Бристоль Протеус: 1940 жылдарғы британдық турбовинтті қозғалтқыш

Кіріспе

1940-шы жылдардағы британдық турбовинтті ұшақ қозғалтқышы

Bristol Proteus – Бристоль мотор компаниясының алғашқы көптеп өндірілген газ турбиналық қозғалтқышы, қуаты 4000-нан астам а.к. (3000 кВт) болатын турбовинт. "Протеус" кері ағынды газ турбинасы болды. Екінші турбина компрессор сатыларын емес, тек ғана қанатты (пропеллерді) қозғалтқандықтан, бұл қозғалтқыш бос турбина ретінде жіктелді. Ол Bristol Britannia әуе лайнеріне, шағын теңіз күзет кемелеріне, сырғымалы кемелерге (hovercraft) және электр генераторларына қуат берді. Сонымен қатар, ол құрлықтағы жылдамдық рекордын орнатуға пайдаланылған Bluebird Proteus CN7 көлігінде де қолданылды. Бристоль мен Армстронг Сиддли компанияларының бірігуінен кейін қозғалтқыш Bristol Siddeley Proteus, ал кейін Rolls-Royce Proteus деп аталды. "Протеус" қозғалтқышын Bristol Orion алмастыру жоспарланған, ол Britannia лайнерінің круиздік жылдамдығын арттыру үшін қуатын 75%-ға ұлғайтуға мүмкіндік беретін еді.

Жобалау және әзірлеу

"Протеус" соғыстан кейін пайдалануға арналған үлкен авиалайнерге қуат беруі тиіс еді. 1944 жылдың қыркүйегінде, бұрынғы Bristol Theseus қозғалтқышының негізінде жасалған бос турбиналық және винттік беріліс қорабының жобалау жұмыстары басталды. Компрессорда 12 осьтік және 2 центробегтік сатылар болды. Газ генераторы турбореактивті қозғалтқыш ретінде жасалды және Bristol Phoebus деп аталды, бұл қозғалтқыштың дамуын жылдамдату үшін, беріліс қорабының проблемаларымен байланысты кешігулерді болдырмау мақсатында жасалды. 1946 жылдың мамырында Avro Lincoln бомбалық бөліміне орнатылып сынақтан өткізілді, бірақ өнімділік нашар болды және бірінші центробегтік компрессор сатысы алынып тасталды. Бірінші Proteus, Proteus 1, де бастапқыда Phoebus-та сынақтан өткен компрессормен жұмыс істеді, бірақ 1950 жылға қарай тек бір центробегтік сатысы бар Proteus 2 ретінде қайта жобаланды. Proteus 2 (Mk.600 сериясы) 3200 а.к. қуаттылығын және 3050 фунт салмақты болуы тиіс еді. Бірақ, салмағы 3800 фунтқа жетіп, 2500 а.к. қуаттылық берді, сондай-ақ компрессорлық, турбиналық және подшипниктердің ішкі бөлшектерінде, тіпті төмен қуат деңгейінде де жиі бұзылатын механикалық проблемалармен күресті. Бұл Proteus бас инженері Фрэнк Оуэрдің қозғалтқыш бөлімінің бас инженері Стэнли Хукерге айтқан атақты сөзіне әкелді: "Стенли, Proteus-ты жобалағанда, мен оның салмағы мен көлеміне қарамастан, әлемдегі ең аз отынды тұтынатын қозғалтқыш жасауға шешім қабылдадым. Қазірге дейін біз салмақ пен көлемді қамтамасыз еттік!" Жаңадан жобаланған Proteus 3 (700 сериясы) 3780 а.к. қуаттылық берді және бұрынғы нұсқасына қарағанда шамамен 1000 фунт жеңіл болды. Алайда, ол "Британия" және "Сандерс Роу Принцесс" ұшатын қайығының алғашқы прототипі үшін тым кеш болды. "Принцесс" ұшағындағы сегіз қозғалтқыш төрт жұпқа орнатылды, әр жұбы беріліс қорабы арқылы екі пропеллерді қарама-қарсы бағытта айналдырды. Олар "Жұптасқан Протеус" деп аталды. Суда маневр жасау үшін екі қозғалтқыш кері пропеллерлермен жеке орнатылды. "Жұптасқан Протеус" Bristol Brabazon-ның Mk. II нұсқасында да қолданылуы тиіс еді, бірақ бұл жоба тоқтатылды. Тек үш "Принцесс" жасалды, олардың тек біреуі ұшты, ал екінші "Британия" сынаққа дайын болған кезде Proteus 3 орнатылды. 1954 жылы тік тісті берілістердің ерекшелігі, тік кесілген тістері бар беріліс қорабы, голландтық KLM әуе компаниясының делегациясын тасымалдайтын ұшу кезінде анықталды. Бір тісті дөңгелек тістерін жоғалтты, нәтижесінде болған зақым ұшақты өртендірді және Северн өзенінің сағасындағы лайға шұғыл қондыруға мәжбүр етті. Бұл оқиғаны естіген Rolls-Royce компаниясының Лорд Хивс, Хукердің бұрынғы басшысы, Bristol командасына көмектесу үшін Rolls-Royce инженерлерін жіберді. Бұл сұралмаған жомарттық, ақыры, 1948 жылы Avon қозғалтқышын әзірлеуге байланысты Хукердің Rolls-Royce компаниясынан кеткенінен бері Хьюкер мен Хивс арасындағы суық қарым-қатынасты жақсартты. Қозғалтқыш кіреберісіне мұзға қарсы жүйені жасау күрделі жаттығу болып шықты. Ол "Британия" ұшақтарына қиындық тудыруы мүмкін деп саналатын мұздың түрін жеңіп алуы керек еді. Канададағы Ambassador ұшағындағы Proteus қондырғысындағы мұздану сынақтары қозғалтқыш пен қуаттандыру жүйесінің мұздануға қарсы жүйесі "Британия" ұшақтары жұмыс істейтін әлемнің кейбір бөліктерінде кездесуі мүмкін деп саналатын қатты мұздану жағдайларына төтеп бере алатынын көрсетті. Алайда, 1956 жылдың сәуірінде Африкадағы сынақ рейстерінде мұздануға қарсы жүйелер тиімсіз болған мұзданудың басқа түрі кездесті. Осы екінші түрдегі мұздануға қарсы тиімді модификациялар жасалды. BOAC 1957 жылдың ақпанында қызмет көрсетуді бастады, бірақ сол жылдың соңында Австралияға бағытталған рейстерде мұзданудың үшінші түрі кездесті. Ұзақ уақыт бойы мұздану жағдайында ұшқанда, бастапқыда Brabazon II және Princess қондырғысынан мұрагерлік еткен кері ағыстық ауа қабылдағыштарының бетінде мұз жиналуы және одан кейін қозғалтқыш арқылы түсуі отты сөндіруге әкелді. Бұл жолаушыларды алаңдататын реактивті құбырдан ұзын жалын тілінің пайда болуымен қозғалтқыш автоматты түрде қайта жанды. Бұл проблема қауіпті болмаса да, ұшу нұсқаулығында шектеулер қойылып, одан құтылу мүмкін болды (белгілі бір биіктіктен жоғары бұлттарда ұшпау арқылы). Үшінші типке жасалған модификациялар 1958 жылдың сәуірінде Сингапурдан жасалған рейстер кезінде кездескен мұздану жағдайында сәтті сынақтан өтті. "Британия" ұшағының алғашқы тапсырыс берушісі BOAC компаниясы жөндеуді талап етуде кешікпеді және проблеманың ауқымын көпшілікке жариялауға тырысты, бұл "Британия" ұшағының сату перспективаларына зиян келтірді және ұшақтың пайдалануға енгізілуін екі жылға кешіктірді, сондай-ақ Bristol Aircraft компаниясын жапқанға дейін жеткізді. Mk.705, 3900 а.к. (2900 кВт) қуаттылығымен, Bristol Britannia 100 және кейбір 300 сериялы ұшақтарда қолданылды. Mk.755, 4120 а.к. (3070 кВт) қуаттылығымен, 200 сериялы (жасалмаған) және басқа 300 сериялы ұшақтарда қолданылды, ал Mk.765, 4445 а.к. (3315 кВт) қуаттылығымен, RAF Series 250 ұшақтарында қолданылды.

The Proteus was to power a very large airliner for use after the war. Design work started in September 1944 with its free turbine and propeller gearbox based on the earlier Bristol Theseus engine. The compressor had 12 axial and 2 centrifugal stages. The gas generator was built as a turbojet, and called the Bristol Phoebus, to speed development of the engine by not hindering it with gearbox problems. It was test flown in May 1946 fitted to the bomb bay of an Avro Lincoln, performance was poor and the first centrifugal compressor stage was removed. The first Proteus, the Proteus 1, also ran with the original compressor, as first tested in the Phoebus, but by 1950 had been redesigned as the Proteus 2 with only a single centrifugal stage. The Proteus 2 (Mk.600 series) was supposed to produce 3,200 shp and weigh 3,050 lb. It was overweight and underpowered, weighing 3,800 lb producing 2,500 shp, and plagued with mechanical problems with virtually every part including compressor blades, turbine blades and bearings which failed at frequent intervals even at low power levels. This led to the famous quote of Proteus Chief Engineer Frank Owner to Chief Engineer of the Engine Division Stanley Hooker: "You know, Stanley, when we designed the Proteus I decided we should make the engine with the lowest fuel consumption in the world, regardless of its weight and bulk. So far, we have achieved the weight and bulk!" The redesigned Proteus 3 (700 series) gave 3,780 shp and weighed nearly 1,000 lb less than the previous design. It came too late for the first prototype Britannia and Saunders Roe Princess flying boat though. Eight engines on the Princess were mounted in four pairs with each pair driving two propellers through a gearbox in opposite directions. They were known as Coupled Proteus. Two more engines were mounted singly with reversing propellers for manoeuvring on water. The Coupled Proteus was also intended to be used on the Mk. II version of the Bristol Brabazon, but this project was cancelled. Only three Princesses were built, only one of which flew, and by the time the second Britannia was ready for testing the Proteus 3 was installed. In 1954 a potentially troublesome design feature in the propeller gearbox, straight cut gears, finally made itself known during a flight carrying a delegation from the Dutch airline KLM, a potential customer. A gearwheel stripped its teeth and the resulting damage set fire to the aircraft which made an emergency landing on the mud in the river Severn estuary. Hearing of this failure, Lord Hives of Rolls Royce, Hooker's former boss, sent Rolls Royce engineers to assist the Bristol team. This unasked for generosity to what was, after all, a commercial competitor thawed the cold relationship that had existed between Hives and Hooker since Hooker's departure from Rolls Royce concerning development of the Avon in 1948. Developing an anti icing system for the engine intake turned out to be a lengthy exercise. It had to be able to deal with the type of icing considered likely to cause problems to Britannias. Icing tests on a Proteus installation in an Ambassador aircraft in Canada showed that the engine and powerplant anti icing system could deal with severe icing conditions of the type considered likely in parts of the world where the Britannia would operate. However, during route proving flights in Africa in April 1956 a different type of icing was encountered for which the anti icing systems were ineffective. Modifications were made that were effective against this second type of icing. BOAC started services in February 1957 but later in the year a third type of icing was encountered on flights to Australia. When flying in icing conditions for prolonged periods the accumulation of ice on the surfaces of the reverse flow air intake – inherited from the original intended Brabazon II and Princess installation – and subsequent shedding through the engine caused flame outs. The engine would auto relight with a long tongue of flame from the jetpipe which was of concern to the passengers. Although the problem was not inherently dangerous, it was avoided with restrictions in the flight manual (it could be avoided by not flying in cloud above a certain height). Modifications for the third type were successfully tested in icing conditions encountered during flights from Singapore in April 1958. BOAC, the launch customer for the Britannia, were unyielding in their demands for rectification, and attempted to maximise the extent of the problem in public, damaging sales prospects of the Britannia and delaying the aircraft's entry into service by two years, as well as almost bankrupting Bristol Aircraft. The Mk.705 of 3,900 hp (2,900 kW) was the first version used the Bristol Britannia 100 and some 300 series aircraft. The Mk.755 of 4,120 hp (3,070 kW) was used on the 200 series (not built) and other 300s, and the Mk.765 of 4,445 hp (3,315 kW) was used on the RAF Series 250 aircraft.

Нұсқалар

1940, 50 және 60 жылдардағы көптеген газ турбиналық қозғалтқыштар сияқты, Өнім министрлігі Proteus-қа көбінесе қолданылмаған белгі берді. Ресми түрде Proteus Бристоль BPr.n Proteus деп аталды. Bristol Phoebus (BPh.1) – Proteus-тың турбореактивті қозғалтқыштың газ генератор бөлігін сынау және жетілдіру үшін пайдаланған ерте нұсқасы, 1946 жылдың мамырынан бастап Avro Lincoln бомбалық бөлімінде ұшу сынақтарынан өтті. Proteus сериясы 1 (BPr.1) – дамыту және сынақтар үшін қолданылған прототиптік және алғашқы өндіріс қозғалтқыштары. Proteus сериясы 2 – алғашқы өндіріс нұсқалары, кейіннен Proteus 600 сериялы қозғалтқыштар деп аталды. Proteus сериясы 3 – толыққанды дамыған алғашқы нұсқасы, Proteus 700 сериясы деп аталды. Bluebird Proteus – Дональд Кэмпбеллдің Bluebird Proteus CN7 машинасының алдыңғы және артқы дифференциалдық қораптарын қозғау үшін алдыңғы және артқы бөліктерінде жетек біліктері бар арнайы модификацияланған Proteus 705.

Басқа қолданбалар

HMS Exmouth фрегатында сынақтан өткеннен кейін, теңізге бейімделген Proteus қозғалтқышы Корольдік Әскери-теңіз флотының Brave класындағы жылдам күзет кемелерін қуаттандыру үшін қолданылды, содан кейін Vosper компаниясы экспортқа арналған ұқсас жобадағы көптеген жылдам күзет кемелерінде де пайдаланылды. Бұл кемелер ең жылдам соғыс кемелерінің қатарына кірді, тегіс суда 50 түйінден астам жылдамдыққа жетті. Швецияның Spica торпедалық кемесі және оның бірқатар кемелері де Proteus қозғалтқышымен жабдықталған. Италия Әскери-теңіз флотының Sparviero класындағы гидрофойлді күзет кемелері жоғары жылдамдықпен жұмыс істеу үшін Proteus қозғалтқышын сорапқыш-реактивті қозғалтқыш ретінде пайдаланды. Proteus SR.N4 Mountbatten класындағы арналық жеңіл кемелерде де қолданылды. Бұл орналымда төрт "Marine Proteus" қозғалтқышы кеменің артқы жағына жинақталған, шығарылатын құбырлары артқа бағытталған. Қозғалтқыштар көлденең қуат біліктерін қоздырды, олар кеменің төрт бұрышында орналасқан "бағаналардың" біріне қуат жеткізді. Бағаналарда беріліс қораптары көлденең айналу күшін тік білікпен жұмыс істеу үшін пайдаланды, біліктің төменгі жағында көтергіш желдеткіш, ал жоғарғы жағында винт орналасқан. Алдыңғы екі қозғалтқышқа жолаушылар кабинасының үстінен ұзын біліктер қажет болды, өйткені барлық төрт қозғалтқыш кеменің артқы бөлігіне орнатылған.

Мешіт электр станциялары

Протеустің тағы бір қолданысы Англияның оңтүстік-батысында "шағын электр станциялары" деп аталған қашықтықтан қуат өндіруде болды. Аймақтық электр желісі басқармасы Proteus қозғалтқыштарымен жұмыс істейтін 2,7 МВт қуатты бірнеше қашықтан басқарылатын генераторлық жиынтықтарды ең жоғары жүктеме үшін орнатты. Он жылдық қызмет мерзіміне есептелген көптеген қондырғылар қырық жыл өткен соң да пайдаланылуда. Жұмыс істеп тұрған мысалы Батыс Уэльстегі Ішкі күш музейінде сақтаулы.