El Power Jets WU (Unidad Whittle) era una serie de tres motores a reacción experimentales muy diferentes producidos y probados por Frank Whittle y su pequeño equipo a finales de la década de 1930.
El "Primer Modelo" de WU, también conocido por Whittle como el primer motor "experimental", [1] y la "1.ª edición", [2] fue el primer motor turborreactor que se construyó y puso en funcionamiento en el mundo. [3] Aunque es un motor experimental y no está diseñado para volar, fue diseñado para ser muy liviano según los estándares de ingeniería normales. [2] El motor tenía cuatro componentes básicos: un compresor centrífugo de una sola etapa con impulsor de doble cara, una única cámara de combustión directa , una turbina de flujo axial de una sola etapa y una boquilla propulsora convergente unida a un tubo de chorro. El eje que conecta la turbina con el compresor se hizo lo más corto posible para evitar giros. [4] La cámara de combustión estaba conectada a la salida del compresor mediante un único conducto en espiral muy grande que le daba al motor una apariencia asimétrica.
Whittle diseñó el compresor centrífugo para desarrollar una relación de presión de aproximadamente 4:1 cuando, hasta donde él sabía, el mejor rendimiento demostrado anteriormente en una sola etapa era de aproximadamente 2,5:1. Especificó un impulsor de doble cara para proporcionar el flujo de aire requerido desde un impulsor de menor diámetro que el que se podría obtener con uno de un solo lado. [2] El impulsor más pequeño permitió una mayor velocidad de la turbina, lo que redujo la carga en la turbina de una sola etapa y mejoró su eficiencia. La turbina de 419 mm (16,5 pulgadas) de diámetro tuvo que desarrollar 3000 hp (2237 kW) para impulsar el compresor. Una desventaja de un impulsor de doble cara es la necesidad, en una instalación aeronáutica, de una entrada con una cámara impelente con sus mayores pérdidas de presión. [5] Una desventaja para el diseño del cojinete de empuje del rotor es que no hay carga axial del impulsor para equilibrar la de la turbina.
Whittle buscó ayuda para diseñar el sistema de combustión y visitó la Feria de Industrias Británicas . Cuando discutió los requisitos para su cámara de combustión con varios expositores, "prácticamente se rieron de todos los stands" hasta que descubrió a Laidlaw, Drew and Company, una empresa preparada para abordar el difícil problema de la combustión [6] a intensidades 20 veces superiores a las del refractario. -Aplicaciones industriales revestidas. [7] A finales de 1936, el gasto total en diseño y fabricación del motor ascendía a 2.000 libras esterlinas. [8]
Las pruebas del primer modelo comenzaron el 12 de abril de 1937 en Rugby . Durante las pruebas, el ingeniero jefe británico de Thomson-Houston (BTH) consideró imprudente exceder las 12.000 rpm en la fábrica abierta por razones de seguridad después de una prueba el 23 de agosto hasta 13.600 rpm [9]. La prueba número 31 y última fue el 24 de agosto de 1937. .
Para el segundo modelo se adoptó un diseño simétrico, claramente diferente. Diez conductos en espiral conectaban la salida del compresor a una única y grande cámara de combustión de flujo inverso, cuya salida se descargaba hacia adelante a través de la turbina antes de girar hacia atrás para expulsar a través de diez tubos de chorro. Se esperaba cierto intercambio de calor desde los tubos de escape hasta los diez conductos que llevaban aire a la cámara de combustión, ya que todos estaban encerrados por la carcasa exterior. [2] Las pruebas comenzaron con un motor reconstruido en las instalaciones de la fundición Ladywood redundante de BTH en la cercana Lutterworth en Leicestershire el 16 de abril de 1938 y continuaron hasta que la turbina sufrió daños el 6 de mayo de 1938. Un tercer motor reconstruido estaba listo para las pruebas el 26 de octubre. 1938. [10]
También se introdujeron cambios significativos en el tercer modelo. Tenía diez cámaras de combustión de flujo inverso que daban una configuración similar a la de los motores turborreactores Power Jets W.1 y Power Jets W.2 posteriores . Esta configuración también se adoptó para los motores a reacción Rolls-Royce Welland y General Electric J31 . Una ventaja de utilizar 10 cámaras de combustión, más pequeñas en un factor de (1/sqrt10), [2] era que podían probarse más fácilmente en una plataforma de combustión.
Debido a la escasez de fondos, muchos de los componentes serían modificados o reparados para probarlos en motores posteriores.
Whittle y su equipo experimentaron muchos problemas al desarrollar los tres modelos. Se mejoraron la eficiencia y durabilidad de compresores y turbinas. El deficiente sistema de combustible y el rendimiento de la combustión ya no limitaron las pruebas de otras partes del motor. El diseño general del siguiente motor W1 era muy similar al del tercer modelo del motor experimental. [2] El equipo demostró que el turborreactor tenía el potencial de competir con los grandes motores de avión alternativos que entonces se producían en masa para el Programa de Rearme del Reino Unido.
La fijación inicial de la raíz de la pala de turbina tipo "bulbo" redondeado de Laval fue reemplazada más tarde por un nuevo diseño triangular de "abeto" después de repetidas fallas por tensión/fatiga del tipo anterior. El diseño de "abeto" se utilizaría en todos los motores posteriores de Whittle.
Tras severos problemas iniciales de combustión, a finales de 1940 se incorporó un nuevo diseño de cámara de combustión diseñado por Isaac Lubbock del Laboratorio Shell Fulham . Esta cámara/quemador 'Lubbock' demostró ser la respuesta a muchos de los problemas de combustión.
El tipo de cámara de combustión de flujo inverso, tal como se implementó en el tercer motor, era necesario para permitir el uso continuo de componentes más costosos, por ejemplo el conjunto del rotor, que había sido diseñado para la cámara de combustión directa completamente diferente utilizada en el primer motor. motor. La disposición de flujo inverso no tuvo problemas de expansión térmica, permitió el uso continuo de un eje muy corto entre el impulsor y la turbina, las cubiertas de los extremos en la parte trasera de las cámaras se podían quitar fácilmente para inspección y modificaciones de los componentes de la cámara de combustión. [11]
Whittle había asumido el uso de flujo de vórtice en las palas de la turbina, sin embargo los ingenieros de BTH no lo habían incorporado y habían fabricado las palas con una torsión insuficiente. La posterior insistencia de Whittle en esto condujo posteriormente al deterioro de las relaciones con los ingenieros de BTH. [12]
El WU fue efectivamente destruido por una falla en el disco de la turbina el 22 de febrero de 1941. El trabajo continuó con los Power Jets W.1 . [13]
Datos de diseño [14]
Ninguno.
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