Junkers Jumo 004 был первым в мире серийным турбореактивным двигателем, находившимся в эксплуатации, и первым успешным турбореактивным двигателем с осевым компрессором . Около 8000 единиц были произведены компанией Junkers в Германии в конце Второй мировой войны , они использовались на истребителе Messerschmitt Me 262 и разведывательно-бомбардировщике Arado Ar 234 , а также на прототипах, включая Horten Ho 229 . Варианты и копии двигателя производились в Восточной Европе и СССР в течение нескольких лет после окончания Великой Отечественной войны.
Возможность реактивного движения была продемонстрирована в Германии в начале 1937 года Гансом фон Охайном, работавшим с компанией Heinkel . Большая часть рейхсского министерства авиации ( RLM ) осталась равнодушной, но Гельмут Шелп и Ханс Маух увидели потенциал этой концепции и призвали немецких производителей авиационных двигателей начать свои собственные программы разработки реактивных двигателей. Компании по-прежнему были настроены скептически, и новых разработок было мало.
В 1939 году Шелп и Маух посетили компании, чтобы проверить ход работ. Отто Мадер, глава подразделения Junkers Motorenwerke (Jumo) крупной авиационной фирмы Junkers , заявил, что даже если концепция была полезной, ему некому было над ней работать. В ответ Шелп заявил, что доктор Ансельм Франц , который в то время отвечал за разработку турбин и нагнетателей Junkers , идеально подходил бы для этой работы. Позже в том же году Франц сформировал свою команду разработчиков, и проекту было присвоено обозначение RLM 109-004 (префикс 109-, присвоенный RLM , был общим для всех проектов реактивных двигателей в Германии во время Второй мировой войны, включая немецкие конструкции ракетных двигателей времен Второй мировой войны для пилотируемых самолетов). ).
Франц выбрал дизайн, который был одновременно консервативным и революционным. Его конструкция отличалась от конструкции фон Охайна тем, что он использовал новый тип компрессора , который обеспечивал непрерывный прямой поток воздуха через двигатель ( осевой компрессор ), недавно разработанный Aerodynamische Versuchsanstalt (AVA - Институт аэродинамических исследований) в Геттингене . Осевой компрессор не только имел отличные характеристики, КПД около 78% в «реальных» условиях, но также имел меньшее поперечное сечение, что важно для высокоскоростных самолетов. Старый помощник доктора Бруно Брукмана по программе реактивных двигателей, доктор Остерих, сменил его в Берлине и выбрал конструкцию с осевым потоком из-за ее меньшего диаметра; [1] он был на 10 см (3,9 дюйма) меньше, чем у конкурирующего BMW 003 с осевым потоком . [2]
С другой стороны, он стремился создать двигатель, который был бы намного ниже его теоретического потенциала, в интересах ускорения разработки и упрощения производства. Одним из важных решений было сделать выбор в пользу простой зоны горения с использованием шести « пламенных баллонов » вместо более эффективного одиночного кольцевого баллона . По тем же причинам он активно сотрудничал при разработке турбины двигателя с Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft (General Electric Company, AEG) в Берлине и вместо разработки двигателей решил немедленно начать работу над прототипом двигателя, который мог бы сразу запустить в производство. Консервативный подход Франца подвергся сомнению со стороны RLM, но был оправдан, когда даже с учетом проблем разработки, с которыми ему пришлось столкнуться, 004 поступил в производство и эксплуатацию намного раньше BMW 003, его более технологически продвинутого, но немного менее тягового конкурента (7,83 кН). /1760 фунтов силы).
В Колбермуре, где располагался завод по производству двигателей Хейнкель - Хирт , послевоенная миссия Феддена , возглавляемая сэром Роем Федденом , обнаружила, что производство реактивных двигателей проще и требует менее квалифицированной рабочей силы и менее сложных инструментов, чем производство поршневых двигателей; Фактически, большая часть изготовления полых турбинных лопаток и работ из листового металла на форсунках может быть выполнена с помощью инструментов, используемых при изготовлении панелей кузова автомобиля . [3] Сам Федден раскритиковал крепление корпуса компрессора 004, который состоял из двух половин, прикрепленных болтами к полусекциям статора в сборе. [4]
Первый прототип 004А , использовавший дизельное топливо , впервые был испытан в октябре 1940 года, правда, без выхлопного сопла. В конце января 1941 года он прошел стендовые испытания с максимальной тягой 430 кгс (4200 Н; 950 фунтов-силы), и работы по увеличению тяги продолжались, при этом в контракте RLM было установлено минимум 600 кгс (5900 Н; 1300 фунтов-силы). ) толкать. [5]
Проблемы с вибрацией статоров компрессоров, изначально консольных снаружи [6] , задержали реализацию программы на этом этапе. Макс Бентеле , инженер-консультант Министерства авиации, имеющий опыт работы в области вибраций турбокомпрессоров, помог решить проблему. [6] Первоначальные алюминиевые статоры были заменены стальными, в такой конфигурации двигатель развивал усилие 5,9 кН (1300 фунтов силы ) в августе и прошел 10-часовой пробег при 9,8 кН (2200 фунтов силы ) в декабре. Первые летные испытания состоялись 15 марта 1942 года, когда самолет 004А поднялся в воздух на самолете Мессершмитт Bf 110 для запуска двигателя в полете. В 004 использовался восьмиступенчатый осевой компрессор с шестью [7] прямоточными камерами сгорания (сделанными из листовой стали) и одноступенчатая турбина с полыми лопатками. [4]
18 июля один из прототипов Messerschmitt Me 262 впервые поднялся в воздух на реактивной тяге своих двигателей 004, и 004 пошел в производство с заказом от RLM на 80 двигателей.
Первые двигатели 004А, предназначенные для прототипов Ме 262, были построены без ограничений по материалам и использовали дефицитное сырье, такое как никель , кобальт и молибден, в количествах, неприемлемых для производства. Франц понял, что Jumo 004 придется перепроектировать, чтобы включить минимум этих стратегических материалов , и это было достигнуто. Все детали из горячего металла, включая камеру сгорания, были заменены на мягкую сталь , защищенную алюминиевым покрытием, а полые лопатки турбины были изготовлены из гнутого и сваренного сплава Cromadur (12% хрома, 18% марганца и 70% железа), разработанного фирмы Krupp , и охлаждался сжатым воздухом, «откачанным» из компрессора. Срок службы двигателя сократился, но, с другой стороны, его конструкция стала проще. [5] Серийные двигатели имели литой магниевый корпус, разделенный на две половины, к одной из которых были прикреплены болтами полусекции статорных узлов. [4] Четыре передних статора были изготовлены из лопастей из стального сплава, приваренных к креплению; задние пять были изготовлены из прессованного стального листа, согнутого над креплением и приваренного. [4] Лопасти компрессора из стального сплава вставлены в пазы диска компрессора и зафиксированы небольшими винтами. [4] Сам компрессор был прикреплен к стальному валу с помощью двенадцати установочных винтов . [4] Jumo пробовал различные лопатки компрессора, начиная с цельных стальных, а затем и из полого листового металла, приваренных к конусу, с их основаниями, надетыми на ромбовидные шпильки на турбинном колесе, к которым они были прикреплены и припаяны . [4]
Одной интересной особенностью 004 был стартер, разработанный немецким инженером Норбертом Риделем , который представлял собой 2-тактный оппозитный двигатель мощностью 10 л.с. (7,5 кВт) за носовым обтекателем впуска. [4] Отверстие в передней части конуса давало доступ к ручному пуску в случае выхода из строя электростартера. Два небольших бака для смеси бензина и масла были установлены по верхнему периметру металлического корпуса кольцевого воздухозаборника для заправки стартера. Riedel также использовался для запуска конкурирующего двигателя BMW 003 и для более совершенного компрессора HeS 011 Heinkel «смешанного потока».
Первая серийная модель 004B весила на 100 кг (220 фунтов) меньше, чем 004A, и в 1943 году прошла несколько 100-часовых испытаний, при этом время между капитальными ремонтами составило 50 часов. [8]
Позже, в 1943 году, у версии 004B возникли поломки лопаток турбины, которые не были поняты командой Юнкерса. Они сосредоточились на таких областях, как дефекты материала, размер зерна и шероховатость поверхности. В конце концов, в декабре на совещание в штаб-квартире RLM снова был приглашен специалист по вибрации отвалов Макс Бентеле . Он установил, что неисправности были вызваны тем, что собственная частота одной из лопастей находилась в рабочем диапазоне двигателя. Его решение заключалось в том, чтобы повысить частоту, увеличив конусность лопаток и укоротив их на 1 миллиметр, а также снизить рабочую частоту вращения двигателя [6] с 9000 до 8700 об/мин.
Полноценное производство наконец началось только в начале 1944 года. Подобные проблемы с инженерными деталями конструкции реактивных двигателей серии 109-004 стали неудачами, которые стали основным фактором, задержавшим ввод Люфтваффе Ме 262 на вооружение эскадрилий.
Учитывая сталь более низкого качества, использованную в 004B, срок службы этих двигателей составлял всего 10–25 часов, что, возможно, вдвое больше в руках осторожного пилота. [9] Еще одним недостатком двигателя, общим для всех ранних турбореактивных двигателей, была вялая реакция дроссельной заслонки. Хуже того, слишком много топлива может быть впрыснуто в камеры сгорания из-за слишком быстрого перемещения дроссельной заслонки, что приведет к слишком сильному повышению температуры, прежде чем поток воздуха увеличится, чтобы соответствовать возросшему количеству топлива. Это перегревало лопатки турбины и было основной причиной отказов двигателей. Тем не менее, это впервые сделало реактивную мощность для боевых самолетов реальностью.
В выхлопной зоне двигателя использовалось сопло с изменяемой геометрией, известное как пробковое сопло . Вилку прозвали Zwiebel (по-немецки «лук» из-за ее формы, если смотреть сбоку). [4] Пробка перемещалась примерно на 40 см (16 дюймов) вперед и назад с помощью реечного механизма с приводом от электродвигателя, чтобы изменить площадь поперечного сечения выхлопа для управления тягой.
Jumo 004 мог работать на трех видах топлива: [10]
При цене материалов в 10 000 ринггитов Jumo 004 также оказался несколько дешевле, чем конкурирующий BMW 003 , который стоил 12 000 ринггитов , и дешевле, чем поршневой двигатель Junkers 213 , который стоил 35 000 ринггитов . [11] Более того, для изготовления самолетов требовалось всего 375 часов (включая производство, сборку и доставку) по сравнению с 1400 часами для BMW 801 . [12]
Производство и обслуживание модели 004 осуществлялось на заводе Юнкерса в Магдебурге под руководством Отто Харткопфа. [13] Готовые двигатели заслужили репутацию ненадежных; Время между капитальными ремонтами (технически не время между капитальными ремонтами ) составляло от тридцати до пятидесяти часов, а могло быть и всего десять, хотя опытный летчик мог удвоить этот интервал. [9] (Конкурирующих BMW 003 было около пятидесяти.) [9] Процесс включал замену лопаток компрессора (которые пострадали больше всего от проглатывания камней и тому подобного, что позже стало известно как фураж ) и лопаток турбины, поврежденных из-за высокой термодинамической нагрузки. нагрузки. Известно, что немцы использовали как специально разработанные полусферические клетки на проволочном каркасе, так и/или плоские круглые крышки над воздухозаборниками, чтобы предотвратить попадание посторонних веществ в воздухозаборники реактивных двигателей своих самолетов на земле. Срок службы лопаток компрессора и турбины можно продлить за счет повторной балансировки роторов во время планового технического обслуживания; Двухтактный стартер Riedel и регулятор турбореактивного двигателя также будут проверены и заменены по мере необходимости. [9] Камеры сгорания требовали обслуживания каждые двадцать часов и замены в 200. [9]
Было построено от 5 000 до 8 000 004; [14] В конце Второй мировой войны производство составляло 1500 штук в месяц. [4] По оценкам Миссии Феддена, возглавляемой сэром Роем Федденом , послевоенный общий объем производства реактивных двигателей к середине 1946 года мог достичь 100 000 единиц в год или более. [9]
После Второй мировой войны Jumo 004 были построены в небольшом количестве в Малешице в Чехословакии и получили обозначение Avia Avia M-04 для установки на Avia S-92 , который сам был копией Me 262. Модернизированные копии Jumo 004 также были построены в Советский Союз как Климов РД-10 , на котором они устанавливались на Як-15, а также на многие прототипы реактивных истребителей.
Во Франции трофейные 004 использовались на Sud-Ouest SO 6000 Triton и Arsenal VG-70 .
( Данные из: Кей, Турбореактивный двигатель: история и развитие 1930–1960 : Том 1: Великобритания и Германия.
Компоновка: A=ступени осевого компрессора, C=камеры сгорания банок, T=ступени турбины.
Ряд экземпляров турбореактивного двигателя Jumo 004 существует в авиационных музеях и исторических коллекциях Северной Америки, Европы и Австралии, в том числе;
Данные из [ нужна ссылка ]
Сопоставимые двигатели
Связанные списки
