파워 제트스 WU

Power Jets WU
WU
유형 터보제트
제조사 파워제트
1차 주행 1937년 4월 12일
주요 애플리케이션 없는
숫자 빌드 3
로 발전했다. 파워 제트 W.1

파워 제트스 WU(Whittle Unit)는 프랭크 위틀과 그의 작은 팀이 1930년대 후반에 생산하고 실험한 매우 다른 세 가지 실험 제트 엔진의 시리즈였다.

설계 및 개발

휘틀이 최초의 '실험형' 엔진으로,[1] '제1판'[2]으로도 알려진 WU '퍼스트 모델'은 세계 최초로 만들어지고 운용되는 터보제트 엔진이었다.[3] 비록 실험 엔진이고 비행을 위한 것은 아니지만, 그것은 일반적인 공학 표준에 의해 매우 가볍도록 설계되었다.[2] 엔진에는 양면 임펠러가 장착된 1단 원심압축기, 1단 직선 연소실, 1단, 축류 터빈, 제트 파이프에 부착된 수렴 프로펠러 노즐 등 4가지 기본 구성 요소가 있었다. 터빈과 압축기를 연결하는 축은 빙빙 돌지 않도록 최대한 짧게 만들었다.[4] 연소실은 매우 큰 단일 나선 덕트로 압축기 출구에 연결되어 엔진의 비대칭적인 외관을 제공하였다.

Whittle은 원심압축기가 4:1의 압력비를 갖도록 설계했는데, 그가 알고 있는 한 단일 단계에서 이전에 가장 잘 입증된 성능은 약 2.5:1이었다. 그는 단측 임펠러에서 얻을 수 있는 것보다 더 작은 직경의 임펠러에서 필요한 공기 흐름을 제공하도록 양측 임펠러를 지정했다.[2] 임펠러가 작을수록 터빈 속도가 높아져 1단 터빈에 대한 부하가 감소하고 효율이 향상됐다. 직경 16.5인치(419mm) 터빈은 컴프레서를 구동하기 위해 3,000hp(2,237kW)를 개발해야 했다. 양면 임펠러의 한 가지 단점은 항공기 설치에서 압력 손실이 더 높은 플럼을 가진 섭취에 대한 요건이다.[5] 로터 스러스트 베어링 설계 시 단점은 터빈으로부터 균형을 맞추기 위해 임펠러로부터의 축하중이 없다는 것이다.

휘틀은 연소 시스템 설계에 도움을 요청했고 영국 산업 박람회를 방문했다. 그가 여러 전시업체들과 연소실 요구 사항을 논의했을 때, 그는 "실제로 모든 스탠드에서 웃음거리가 되고 있다"고 그는 말했다. 그는 Laidlaw, Drew, Company를 발견했고, 이 회사는 난해성 산업용 애플리케이션보다 20배 높은 강도에서의 연소의[6] 어려운 문제를 해결할 준비가 되어 있었다.[7] 1936년 말까지 엔진의 설계와 제조에 대한 총 지출은 2,000파운드에 달했다.[8]

첫 번째 모델의 테스트는 1937년 4월 12일 럭비에서 시작되었다. 시험 동안 영국 Thomson-Houston (BTH) 수석 엔지니어는 8월 23일 13,600 r.p.까지 실시한 후 안전상의 이유로 공장에 12,000 r.p.m을 초과하는 것은 현명하지 않다고 판단했다.[9] 31번째이자 결승전은 1937년 8월 24일에 있었다.

상당히 다른 대칭 설계가 두 번째 모델에 채택되었다. 10개의 나선형 덕트는 컴프레서 출구를 하나의 대형 역류 연소실에 연결했으며, 출구는 터빈을 통해 전방으로 방출된 후 10개의 제트 파이프를 통해 배출된다. 배기 파이프에서 연소실로 공기를 공급하는 10개의 덕트로 일부 열 교환이 예상되었는데, 이는 모두 외부 케이스에 의해 밀폐되었기 때문이다.[2] 시험은 1938년 4월 16일 레스터셔의 루터워스 부근에 있는 BTH의 중복 레이디우드 주조 공장 구내에서 재구성된 엔진으로 시작하여 1938년 5월 6일에 터빈이 손상될 때까지 계속되었다. 세 번째 재구성된 엔진은 1938년 10월 26일에 시험할 준비가 되어 있었다.[10]

세 번째 모델에도 상당한 변화가 도입되었다. 10개의 역류 연소실이 있어 후기 파워제트 W.1 및 파워제트 W.2 터보제트 엔진과 유사한 구성을 가지고 있다. 이 구성은 롤스로이스 웰랜드와 제너럴 일렉트릭 J31 제트 엔진에도 채택되었다. (1/sqrt10) 배수로 작은 10개의 연소실을 사용하는 한 가지 장점은 연소 장비에서 보다 쉽게 시험할 수 있다는 것이다.[2]

자금 부족 때문에, 많은 부품들은 후기 엔진에 대한 시험을 위해 수정되거나 수리될 것이다.

휘틀과 그의 팀은 세 가지 모델을 개발하는 데 많은 문제를 겪었다. 압축기와 터빈 효율성과 내구성이 개선되었다. 연료 시스템과 연소 성능의 저하로 인해 엔진의 다른 부품의 테스트가 더 이상 제한되지 않는다. 후속 W1 엔진의 일반적인 디자인은 실험 엔진의 세 번째 모델과 매우 유사했다.[2] 그 팀은 터보제트가 영국 재무장 프로그램을 위해 대량 생산되는 대규모 왕복 항공기와 경쟁할 수 있는 잠재력을 가지고 있다는 것을 보여주었다.

초기 원형 "풍선" de Laval형 터빈 블레이드 뿌리 고정은 초기 유형의 반복적인 응력/피로 실패 후 새로운 삼각형 "Fir-tree" 설계로 대체되었다. "fir-tree" 디자인은 휘틀의 후속 엔진에 사용될 것이다.

심각한 초기 연소 문제 이후, 1940년 말에 쉘 풀럼 연구소의 아이작 러벅이 설계한 새로운 연소실 설계가 통합되었다. 이 'Lubbock' 챔버/버너는 많은 연소 문제에 대한 해답을 입증했다.

두 번째와 세 번째 엔진에 구현된 설계의 "역류" 또는 "트롬본" 타입은 공기역학적으로 이상적이지 않다고 알려져 있지만, 유연한 커플링 없이 두 개의 베어링만 필요한 짧은 압축기/터빈 샤프트를 사용할 수 있도록 하고, 샤프트의 팽창 조인트를 제거하며, 이를 연장하기 위한 수단으로 고안되었다.e 터빈에 들어가기 전에 연소가 완료될 수 있도록 연소실에서 터빈으로 가는 뜨거운 가스 경로. 가연기 설계가 개선되면서 역류 엔진 구조는 덜 보편화됐다.

휘틀은 터빈 날개의 소용돌이 흐름을 사용한다고 가정했지만 BTH 엔지니어들은 이를 통합하지 않았고 날개의 비틀림도 불충분하게 만들었다. 이에 대한 위틀의 잇따른 주장은 이후 BTH 엔지니어들과의 관계 악화로 이어졌다.[11]

WU는 1941년 2월 22일 터빈 디스크 고장으로 사실상 파괴되었다. 파워제트 W.1로 작업이 계속되었다.[12]

변형

WU 첫 번째 모델 실험 엔진
컴프레서 출구를 단일 직선 연소실에 연결하는 비대칭 나선 덕트로 초기 설계 1937년 4월 12일 1차 주행

설계 데이터[13]

  • 기류: ~25.7lb/s (~11.66kg/s)
  • 축 속도: 17750rpm(296rev/s)
  • 터빈 출력: ~2950hp(~2200kW)
  • 컴프레서 임펠러 직경: ~19.69in(~500mm)
  • 컴프레서 임펠러 팁 속도: 최대 1525ft/s(약 465m/s)
  • 터빈 팁 지름: ~15.75in(~400mm)
  • 터빈 팁 속도: ~1220ft/s(~372m/s)
WU 두 번째 모델 실험 엔진
단일 역류 연소실 1938년 4월 16일 1차 주행
WU 세 번째 모델 실험 엔진
역류 연소실 열 개. 1938년 10월 26일 1차 주행

적용들

없음

사양(WU 첫 번째 모델 설계 가정, 실제 달성되지 않은 성능)

일반적 특성

  • 유형: 원심 유량 터보제트
  • 길이: 제트 파이프를 제외한 ~67.2인치(~1707mm)
  • 직경: 컴프레서 가로 45인치(~1143mm)
  • 건조 중량:

구성 요소들

  • 컴프레서: 19인치 직경의 양면 임펠러로 구성된 단단 원심형 원심형, 디퓨저 베인(diffuser banes)이 테스트를 통해 부품에 장착됨, 소재: 히디미늄 RR 56
  • 가연성 물질: 나선형 파이프에서 엘보우 바로 하류에 위치한 단일 직진 설계
  • 터빈: 직경 14인치, 블레이드 66개(BTH 비피질 설계), 단일 단계 축류, 노즐 가이드 베인 없음, 디스크 및 블레이드 소재: 퍼스비커스 스테이블레이드
  • 연료 종류: 등유

퍼포먼스

참고 항목

참조

  1. ^ https://www.flightglobal.com/FlightPDFArchive/1945/1945%20-%202018.PDF
  2. ^ a b c d e f "위틀 제트 추진 가스 터빈 초기 역사" 1945년 제1회 제임스 클레이턴 강연, 프랭크 위틀 공군 준장, 런던 기계 엔지니어 협회
  3. ^ "제트와 터빈 에어로 엔진 개발" 제4판, 빌 건스턴, 패트릭 스티븐스 2006, ISBN0 7509 4477 3, 페이지 124
  4. ^ "Not Much Of A Engineer" Stanley Hooker, The Crowood Press Ltd, Marlborough 2005, ISBN 978-1853102851, 페이지 72
  5. ^ "Intake Aerodynamics" Second Edition, Seddon and Goldsmith, AIAA Inc., Reston 1999, ISBN 0-632-04963-4, 페이지 30
  6. ^ 2006년, 페이지160, Sutton 출판사, Bill Gunston의 "세계 에어로 엔진 백과사전 - 제5판"
  7. ^ "가스 터빈 에어로-열역학" 프랭크 위틀 경, 1981년 런던 퍼가몬 프레스 Ltd, ISBN 978-0-08-026718-0, 페이지 161
  8. ^ "제트의 제네시스" 존 골리, 에어라이프 출판사, 슈루즈베리 1996, ISBN 1 85310 860 X, p.82
  9. ^ 국립문서보관소, AIR62/15
  10. ^ Golley, John (1987). Whittle: The True Story. Shrewsbury: Airlife Publishing Ltd. p. 106-107,114. ISBN 0906393825.
  11. ^ http://web.itu.edu.tr/aydere/history.pdf
  12. ^ http://www.imeche.org/docs/default-source/presidents-choice/jc12_1.pdf
  13. ^ Information, Reed Business (27 November 1980). "New Scientist".

메모들

참고 문헌 목록

외부 링크