 10 本のジェット パイプを通って排気されます。排気管から燃焼室に空気を送る 10 本のダクトはすべて外側のケーシングで囲まれているため、いくらかの熱交換が予想されました。[2]テストは、1938 年 4 月 16 日にレスターシャーの近くのラッターワースにある BTH の廃業したレディウッド鋳造所の敷地内で再構築されたエンジンから開始され、1938 年 5 月 6 日にタービンが損傷するまで続きました。3 つ目の再構築されたエンジンは、1938 年 10 月 26 日にテストの準備が整いました。[10]
3番目のモデルでも大きな変更が加えられました。このモデルには10個の逆流燃焼室があり、後のパワージェットW.1およびパワージェットW.2ターボジェットエンジンと同様の構成になっています。この構成は、 ロールスロイス ウェランドおよびゼネラルエレクトリック J31ジェットエンジンにも採用されました。10個の燃焼室を使用する利点の1つは、(1/sqrt10)倍小さいため、[2]燃焼装置で簡単にテストできることです。
資金不足のため、後継エンジンのテストのために多くの部品が改造または修理されることになりました。
ホイットルと彼のチームは、3つのモデルの開発で多くの問題を経験した。コンプレッサーとタービンの効率と耐久性は向上した。貧弱な燃料システムと燃焼性能は、もはやエンジンの他の部分のテストを制限することはなかった。後継のW1エンジンの一般的な設計は、実験エンジンの3番目のモデルと非常に似ていた。[2]チームは、ターボジェットが当時英国再軍備計画のために大量生産されていた大型の往復航空エンジンと競合する可能性を持っていることを実証した。
当初の丸い「バルブ」型のラバル型タービンブレードの根元固定は、以前のタイプが繰り返し応力/疲労により破損したため、後に新しい三角形の「モミの木」型設計に置き換えられました。「モミの木」型設計は、ホイットルのその後のすべてのエンジンに採用されました。
初期の深刻な燃焼問題の後、1940 年後半に、シェル フラム研究所のアイザック ラボックが設計した新しい燃焼室の設計が採用されました。この「ラボック」燃焼室/バーナーは、多くの燃焼問題の解決策であることが証明されました。
3番目のエンジンに実装された逆流型燃焼室は、最初のエンジンで使用された完全に異なる直通燃焼室用に設計されたローターアセンブリなどのより高価な部品を継続して使用できるようにするために必要でした。逆流配置は熱膨張の問題がなく、インペラとタービンの間に非常に短いシャフトを継続して使用することができ、燃焼室の後ろのエンドカバーは簡単に取り外して燃焼器部品を検査したり変更したりできました。[11]
ホイットルはタービンブレードに渦流を利用することを想定していたが、BTHの技術者はこれを考慮せず、ねじれが不十分なブレードを製造した。ホイットルがその後もこれを主張したことで、BTHの技術者との関係は悪化した。[12]
WUは1941年2月22日のタービンディスクの故障により事実上破壊された。作業はパワージェットW.1で継続された。[13]
バリエーション
- WU 初号機実験エンジン
- 圧縮機の出口を単一の直通燃焼室に接続する非対称のスパイラルダクトを備えた初期設計。初運転は 1937 年 4 月 12 日。
設計データ[14]
- 風量: 約25.7ポンド/秒 (約11.66kg/秒)
- シャフト速度: 17750rpm (296回転/秒)
- タービン出力: 約2950馬力 (約2200kW)
- コンプレッサーインペラー直径: 約19.69インチ (約500mm)
- コンプレッサーインペラー先端速度: ~1525 ft/s (~465 m/s)
- タービン先端直径:~15.75インチ (~400mm)
- タービン先端速度: 約 1220 フィート/秒 (約 372 メートル/秒)
- WU 2号型実験エンジン
- 逆流燃焼室が1つ。初運転は1938年4月16日。
- WU 第三モデル実験エンジン
- 10個の逆流燃焼室。初運転は1938年10月26日。
アプリケーション
なし。
仕様（WU ファースト モデルの設計仮定、実際には達成されていないパフォーマンス）
一般的な特徴
- タイプ:遠心流ターボジェット
- 長さ:約67.2インチ (約1707 mm) (ジェットパイプを除く)
- 直径:圧縮機の直径約45インチ (約1143 mm)
- 乾燥重量:
コンポーネント
- コンプレッサー: 19インチ径の両面インペラーを備えた単段遠心式、ディフューザーベーンはテストの途中で設置済み、材質: Hiduminium RR 56
- 燃焼器：単一の直通設計、螺旋管のエルボのすぐ下流に配置
- タービン：直径14インチ、66枚のブレード（BTH非渦流設計）、単段軸流、ノズルガイドベーンなし、ディスクとブレードの材質：ファース・ビッカース・ステイブレード
- 燃料の種類:灯油
パフォーマンス
- 最大推力: ~1,389 lbf (~6.18 kN)
- 総圧力比: ~4.4:1
- 空気質量流量:約26lb/s (約11.79 kg/s)
- タービン入口温度: ~1434 F (~779 C)
- 比燃料消費量: 0.942 lb/hr/lbf (~26.69 g/s/kN)
参照
参考文献
- ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2016年4月14日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2016年2月26日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ abcdef 「ホイットルジェット推進ガスタービンの初期の歴史」ジェームズ・クレイトン講演会第1回、1945年、フランク・ホイットル空軍准将、ロンドン機械技術者協会
- ^ 「ジェットおよびタービン航空エンジンの開発」第 4 版、ビル・ガンストン、パトリック・スティーブンス 2006 年、ISBN 0 7509 4477 3、p.124
- ^ 「エンジニアとしては大したことない」サー・スタンレー・フッカー、クロウッド・プレス社、マールボロ 2005 年、ISBN 978-1853102851、p.72
- ^ 「吸気空気力学」第 2 版、Seddon and Goldsmith、AIAA Inc.、Reston 1999、ISBN 0-632-04963-4、p.30
- ^ 「世界航空エンジン百科事典 - 第 5 版」ビル・ガンストン著、サットン出版、2006 年、160 ページ
- ^ 「ガスタービンの空力熱力学」フランク・ホイットル卿、ペルガモン・プレス社、ロンドン 1981 年、ISBN 978-0-08-026718-0、p.161
- ^ 「ジェットの起源」ジョン・ゴリー、エアライフ・パブリッシング社、シュルーズベリー、1996年、ISBN 1 85310 860 X、p.82
- ^ 国立公文書館、AIR62/15
- ^ ゴリー、ジョン（1987年）。ホイットル：真実の物語。シュルーズベリー：エアライフ出版。pp. 106-107, 114。ISBN 0906393825。
- ^ 「ガスタービンの空力熱力学」フランク・ホイットル卿、ペルガモン・プレス社、ロンドン 1981 年、ISBN 978-0-08-026718-0、p.166/7
- ^ http://web.itu.edu.tr/aydere/history.pdf [ベア URL PDF ]
- ^ http://www.imeche.org/docs/default-source/presidents-choice/jc12_1.pdf [ベア URL PDF ]
- ^ 情報、リードビジネス（1980年11月27日）。「ニューサイエンティスト」。
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注記
文献
外部リンク
- 「ケンブリッジの工学部の学生への賛辞」
- 「秘密の年月」1951年のフライト記事。
- 「ホイットルジェット推進ガスタービンの初期の歴史」、フランク・ホイットルによる 1945 年の I Mech E 論文。
- 「ホイットルジェット推進ガスタービン」1945年エンジニア誌の記事