1930 жылдар британдық поршеньді авиациялық қозғалтқышы
Napier Sabre
Напиер Сабр: Мощный британский авиационный поршневой двигатель времен Второй мировой войны. Разработан для Hawker Typhoon и Tempest. История и характеристики.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
1930 жылдардағы британдық ұшақ поршеньді қозғалтқышы
1930s British aircraft piston engine
Napier Sabre – британдық H 24 цилиндрлі, сұйық салқындатылатын, жең клапанды, поршеньді авиациялық қозғалтқыш. Оны майор Фрэнк Халфорд жобалаған және екінші дүниежүзілік соғыс кезінде D. Napier & Son компаниясы өндірген. Бұл қозғалтқыш әлемдегі ең қуатты тізбекті поршеньді ұшақ қозғалтқыштарының біріне айналды, бастапқы нұсқаларынан кейінгі прототиптерге дейін қуаты артты. Sabre қозғалтқышымен жұмыс істеген алғашқы ұшақтар Hawker Typhoon және Hawker Tempest болды, ал Sabre-мен жұмыс істеген тұңғыш ұшақ – әлемдік жылдамдық рекордын жаңаруға арналған Napier Heston Racer ұшағы. Сонымен қатар, Blackburn Firebrand, Martin Baker MB 3 және Hawker Fury ұшақтарының прототиптері мен өндіріс үлгілерінде де Sabre қолданылды. Соғыстан кейін реактивтік қозғалтқыштардың жылдам дамуы Sabre қозғалтқышының өміршеңдігін қысқартты, себебі жоғары қуатты әскери поршеньді авиациялық қозғалтқыштарға деген қажеттілік азайды, ал Napier компаниясы "Наяд" және "Эланд" сияқты турбовинттік қозғалтқыштарды жасауға көшті.
The Napier Sabre is a British H 24 cylinder, liquid cooled, sleeve valve, piston aero engine, designed by Major Frank Halford and built by D. Napier & Son during World War II. The engine evolved to become one of the most powerful inline piston aircraft engines in the world, developing from in its earlier versions to in late model prototypes. The first operational aircraft to be powered by the Sabre were the Hawker Typhoon and Hawker Tempest; the first aircraft powered by the Sabre was the Napier Heston Racer, which was designed to capture the world speed record. Other aircraft using the Sabre were early prototype and production variants of the Blackburn Firebrand, the Martin Baker MB 3 prototype and a Hawker Fury prototype. The rapid introduction of jet engines after the war led to the quick demise of the Sabre, as there was less need for high power military piston aero engines and because Napier turned its attention to developing turboprop engines such as the Naiad and Eland.
Жобалау және әзірлеу
"Сейбер" ұшағына дейін Нейпир біраз уақыттан бері үлкен авиациялық қозғалтқыштарды жасап келді. Олардың ең әйгілісі – "Лайон" болды, ол екі дүниежүзілік соғыс аралығында өте табысты қозғалтқышқа айналды және 1923 және 1927 жылдары өзгертілген нұсқалары "Supermarine Schneider Trophy" жарысына қатысқан бірнеше ұшақтарды, сондай-ақ бірнеше жылдамдық рекордтарын орнатуға көмектесті. 1920 жылдардың соңына қарай "Лайон" бәсекеге қабілетті болмай қалды және оның орнын басу жұмыстары басталды. Нейпир "Лайоннан" кейін екі H блоктық конструкция жасады: H 16 Rapier және H 24 Dagger. H блогы екі көлденеңге орналасқан, бірінің үстіне немесе жанына орналасқан қозғалтқыштардан тұратын ықшам құрылымға ие. Цилиндрлер қарама-қарсы болғандықтан, бір жақтағы қозғалыс қарсы жақтағы қозғалыспен теңестіріледі, бұл бірінші және екінші деңгейдегі дірілді жояды. Бұл жаңа конструкцияларда Нейпир ауамен салқындатуды таңдады, бірақ пайдалану кезінде артқы цилиндрлерді тиісті деңгейде салқындату мүмкін болмады, нәтижесінде қозғалтқыштардың сенімділігі төмендеді.
Prior to the Sabre, Napier had been working on large aero engines for some time. Their most famous was the Lion, which had been a very successful engine between the World Wars and in modified form had powered several of the Supermarine Schneider Trophy competitors in 1923 and 1927, as well as several land speed record cars. By the late 1920s, the Lion was no longer competitive and work started on replacements. Napier followed the Lion with two H block designs: the H 16 Rapier and the H 24 Dagger. The H block has a compact layout, consisting of two horizontally opposed engines, one atop or beside the other. Since the cylinders are opposed, the motion in one is balanced by the motion on the opposing side, eliminating both first order and second order vibration. In these new designs, Napier chose air cooling but in service, the rear cylinders proved to be impossible to cool properly, which made the engines unreliable.
Жаратылыс
1930 жылдары жүргізілген зерттеулер қозғалтқыштардың бір текше дюймға бір ат күші (шамамен 45 кВт/литр) қуатты дамыту қажеттігін көрсетті. Мұндай қуаттылық ұзақ қашықтыққа ұшу үшін үлкен жанармай қорын тасымалдай алатын ұшақтарды қозғалту үшін қажет болды. Сол дәуірдің әдеттегі үлкен қозғалтқышы, Pratt & Whitney R 1830 Twin Wasp, шамамен 1,830 текше дюймнан (30 литр) қуатты дамытты, сондықтан шамамен 50 пайыздық өсім қажет болды. Бұл радикалды өзгерістерді талап етті, және көптеген компаниялар мұндай қозғалтқыш жасауға тырысты, бірақ ешқайсысы сәттілікке жете алмады. 1927 жылы Гарри Рикардо жеңді клапанды қозғалтқыш тұжырымы бойынша зерттеу жариялады. Онда ол дәстүрлі клапанды қозғалтқыштардың , , -ден артық қуатты өндіре алмайтынын жазды, бұл көптеген компаниялар келесі буын қозғалтқыштары үшін маңызды көрсеткіш болды. Бұл шектің артуы үшін, көлемдік тиімділікті арттыру және сол кездегі нашар сапалы, төмен октанды отындарда жиі кездесетін детонацияға сезімталдықты азайту үшін жеңді клапанды пайдалану қажет болды. Халфорд 1919–1922 жылдары Рикардоның Лондон кеңсесінде жұмыс істеді, ал 1923 жылы Халфордтың кеңсесі Рикардодан бірнеше шақырым қашықтықта, Ладброк Гроув, Солтүстік Кенсингтон қаласында орналасқан, ал 1929 жылы Халфордтың кеңсесі одан да жақын (700 метр) болды. 1927 жылы Рикардо Бристоль моторларымен жеңді клапанды дизайн бойынша жұмыс істей бастағанда, Халфорд Нейпиермен жұмыс істей бастады, Dagger қозғалтқышын негіз ретінде пайдаланды. H блогының орналасуы, оның табиғи тепе-теңдігі және Sabre-дің салыстырмалы түрде қысқа ходы, оған жоғары айналу жылдамдығымен жұмыс істеуге мүмкіндік берді, бұл кішкентай орын ауыстырудан көп қуатты жеткізуге мүмкіндік берді, егер жақсы көлемдік тиімділік сақталса (жақсы тыныс алумен), бұл жеңді клапандармен қамтамасыз етіледі. Нейпир компаниясы алдымен 24 цилиндрлі сұйықпен салқындатылатын үлкен қозғалтқышты жасауға шешім қабылдады, ол 1935 жылдың соңында кем дегенде қуатты өндіруге қабілетті болды. Компания Dagger-дің қарама-қарсы H орналасуын жалғастырғанмен, бұл жаңа дизайн цилиндр блоктарын көлденең орналастырды және жеңді клапандарды пайдалануға тиіс болды. Барлық қосымша құралдар цилиндр блоктарының үстінде және астында ыңғайлы түрде орналастырылды, бұл көптеген заманауи дизайн сияқты қозғалтқыштың алдыңғы және артқы жағында емес. Бірінші Sabre қозғалтқыштары 1938 жылдың қаңтарында сынақтан өтуге дайын болды, бірақ олар наурыз айына дейін сынақтан өткізілмеді. 1940 жылдың маусым айында Sabre әуе министрлігінің 100 сағаттық сынағынан өткенде, алғашқы өндірістік нұсқалары 2,238 текше дюйм (37 литр) орын ауыстырудан қуатты өндірді. Ұшақ өндірісі министрлігі қозғалтқыштың дамуына жауапты болды және Bristol Aeroplane Company компаниясының Taurus қозғалтқыштарының қаптамаларынан жеңдерді машинамен өңдеуді ұйымдастырды. Бұл нитридтелген аустениттік болат жеңдер көп жылдық қарқынды жеңді дамытудың нәтижесі болды, мұндай тәжірибе Нейпиерде болмады. 1944 жылы Нормандиядағы ұшақтар ұшып келе жатқанда, олардың тозаңды, құмды топырағынан қорғану үшін ауа сүзгілері орнатылуы керек болды. Сапаны бақылау жеткіліксіз болды, қозғалтқыштар жиі дұрыс тазаланбаған құймалармен, сынған поршень сақиналарымен және қозғалтқыштың ішінде қалған машина кесінділерімен жеткізілді. Механиктер Sabre-ді жұмыс істеуге тырысып, көп жұмыс істеді, ал суық ауа райында олар қозғалтқыш майының қатып қалмауы және келесі күні қозғалтқыштың іске қосылуына кедергі жасамауы үшін түнде оларды әр екі сағат сайын іске қосуға мәжбүр болды. Бұл мәселелерді шешу үшін көп уақыт кетті, ал қозғалтқыш жаман беделге ие болды. Жағдайды нашарлататын фактор, механиктер мен ұшқыштар қозғалтқыштың ерекше табиғатын білмейтіндіктен, дұрыс процедураларды орындамағанынан туындаған проблемалар үшін Sabre-ді кінәлауға бейім болды. Бұл жағдайды Rolls Royce компаниясының өкілдері күшейтті, олардың өздерінің жеке мақсаттары болды. 1944 жылы Rolls Royce Eagle деп аталатын ұқсас дизайнның прототипін жасады. Нейпир өзін-өзі қанағат тұтқандай сезінді және оның өнімділігін жақсарту үшін дизайнды өзгертіп, жақсартты. 1942 жылы негізгі қозғалтқыш әлі де сенімді жұмыс істемеген кезде, үш жылдамдықты, екі сатылы суперкомпрессорды қосу арқылы биіктіктегі өнімділігін жақсарту үшін бірқатар жобаларды бастады. 1942 жылдың желтоқсан айында компанияны English Electric Company сатып алды, ол суперкомпрессор жобасын дереу тоқтатты және бүкіл компанияны өндірістік мәселелерді шешуге арнады, бұл тез арада қол жеткізілді. 1944 жылы Sabre V тұрақты түрде қуатты өндіріп, қозғалтқыштың беделі жақсара бастады. Бұл Hawker Typhoon және оның туындысы Hawker Tempest ұшақтарында пайдаланылған соңғы нұсқасы болды. Жоғары қуатты компрессорсыз, 20000 футтан (6096 м) жоғары биіктікте қозғалтқыштың өнімділігі күрт төмендеді, сондықтан Sabre қозғалтқышы бар ұшақтарды пилоттар әдетте осы биіктіктен төмендегіде ғана ұрысқа түсуге нұсқау алды. Төмен биіктікте екі ұшақ та өте күшті болды. Еуропаның батысында әуе басымдығы баяу жолмен қол жеткізілгенде, Typhoon ұшақтары көбінесе RAF Екінші тактикалық әуе күштерімен истребитель-бомба ретінде қолданылды. Tempest V-1 ұшатын бомбаны (Fieseler Fi 103) жоюда басты рөл атқарды, өйткені ол барлық одақтас истребительдерінің арасында ең жылдам болды. Кейінірек Tempest шамамен 20 Messerschmitt Me 262 реактивтік ұшағын жойды. Даму жалғасты, ал кейінірек Sabre VII жаңа суперкомпрессормен қуатты өндірді. Екінші дүниежүзілік соғыстың соңында бірдей қуат класында бірнеше қозғалтқыш болды. Pratt & Whitney R 4360 Wasp Major төрт қатарлы, 28 цилиндрлі радиальды қозғалтқыш алдымен қуатты өндірді, ал кейінірек түрлері қуатты өндірді, бірақ олар үшін осыны істеу үшін дерлік екі есе көп орын ауыстыру қажет болды, 4,360 текше дюйм (71 литр).
During the 1930s, studies showed the need for engines capable of developing one horsepower per cubic inch of displacement (about 45 kW/litre). Such power output was needed to propel aircraft large enough to carry large fuel loads for long range flights. A typical large engine of the era, the Pratt & Whitney R 1830 Twin Wasp, developed about from 1,830 cubic inches (30 litres), so an advance of some 50 per cent would be needed. This called for radical changes and while many companies tried to build such an engine, none succeeded. In 1927, Harry Ricardo published a study on the concept of the sleeve valve engine. In it, he wrote that traditional poppet valve engines would be unlikely to produce much more than , a figure that many companies were eyeing for next generation engines. To pass this limit, the sleeve valve would have to be used, to increase volumetric efficiency, as well as to decrease the engine's sensitivity to detonation, which was prevalent with the poor quality, low octane fuels in use at the time. Halford had worked for Ricardo 1919–1922 at their London office and Halford's 1923 office was in Ladbroke Grove, North Kensington, only a few miles from Ricardo, while Halford's 1929 office was even closer (700 yards), and while in 1927 Ricardo started work with Bristol Engines on a line of sleeve valve designs, Halford started work with Napier, using the Dagger as the basis. The layout of the H block, with its inherent balance and the Sabre's relatively short stroke, allowed it to run at a higher rate of rotation, to deliver more power from a smaller displacement, provided that good volumetric efficiency could be maintained (with better breathing), which sleeve valves could do. The Napier company decided first to develop a large 24 cylinder liquid–cooled engine, capable of producing at least in late 1935. Although the company continued with the opposed H layout of the Dagger, this new design positioned the cylinder blocks horizontally and it was to use sleeve valves. All of the accessories were grouped conveniently above and below the cylinder blocks, rather than being at the front and rear of the engine, as in most contemporary designs. The first Sabre engines were ready for testing in January 1938, although they were limited to By March, they were passing tests at and by June 1940, when the Sabre passed the Air Ministry's 100 hour test, the first production versions were delivering from their 2,238 cubic inch (37 litre) displacements. The Ministry of Aircraft Production was responsible for the development of the engine and arranged for sleeves to be machined by the Bristol Aeroplane Company from their Taurus engine forgings. These nitrided austenitic steel sleeves were the result of many years of intensive sleeve development, experience that Napier did not have. Air filters had to be fitted when a new sleeve problem appeared in 1944 when aircraft were operating from Normandy soil with its abrasive, gritty dust. Quality control proved to be inadequate, engines were often delivered with improperly cleaned castings, broken piston rings and machine cuttings left inside the engine. Mechanics were overworked trying to keep the Sabres running and during cold weather they had to run them every two hours during the night so that the engine oil would not congeal and prevent the engine from starting the next day. These problems took too long to remedy and the engine gained a bad reputation. To make matters worse, mechanics and pilots unfamiliar with the different nature of the engine, tended to blame the Sabre for problems that were caused by not following correct procedures. This was exacerbated by the representatives of the competing Rolls Royce company, which had its own agenda. In 1944, Rolls Royce produced a similar design prototype called the Eagle. Napier seemed complacent and tinkered with the design for better performance. In 1942, it started a series of projects to improve its high altitude performance, with the addition of a three speed, two stage supercharger, when the basic engine was still not running reliably. In December 1942, the company was purchased by the English Electric Company, which ended the supercharger project immediately and devoted the whole company to solving the production problems, which was achieved quickly. By 1944, the Sabre V was delivering consistently and the reputation of the engine started to improve. This was the last version to enter service, being used in the Hawker Typhoon and its derivative, the Hawker Tempest. Without the advanced supercharger, the engine's performance over 20000 feet (6096 m) fell off rapidly and pilots flying Sabre powered aircraft, were generally instructed to enter combat only below this altitude. At low altitude, both planes were formidable. As air superiority over Continental Europe was slowly gained, Typhoons were increasingly used as fighter bombers, notably by the RAF Second Tactical Air Force. The Tempest became the principal destroyer of the V 1 flying bomb (Fieseler Fi 103), since it was the fastest of all the Allied fighters at low levels. Later, the Tempest destroyed about 20 Messerschmitt Me 262 jet aircraft. Development continued and the later Sabre VII delivered with a new supercharger. By the end of World War II, there were several engines in the same power class. The Pratt & Whitney R 4360 Wasp Major four row, 28 cylinder radial produced at first and later types produced , but these required almost twice the displacement in order to do so, 4,360 cubic inches (71 litres).
Қолданбалар
Бұл қозғалтқыш көптеген ұшақтарда, оның ішінде екі жаппай өндірілген истребительде қолданылған.
The engine has been used in many aircraft, including two mass produced fighters.