Французский турбореактивный двигатель Snecma Atar: История разработки

Введение

Турбореактивный авиационный двигатель

Snecma Atar — французский турбореактивный двигатель с осевым потоком, созданный компанией Snecma. Он был разработан на основе немецкого двигателя BMW 018 времен Второй мировой войны и усовершенствован бывшими инженерами BMW в серии более мощных моделей. Название происходит от оригинальной проектной группы, Atelier technique aéronautique de Rickenbach, расположенной недалеко от Линдау в французской оккупационной зоне Германии. Двигатель Atar использовался на многих французских реактивных самолетах послевоенного периода, включая Vautour, Étendard и Super Étendard, Super Mystère и различные модели Mirage.

Предыстория

Команда Германа Остриха, отвечавшая за разработку двигателя BMW 003, переехала в город Штасфурт, недалеко от Магдебурга, в феврале 1945 года. С. Г. Рейнхардт в отчаянной попытке продолжить производство двигателей перед лицом подавляющей воздушной кампании союзников организовал создание подземного завода по производству в соляной шахте за городом. Эта шахта хорошо известна исторически, поскольку она также использовалась для хранения урановых соединений в рамках нацистской программы по созданию атомной бомбы. Город Штасфурт сдался американским войскам 12 апреля 1945 года, и Острих спрятал большую часть технических данных на местном кладбище. На следующий день прибыла группа из десяти человек, состоявшая в основном из инженеров компании Pratt & Whitney, которой он и передал данные. Производство было возобновлено для нужд США, пока война не подошла к концу, и американские войска очистили завод, ожидая передачи территории Советскому Союзу. К этому времени Острих переехал в Мюнхен для дальнейшего допроса, а затем в Англию по просьбе британского конструктора двигателей Роя Феддена. Ему было поручено работать над созданием турбовинтового двигателя для предлагаемого четырёхмоторного транспортного самолёта класса C 54 Skymaster. Во время работы над этим проектом к Остриху тайно обратились агенты французской DGER с предложением продолжить разработку 003 во Франции. Французские войска обнаружили несколько турбореактивных двигателей BMW 003 в своей оккупационной зоне после войны и проявляли интерес к созданию производственной линии. Эти переговоры не зашли далеко, когда Остриху разрешили вернуться в Мюнхен, но вскоре после этого, в конце августа, его снова отправили в Англию, а затем вернули в Мюнхен, где США предложили ему и отобранной им команде работу в Соединённых Штатах, но без их семей. Острих принял французское приглашение и к сентябрю обосновался на бывших заводах Dornier в Рикенбахе, во французской зоне, недалеко от северной границы Швейцарии. Вскоре к ним присоединились другие бывшие инженеры BMW, а также специалисты из ряда других немецких компаний, в результате чего численность команды достигла примерно 200 человек. Группа получила название Atelier Technique Aéronautique Rickenbach (Рикенбахская аэронавтическая техническая мастерская) или ATAR. К октябрю они переработали конструкцию 003, создав ATAR 101 (модель R.101), и получили контракт на производство при условии, что фактическое производство будет осуществляться во Франции. В январе всей команде был предложен новый пятилетний контракт, включающий гарантированную заработную плату, обеспечение для их семей, минимальные ограничения на поездки и возможность получения французского гражданства. Контракт был подписан 25 апреля 1946 года, а чертежи ATAR 101 были отправлены в SNECMA для производства.

Hermann Oestrich's team in charge of the development of the BMW 003 engine had moved to the town of Stassfurt, near Magdeburg, in February 1945. An underground production factory was being set up in a salt mine outside town by C. G. Rheinhardt in a desperate attempt to continue engine production in face of the now overwhelming Allied air campaign. This mine is well known historically as it was also being used for the storage of uranium compounds as part of the Nazi atomic bomb program. The town of Stassfurt surrendered to US forces on 12 April 1945, and Oestrich hid much of the technical data in a local cemetery. The next day a ten man team made up primarily of engineers from Pratt & Whitney arrived, and he handed the data over to them. Production restarted for US use while the war ground to a close, and the US forces cleared out the factory while they waited to turn the area over to the Soviets. Oestrich had by this time moved to Munich for further interrogation, and from there to England at the request of British engine designer Roy Fedden. He had them work on the design of a turboprop engine for a proposed C 54 Skymaster class four engine transport. While working on this design, Oestrich was secretly approached by French DGER agents with an offer to take up further design of the 003 in France. The French forces had found a number of BMW 003 turbojet engines in their occupation zone after the war, and were interested in setting up a production line. These discussions had not progressed very far when Oestrich was allowed to return to Munich, only to be brought back to England in late August, then returned to Munich again where the US offered him and a hand selected team jobs in the US, but without their families. Oestrich instead accepted the French invitation, and by September had been set up at the former Dornier factories in Rickenbach in the French Zone, close to the northern border of Switzerland. Here they were soon joined by other former BMW engineers, as well as those from a number of other German firms, bringing the team to about 200 members. The group was named the Atelier Technique Aéronautique Rickenbach (Rickenbach Aeronautical Technical Workshop in English), or ATAR. They had re engineered the 003 design as the ATAR 101 (model R.101) by October, and granted a production contract on the proviso that actual production would be carried out in France. In January a further five year contract was offered to the entire team, including protected wages, provisions for their families, few travel restrictions, and the possibility of French citizenship. The contract was signed on 25 April 1946, and the drawings for the ATAR 101 were sent to SNECMA for production.

ATAR 101

Первый двигатель собирался не сразу. Первые детали были доступны уже в мае 1946 года, но полный компрессор или турбина были готовы только в середине следующего года. Первый полный двигатель наконец запустился 26 марта 1948 года. К 5 апреля он был доведен до расчетной тяги и постоянно улучшался, пока к октябрю не достиг . В течение этого времени новая турбина из твердых высокотемпературных сталей заменила более ранние модели с воздушным охлаждением, что позволило улучшить аэродинамическую форму и повысить степень сжатия. К январю 1950 года к программе присоединилось несколько дополнительных двигателей, что привело к общему времени работы более 1000 часов и тяге в , что сделало его одним из самых мощных двигателей той эпохи. BMW 003, на базе которого он был разработан, обеспечивал лишь менее трети тяги Atar. В ATAR 101B были внедрены лопасти турбины из сплава Nimonic и увеличено количество лопастей статора, а также внесен ряд изменений для устранения незначительных проблем, выявленных в более ранних экспериментальных моделях. После выпуска первой партии двигателей модели B, Atar 101C получил улучшенный компрессор и камеру сгорания, что позволило повысить тягу до . Atar 101D отличался немного большей турбиной с новыми высокотемпературными сплавами, которые позволили увеличить температуру выхлопных газов до 1000 °C, а тягу до . Модель D также включала новую выхлопную систему, состоящую из длинной трубы, заканчивающейся соплом с двумя "веками" вместо прежнего конуса, перемещающегося внутри, – особенности осевого турбореактивного двигателя Junkers Jumo 004 времен Второй мировой войны, известного как Zwiebel (лук) из-за своей формы. Atar 101E получил дополнительную, "нулевую" ступень компрессора, повысив общую степень сжатия до 4,8:1 и тягу до , превзойдя прогнозируемую тягу в 34,3 кН (7700 фунтов силы) немецкого турбореактивного двигателя BMW 018, разработка которого продолжалась в 1945 году. Различные модели Atar 101 испытывались на широком спектре самолетов. Форсажная камера была установлена в модель D, создав Atar 101F, а аналогичное дополнение к модели E привело к созданию ATAR 101G. Они прошли летные испытания на Dassault Mystère II в августе 1954 года, но не были запущены в серийное производство для этого самолета. Их первый успех пришел на Dassault Super Mystère, который впервые поднялся в воздух с двигателями Rolls Royce Avon 2 марта 1955 года, а затем с двигателем 101G 15 мая 1956 года. Производство началось в 1957 году по контракту на 370 самолетов, но позже было сокращено до 180 в связи с характеристиками Dassault Mirage III, который в то время проходил испытания.

The first engine took some time to assemble. The first parts were available as early as May 1946, but a complete compressor or turbine was not ready until the middle of the next year. The first complete engine finally ran on 26 March 1948. By April 5 it had been brought up to thrust and was continually improved until it reached by October. During this time a new turbine made of solid high temperature steels replaced the earlier air cooled models, allowing for better aerodynamic shaping and an improved compression ratio. By January 1950 several additional engines had joined the program, bringing the total running time to over 1,000 hours, and a thrust of , making it among the most powerful engines of the era. The BMW 003 that it was developed from provided only , less than a third of the Atar. The ATAR 101B introduced Nimonic turbine blades and more stator blades as well as a number of changes to fix minor problems seen in the earlier experimental models. The first B model passed a 150 hour endurance test in February 1951 at A flight test followed on 5 December 1951 in the Dassault Ouragan, and starting on 27 March 1952, under the wings of a Gloster Meteor F.4. After delivering the initial production run of B models, the Atar 101C used an improved compressor and combustion chamber, raising the thrust to The Atar 101D featured a slightly larger turbine with new high temperature alloys that allowed the exit temperature to rise to 1,000 °C and the thrust to The D model also included a new exhaust consisting of a long pipe ending in a nozzle with two "eyelid" shutters in place of the earlier fore/aft moving cone on the inside, a feature of the WW II Junkers Jumo 004 axial flow turbojet, which was known as the Zwiebel (onion) from its shape. The Atar 101E added a "zeroth" compressor stage, raising the overall pressure ratio to 4.8:1 and the thrust to , surpassing the projected thrust of 34.3 kN (7,700 lbf)of the German BMW 018 turbojet still being developed in 1945. Various Atar 101 models were tested on a wide variety of aircraft. An afterburner was incorporated into the D model to produce the Atar 101F of , while the same addition to the E model produced the ATAR 101G. These were flight tested on the Dassault Mystère II in August 1954, but they did not see production on this aircraft. Their first success was on the Dassault Super Mystère which first flew under Rolls Royce Avon power on 2 March 1955, and followed by the 101G powered version on 15 May 1956. Production started in 1957 with a contract for 370 aircraft, but this was later cut back to 180 in light of the performance of the Dassault Mirage III which was then undergoing testing.

Атар 08 и 09

С Atar 101, занявшим место в нижней части шкалы мощности, в 1954 году SNECMA приступила к разработке более радикальной модернизации – Atar 08. Общая компоновка и размеры были схожи с Atar 101, но новый двигатель включал девятиступенчатый компрессор вместо прежнего семиступенчатого, и двухступенчатую турбину для его вращения. Было внесено множество улучшений в деталях, включая замену оригинального ротора компрессора на новый, изготовленный из магниевого сплава. Первый Atar 08 B 3 был произведен и демонстрировал немного улучшенное общее сжатие 5,5:1. Для двигателя был разработан новый и значительно улучшенный форсажный отсек, что привело к созданию Atar 09. Его впервые испытали в январе 1957 года, и вскоре он был улучшен. Дальнейшее улучшение форсажного отсека с восемнадцатистворчатой соплой вместо двух закрылков предыдущих конструкций было внедрено на модели 09C в декабре 1959 года. Эта версия также оснащалась новым стартером от Microturbo. В Atar 9D выхлопная и форсажная части были заменены на титановые, что позволило непрерывную работу на скорости 2 Маха, по сравнению с 1,4 у модели C. Для моделей Atar 9K было вновь введено воздушное охлаждение, что еще больше повысило общую производительность, особенно экономичность. Серии Atar 8 и 9 стали результатом десяти лет разработки и, наконец, привели к созданию успешной коммерческой конструкции. Тысячи двигателей были произведены для различных самолетов, включая ударные самолеты Étendard и Super Étendard, истребители Mirage III, Mirage 5 и Mirage F1, бомбардировщик Mirage IV и различные экспериментальные самолеты.

Супер Атар

В 1955 году французское правительство начало проект по исследованию скоростей полета до Маха 3.0. SNECMA приступила к разработке двигателя для этого проекта, изначально основанного на конструкции компрессора существующего Atar 101, но с заменой всех легких сплавов на стали для выдерживания повышенных рабочих температур. Это также потребовало применения турбины с воздушным охлаждением, аналогичной использованной в самых первых прототипах. Этот двигатель, M.26, был запущен в мае 1957 года и выдавал тягу 47 кН (10 364 фунтов силы) без форсажной камеры. Дальнейшие улучшения привели к созданию M.28, который в сентябре 1958 года развил тягу 52 кН (11 466 фунтов силы). Эта работа привела к созданию конструкции Super Atar с тягой 85 кН с использованием форсажной камеры. Эта версия также включала регулируемые статоры, которые в то время активно внедрялись в авиационной промышленности. Однако проект по строительству летного прототипа Griffon III так и не был осуществлен, и SNECMA прекратила разработку Super Atar в 1960 году.

Другие события

Дизайн «Атар» также применялся при разработке различных более крупных, более мелких и экспериментальных двигателей. Особенно примечательны R.104 Vulcain – увеличенная версия «Атара», и значительно меньший R.105 Vesta. Оба двигателя разрабатывались параллельно с «Атаром» в начале 1950-х годов для удовлетворения конкретных требований по характеристикам: Vulcain – для самолета Mystère IV D, а Vesta – для ряда проектов. Однако ни один из них не был запущен в серийное производство; проект Mystère IV D был закрыт, а Vesta уступил Turboméca Gabizo, который также был отменен.

Описание

Оригинальный Atar 101 оснащался семиступенчатым осевым компрессором с лопатками из алюминиевого сплава, закрепленными на алюминиевом роторе. Передний подшипник удерживался на месте четырьмя направляющими лопатками, причем "левая", если смотреть спереди, содержала вал отбора мощности. Одной из уникальных особенностей конструкции Atar являлся отдельный блок вспомогательного оборудования Atar 5000, который можно было устанавливать перед двигателем и приводить в действие посредством удлинительного вала. Камера сгорания состояла из двадцати стальных огневых камер, расположенных по "канулярной" схеме, и выходила в одноступенчатую турбину. Ранние модели имели длину 2,85 м, диаметр 0,9 м и вес 850 кг, в то время как модели C и последующие – длину 3,68 м (включая удлиненный вал), диаметр 0,89 м и вес 940 кг. Более поздние версии были в целом похожи на модель C, хотя установка форсажной камеры увеличивала длину до 5,23 м, а вес варьировался от 925 до 1240 кг в зависимости от модификации. В Atar 8 и 9 использовался девятиступенчатый компрессор, аналогичный компрессору 101, но с первой ступенью из стали для повышения устойчивости к повреждениям от попадания посторонних предметов. Турбина состояла из двух ступеней. Длина и ширина оставались такими же, как у моделей 101, но вес увеличился до 1350 кг для 9B.