Logowanie

Zdjęcie dnia

  • Jacek Grześkowiak

    Jacek Grześkowiak

Newsletter

Cotygodniowa porcja informacji lotniczych

JOOMEXT_TERMS

Pogoda

 


Dołącz do nas !

FB TW google-plus-ikona-2012 YT 

 


 

 

Silniki Generacji 1 ze sprężarką odśrodkową i komorami spalania typu dzbanowego - Idea, pierwsze prototypy i ich twórcy

 

Historia powstania lotniczego silnika turboodrzutowego jest w zasadzie nie tyle skomplikowana, co długa. Trwa już bowiem ponad 90 lat (to nie pomyłka!), ale układa się w spójną i logiczną całość. Nim jednak zaczniemy omawiać pierwsze, klasyczne już silniki turboodrzutowe, trzeba wyjaśnić jedną rzecz. Mianowicie, za fakt należy uznać, (o czym często niestety się zapomina), że pierwszym twórcą lotniczego silnika turboodrzutowego (samej idei i prototypu) był rumuński oficer artylerii, z wykształcenia i późniejszej działalności inżynier lotniczy i wynalazca – Henry Coanda. Skonstruowany przez niego silnik, nazwany Coanda-1, był silnikiem odrzutowym, przeznaczonym do napędu samolotu i posiadał cechy charakterystyczne silników turboodrzutowych: sprężarkę (odśrodkową) tłocząca powietrze do komory spalania (a więc zachodził proces dynamicznego sprężania powietrza wlotowego, czyli turbosprężania), a źródłem napędu dla statku powietrznego był ciąg generowany przez gazy wydostające się z komory spalania przez dyszę wylotową do atmosfery. Wartość ciągu była regulowana za pomocą przepustnicy. Powstał działający prototyp, zamontowany został w samolocie (również konstrukcji i budowy Henry’ego Coandy i nazwanego Coanda-1910) oraz odbył lot w 1910 roku nad lotniskiem pod Paryżem. Był to co prawda krótki lot, ale składał się z kontrolowanego rozbiegu, wznoszenia i lotu poziomego oraz lądowania - choć niestety nieudanego, zakończonego wypadkiem i utratą samolotu. Niemniej lot ten należałoby de facto uznać za pierwszy lot samolotu z napędem turboodrzutowym. A miano „ojca lotniczego napędu turboodrzutowego” przypada Henry’emu Coandzie (choć wiem, że dla wielu jest to teza dyskusyjna, ale będę jej bronił). Co zresztą zostało uznane w świecie, aczkolwiek jak wspomniałem, często się o tym zapomina. I niesłusznie. Silnik turboodrzutowy Coandy miał konstrukcyjnie tylko jedną różnicę w stosunku do współczesnych silników: nie posiadał turbiny gazowej, a napęd sprężarki stanowił spalinowy silnik tłokowy. I fakt, że nie było pomysłu jak silnik tłokowy zastąpić, na prawie 30 lat zahamował rozwój napędu turboodrzutowego w lotnictwie.

 

Przełomu dokonał angielski inżynier i konstruktor Frank Whittle, urodzony w 1907 r. Jego rewolucyjna idea polegała na częściowym wykorzystaniu energii gazów wylotowych nie tylko do wytworzenia ciągu, ale także do napędu sprężarki. A ponieważ jedynym urządzeniem, które było w stanie tą energię wykorzystać i przetworzyć na ruch obrotowy była turbina gazowa, postanowił umieścić ją między komora spalania a dyszą wylotową, w kanale przelotowym. Swoją ideę w postaci projektu przedstawił w 1928 roku, a w 1930 uzyskał na niego patent. Niestety, nie miał możliwości zbudowania działającego prototypu z prozaicznej przyczyny: ówczesna technologia metalurgiczna nie pozwalała na zbudowanie turbiny gazowej, która mogła by pracować w atmosferze gorących gazów wylotowych i nie ulegała zniekształceniu, a w ostateczności zniszczeniu. Dopiero, gdy drugiej połowie lat 30. metalurgia poczyniła tak znaczne postępy, że pojawiły się stopy na tyle żarowytrzymałe i żaroodporne, że mogły pracować w temperaturze rzędu kilkuset stopni Celsjusza, Frank Whittle mógł zrealizować swój pomysł silnika turboodrzutowego w praktyce. W ten sposób powstał silnik turboodrzutowy już w klasycznym kształcie: posiadał sprężarkę odśrodkową, komory spalania oraz turbinę, która poprzez wał napędzała sprężarkę. Silnik ten, o nazwie W1, możemy określić jako turboodrzutowy silnik lotniczy Generacji 1 (co oznacza, że był pierwszym silnikiem turboodrzutowym wyposażonym w turbinę gazową, a nie pierwszym lotniczym silnikiem turboodrzutowym, bo tym jak pamiętamy, był Coanda-1). W1 powstał i działał, ale niestety nie było samolotu, w którym można go było zamontować.

 

Mniej więcej w tym samym czasie, o 4 lata młodszy od Whittle’a, niemiecki inżynier i konstruktor lotniczy Hans-Joachim Pabst von Ohain, urodzony 14 grudnia 1911 w Dessau, również pracował nad napędem odrzutowym dla samolotów. Swoją teorię napędu turboodrzutowego sformułował w 1933 (więc już po uzyskaniu patentu przez Whittla), jednak działający prototyp zbudował rok przed Whittle’m. Było to zapewne spowodowane nieco szybszym postępem metalurgii w Niemczech. Ohain w 1936 rozpoczął pracę w wytwórni lotniczej Ernsta Henkla, który był bardzo zainteresowany nowym rodzajem napędu. Do tego stopnia, że stworzył zespół z udziałem utalentowanych inżynierów lotniczych: Siegfriedem Gunterem, Hertlem, i Karlem Schwaerzlerem. Hans Ohain opracował ostateczną wersję swojego silnika turboodrzutowego, również ze sprężarką odśrodkową, nazwany HeS 3B (S3B), a zespół inżynierów zaprojektował płatowiec. Powstał w ten sposób pierwszy samolot odrzutowy, napędzany silnikiem turboodrzutowym z turbiną gazową – Heinkel He-178.

Udany oblot odbył się 27 sierpnia 1939. Samolot osiągnął prędkość 644 km/h, okazując wówczas się najszybszym samolotem na świecie. Rząd brytyjski z kolei niestety nie docenił na początku wynalazku Whittle’a i nie widział realnych zastosowań jego silnika do napędu samolotów. Dopiero gdy dotarła do nich informacja o sukcesie samolotu He-178, poważnie zainteresowali się W1. Lecz dopiero cztery lata później, 5 marca 1943 uniósł się w powietrze pierwszy angielski, dwusilnikowy odrzutowiec napędzany turboodrzutowym silnikiem Whittle’a – Gloster Meteor . Lecz o ile He-178 nie wszedł do służby jako samolot bojowy, o tyle Gloster Meteor okazał się na tyle udaną konstrukcją, że był jedynym odrzutowym myśliwcem alianckim (amerykański Bell P-59 Airacomet, oblatany w 1942, napędzany również dwoma silnikami turboodrzutowymi ze sprężarkami odśrodkowymi, nie wszedł do służby bojowej), który walczył jeszcze w czasie II wojny światowej. A jego służba trwała aż do końca lat 50., gdyż latał jako maszyna bojowa jeszcze w podczas konfliktu w Korei.

 

Losy obu konstruktorów potoczyły się tak, że pracowali oni nadal nad lotniczymi napędami odrzutowymi, spotykając się po II wojnie światowej niejednokrotnie. Frank Whittle zmarł w 1996, w wieku 89 lat. Hans von Ohain, tuż po zakończeniu wojny został przerzucony przez amerykanów w ramach operacji Paperclip do USA, gdzie zmarł w 1998 r. w Melbourn na Florydzie, ukończywszy 86 lat.

 

Rozwój silników ze sprężarkami odśrodkowymi po II w. ś. trwał nadal. A wyjątkowo mocne zainteresowanie nimi okazał Związek Radziecki. Jeden z najlepszych konstruktorów silnikowych, Władimir Klimow bardzo zainteresowany był tą ideą. Urodzony w 1892 r. radziecki generał lotnictwa i jednocześnie inżynier lotniczy, będący od 1931 r. kierownikiem zakładu napędów lotniczych w Centralnym Instytucie Lotniczym w Moskwie, a od 1935 szefem biura konstrukcyjnego, postanowił wykorzystać modyfikację silnika Whittle’a. Na bazie tej konstrukcji stworzył, budowany później długo w ZSRR na licencji, silnik Klimow RD-45 i wersję unowocześnioną – Klimow WK-1.

Czas więc teraz bliżej przyjrzeć się konstrukcji tych silników, zasadzie działania i cechom charakterystycznym. Ciekawa też będzie odpowiedź na pytanie, dlaczego tak szybko zakończył się ich okres rozwoju i czemu tak szybko zostały wyparte przez inną konstrukcję turboodrzutową: silniki ze sprężarką osiową?