ウェスティングハウス J40

J40
タイプ	ターボジェット
国籍	アメリカ合衆国
メーカー	ウェスティングハウス航空ガスタービン部門
主な用途	マクドネル F3H デーモン

ウェスティングハウス J40 は、1946 年に米国海軍航空局 (BuAer) の要請に応じてウェスティングハウス航空ガスタービン部門が設計した初期の高性能アフターバーナーターボジェットエンジンです。BuAer は、この設計を数機の戦闘機と 1 機の爆撃機に採用しようとしていました。しかし、初期の低出力設計は成功したものの、設計出力を最大にまで拡大する試みは失敗し、最終的にこの設計は「大失敗」および「失敗作」とみなされて放棄されました。

当初の設計では、 アフターバーナーなしの海面静止状態で推力7,500 lbf (33 kN) 、アフターバーナーありで 10,900 lbf のエンジンが要求されていました。より強力な 9,500/13,700 lbf 推力のモデルは、さまざまな機体の以前のエンジンを交換することを目的としていました。合計で 13 の異なるバリエーションが計画されました。より高出力のエンジンの予測された必要性から、BuAer はフォード モーター カンパニーのリンカーン マーキュリー部門と J40-WE-10 および J40-WE-12 エンジンの両方についてセカンド ソース製造契約を結びました。

高出力型はコンプレッサーの設計に欠陥があり、適切な制御システムも欠如していることが判明した。このため海軍には初期の低出力エンジンしか残されなかった。これらは最終的に初期の飛行試験に使用されたが、ほとんど使用できないことが判明した。特に悪名高い使用例はマクドネル F3H-1N デーモンで、小型エンジンでは危険なほど出力不足であることが判明した。この設計は、重量超過となった機体の飛行によって引き起こされた度重なる事故と、航空機の損失につながるエンジン故障の数々を受けて、すぐに飛行停止となった。F3H-1N プログラムの問題に関する政府の調査では、パイロットの死亡がエンジンの問題のみによるものであったかどうかを判定できなかった。飛行停止となった機体は廃棄されるか、地上訓練に使用された。F3H-2N はアリソンJ71エンジンを使用した。

J40プログラムは1955年に終了し、その時点でJ40を搭載していた航空機はすべて地上に留め置かれるか、キャンセルされるか、代替エンジンを使用するように再設計されていた。J40の失敗は、最も多くの軍事プログラムに影響を与えた失敗の1つであった。プログラムの失敗は、主にウェスティングハウスによる研究および実験リソースへの投資不足が原因で、さまざまなエンジンモデルの問題を解決できなかった。1953年、ウェスティングハウスはロールスロイスと協力してエイボンをベースにしたエンジンを提供した。このエンジンは同様の性能を持ちながら、さらに高い出力の優れた設計に成長した。ウェスティングハウスは、1965年までに航空機エンジン事業から撤退し、12,000 lbf (53 kN)のエイボン300シリーズエンジンの縮小版である6,200 lbf (28 kN)推力のXJ54も米国市場でのシェアを獲得できなかった。^[1]

J57は、米海軍にとって、決して受け入れられる形で実現しなかった悲惨なウェスティングハウスJ40の代替となるだろう。

— トーマス・ガードナー、戦争における F-100 スーパーセイバー

ウェスティングハウス・エレクトリック・コーポレーションは、1945年にウェスティングハウス航空ガスタービン部門（AGT）を設立しました。ゼネラル・エレクトリックと並んで、ウェスティングハウスはタービン設計で豊富な経験を持っており、これらのまったく新しい設計コンセプトについての経験がほとんどない既存の航空エンジン製造業者よりもリードしていました。米国の初期のエンジンのほとんどが英国のジェット機の再設計版であったのに対し、J30は稼働した最初の真のアメリカ設計のターボジェットであり、マクドネルFHファントムで使用されました。拡大されたJ34は導入時には時代遅れでしたが、そこそこ成功しました。業界の急速な進歩に対応する新しい設計が必要でした。

J40 は、ウェスティングハウスがターボジェット エンジン市場で有力な存在になる大きなチャンスでした。米海軍は、新世代ジェット機の成否を他の 3 つのエンジン会社ではなくウェスティングハウスに賭け、同社に大きな信頼を寄せました。海軍航空局がその開発を契約したのは 1947 年 6 月のことでした。プロトタイプ エンジンは 1948 年 11 月に初めて稼働しました。1949 年 4 月の海軍航空機密速報に掲載された、航空局動力装置部門のニール D. ハークルロード少佐による記事によると、「エンジンは今日まで正常に稼働しています」。その記事の執筆時点では、50 時間の飛行実証テストは 1949 年 6 月までに、150 時間の認定テストは 1949 年 12 月までに完了する予定でした。

J40 は、現在運用されているエンジンの 2 倍の推力を発揮するように設計されており、アフターバーナー付きの J40-WE-8 は、単一のエンジンで多くの新しい海軍空母搭載戦闘機に動力を供給することができます。これには、グラマン XF10F ジャガー可変後退翼汎用戦闘機、マクドネル F3H デーモン、ダグラス F4D スカイレイ迎撃機が含まれます。アフターバーナーで 15,000 lbf (67 kN) を超える推力の増加が計画されました。アフターバーナーなしのバージョンである J40-WE-6 は、ダグラス A-3D スカイウォリアー双発空母搭載爆撃機に動力を供給することになりました。

J40-8 は直径がわずか 40 インチ (1,000 mm) 強でしたが、長さは付属品とアフターバーナーを含めて 25 フィート (7.6 m) でした。重量はほぼ 3,500 ポンド (1,600 kg) で、アフターバーナーがなかったため、-6 はほぼ 7 フィート (2.1 m) 短く、約 600 ポンド (270 kg) 軽量でした。

1949 年、より燃費が良く、推力 9,500 lbf (42 kN) の高出力 J40-WE-12 アフターバーナーなしバージョンが A3D 用に提案され、また、推力 13,700 lbf (61 kN) のアフターバーナー付きバージョン (J40-WE-10) が戦闘機プロジェクト用に提案されました。両方のバージョンが採用され、機体に使用するように設計されたエンジンとなりました。低出力の初期開発モデルは、高出力エンジンが利用可能になるまで、地上および初期飛行テストにのみ使用されることになりました。

大型エンジンの開発は長期化しました。1949 年 12 月に完了する予定だった極めて重要な 150 時間の認定試験は、1 年遅れの 1951 年 1 月にようやく完了しました。アフターバーナーは特に厄介で、アフターバーナー バージョンのエンジンである J40-WE-8 は、1952 年 8 月まで 150 時間の認定試験に合格しませんでした。その結果、アフターバーナーのない J40-WE-6 エンジンを初期試験に使用する必要があり、飛行試験プログラムに遅れが生じました。

当初は信頼性の問題から、低出力バージョンのエンジンですら使用不可能とみなされていた。A3Dは代替エンジンで成功を収めたが、F3H-1は低出力エンジンを使用して亜音速性能に追いやられ、より高出力のアリソンJ71に交換した後も亜音速のままだった。失敗作とみなされたものの、F3H-1は、元のエンジンが設計仕様通りに納品されていれば、初期の超音速空軍のセンチュリーシリーズ戦闘機と競争できたかもしれないと言われている。^[2] 実際、開発から生まれたデーモンは、ミサイル装備の全天候型戦闘機で、XF3H-1よりも8,000ポンド（3,600 kg）以上重く、高出力のJ71でさえその性能を回復できなかった。

F3H-1Nデーモン単発ジェット戦闘機は、当初はJ40の信頼性の低さと、はるかに重い機体に低出力のJ40-WE-22Aエンジンを載せて飛行させる難しさから、ひどく失望させられた。機体設計では、より高出力のJ40-WE-10を動力源とすることを想定していた。これらの最初の量産型デーモンは、6機の機体と4人のパイロットを失った後、J71エンジンを搭載するように再設計するために飛行停止となった。^[3]デーモンをJ71に移行する決定は、最初の量産バッチが登場するずっと前に行われ、J71に適したアフターバーナーの開発が長引いていたため、BuAerはウェスティングハウスJ40-WE-22Aおよび-22エンジンを搭載した初期の機体を受け入れることを決定した。この決定は1955年に議会の審議にかけられ、議会から厳しい批判を浴びた。タイム誌は、海軍がウェスティングハウス社製のエンジンを搭載したF3H-1デーモン機を全て地上に留めたことを「大失敗」と呼び、21機の飛行不能機が海軍の地上訓練にしか使用できず、2億ドルの損失となったと報じた。^[4] J40のハイライトの1つは、1955年にデーモン機で10,000フィート（3,000メートル）を71秒で上昇するという非公式の上昇時間記録を樹立したことである。^[3]

機体を再設計し、拡大する必要があったため、地上に留まったデモンズには交換用エンジンを簡単に取り付けることはできなかった。J71 を搭載するためにこの再設計が行われたとき、全天候型航空機の重量増加に対抗するために翼面積も拡大された。異なるエンジンをより容易に搭載できるように設計された F4D スカイレイは、プラット・アンド・ホイットニー J57を搭載して生産された。

A3D もアフターバーナーのない J57 エンジンを搭載して登場しました。F10F-1 プログラムは、主に可変後退翼と制御システムに関する解決不可能な空力問題が原因で中止されました。J40 エンジンの問題は、プロトタイプの飛行試験では二次的な問題でした。

XJ40-WE-2、XJ40-WE-4

自社開発エンジン。

J40-WE-1

ノースアメリカン X-10無人航空機に搭載されている J40-WE-8 の空軍バージョン。(オハイオ州デイトンのアメリカ空軍博物館には、X-10 展示機体に現存する 2 つのエンジンが展示されています)

XJ40-WE-3

XJ40-WE-12 の最初の提案バージョンの空軍による最初の呼称:

XJ40-WE-5

XJ40-WE-12のブロックII/ブロックIIIバージョンの空軍指定: 推力9,500～9,900 lbf (42～44 kN)

J40-WE-6

飛行試験用試作エンジン。ダグラス XA3D-1 スカイウォリアー試作機 2 機、ダグラス XF4D-1 スカイレイ試作機、マクドネル F3H デーモン試作機、グラマン XF10F ジャガー試作機に搭載。推力 7,500 lbf (33 kN)

J40-WE-8

アフターバーナー付きの試作エンジンは、スカイレイ、デーモン、ジャガーの -6 バージョンに代わった。(スミソニアン航空宇宙博物館に 1 つのエンジンが現存) 推力 10,900 lbf (48 kN)

XJ40-WE-10

XJ40-WE-12の実験的なアフターバーナーバージョン。判明している限りでは、アイリス型アフターバーナーは製造されたものの、実際に製造されたものはなかった。推力13,700 lbf (61 kN)

XJ40-WE-12

実験用の高出力エンジン。テストベッドでのコンプレッサー故障により4機が破壊された。推力9,500 lbf (42 kN)

XJ40-WE-14

2スプール設計、契約中だが開発されていない：12,000 lbf（53 kN）推力

XJ40-WE-16

J40-WE-14のアフターバーナーバージョン。契約は締結されていたが開発は行われなかった。推力17,400 lbf (77 kN)

XJ40-WE-18

コンベア スケート プログラム用に提案されたが受け入れられなかった、J40-WE-10 の改良型アフターバーナー バージョン。提案は後にマーティン マインレイヤー航空機用に修正されたが、これも受け入れられなかった: 高度能力のほとんどが削除され、推力は 11,400 lbf (51 kN)。

XJ40-WE-20

J40-WE-10 をアフターバーナーで改造し、高度 50,000 フィートまで運用できるようにしたが、製造されなかった。

J40-WE-22/-22A

J40-WE-8の生産バージョン。2つのモデルは異なる制御システムを使用しています。（国立海軍航空博物館にカットアウェイ展示品として1つの-22Aが現存しています）：10,900 lbf（48 kN）の推力

XJ40-WE-24

J40-WE-10エンジンの初期生産段階の減産案：推力12,050～13,100 lbf（53.6～58.3 kN）

XJ40-WE-26

J40-WE-12エンジンの初期生産段階の減産案：推力9,500～9,900 lbf（42～44 kN）

• カーチス VF-11
• ダグラス XA3D-1 スカイウォリアー
• ダグラス XF4D-1 スカイレイ
• グラマン XF10F-1 ジャガー
• マクドネル F3H デーモン
• ノースアメリカンX-10
• ヴォート V-362

飛行からのデータ 。^{[5] [6]}

• タイプ:アフターバーナーターボジェット
• 長さ: 300インチ (7.6 m)
• 直径: 40インチ (1 m)
• 乾燥重量: 3,500 ポンド (1,600 kg)

• コンプレッサー:シングルスプール、11 段軸流 (ほとんどの情報源では、エンジン コンプレッサーは 10 段であると誤って記載されています)、50/50 作用/反作用
• 燃焼器： 環状
• タービン： 2段
• 燃料タイプ: JP-3、JP-4、100/130 航空ガソリン
• オイルシステム:ドライサンプ、4.5 USガロン (17 L; 3.7 英ガロン)、オイル/燃料熱交換器、30秒の逆さ飛行制限

• 最大推力:乾燥時7,300 lbf (32 kN)、湿潤時10,900 lbf (48 kN) (アフターバーナー)
• 総圧力比: 5.2:1
• 燃料消費率:乾燥時 0.94 lb/(lbf⋅h) (27 g/(kN⋅s))、湿潤時 (アフターバーニング) 2.2 lb/(lbf⋅h) (62 g/(kN⋅s))
• 推力重量比:乾燥時 2.14、湿式時 3 (アフターバーニング)

関連リスト

• 航空機エンジンの一覧

ウィキメディア・コモンズには、ウェスティングハウス J40に関連するメディアがあります。

• Dorr, Robert (2006-01-23) 「エンジンの故障でデモンの海軍でのキャリアが「打ち砕かれた」」Army Times。2008-05-29閲覧。
• グリーン、ウィリアム (1967)。『世界戦闘機ガイド』、ダブルデイ。
• ケイ、アンソニー L. (2007)。『ターボジェットの歴史と発展 1930-1960 第 2 巻: ソ連、米国、日本、フランス、カナダ、スウェーデン、スイス、イタリア、ハンガリー(第 1 版)』。ラムズベリー: クロウッド プレス。ISBN 978-1861269393。
• 「B-66 駆逐艦 / A3D スカイウォリアー」 。2006年 10 月 12 日閲覧。
• クリスチャンセン、ポール J. (2015)。ウェスティングハウス J40 軸流ターボジェット ファミリー、開発の歴史と技術プロファイル(第 1 版)。オルニー、メリーランド: Bleeg Press。ISBN 978-0692358528。