ويستنجهاوس J40

كان محرك وستنجهاوس J40 محركًا نفاثًا توربينيًا عالي الأداء مزودًا بحارق لاحق، صممته شركة وستنجهاوس للطيران، قسم التوربينات الغازية، بدءًا من عام 1946 بناءً على طلب من مكتب الطيران التابع للبحرية الأمريكية . كان المكتب يعتزم استخدام هذا التصميم في عدة طائرات مقاتلة وقاذفة قنابل. ومع ذلك، ورغم نجاح تصميم أولي منخفض الطاقة، باءت محاولات رفع طاقته إلى أقصى حد بالفشل، وتم التخلي عن التصميم في نهاية المطاف، ووُصف بأنه "فشل ذريع".

كان التصميم الأصلي يتطلب محركًا بقوة دفع 7500 رطل (33 كيلو نيوتن) عند مستوى سطح البحر في الظروف الساكنة بدون استخدام الحارق اللاحق، و10900 رطل مع استخدامه. وكان من المقرر استبدال المحركات السابقة في مختلف هياكل الطائرات بنموذج أكثر قوة بقوة دفع 9500/13700 رطل. إجمالًا، تم التخطيط لثلاثة عشر نموذجًا مختلفًا. ونظرًا للحاجة المتوقعة لمحركات ذات قدرة أعلى، أبرمت إدارة الطيران الفيدرالية (BuAer) عقد إنتاج ثانٍ مع شركة فورد موتور، قسم لينكولن ميركوري، لتوريد محركي J40-WE-10 وJ40-WE-12.    

أثبتت النسخ ذات القدرة الأعلى وجود خلل في تصميم الضاغط وافتقارها لنظام تحكم مناسب. ونتيجةً لذلك، لم يتبقَّ لدى البحرية سوى المحركات الأقدم ذات القدرة الأقل. استُخدمت هذه المحركات لاحقًا في اختبارات الطيران الأولية، لكنها أثبتت عدم جدواها إلى حد كبير. ومن أبرز الأمثلة على ذلك استخدامها في طائرة ماكدونيل إف 3 إتش-1 إن ديمون ، التي تبيّن أنها ضعيفة القدرة بشكل خطير مع المحركات الأصغر. سُرعان ما تم إيقاف هذا التصميم عن الطيران بعد حوادث متكررة ناجمة عن تحليق هيكل الطائرة الذي أصبح ثقيلًا جدًا، بالإضافة إلى عدد من أعطال المحركات التي أدت إلى فقدان الطائرة. فشل تحقيق حكومي في مشكلة برنامج إف 3 إتش-1 إن في تحديد ما إذا كان فقدان الطيارين ناتجًا فقط عن مشاكل المحرك. تم تفكيك هياكل الطائرات الموقوفة أو استخدامها للتدريب الأرضي. استخدمت طائرة إف 3 إتش-2 إن محرك أليسون جيه 71 .

أُنهي برنامج J40 في عام 1955، وبحلول ذلك الوقت كانت جميع الطائرات التي كان من المقرر أن يُزودها بالطاقة إما قد أُوقفت عن الطيران، أو أُلغيت، أو أُعيد تصميمها لاستخدام محركات بديلة. وكان فشل J40 من بين أكثر الإخفاقات التي أثرت على البرامج العسكرية. ويعود فشل البرنامج في المقام الأول إلى نقص استثمار شركة وستنجهاوس في موارد البحث والتجريب، مما جعلها عاجزة عن حل المشكلات المتعلقة بمختلف طرازات المحركات. في عام 1953، تعاونت وستنجهاوس مع رولز رويس لتقديم محركات مبنية على محرك أفون ، الذي كان يتمتع بأداء مماثل ولكنه تطور إلى تصميم ممتاز ذي قدرة إنتاجية أعلى. خرجت وستنجهاوس من سوق محركات الطائرات بحلول عام 1965 عندما فشل محركها XJ54 ، وهو نسخة مصغرة من محرك أفون 300 ذي قوة الدفع 12000 رطل (53 كيلو نيوتن) بقوة دفع 6200 رطل (28 كيلو نيوتن ) ، في إيجاد سوق في الولايات المتحدة. ^{[ 1 ]}    

كما سيحل طراز J57 محل طراز Westinghouse J40 الكارثي بالنسبة للبحرية الأمريكية، والذي لم يظهر بشكل كامل في صورة مقبولة.

أنشأت شركة وستنجهاوس إلكتريك قسم توربينات الغاز للطيران (AGT) عام ١٩٤٥. إلى جانب شركة جنرال إلكتريك ، امتلكت وستنجهاوس خبرة واسعة في تصميم التوربينات، مما منحها ريادةً على مصنعي محركات الطائرات الراسخين، الذين لم تكن لديهم خبرة تُذكر في مفاهيم التصميم الجديدة كليًا. في حين أن معظم المحركات المبكرة في الولايات المتحدة كانت نسخًا مُعاد تصميمها من المحركات النفاثة البريطانية، كان محرك J30 أول محرك نفاث توربيني أمريكي التصميم بالكامل يعمل، وقد استُخدم في طائرة ماكدونيل إف إتش فانتوم . كان محرك J34 المُكبّر قديمًا عند طرحه، ولكنه حقق نجاحًا معقولًا. كانت هناك حاجة إلى تصميم جديد يواكب التطور السريع في الصناعة.

مثّل محرك J40 فرصةً ذهبيةً لشركة وستنجهاوس لتصبح لاعباً بارزاً في سوق محركات الطائرات النفاثة. وقد أبدت البحرية الأمريكية ثقةً كبيرةً بالشركة حين راهنت على نجاح أو فشل جيل جديد من الطائرات النفاثة لصالح وستنجهاوس، متفوقةً بذلك على ثلاث شركات أخرى في مجال تصنيع المحركات. في يونيو 1947، تعاقد مكتب الطيران التابع للبحرية على تطويره. وقد تم تشغيل النموذج الأولي للمحرك لأول مرة في نوفمبر 1948. ووفقاً لمقال نُشر في عدد أبريل 1949 من النشرة السرية للطيران البحري بقلم الملازم أول نيل د. هاركلرود من قسم محطات توليد الطاقة التابع لمكتب الطيران، "يعمل المحرك بنجاح حتى الآن". وحتى وقت كتابة هذا المقال، كان من المقرر إتمام اختبار إثبات كفاءة الطيران لمدة 50 ساعة بحلول يونيو 1949، واختبار التأهيل لمدة 150 ساعة بحلول ديسمبر 1949.

صُمم محرك J40 لتوفير ضعف قوة دفع المحركات المستخدمة حاليًا، مما يسمح لمحرك J40-WE-8 المزود بحارق لاحق بتشغيل العديد من المقاتلات البحرية الجديدة المُخصصة لحاملات الطائرات بمحرك واحد. وشملت هذه المقاتلة متعددة الأغراض Grumman XF10F Jaguar ذات الجناح المتغير الانحناء، ومقاتلتي McDonnell F3H Demon و Douglas F4D Skyray الاعتراضيتين. وكان من المتوقع أن تصل قوة الدفع إلى أكثر من 15000 رطل (67 كيلو نيوتن) عند استخدام الحارق اللاحق. أما النسخة غير المزودة بحارق لاحق، J40-WE-6، فكانت مُخصصة لتشغيل قاذفة القنابل Douglas A3D Skywarrior ذات المحركين والمُخصصة لحاملات الطائرات.  

كان قطر صاروخ J40-8 يزيد قليلاً عن 1000 ملم (40 بوصة)، بينما بلغ طوله 7.6 متر (25 قدمًا ) مع الملحقات، بما في ذلك الحارق اللاحق. وبلغ وزنه حوالي 1600 كيلوغرام (3500 رطل) ، بينما كان صاروخ J40-6 أقصر منه بحوالي 2.1 متر (7 أقدام) وأخف وزنًا بحوالي 270 كيلوغرام (600 رطل) ، لعدم احتوائه على حارق لاحق.     

في عام 1949، اقتُرح محرك J40-WE-12 ذو قدرة أعلى، يعمل بدون حارق لاحق، بقوة دفع تبلغ 9500 رطل (42 كيلو نيوتن) ، مع استهلاك وقود أفضل، للطائرة A3D، بينما اقتُرح محرك J40-WE-10 ذو حارق لاحق بقوة دفع تبلغ 13700 رطل (61 كيلو نيوتن) لمشاريع الطائرات المقاتلة. وقد قُبل كلا المحركين، وأصبحا المحركين اللذين صُممت هياكل الطائرات لاستخدامهما. أما نماذج التطوير الأولية ذات القدرة المنخفضة، فقد خُصصت للاستخدام في الاختبارات الأرضية والرحلات التجريبية الأولية فقط، إلى حين توفر المحركات عالية القدرة.    

استغرق تطوير المحرك الكبير وقتاً طويلاً. ولم يُستكمل اختبار التأهيل البالغ 150 ساعة، والذي كان من المقرر إجراؤه في ديسمبر 1949، إلا في يناير 1951، أي بعد عام من الموعد المحدد. وكان نظام الاحتراق اللاحق يمثل مشكلة خاصة  ، إذ لم يجتز محرك J40-WE-8 المزود بنظام احتراق لاحق اختبار التأهيل البالغ 150 ساعة إلا في أغسطس 1952. ونتيجة لذلك، اضطرت الشركة إلى استخدام محركات J40-WE-6 غير المزودة بنظام احتراق لاحق في الاختبارات الأولية، مما تسبب في تأخير برامج اختبار الطيران.

في البداية، اعتُبرت حتى النسخ ذات القدرة المنخفضة من المحرك غير قابلة للاستخدام بسبب مشاكل الموثوقية. أثبت محرك A3D نجاحه مع محركات بديلة، لكن طائرة F3H-1 اقتصر أداؤها على سرعات دون سرعة الصوت باستخدام المحرك ذي القدرة المنخفضة، واستمرت كذلك حتى بعد استبداله بمحرك أليسون J71 ذي القدرة الأعلى. وقد ذُكر أنه على الرغم من اعتبارها فاشلة، كان بإمكان طائرة F3H-1 منافسة مقاتلات سلسلة Century التابعة لسلاح الجو الأمريكي الأسرع من الصوت في بداياتها لو تم تزويدها بالمحركات الأصلية وفقًا لمواصفات التصميم. ^{[ 2 ]} كانت طائرة F3H-1N Demon النفاثة أحادية المحرك خيبة أمل كبيرة في البداية، نظرًا لعدم موثوقية محرك J40 وصعوبة قيادة هيكل الطائرة الأثقل بكثير باستخدام محركات J40-WE-22A ذات القدرة المنخفضة. كان تصميم هيكل الطائرة يفترض أن محرك J40-WE-10 ذو القدرة الأعلى سيكون هو المحرك. تم إيقاف أولى طائرات Demon المنتجة لإعادة تصميمها لاستيعاب محرك J71 بعد فقدان ست طائرات وأربعة طيارين. ^{[ 3 ]}

اتُخذ قرار نقل طائرة ديمون إلى طراز J71 قبل وقت طويل من ظهور الدفعة الإنتاجية الأولى، ونظرًا لطول فترة تطوير مُعزز احتراق مناسب لطائرة J71، قرر مكتب الطيران (BuAer) قبول الطائرات الأولى المزودة بمحركات Westinghouse J40-WE-22A و-22. خضع هذا القرار لمراجعة الكونغرس عام 1955، وواجه انتقادات حادة منه. وصفت مجلة تايم قرار البحرية بإيقاف جميع طائرات F3H-1 ديمون المزودة بمحركات Westinghouse عن الطيران بأنه "فشل ذريع"، حيث بلغ عدد الطائرات غير الصالحة للطيران 21 طائرة، ولا يمكن استخدامها إلا للتدريب الأرضي للبحرية، مما أدى إلى خسارة قدرها 200 مليون دولار. ^{[ 4 ]} ومن أبرز إنجازات محرك J40 تسجيله رقمًا قياسيًا غير رسمي في زمن الصعود عام 1955، حيث بلغ 10000 قدم (3000 متر) في 71 ثانية. ^{[ 3 ]} 

لم يكن من السهل تركيب محرك بديل في طائرات ديمون المتوقفة عن الطيران، إذ تطلّب الأمر إعادة تصميم هيكل الطائرة وتوسيعه. وعندما أُجريت هذه الإعادة لاستيعاب محرك J71، وُسّع جناح الطائرة أيضًا لموازنة الوزن المتزايد للطائرة القادرة على العمل في جميع الأحوال الجوية؛ في الواقع، كانت طائرة ديمون التي خرجت من مرحلة التطوير مقاتلة صاروخية قادرة على العمل في جميع الأحوال الجوية، أثقل من طائرة XF3H-1 بأكثر من 3600 كيلوغرام ، وحتى محرك J71 عالي القدرة لم يستطع استعادة أدائها. أما طائرة F4D سكاي راي، المصممة لاستيعاب محركات مختلفة بسهولة أكبر، فقد دخلت حيز الإنتاج مزودة بمحرك برات آند ويتني J57 .  

ظهرت طائرة A3D بمحركات J57 بدون استخدام الحارق اللاحق أيضًا. أُلغي برنامج F10F-1 بشكل أساسي بسبب مشاكل ديناميكية هوائية مستعصية تتعلق بالجناح ذي الانحناء المتغير وأنظمة التحكم. أما مشاكل محرك J40 فكانت ذات أهمية ثانوية خلال تجارب الطيران النموذجية.

XJ40-WE-2، XJ40-WE-4

محركات تطوير داخلية.

J40-WE-1

نسخة القوات الجوية من محرك J40-WE-8، الذي يُشغل طائرات نورث أمريكان X-10 بدون طيار. (يوجد محركان في هيكل طائرة X-10 المعروضة في متحف القوات الجوية الأمريكية في دايتون، أوهايو).

XJ40-WE-3

التسمية الأولية لسلاح الجو للنسخة الأولى المقترحة من طائرة XJ40-WE-12:

XJ40-WE-5

تسمية القوات الجوية للنسخ المخفّضة القدرة من طراز XJ40-WE-12 (Block II/Block III): قوة دفع تتراوح بين 9500 و9900 رطل (42-44 كيلو نيوتن)  

J40-WE-6

اختبار طيران لمحركات ما قبل الإنتاج، التي تُشغل نموذجين أوليين من طراز دوغلاس XA3D-1 سكاي واريور ، ونموذج دوغلاس XF4D-1 سكاي راي الأولي ، ونماذج ماكدونيل F3H ديمون الأولية، ونماذج غرومان XF10F جاغوار الأولية: قوة دفع 7500 رطل (33 كيلو نيوتن).  

J40-WE-8

استُبدلت محركات ما قبل الإنتاج المزودة بحارق لاحق بمحركات -6 في طائرات سكاي راي، وديمون، وجاكوار. (يوجد محرك واحد في متحف سميثسونيان للطيران والفضاء): قوة دفع 10900 رطل (48 كيلو نيوتن).  

XJ40-WE-10

نسخة تجريبية مزودة بحارق لاحق من طراز XJ40-WE-12. على حد علمنا، لم يتم بناء أي منها فعليًا على الرغم من بناء الحارق اللاحق من نوع القزحية: قوة دفع 13700 رطل (61 كيلو نيوتن).  

XJ40-WE-12

محرك تجريبي ذو قدرة أعلى. تم تدمير أربعة محركات بسبب أعطال في الضاغط على منصة الاختبار: قوة دفع 9500 رطل (42 كيلو نيوتن).  

XJ40-WE-14

تصميم ذو بكرتين، تم التعاقد عليه ولكن لم يتم تطويره: قوة دفع 12000 رطل (53 كيلو نيوتن)  

XJ40-WE-16

نسخة مزودة بحارق لاحق من محرك J40-WE-14، تم التعاقد عليها ولكن لم يتم تطويرها: قوة دفع 17400 رطل (77 كيلو نيوتن)  

XJ40-WE-18

نسخة معدلة من محرك J40-WE-10 مزودة بحارق لاحق لبرنامج كونفير سكيت، تم اقتراحها ولكن لم يتم قبولها. تم تعديل الاقتراح لاحقًا لطائرة مارتن مينلاير ولكن لم يتم قبوله أيضًا: قوة دفع تبلغ 11400 رطل (51 كيلو نيوتن) مع إزالة معظم قدرات الارتفاع.  

XJ40-WE-20

طائرة J40-WE-10 معدلة مزودة بحارق لاحق للعمل حتى ارتفاع 50000 قدم، لم يتم بناء أي منها.

J40-WE-22/-22A

النسخة الإنتاجية من طائرة J40-WE-8، حيث يستخدم النموذجان نظامي تحكم مختلفين. (يوجد نموذج واحد من طراز -22A معروضًا كنموذج مقطعي في المتحف الوطني للطيران البحري): قوة دفع تبلغ 10900 رطل (48 كيلو نيوتن).  

XJ40-WE-24

الإنتاج المبكر المقترح لمحرك J40-WE-10 مع تخفيض القدرة: قوة دفع تتراوح بين 12,050 و13,100 رطل (53.6-58.3 كيلو نيوتن)  

XJ40-WE-26

الإنتاج المبكر المقترح لمحرك J40-WE-12 مع تخفيض القدرة: قوة دفع تتراوح بين 9500 و9900 رطل (42-44 كيلو نيوتن)  

• كورتيس VF-11
• دوغلاس إكس إيه 3 دي-1 سكاي واريور
• دوغلاس XF4D-1 سكاي راي
• غرومان إكس إف 10 إف-1 جاكوار
• ماكدونيل إف 3 إتش ديمون
• نورث أمريكان إكس-10
• فوغت V-362

بيانات من الرحلة. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

الخصائص العامة

• النوع: محرك نفاث توربيني مزود بحارق لاحق
• الطول: 300  بوصة (7.6  متر)
• القطر: 40  بوصة (1  متر)
• الوزن الجاف: 3500  رطل (1600  كجم)

عناصر

• الضاغط: أحادي البكرة، محوري ذو 11 مرحلة (تذكر معظم المصادر خطأً أن ضاغط المحرك كان يحتوي على 10 مراحل)، نسبة الفعل/رد الفعل 50/50
• غرف الاحتراق : حلقية
• التوربين : مرحلتان
• نوع الوقود: JP-3 و JP-4 و 100/130 وقود الطائرات
• نظام الزيت: حوض جاف، 4.5 جالون أمريكي (17  لترًا؛ 3.7 جالون  إمبراطوري  )، مبادل حراري للزيت/الوقود، حد طيران مقلوب لمدة 30 ثانية

أداء

• أقصى قوة دفع : 7300  رطل (32  كيلو نيوتن) جاف، 10900  رطل (48  كيلو نيوتن) رطب (مع الاحتراق اللاحق).
• نسبة الضغط الإجمالية : 5.2:1
• معدل استهلاك الوقود المحدد : 0.94 رطل/(رطل قوة⋅ساعة) (27  جم/(كيلو نيوتن⋅ثانية)) جاف، 2.2 رطل/(رطل قوة⋅ساعة) (62  جم/(كيلو نيوتن⋅ثانية)) رطب (احتراق لاحق)
• نسبة الدفع إلى الوزن : 2.14 جاف، 3 رطب (مع الاحتراق اللاحق)

قوائم ذات صلة

• قائمة محركات الطائرات

• دور، روبرت (23 يناير 2006). "أعطال في المحرك 'تنهي' مسيرة ديمون في البحرية" . صحيفة آرمي تايمز . تاريخ الاسترجاع: 29 مايو 2008 .
• غرين، ويليام (1967). الدليل العالمي للطائرات المقاتلة . دابلداي.
• كاي، أنتوني ل. (2007). تاريخ وتطوير المحركات النفاثة 1930-1960، المجلد 2: الاتحاد السوفيتي، الولايات المتحدة الأمريكية، اليابان، فرنسا، كندا، السويد، سويسرا، إيطاليا، والمجر (الطبعة الأولى  ). رامسبري: دار كروود للنشر. ISBN 978-1861269393.
• "B-66 Destroyer / A3D Skywarrior" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12-10-2006 .
• كريستيانسن، بول ج. (2015). عائلة محركات ويستنجهاوس J40 النفاثة المحورية، تاريخ التطوير والملامح الفنية (  الطبعة الأولى). أولني، ماريلاند: دار بليغ للنشر. ISBN 978-0692358528.