Бристоль Сидли Орфей: История и особенности турбореактивного двигателя.

Введение

Семейство турбореактивных авиационных двигателей 1957 года разработки Bristol Siddeley

Bristol Siddeley Orpheus – однокатушечный турбореактивный двигатель, разработанный компанией Bristol Siddeley для различных легких истребителей и учебно-тренировочных самолетов, таких как Folland Gnat и Fiat G.91. Впоследствии Orpheus стал основой для первого турбовентиляторного двигателя Bristol Pegasus с управляемым вектором тяги, использованного в семействе Harrier.

Проектирование и разработка

Двигатель был разработан в 1952 году по запросу Тедди Петтера из Folland на двигатель тягой 5000 фунтов (22 кН) для нового учебно-тренировочного и легкого истребителя-бомбардировщика, который они разрабатывали. Стэнли Хукер, недавно пришедший в компанию после работы в Rolls Royce, возглавил этот проект. Он создал относительно простой и удобный в обслуживании двигатель, который был установлен на Folland Gnat и впервые поднялся в воздух в 1955 году. Orpheus отличался инновационной конструкцией – валом большого диаметра для однокаскадной схемы, требующей всего двух подшипников. Снижение веса за счет исключения одного подшипника и связанных с ним деталей (указанных ниже) позволило создать двигатель с тягой 5000 фунтов, но весом всего 800 фунтов. Это давало удельное отношение тяги к весу 6,25:1, в то время как более ранние двигатели, такие как Derwent и Avon, обеспечивали 3:1, а современный и легкий Armstrong Siddeley Viper – лишь 4,9. Два подшипника имели дополнительное преимущество: в предыдущих двигателях требовалось соединительное муфтовое устройство в валу для компенсации возможного несоосности между неподвижными частями трех подшипников. При использовании двух подшипников вал просто следовал прямой линии между ними. Таким образом, применение трубы большого диаметра позволило отказаться от одного подшипника, муфты, опорной конструкции двигателя для этого подшипника, а также от системы его смазки и подачи охлаждающего воздуха. Это было передовым решением для реактивных двигателей, и Orpheus также включал инновацию – интеграцию воздухозаборника турбины и его статорных лопаток в выходное сопло камеры сгорания, причем каждая камера сгорания обеспечивала одну седьмую часть общего потока воздуха. Победители конкурса, Fiat G.91R и G.91T, использовали двигатели, произведенные Fiat. Вскоре за ними последовали и другие пользователи, в основном учебные самолеты, такие как Fuji T 1, HAL HF 24 Marut, HA 300, а также экспериментальные Hunting H.126 и Short SB5. Для последующих гражданских применений Orpheus был выбран, после испытаний двух двигателей на прототипах, в качестве опции для Lockheed JetStar. Вице-президент Lockheed и руководитель знаменитого Skunk Works, Кларенс "Келли" Джонсон, заявил: «Эти двигатели Orpheus – лучшие двигатели, которые когда-либо использовались автором на прототипных самолетах. Они были и остаются настолько хорошими, что было принято решение оснастить все JetStar, начиная с серийного номера два, возможностью установки двух двигателей Orpheus (в качестве альтернативы четырем американским двигателям). Версия Orpheus полностью конкурентоспособна по характеристикам (за исключением работы на одном двигателе) и будет предложена тем, кто заинтересован в ее более низкой стоимости, простоте и, по крайней мере, временной надежности». Многие компании в 1950-х годах искали способы создания самолетов вертикального взлета и посадки. Мишель Вибо предложил использовать турбовинтовой двигатель для привода четырех больших центробежных вентиляторов, которые можно было бы поворачивать для управления вектором тяги. Инженеры Хукера решили использовать газогенератор Orpheus для привода одного большого вентилятора, который подавал бы воздух к паре поворачивающихся сопел, а выхлопные газы Orpheus разделялись бы на два потока и направлялись к другой паре сопел в задней части двигателя. Эта экспериментальная система стала основой для разработки двигателя Pegasus. Лицензии на производство Orpheus были получены компаниями Fiat S. p. A., SNECMA и Curtiss Wright (под обозначением TJ37).

The engine had its genesis in a 1952 request by Teddy Petter of Folland for an engine in the 5,000 pounds (22 kN) class to power a new trainer and lightweight fighter bomber they were developing. Stanley Hooker, relatively new to the company after an earlier career at Rolls Royce, took the project under his wing. He delivered a relatively simple and easy to maintain engine, which was put into use in the Folland Gnat, flying in 1955. The Orpheus incorporated the novel feature of a large diameter shaft for its single spool which then needed only two bearings. The weight savings from deleting a bearing and associated parts listed below gave an engine with a thrust of 5,000 lbf but weighing only 800 lb. efn lr|This was a design thrust/weight ratio of 6.25:1, whilst earlier engines such as the Derwent and Avon gave 3:1 and the contemporary and lightweight Armstrong Siddeley Viper could only offer 4.9. Two bearings gave a further advantage: previous engines had also needed a coupling in the shaft to allow for any misalignment between the static parts of the three bearings. With two bearings, the shaft simply followed the straight line between them. So the introduction of the large diameter tube allowed the removal of a bearing, a coupling, the engine's support structure for that bearing together with its lubrication system and cooling air supply. This was a recent development in jet engines and the Orpheus also included the innovation of incorporating the turbine entry duct and its stator vanes into the flame tube outlet, each flame tube providing one seventh of the overall duct. The winner of the competition, the Fiat G.91R and G.91T, used Fiat built versions of the engine. Other users, mostly trainers, soon followed, including the Fuji T 1, HAL HF 24 Marut, HA 300, and the experimental Hunting H.126 and Short SB5. For later civilian applications, the Orpheus was chosen, after use of two each on the prototypes, as an option on the Lockheed JetStar, Lockheed's Vice President and head of the famous Skunk Works, Clarence "Kelly" Johnson stating; "These Orpheus engines have been the best engines the writer has ever used in a prototype aircraft. They were and are so good that it was decided at an early date to make all Jetstars from serial number two up capable of using two Orpheus engines (as an alternative to four American units). The Orpheus version is fully competitive in performance (except with one engine out) and will be offered to those who want its lower cost, simplicity, and at least for some time reliability". Many companies in the 1950s were looking at ways of producing a vertical take off and landing aircraft. Michel Wibault had the idea of using a turboshaft engine to drive four large centrifugal blowers which could be swivelled to vector the thrust. Hooker's engineers decided on using the Orpheus gas generator to drive a single large fan that would supply air to a pair of rotating nozzles, while the exhaust flow from the Orpheus was split into two and would supply another pair of nozzles at the rear of the engine. This experimental system developed into the Pegasus. Licences to produce the Orpheus were obtained by Fiat S. p. A., SNECMA and as the TJ37 Curtiss Wright.

Варианты

Данные из Jane's All the World's Aircraft 1962–63, «Двигатели самолетов мира» 1957 г.
BOr.1 Первый запуск 17 декабря 1954 года, мощность оценена весной 1955 года, с последующим увеличением тяги для взлета; использовался на прототипе Folland Gnat. BOr.2 для взлета.
BOr.3 для взлета.
BOr.4 для взлета (с пониженной мощностью).
BOr.6.
BOr.11 Компрессор с восходящим потоком позволил BOr.11 развить.
BOr.12 С упрощенной форсажной установкой BOr.12 оценивался в сухом режиме и с форсажем.
Mk.100 Мощность снижена до.
Mk.101.
Mk.701 Мощность оценивалась в , использовался на серийных Folland Gnat F Mk.1 для Финляндии и Индии.
Mk.703 Мощность оценивалась в ; использовался на Hindustan HF 24 Marut Mk.1.
Mk.703R Форсажный Mk.703, использовался на серийном варианте Hindustan HF 24 Marut. Форсажная система разработана Hindustan Aeronautics Limited.
Mk.801 Мощность оценивалась в , использовался на G.91. Mk.801 был идентичен двигателю BOr.2, за исключением вспомогательного оборудования.
Mk.803 С улучшениями компрессора, мощностью , заменил более ранние модификации, использовавшиеся на G.91.
Mk.805 Мощность снижена до , использовался на прототипах Fuji T1F1 и серийных T 1A, а также на исследовательском самолете Hunting H.126.
Двигатели FIAT 4023 Mk.803 Произведены по лицензии FIAT.
Двигатели FIAT 4023 Mk.803 Произведены по лицензии FIAT с добавленной системой обнаружения пожара.

Выставленные двигатели

Сохраненные двигатели Bristol Siddeley Orpheus экспонируются в музее Aerospace Bristol, в Мидлендском музее авиации в Ковентри и в музее Solent Sky в Саутгемптоне. Один также сохранился как исторический артефакт в первом аэрокосмическом музее Индии – Центре аэрокосмического наследия Hindustan в Бангалоре.