Los Power Jets WU (Whittle Unit) fueron una serie de tres motores a reacción experimentales muy diferentes producidos y probados por Frank Whittle y su pequeño equipo a fines 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 utilizó en el mundo. [3] Aunque era un motor experimental y no estaba destinado a volar, se diseñó para que fuera muy ligero 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 tobera de propulsión convergente unida a un tubo de chorro. El eje que conectaba la turbina al compresor se hizo lo más corto posible para evitar que se arremolinara. [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 a partir de un impulsor de diámetro más pequeño que el que se podía obtener de uno de una sola cara. [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 16,5 pulgadas (419 mm) de diámetro tuvo que desarrollar 3000 hp (2237 kW) para impulsar el compresor. Una desventaja de un impulsor de doble cara es el requisito, en una instalación de aeronave, de una entrada con un plenum 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 había visitado la Feria de Industrias Británicas . Cuando discutió los requisitos para su cámara de combustión con varios expositores, "prácticamente se rieron de él en cada stand" hasta que descubrió Laidlaw, Drew and Company, una empresa preparada para abordar el difícil problema de la combustión [6] a intensidades 20 veces superiores a las de las aplicaciones industriales con revestimiento refractario. [7] A fines de 1936, el gasto total en diseño y fabricación del motor ascendió a £2000. [8]
Las pruebas del primer modelo comenzaron el 12 de abril de 1937 en Rugby . Durante las pruebas, el ingeniero jefe de British Thomson-Houston (BTH) consideró que no era prudente superar las 12.000 rpm en la fábrica abierta por razones de seguridad, después de una prueba realizada el 23 de agosto hasta las 13.600 rpm [9] . La prueba número 31 y última tuvo lugar el 24 de agosto de 1937.
Para el segundo modelo se adoptó un diseño simétrico y significativamente diferente. Diez conductos espirales conectaban la salida del compresor a una única cámara de combustión grande de flujo inverso, cuya salida descargaba hacia delante a través de la turbina antes de girar hacia atrás para expulsar el aire a través de diez tubos de salida. Se esperaba que hubiera algún intercambio de calor entre los tubos de escape y los diez conductos que suministraban 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 de BTH en Lutterworth, en Leicestershire, el 16 de abril de 1938, y continuaron hasta que la turbina se dañó el 6 de mayo de 1938. Un tercer motor reconstruido estuvo listo para las pruebas el 26 de octubre de 1938. [10]
También se introdujeron cambios significativos en el tercer modelo. Tenía diez cámaras de combustión de flujo inverso, lo que le daba 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 por un factor de (1/sqrt10), [2] era que podían probarse más fácilmente en un banco de pruebas 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 durante el desarrollo de los tres modelos. Se mejoraron la eficiencia y la durabilidad del compresor y la turbina. 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 motor W1 que siguió al modelo anterior era muy similar al del tercer modelo del motor experimental. [2] El equipo demostró que el turborreactor tenía el potencial para competir con los grandes motores aeronáuticos alternativos que se producían en masa para el Programa de Rearme del Reino Unido.
El diseño inicial de la base de las palas de la turbina, de tipo Laval, con forma de "bulbo" redondeado , fue reemplazado posteriormente por un nuevo diseño triangular de "abeto" tras repetidos fallos por fatiga y tensión del tipo anterior. El diseño de "abeto" se utilizaría en todos los motores posteriores de Whittle.
Después de graves 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" resultó ser la solución a muchos de los problemas de combustión.
El tipo de cámara de combustión de flujo inverso, tal como se implementó en el tercer motor, fue necesario para permitir el uso continuo de los componentes más costosos, por ejemplo, el conjunto del rotor, que había sido diseñado para la cámara de combustión de flujo directo completamente diferente utilizada en el primer motor. La disposición de flujo inverso no tenía problemas de expansión térmica, permitía el uso continuo de un eje muy corto entre el impulsor y la turbina, las tapas 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, pero los ingenieros de BTH no lo habían incorporado y habían fabricado las palas con una torsión insuficiente. La insistencia posterior de Whittle en esto condujo posteriormente al deterioro de las relaciones con los ingenieros de BTH. [12]
El WU fue destruido efectivamente 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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