Kezdőlap A katonai repülés múltja Tolattyúszelepes motorgyártás Nagy-Britanniában II. rész

Tolattyúszelepes motorgyártás Nagy-Britanniában II. rész

Kategória

A Napier Sabre motor

A 30’-as években elért fejlesztések azt mutatták, hogy a jövő motorjainak a fajlagos teljesítménye 61 LE/litert is elérik, és rövidesen túl is szárnyalják. Az Egyesült Államokban ez a tervezési cél, mint „hyper engine” került a köztudatba azzal a megjegyzéssel, hogy nem lesz könnyű elérni. A kor egy tipikus méretű motorja a Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp30 literes hengerűrtartalommal 1200 LE-t állított elő, így ez az eredmény még messze elmaradt az elérni kívánt céltól. A tervezett eredmény eléréséhez jelentős változtatások voltak szükségesek a motorfejlesztésben, ezért a motorgyártók pénzt és energiát nem kímélve rengeteg újítást vezettek be a gyártás terén.

Míg Ricardo állást változtatott és teljes odaadással kezdett dolgozni a Bristol Engines-nél az új tolattyúszelepes motoron, addig Frank Halford őrnagy a Napier & Son Ltd.-nél fogott új fejlesztésbe a Dagger motor bázisán. A H-elrendezésű motor jobb kiegyensúlyozottsága valamint a tolattyúszelepes vezérlés által biztosított nagyobb fordulatszám, nagyobb liter teljesítményt tett lehetővé viszonylag kis hengerűrtartalom mellett.

Frank Halford örnagy

Az új fejlesztésű motor, a Sabre 24 szelepes H-elrendezésű motor volt, ami valójában két egymás fölé épített 12 hengeresből állt, ahol hat-hat henger vízszintesen helyezkedett el egymással szemben. A két főtengely a teljesítményt fogaskerekeken keresztül továbbította a légcsavartengelyhez. A motor jellegzetessége a rövidebb hajtókar volt, valamint a speciális motorvezérlési eljárás, ami magasabb fordulatszámot tett lehetővé. A hengerekben a gázcsere nem a hagyományos tányérszelepeken keresztül történt, hanem a hengerek falán kiképzett ablakokon. A hengeren belül helyezkedett el a tolattyúszelep, ami szintén rendelkezett ablakokkal a szívási és kipufogási ütem számára. A dugattyú a tolattyúszelepen belül mozgott. A tolattyúszelep egy excentrikus csappal csigakerék-csigaorsó kapcsolaton keresztül csatlakozott a vezérműtengelyhez. Az excentrikus csap mozgatta a tolattyúszelepet, ami egyenes vonalú mozgást és szögelfordulást végzett, vezérelve a gázok mozgását. A vezérlés előnye pontosan abban állt, hogy rövid idő alatt nagymennyiségű gáz cseréjét biztosította, hátránya viszont a bonyolult vezérlő mechanizmus és a vele együtt járó nagyobb súly volt.

Az első Sabre Mk.I-es motor 1938 januárjában készen állt az első fékpadi mérésre, melyet 1350 LE-s szerény teljesítménnyel zárt, majd a finomítások hatására az 1940 júniusi teljesítménymérés alkalmával a motor már 2200 LE-t teljesített. Mire a Sabre elérte a szériagyártás szintjét, teljesítményét 2400 LE-re növelték, ami így a háborús idők legjobb liter-teljesítményt nyújtó motorjának számított.

A motorral akkor kezdődtek problémák, amikor a szériagyártás elindult. A korábbi mintamotorok alkatrészeit a Napier szerelői nagy figyelemmel egyenként gyártották, és hozzáértéssel szerelték össze. A szériagyártás azonban teljesen más körülmények között folyt, gyakran hibás tolattyú-szelepek kerültek a szerelőszalagra, ami korlátozta a napi teljesítményt a szalagon. Ugyanekkor a Bristol már előrehaladott állapotban volt, hogy szállítsa az első tolattyúszelepes motorját, a megbízhatósági teszten átment Taurust. A Napier technológiai segélykérését a Bristol elutasította, de a Légügyi Minisztérium intenzív nyomására végül is megenyhült és a Bristol forgácsoló gépeivel gyártott tolattyúszelepek kezdtek megbízhatóan működni a Sabre motorban. Mivel a Bristol Taurus motor tolattyú szelepéinek mérete közel azonos volt a Sabre tolattyú szelepéivel, így azokat adaptálták a Sabre motorhoz, és az alkatrészellátás stabilizálódott. A Taurus tolattyú szelepéinek élettartama 120 óra volt, szemben a Sabrehez gyártottak 20 órás élettartamával, tehát a változás minőségi ugrást jelentett a Sabre élettartamában.

1942-ben az English Electric Company megvásárolta a Napier vállalatot. Az új vezetőség minden további fejlesztést leállított és szigorúan a motorgyártás minőségére koncentrált. Ezt követően a motorok megbízhatósága jó irányba fordult. A probléma végleges megoldását végül az Egyesült Államokból beszerzett forgácsoló gépek oldották meg.

További elemzéseket végeztek a hengerek élettartamának növelése érdekében melynek során 18 különböző alapanyagot és gyártási technológiát próbáltak ki, míg megtalálták a végleges gyártási eljárást. A tolattyúszelepet a gyártás során nitridálták és leppelték, és ezután építették be a hengerbe.

A Sabre motor alkatrészeinek ellenőrzése és szerelése a Napier gyárban

A Sabre Mk.I-es motor fejlesztése során számos további fejlesztés megvalósítására nyílt lehetőség, így az első típust gyorsan követte a Sabre Mk.II, majd a MK.IIB, amit a Hawker Tempest Mk.V-ös repülőgépbe építettek be. A Mk.III-as típust speciálisan a Blackburn Firebrand repülőgép számára fejlesztették, de végül csak 25 darab épült, mert idő közben már a jóval fejlettebb Mk.V-ös változat építésére összpontosították a gyártási kapacitást. A  Sabre Mk.V-ös fejlesztése során számos alkatrész alapanyagát kellett módosítani, hogy a tartós teszteken törés nélkül viseljék el a rájuk ható erőket és gyorsulásokat. Mindezekre azért volt szükség, mert a nagyobb teljesítmény elérése érdekében a motor magasabb feltöltési nyomással dolgozott. Áttervezték csaknem az egész feltöltőt, a kétoldalú járókerék helyett egyoldalút alkalmaztak, de megnövelt kapacitással, majd módosították a feltöltési nyomást érzékelő aneroid szelencét ami közvetlenül szabályozta a feltöltési nyomás és a fordulatszám függvényében a motor előgyújtási idejét. A Mk.VA típust érintő legjelentősebb módosítás volt, hogy a karburátort lecserélték egy új fejlesztésű Hobson-típusú üzemanyag befecskendező rendszerre, ami összehangolta az üzemanyag befecskendezést a feltöltési nyomással és szabályozta az üzemanyag-levegő keverék hőmérsékletét is.

A Sabre Mk.VA akadály nélkül vette a típustesztet és a Tempest VI-os repülőgépbe építve állt szolgálatba. A motor 2600 LE-t teljesített 3850 1/n fordulatszám mellett. A motornak a sárkányszerkezetbe történő beépítése során külön figyelmet szenteltek a hűtőradiátor elhelyezésére szem előtt tartva a motor nagy teljesítményével együtt járó hőterhelést és a radiátor által generált légellenállás növekedést. Végül német példát követve a motor előtt elhelyezett gyűrű alakú radiátort alkalmaztak, és a BMW gyár megoldásához hasonlóan, a légcsavartengelyről meghajtott ventilátor segítette a hűtőlevegő intenzív áramlását.

A Sabre Mk.VII-es változat a háború késői szakaszában került a csapatokhoz, addig azonban számos gyermekbetegségét kellett orvosolni. Ennek során a feltöltő járókerekének méretét tovább növelték és ezzel együtt víz-metanol befecskendezőt szereltek a feltöltő szívócsonkba, ami lehetővé tette a töltőnyomás további növelését anélkül, hogy számolni kellett volna a kopogásos égés káros hatásaival. A 60/40 %-os víz-metanol keverék hűtötte a hengerekbe préselt levegő-benzin keveréket, növelve sűrűségét, ugyanakkor a metanol megakadályozta, hogy a víz megfagyjon nagyobb magasságokban történő repülés során. A keverési arány függött a feltöltő fordulatszámától, MS fokozatban a metanol 35%, míg FS fokozatban 70%-ot tett ki a keverékben. A metanol részarányának növelésével egy időben egy automatikus rendszer csökkentette a befecskendezett üzemanyag mennyiségét, megakadályozandó a túl gazdag keverési arány kialakulását a hengerben. Ugyanakkor egy elektromos rendszer figyelte a motor működését és a víz-metanol keverék befecskendezésével egy időben változtatta az előgyújtás értékét. A szabályozó rendszer kizárta annak lehetőségét, hogy felszálló, vagy harci üzemmódra lehessen állítani a motort, ha nem volt lehetséges a víz-metanol keverék befecskendezése, értsd: kiürült a tartály és viszont, megakadályozta a keverék befecskendezését a feltöltőbe, ha a motor üzemmódja azt nem igényelte. A fejlesztési folyamat végére a motor elérte a 3055 LE teljesítményt, ez pedig megfelel a 83 LE/liter fajlagos teljesítménynek, amit a háború időszakában egyetlen motor sem tudott túlszárnyalni.

A háború késői időszakában néhány motor elérte ezt a teljesítményszintet, mint a Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major, aminek 3050 LE volt a maximális teljesítménye, de 71 literes hengerűrtartalom mellett, vagyis kétszer akkora motorral.

A Sabre motor a laboratóriumban

Friss írások

Legion infravörös felderítő és követő optikai rendszer saját adatkapcsolattal

Az amerikai légierő és a Lockheed Martin a közelmúltbeli alaszkai Northern Edge hadgyakorlat alkalmával kipróbálta az infravörös kereső és követő (IRST) és...

Ismerje meg Dél-Korea új KF-21 Boramae/Hawk saját fejlesztésű vadászgépét

Dél-Korea elkészítette saját következő generációs vadászgépének prototípusát, amelyet korábban KF-X-nek neveztek, majd hivatalosan KF-21 Boramae néven vált ismertté, ami koreai nyelven sólymot...

Az F-15EX új, nagy méretű és hatótávolságú levegő-levegő rakétát tesztelt

Az Egyesült Államok légiereje célzott arra, hogy egy új, nagyon nagy hatótávolságú levegő-levegő rakéta fejlesztésén dolgozik, amelynek hordozójaként az F-15EX Eagle II-t...

A modernizált erőteljes orosz Mi-28NM helikopter

A Mi-28-as, a vaskosabb hidegháborús Mi-24 Hind utódja és az amarikai Apache orosz megfelelője, az 1980-as évek elején készült, de most huszonegyedik...

Hogy biztosítja az amerikai légierő a harci gépeinek egymás közti kommunikációját?

A jövőbeni harctevékenységre az erős hálózatközpontú berendezkedés lesz jellemző. Az azonos oldalon harcoló vízfelszíni, szárazföldi és légi tevékenységet folytató egységek információt adnak...