Whittle W.1¶

Whittle W.1 — это первый в мире практически пригодный турбореактивный авиационный двигатель, созданный британским инженером Фрэнком Уиттлом и его компанией Power Jets Ltd. Двигатель стал основой для разработки реактивной авиации в Великобритании и послужил прототипом для серийных силовых установок, таких как Rolls-Royce Welland и Rolls-Royce Derwent.

¶История создания

¶Предпосылки и ранние работы

Идея газотурбинного двигателя для реактивной тяги была впервые запатентована Фрэнком Уиттлом в 1930 году. Однако британское Министерство авиации и промышленные круги долгое время не проявляли интереса к проекту, считая его технически неосуществимым. В 1935 году, после того как Уиттл не смог найти финансирование, он обратился к частным инвесторам. В 1936 году была основана компания Power Jets Ltd., а в 1937 году начались испытания первого экспериментального двигателя — Power Jets W.U. (Whittle Unit). Этот двигатель, хотя и работал, имел множество проблем, включая нестабильность горения и перегрев.

¶Разработка W.1

После успешных испытаний W.U. в 1939 году Министерство авиации заключило контракт с Power Jets на разработку двигателя для самолёта, который впоследствии стал Gloster E.28/39. Двигатель, получивший обозначение W.1, был спроектирован как компактный и лёгкий агрегат с центробежным компрессором, кольцевой камерой сгорания и одноступенчатой турбиной. Первый запуск W.1 состоялся в апреле 1941 года. Двигатель развивал тягу около 3,8 кН (850 фунтов-силы) при максимальных оборотах 16 500 об/мин.

¶Первый полёт

15 мая 1941 года самолёт Gloster E.28/39, оснащённый двигателем W.1, совершил первый полёт на авиабазе Крэнвелл. Пилотом был Джерри Сэйер. Продолжительность полёта составила 17 минут, и он стал первым успешным полётом британского реактивного самолёта. В ходе испытаний двигатель показал себя надёжным, хотя и требовал доработок в системе охлаждения и топливной аппаратуре.

¶Конструкция

¶Общая схема

Whittle W.1 представляет собой одновальный турбореактивный двигатель с центробежным компрессором. Основные компоненты:

• Воздухозаборник — направлял воздух к компрессору.
• Центробежный компрессор — двухстороннего всасывания, с одним рабочим колесом диаметром около 0,6 м. Обеспечивал степень сжатия до 4:1.
• Камера сгорания — кольцевая, с десятью индивидуальными жаровыми трубами, расположенными вокруг вала. Топливом служил керосин (парафин).
• Турбина — одноступенчатая, осевая, с лопатками из никелевого сплава (Nimonic 80). Рабочая температура газов на входе в турбину составляла около 800 °C.
• Выходное сопло — сужающееся, с возможностью регулировки площади сечения (вручную на ранних версиях).

¶Системы

• Система смазки — замкнутая, с масляным насосом и радиатором. Использовалось минеральное масло.
• Система охлаждения — воздушная, с подачей холодного воздуха к подшипникам и диску турбины.
• Топливная система — с центробежным насосом и форсунками, регулировка подачи топлива осуществлялась вручную пилотом.

¶Характеристики

• Тяга: 3,8 кН (850 lbf) на взлётном режиме.
• Удельный расход топлива: около 1,1 кг/(кН·ч) (0,9 lb/(lbf·h)).
• Масса: 250 кг (550 фунтов).
• Диаметр: 0,9 м.
• Длина: 1,5 м.
• Ресурс: поначалу ограничивался 25 часами, но в ходе испытаний был увеличен до 100 часов.

¶Испытания и применение

¶Наземные испытания

До установки на самолёт двигатель прошёл цикл стендовых испытаний, включавших проверку на устойчивость к помпажу, вибрациям и тепловым нагрузкам. Было выявлено, что при определённых режимах работы камера сгорания давала неравномерное распределение температуры, что приводило к прогару лопаток турбины. Проблему решили заменой материала лопаток на более жаропрочный сплав.

¶Лётные испытания

На самолёте Gloster E.28/39 двигатель W.1 работал в диапазоне высот до 10 000 м и скоростей до 600 км/ч. В ходе полётов отмечалась высокая приёмистость двигателя (время выхода на взлётный режим — около 10 секунд), но также и повышенный расход топлива по сравнению с поршневыми двигателями. В 1942 году на E.28/39 был установлен более мощный W.1A (тяга 4,4 кН), что позволило достичь скорости 750 км/ч.

¶Другие применения

W.1 не использовался в серийных самолётах, но его конструкция легла в основу более мощных двигателей. В 1943 году на базе W.1 был создан Rolls-Royce Welland, который устанавливался на истребитель Gloster Meteor. Также W.1 применялся в качестве учебного стенда для подготовки инженеров и пилотов.

¶Влияние на развитие авиации

¶Технические достижения

Whittle W.1 стал первым двигателем, доказавшим практическую пригодность газотурбинной установки для реактивной авиации. Его центробежный компрессор, хотя и уступал осевому по КПД, был проще в производстве и обслуживании, что позволило быстро развернуть серийное производство. Кольцевая камера сгорания с отдельными жаровыми трубами стала стандартом для многих последующих двигателей.

¶Критика и недостатки

• Высокий расход топлива — по сравнению с поршневыми двигателями того времени, W.1 потреблял в 2–3 раза больше топлива на единицу мощности.
• Ограниченный ресурс — из-за несовершенства материалов и охлаждения турбины двигатель требовал частой замены лопаток.
• Шум и вибрации — работа двигателя сопровождалась сильным шумом (до 120 дБ) и вибрациями, что создавало дискомфорт для пилота.

¶Наследие

Несмотря на недостатки, W.1 открыл эру реактивной авиации. В Великобритании на его основе были созданы двигатели Rolls-Royce Welland и Derwent, которые устанавливались на первые серийные реактивные истребители. В других странах, таких как США и СССР, аналогичные разработки (например, General Electric J31 и «ТР-1» А.М. Люльки) также опирались на опыт Уиттла. В 1946 году Фрэнк Уиттл был посвящён в рыцари за свой вклад в авиацию.

¶Сохранённые экземпляры

До наших дней сохранилось несколько оригинальных двигателей Whittle W.1. Один из них экспонируется в Музее науки в Лондоне, другой — в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне. Также один экземпляр находится в коллекции Королевского музея ВВС в Косфорде.

¶Источники

• Whittle, F. (1953). Jet: The Story of a Pioneer. Frederick Muller.
• Gunston, B. (1995). World Encyclopedia of Aero Engines. Patrick Stephens.
• Golley, J. (1987). Whittle: The True Story. Airlife Publishing.
• Научно-технические отчёты Power Jets Ltd. (1941–1942).