1940 жылдарғы британдық Nene реактивтік қозғалтқышы

Кіріспе

1940 жылдардағы британдық турбореактивті ұшақ қозғалтқышы

Rolls Royce RB.41 Nene – 1940 жылдардағы британдық центробегтік компрессорлы турбореактивті қозғалтқыш. Nene – бұл Rolls Royce Derwent-тің үлкейтілген нұсқасы емес, толыққанды қайта жобаланған қозғалтқыш, оның жобалау мақсаты 2000 кгс (2000 кг күш) болуы тиіс, бұл оны сол дәуірдегі ең қуатты қозғалтқыш етіп жасады. 1944 жылы алғаш рет сынақтан өткізілген, бұл Rolls Royce-дың өндіріске енгізілген үшінші реактивті қозғалтқышы және жобалау басталғаннан кейін 6 ай ішінде жұмыс істеуге қол жеткізді. Компанияның реактивті қозғалтқыштарына өзендердің аттарын қою дәстүріне сәйкес, ол Нене өзенінің атымен аталды. Бұл конструкция британдық ұшақтарда кеңінен қолданылмады, оның орнына одан кейін жасалған осьтік ағынды Avon қозғалтқышына басымдық берілді. Ұлыбританияда ол Hawker Sea Hawk және Supermarine Attacker ұшақтарында ғана кеңінен қолданылды. АҚШ-та лицензия бойынша Pratt & Whitney J42 ретінде өндіріліп, Grumman F9F Panther ұшағына қуат берді. Оның ең көп тараған түрі – Климов ВК-1, кері инженериялық әдіспен жасалған, модификацияланған және үлкейтілген нұсқасы, ол шамамен 1500 кгс (1500 кг күш) итеру күшіне ие және ресейлік Микоян-Гуревич МиГ-15 истребителіне қуат берді, бұл өте табысты ұшақ болды. Nene-нің жаңартылған нұсқасы Rolls Royce Tay ретінде шығарылды.

Жобалау және әзірлеу

Nene қозғалтқышы 1944 жылғы маусымда Стэнли Хукердің АҚШ-қа жасаған сапарының нәтижесінде жобаланды. Ол General Electric компаниясының екі түпкілікті қозғалтқыш түрін – осьтік және центробегтік – сынақтан өткізіп жатқанын анықтады. Ол жоғары итермелі қозғалтқыш жасауға бекінді және осыдан кейін 4200 фунт (19 кН) итермелі қозғалтқышқа арналған Ұшақ өндірісі министрлігінің келісімшартын алды, бұл жобалық мақсат болар еді. Хукер, Адриан Ломбард, Пирсон және Морли Дервентті үлкейтудің орнына жаңа қозғалтқыш – кейіннен Нене деп аталған B.41 – жобалады. Қозғалтқышты алғаш рет 27 қазан 1944 жылы іске қосуға тырысты. Бірнеше қиындықтар жүгіруді жарты түнге дейін кешіктірді, онда күндізгі және түнгі ауысымдардың барлық қызметкерлері бақылап, қозғалтқышты іске қосуға әрекеттенді. Қозғалтқыш іске қосылмағандықтан, мүдделі барлық тараптар көңілі қалып қойды. Кейінірек Денис Дрю, Lucas компаниясынан, жану маманы, қозғалтқыштарды жетілдіру мәселелеріне қызығушылық танытып, бір тұтандырғышты алып тастап, оның орнына отынды жану камерасында тұтандыру үшін оксиацетилен оттығынан отты пайдаланды. Тұтандырғыш отынды шашырату кезінде тұтандыру үшін отынға жеткілікті жақын болуы керек еді, бірақ қозғалтқыш жұмыс істеп тұрғандағы тұрақты жалын температурасына ұшырағанда қызып кетпеуі керек еді. Nene жану камераларының үлкен диаметрі бұл мәселені тудырды, сондықтан алғашқы жүгіру үшін энергияның ұшқынына қарағанда жалынмен тұтандыру қажет болды. Кейіннен Nene екі отты немесе жалынды тұтандырғыштармен жабдықталды, олар тұтандырғыштың жанында отын шашыратуға ие болды. Жалын негізгі жану камерасының отын шашыратуына бағытталды. Жалынды тұтандырғыштар энергияны жақсырақ шығаратын беттік разрядты тұтқалармен ауыстырылды. Қозғалтқыш жақын жерге дейін айналдырылды, және жиналған адамдардың арасында шу көтерілді. Алайда, қозғалтқыш күткеннен ыстық жұмыс істеді және турбинаны қыздырмастан 5000 фунтқа жете алмады. Өнімділік инженері Пирсон, айналмалы қозғалтқыштың кірісіндегі бағыттаушы қанаттарды орнатпастан, тағы жүгіруге рұқсат бермеді. Хукер ертесіне таңертең келгеннен кейін, кіреберіс қанаттары түнде орнатылғанын естіп, қуанышқа бөленді, өйткені итермелі көрсеткіш алдыңғы түнде 4000 фунтты көрсеткен температурада тіркелді, бұл B.41-ді әлемдегі ең жоғары итермелі реактивті қозғалтқышқа айналдырды. Кіреберіс бағыттаушы қанаттары Уитл қозғалтқыштарында біраз уақыттан бері қолданылып келеді. Олар "ауаның бұрылысын жеңілдету" арқылы қозғалтқыштың жалпы өнімділігін айтарлықтай жақсартады. Алайда, олар жұқа металлдан жасалған және жиі қозғалтқышты зақымдайтындықтан сынды. Хукер үшін олар алаңдатарлық механикалық мәселе болды, сондықтан Дервент пайдалануға кіріскенде олар орнатылмады, бірақ ұшып кету үшін турбина 90°C-қа дейін ыстық болуы керек еді. Ол қанаттардың беріктігіне әлі де алаңдағандықтан, алғашқы Nene бастапқыда оларсыз салынды. Nene негізгі Whittle конструкциясының "тікелей" нұсқасына негізделген, ағын қозғалтқыш арқылы алдыңғы жағынан артқы жағына тікелей өтеді, бұл "кері ағын" түріне қарама-қарсы, ол жану бөлімінен ауа ағынының бағытын кері айналдырады, сондықтан турбина сатысын жану бөлімінде орнатуға болады; бұл ықшам қозғалтқышқа мүмкіндік береді, бірақ жану қысымының жоғалуын арттырады, бұл қозғалтқыштың өнімділігіне кері әсер етеді. Отын ағыны бірдей болса, аз итермелеу күші пайда болады. Nene-ді жобалау кезінде Rolls-Royce өз қозғалтқыштарына атаулармен қатар нөмірлер беруді шешті, Welland және Derwent өзінің бастапқы Rover үлгілерін, B/23 және B/26 сақтап қалды. Кейіннен бұл үлгілер RAF бомбалаушыларының белгілеулеріне ұқсайды деп шешті (мысалы, "English Electric Canberra B. Mk 2" көбінесе "Canberra B.2" деп қысқартылады), сондықтан алдына "R" әрпі қосылды, "R" – "Rolls" дегенді, ал бастапқы Rover "B" – Barnoldswick дегенді білдірді. Бұл RB белгілеу схемасы 20-шы ғасырдың соңына дейін сақталды, RB.199, RB.203 және RB.211 сияқты турбовентиляторлық конструкциялармен; Rolls Royce турбовентиляторларының ең соңғы отбасы (RB.211-дің дамуы) қарапайым "Rolls Royce Trent" белгісімен жүреді, олардың нұсқаларына өздерінің белгілеуші нөмірі немесе әріптер сериясы беріледі (мысалы, Trent 500, Trent 900, Trent 1000, Trent XWB және т.б.). Nene-нің алғашқы әуедегі сынақтары Rolls-Royce компаниясының Hucknall әуежайынан Avro Lancastrian ұшағында жүргізілді. Екі сыртқы Rolls Royce Merlin қозғалтқышы реактивті қозғалтқышпен ауыстырылды. Nene-нің алғашқы рейсі Lockheed XP 80 Shooting Star ұшағында болды. Nene жұмыс істеп тұрғаннан кейін, Swan & Royal Hotel-дегі жұмыстан кейінгі кездесуде және қозғалтқышқа ресми қолдаудың жоқтығы туралы шағымдарды естігеннен кейін, біреуі – Whittle деп есептеледі – Nene-ні Meteor шанағына сәйкес ету үшін кішірейтуді ұсынды. J. P. Herriot немесе Lombard дастархан жамылғысында есептеме жасап, итермелеу күшінің екенін мәлімдеді. Олар Дервенттің итермелеу күшін арттыруға тырысқан кезде, бұл идея "сенуге қиын" болды. Бұл туралы естіген Хукер жылдам есептеме жасап, "Бізде 600 миль/сағ [ ] Meteor бар" деді. 0,855 масштабты Nene-нің суреттері, енді Derwent V деп белгіленген, 1945 жылдың 1 қаңтарында басталды және 7 маусымда қозғалтқыш 100 сағаттық сынақтан өтті, жақын арада салмағы жетті. 1946 жылға қарай Nimonic 90 турбиналық қанаттарын пайдалану арқылы итермелеу күшіне дейін арттырылды. 1947 жылы 17 совет инженері Derby-дегі Rolls Royce зауытында қозғалтқышты күтіп, жөндеуге оқытылды. Советтер оны әскери мақсаттар үшін пайдаланбау туралы уәдесінен бас тартты және Nene-ні Klimov RD 45-ті жасау үшін кері инженериялады, содан кейін үлкен нұсқасы – Klimov VK 1 пайда болды, ол Микоян-Гуревич МиГ-15 сияқты түрлі советтік истребительдерінде пайда болды. Pratt & Whitney Nene-ні Pratt & Whitney J42 ретінде өндіруге лицензия алды және ол 1947 жылдың қараша айында алғаш ұшқан Grumman F9F Panther ұшағын қуаттады. Nene алғашқы азаматтық реактивті ұшақты, Vickers Viking ұшағының модификацияланған нұсқасын – Nene Viking-ті қуаттады, оның жалғыз данасы 1948 жылдың 6 сәуір күні Wisley әуежайынан алғаш ұшты. Ол шектеулі өндіріспен Австралияда RAAF de Havilland Vampire истребительдерінде пайдалану үшін лицензия бойынша өндірілді. Ол сондай-ақ 1952 жылдан бастап 656 Canadair CT 133 Silver Star ұшақтарында пайдаланылған Канададағы Orenda компаниясымен де өндірілді. Hispano Suiza Францияда Nene-ні Hispano Suiza Nene ретінде лицензия бойынша өндірді, бірақ үлкен Rolls Royce Tay/Hispano Suiza Verdon-ға көшуге дейін өндіріс шектеулі болды.

The Nene was designed as a result of a June 1944 visit to the US by Stanley Hooker. He discovered that General Electric already had two engine types running, an axial and a centrifugal, of thrust. He was determined to produce a higher thrust engine and subsequently obtained a Ministry of Aircraft Production contract for an engine of 4,200 lbf (19 kN) thrust with the understanding that would be the design target. Hooker, Adrian Lombard, Pearson and Morley designed a new engine, the B.41 later called the Nene, rather than scaling up the Derwent. The first engine start was attempted on 27 October 1944. A number of snags delayed the run until nearly midnight, when with almost the entire day and night shift staff watching, an attempt was made to start the engine. To the frustration of everyone with a vested interest in it starting the engine refused to light positioning the igniter was a trial and error affair at the time. On a subsequent attempt, Denis Drew, who had come from Lucas, the combustion specialists, and took a wide interest in engine development problems, removed one of the igniters and instead used the flame from an oxy acetylene torch to ignite the fuel in the combustion chamber. The igniter had to be close enough to the fuel spray to ignite it when starting, but not overheat when subjected to the continuous flame temperature when the engine was running. The larger diameter of the Nene combustion chambers found this to be a problem, and the first run needed to ignite with a flame rather than the spark energy that was considered sufficient at that time. The Nene was subsequently fitted with two torch, or flame, igniters which had a fuel spray next to an igniter. The flame would project into the main combuster fuel spray. Torch igniters were superseded by surface discharge igniter plugs with a considerably greater energy release rate than a flame. The engine was run up to just over , and a cheer went up around the assembled personnel. However the engine was running hotter than expected and would not reach 5,000 lb, as it was built, without overheating the turbine. Pearson, the performance engineer, insisted that no more running be done without fitting the guide vanes that were available for the impeller intake. Upon Hooker's arrival next morning, and informed that the inlet vanes had been fitted during the night, Hooker was overjoyed to see the thrust gauge needle registering at the same temperature that had only given 4,000 lb the previous night, making the B.41 the highest thrust jet engine in the world. Weight was around
Inlet guide vanes had been in use in Whittle engines for some time. They improve the overall performance of the engine significantly by "helping the air round the corner". However they were made from thin sheet metal and often broke damaging the engine. For Hooker they were a worrying mechanical problem which he did not want so they were not fitted when the Derwent entered service, although the turbine had to run 90 degC hotter to give the take off thrust of 2,000 lb. He was still concerned with the durability of the vanes so the first Nene was initially built without them. The Nene was based on the "straight through" version of the basic Whittle style layout, with the flow going directly through the engine from front to rear, as opposed to a "reverse flow" type, which reverses the direction of air flow through the combustor section so that the turbine stage can be mounted within the combustor section; this allows for a more compact engine, but increases the combustor pressure losses which has an adverse effect on engine performance. Less thrust is generated with the same fuel flow. It was during the design of the Nene that Rolls decided to give their engines numbers as well as names, with the Welland and Derwent keeping their original Rover models, B/23 and B/26. It was later decided that these model designations looked too much like RAF bomber designations (i. e. "English Electric Canberra B. Mk 2" would often be shortened to "Canberra B.2"), and "R" was added to the front, the "R" signifying "Rolls" and the original Rover "B" signifying Barnoldswick. This RB designation scheme continued into the late 20th Century, with turbofan designs such as the RB.199, RB.203 and RB.211; the most recent family of Rolls Royce turbofans (a development of the RB.211) goes under the simple designation "Rolls Royce Trent", with variants given their own designator number or letter series (i. e. Trent 500, Trent 900, Trent 1000, Trent XWB, etc.). Early airborne tests of the Nene were undertaken in an Avro Lancastrian operated by Rolls Royce from their Hucknall airfield. The two outboard Rolls Royce Merlins were replaced by the jet engine. The Nene's first flight however was in a modified Lockheed XP 80 Shooting Star. After seeing the Nene running, at an after work drink at the Swan & Royal Hotel, Clitheroe, and hearing the complaints about a lack of any official application for the engine, someone thought to be Whittle suggested that the Nene be scaled down to fit a Meteor nacelle. J. P. Herriot or Lombard did the calculation on a tablecloth and announced a thrust of At this time they were attempting to increase the Derwent's thrust from , and the idea seemed "too good to be true". On hearing this, Hooker did a quick calculation and announced, "We've got a 600 mph [] Meteor". Drawings for the 0.855 scale Nene, now known as the Derwent V, were started on 1 January 1945 and on 7 June the engine began a 100 hour test at , soon reaching Weight was By 1946 thrust had been increased to using Nimonic 90 turbine blades. Seventeen Soviet engineers trained at the Rolls Royce factory in Derby in 1947 to maintain and repair the engine. The Soviets reneged on the promise to not use it for military purposes, and reverse engineered the Nene to develop the Klimov RD 45, and a larger version, the Klimov VK 1, which soon appeared in various Soviet fighters including Mikoyan Gurevich MiG 15. Pratt & Whitney acquired a licence to produce the Nene as the Pratt & Whitney J42, and it powered the Grumman F9F Panther which first flew in November 1947. The Nene was used to power the first civil jet aircraft, the Nene Viking, a modified Vickers Viking, the single example of which first flew on 6 April 1948 from Wisley Airfield. It was briefly made under licence in Australia for use in the RAAF de Havilland Vampire fighters. It was also built by Orenda in Canada for use in 656 Canadair CT 133 Silver Star aircraft from 1952. Hispano Suiza in France built the Nene under licence as the Hispano Suiza Nene, with limited production before concentrating on the larger Rolls Royce Tay/Hispano Suiza Verdon.