Istoria motorului cu reacție

În 1928, cadetul Frank Whittle de la RAF College Cranwell le-a prezentat oficial superiorilor săi ideile sale pentru un turboreactor. În octombrie 1929, el și-a dezvoltat ideile în continuare. La 16 ianuarie 1930, în Anglia, Whittle a depus primul său brevet (acordat în 1932). Brevetul arăta un compresor axial cu două trepte care alimenta un compresor centrifugal cu o singură față. Compresoarele axiale practice au fost posibile datorită ideilor lui A.A. Griffith într-o lucrare fundamentală din 1926 („An Aerodynamic Theory of Turbine Design”). Ulterior, Whittle se va concentra doar pe compresorul centrifugal mai simplu, din diverse motive practice. Whittle și-a pus în funcțiune primul motor în aprilie 1937. Acesta era alimentat cu lichid și includea o pompă de combustibil autonomă. Echipa lui Whittle a trăit o experiență aproape de panică atunci când motorul nu se oprea, accelerând chiar și după ce combustibilul era oprit. S-a dovedit că combustibilul se scursese în motor și se acumulase în bălți.

În 1935, Hans von Ohain a început să lucreze la un proiect similar în Germania, și se afirmă adesea că acesta nu era la curent cu munca lui Whittle. Ohain a spus că nu a citit brevetul lui Whittle, iar Whittle l-a crezut (Frank Whittle 1907-1996). Cu toate acestea, brevetul Whittle se afla în bibliotecile germane, iar fiul lui Whittle avea suspiciuni că Ohain îl citise sau auzise de el.

Ani mai târziu, von Ohain a recunoscut în biografia sa că așa a fost. Autoarea Margaret Conner afirmă: ″Avocatul de brevete al lui Ohain a dat întâmplător peste un brevet Whittle în anii în care brevetele lui von Ohain erau în curs de formulare″. Von Ohain însuși este citat spunând: „Am simțit că părea a fi un brevet al unei idei” „Am crezut că nu se lucra serios la el”. Având în vedere că brevetul lui Ohain a fost depus abia în 1935, această recunoaștere arată în mod clar că el a citit brevetul lui Whittle și chiar l-a criticat în detaliu înainte de a-și depune propriul brevet și cu aproximativ 2 ani înainte ca propriul său motor să funcționeze.

VON OHAIN: „Revendicările brevetului nostru au trebuit să fie restrânse în comparație cu cele ale lui Whittle, deoarece Whittle a arătat anumite lucruri.” „Când am văzut brevetul lui Whittle, am fost aproape convins că avea legătură cu combinațiile de aspirație a stratului limită. Avea un compresor radial cu două fluxuri, cu două fluxuri de intrare, care arăta monstruos din punctul de vedere al motorului. Inversarea fluxului său ni s-a părut a fi un lucru nedorit, dar s-a dovedit că nu era atât de rău după aceea, deși a dat unele probleme minore de instabilitate.″

Primul său dispozitiv a fost strict experimental și a putut funcționa doar cu energie externă, dar a reușit să demonstreze conceptul de bază. Ohain a fost apoi prezentat lui Ernst Heinkel, unul dintre cei mai mari industriași aeronautici ai vremii, care a văzut imediat promisiunea proiectului. Heinkel achiziționase recent compania de motoare Hirth, iar Ohain și maestrul său mecanic Max Hahn au fost stabiliți acolo ca o nouă divizie a companiei Hirth. Primul motor centrifugal HeS 1 a fost pus în funcțiune în septembrie 1937. Spre deosebire de proiectul lui Whittle, Ohain a folosit hidrogen ca și combustibil, furnizat sub presiune externă. Proiectele lor ulterioare au culminat cu HeS 3, alimentat cu benzină, de 1.100 lbf (5 kN), care a fost montat pe structura simplă și compactă a avionului He 178 de la Heinkel și a fost pilotat de Erich Warsitz în dimineața zilei de 27 august 1939, de pe aerodromul Rostock-Marienehe, un timp impresionant de scurt pentru dezvoltare. He 178 a fost primul avion cu turboreactor din lume care a zburat.

Primul turbopropulsor din lume a fost Jendrassik Cs-1, proiectat de inginerul mecanic maghiar György Jendrassik. A fost produs și testat în fabrica Ganz din Budapesta între 1938 și 1942. A fost planificat pentru a fi montat pe bombardierul de recunoaștere bimotoare Varga RMI-1 X/H proiectat de László Varga în 1940, dar programul a fost anulat. Jendrassik proiectase, de asemenea, un turbopropulsor de 75 kW la scară mică în 1937.

Motorul lui Whittle începea să pară util, iar compania sa Power Jets Ltd. a început să primească bani de la Ministerul Aerului. În 1941, o versiune zburabilă a motorului, numită W.1., a fost lansată, capabilă de 4 kN (1000 lbf) de împingere, a fost montată pe aeronava Gloster E28/39 construită special pentru el și a zburat pentru prima dată la 15 mai 1941 la RAF Cranwell.

Proiectantul britanic de motoare de avion, Frank Halford, care a lucrat pornind de la ideile lui Whittle, a dezvoltat o versiune „straight through” a jetului centrifugal; proiectul său a devenit de Havilland Goblin.

O problemă cu aceste două proiecte timpurii, care se numesc motoare cu flux centrifugal, era că compresorul funcționa prin accelerarea aerului spre exterior de la admisia centrală la periferia exterioară a motorului, unde aerul era apoi comprimat de o configurație de conducte divergente, transformându-i viteza în presiune. Un avantaj al acestei concepții era faptul că era deja bine cunoscută, fiind implementată în compresoarele centrifugale, utilizate apoi pe scară largă la motoarele cu piston. Cu toate acestea, având în vedere limitările tehnologice timpurii privind viteza de rotație a motorului, compresorul trebuia să aibă un diametru foarte mare pentru a produce puterea necesară. Acest lucru însemna că motoarele aveau o suprafață frontală mare, ceea ce le făcea mai puțin utile ca motoare de avion din cauza rezistenței la înaintare. Un alt dezavantaj al primelor modele Whittle era că fluxul de aer era inversat prin secțiunea de combustie și din nou către turbină și țeava de eșapament, ceea ce adăuga complexitate și scădea eficiența. Cu toate acestea, aceste tipuri de motoare prezentau avantajele majore ale greutății reduse, simplității și fiabilității, iar dezvoltarea a progresat rapid până la modele practice, apte de zbor.

Austriacul Anselm Franz de la divizia de motoare Junkers (Junkers Motoren sau Jumo) a abordat aceste probleme prin introducerea compresorului cu flux axial. În esență, acesta este o turbină în sens invers. Aerul care intră în partea din față a motorului este suflat spre partea din spate a motorului de către un etaj de ventilator (conducte convergente), unde este zdrobit de un set de palete care nu se rotesc numite statoare (conducte divergente). Procesul nu este nici pe departe la fel de puternic ca și compresorul centrifugal, așa că un număr de aceste perechi de ventilatoare și statoare sunt plasate în serie pentru a obține compresia necesară. Chiar și cu toată complexitatea adăugată, motorul rezultat are un diametru mult mai mic și, prin urmare, este mai aerodinamic. Jumo a primit următorul număr de motor din secvența de numerotare RLM, 4, iar rezultatul a fost motorul Jumo 004. După ce au fost rezolvate multe dificultăți tehnice minore, producția în masă a acestui motor a început în 1944 ca motorizare pentru primul avion de vânătoare cu reacție din lume, Messerschmitt Me 262 (și, mai târziu, pentru primul avion de bombardament cu reacție din lume, Arado Ar 234). O serie de motive au conspirat pentru a întârzia disponibilitatea motorului, această întârziere a făcut ca avionul de vânătoare să ajungă prea târziu pentru a avea un impact decisiv asupra poziției Germaniei în cel de-al Doilea Război Mondial. Cu toate acestea, el va fi amintit ca fiind prima utilizare a motoarelor cu reacție în serviciu.

Firma de motoare de aviație Heinkel-Hirth a încercat, de asemenea, să creeze un motor turboreactor mai puternic, Heinkel HeS 011 de aproape 3.000 de livre de împingere la putere maximă, foarte târziu în timpul războiului, pentru a îmbunătăți opțiunile de propulsie disponibile pentru noile proiecte de avioane militare germane cu reacție și pentru a îmbunătăți performanțele proiectelor existente. Acesta a folosit o secțiune de compresor „diagonală” unică, care a combinat caracteristicile atât ale configurației compresoarelor centrifugale, cât și ale celor cu flux axial pentru propulsoarele turboreactoare, dar a rămas pe bancul de încercare, fiind produse doar aproximativ nouăsprezece exemplare.

În Marea Britanie, primul lor motor cu flux axial, Metrovick F.2, a funcționat în 1941 și a zburat pentru prima dată în 1943. Deși mai puternic decât modelele centrifugale de la acea vreme, ministerul a considerat complexitatea și lipsa de fiabilitate a acestuia un dezavantaj în timp de război. Activitatea de la Metrovick a dus la motorul Armstrong Siddeley Sapphire, care avea să fie construit în SUA sub numele de J65.

.