Юнкерс Юмо 004 - Junkers Jumo 004

Jumo 004
Юнкерс Юмо 004.jpg
Образец в разрезе реактивного двигателя Junkers Jumo 004 в Национальном музее ВВС США, авиабаза Райт-Паттерсон, Огайо.
ТипТурбореактивный
национальное происхождениеГермания
ПроизводительЮнкерс
Первый забег1940
Основные приложенияАрадо Ар 234
Messerschmitt Me 262

В Юнкерс Юмо 004 была первая в мире продукция турбореактивный двигатель в эксплуатации, и первый успешный осевой компрессор турбореактивный двигатель. Около 8000 единиц было произведено Юнкерс в Германии в конце Вторая Мировая Война, питание Messerschmitt Me 262 боец и Арадо Ар 234 разведчик / бомбардировщик, а также прототипы, в том числе Хортен Хо 229. Варианты и копии двигателя производились в Восточной Европе и СССР в течение нескольких лет после окончания Второй мировой войны.

Дизайн и развитие

Возможность создания реактивного движения была продемонстрирована в Германии в начале 1937 г. Ганс фон Охайн работая с Хейнкель Компания. Большая часть министерства авиации Рейха (RLM ) остался незаинтересованным, но Гельмут Шельп и Ганс Маух увидел потенциал концепции и призвал производителей авиадвигателей Германии начать свои собственные программы разработки реактивных двигателей. Компании оставались настроенными скептически, и новых разработок было мало.

В 1939 году Шелп и Маух посетили компании, чтобы проверить, как идут дела. Отто Мадер, руководитель Юнкерс Моторенверке (Jumo) разделение большого Юнкерс авиационная фирма заявила, что, даже если концепция была полезной, ему некому было над ней работать. Шелп ответил, заявив, что доктор Ансельм Франц, затем отвечал за Юнкерс ' турбо- и нагнетатель развития, идеально подходит для работы. Позже в том же году Франц начал свою команду разработчиков, и проекту было присвоено обозначение RLM. 109-004 (префикс 109-, присвоенный RLM было общим для всех двигатель реакции проектов во Второй мировой войне в Германии, а также использовался для Немецкий ракетный двигатель времен Второй мировой войны конструкции пилотируемых самолетов).

Франц выбрал дизайн, одновременно консервативный и революционный. Его дизайн отличался от дизайна фон Охайна тем, что он использовал новый тип компрессор что обеспечивало непрерывный прямой поток воздуха через двигатель ( осевой компрессор ), недавно разработанный Aerodynamische Versuchsanstalt (АВА - Институт аэродинамических исследований) при Гёттинген. Компрессор с осевым потоком 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 создания реактивных двигателей, доктор Остерих, взял его на себя в Берлине и выбрал конструкцию с осевым потоком из-за его меньшего диаметра;[1] это было на 10 см (3,9 дюйма) меньше, чем у конкурирующего осевого потока BMW 003.[2]

С другой стороны, он стремился создать двигатель, который был бы намного ниже своего теоретического потенциала, в интересах ускорения разработки и упрощения производства. Одним из важных решений было выбрать простую зону горения с использованием шести дюймовогненные банки "вместо более эффективного сингла кольцевая банка. По тем же причинам он активно участвовал в разработке двигателя. турбина с Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft (General Electric Company, AEG) в Берлин, и вместо создания движков разработки решил немедленно начать работу над прототипом движка, который можно было запустить прямо в производство. Консервативный подход Франца был поставлен под сомнение со стороны RLM, но был оправдан, когда, даже с учетом проблем разработки, с которыми он столкнулся, модель 004 была запущена в производство и обслуживалась намного раньше, чем BMW 003, его более технологически продвинутый, но немного более слабый конкурент (7,83 кН). / 1760 фунтов-силы).

В Колберморе, где находится Хейнкель -Hirth двигатель работает, Миссия Феддена во главе с сэром Рой Федден, обнаружил, что производство реактивных двигателей было проще и требовало менее квалифицированного труда и менее сложных инструментов, чем производство поршневых двигателей; Фактически, большая часть изготовления полых лопаток турбин и листовой металл работа на самолетах может производиться с помощью инструментов, используемых при производстве автомобилей. панели кузова.[3] Сам Федден раскритиковал крепление корпуса компрессора 004, состоящего из двух половинок, прикрученных болтами к полусекциям статора в сборе.[4]

Техническое описание и тестирование

Двигатель Jumo 004, установленный в гондоле истребителя Me 262, вид спереди. Ручка стартера APU Riedel для запуска 004 хорошо видна в центре впускного переключателя двигателя.
Стартер Riedel, с пусковой ручкой и кабелем

Первый прототип 004A, который был построен для работы на дизельное топливо, впервые испытан в октябре 1940 г., правда, без выхлопного сопла. Он был испытан в конце января 1941 года на максимальной тяге 430 кгс (4200 Н; 950 фунтов силы), и работа продолжалась по увеличению мощности, контракт RLM устанавливал минимальную тягу 600 кгс (5900 Н; 1300 фунтов силы). .[5]

Проблемы с вибрацией статоров компрессора, изначально консольные снаружи,[6] отложил программу на этом этапе. Макс Бентеле, как инженер-консультант Министерства авиации, имеющий опыт работы в области вибрации турбокомпрессоров, помог в решении проблемы.[6] Первоначальные алюминиевые статоры были заменены стальными, в которых двигатель развивал 5,9 кН (1300 фунтовж) в августе и прошел 10-часовой дистанционный бег на 9,8 кН (2200 фунтовж) в декабре. Первые летные испытания состоялись 15 марта 1942 года, когда 004А был поднят в воздух Мессершмитт Bf 110 запустить двигатель в полете. В 004 использовался восьмиступенчатый осевой компрессор с шестью ступенями.[7] осевые камеры сгорания (из листовой стали) и одноступенчатая турбина с полыми лопатками.[4]

18 июля один из прототипов Мессершмитт Me 262s Впервые летал на реактивной тяге от двигателей 004, а 004 был заказан RLM в производстве 80 двигателей.

Первоначальные двигатели 004A, построенные для прототипов Me 262, были построены без ограничений по материалам, и они использовали дефицитное сырье, такое как никель, кобальт, и молибден в количествах, неприемлемых для производства. Франц понял, что Jumo 004 необходимо переработать, чтобы включить в него минимум этих стратегические материалы, и это было выполнено. Все чугунные детали, включая камеру сгорания, были заменены на мягкая сталь защищенные алюминиевым покрытием, а полые лопатки турбины были изготовлены из гнутого и сварного сплава Cromadur (12% хрома, 18% марганца и 70% железа), разработанного Крупп, и охлаждается сжатым воздухом, «стравленным» из компрессора. Срок службы двигателя был сокращен, но с одной стороны, его стало легче строить.[5] Серийные двигатели имели бросать магний кожух из двух половин, одна с полусечениями статор сборки прикручены к нему.[4] Четыре передних статора были изготовлены из лопаток из стального сплава, приваренных к опоре; задние пять были спрессованы из стального листа, загнутого поверх крепления и приварены.[4] Лопатки компрессора из стального сплава входили в пазы в диске компрессора и фиксировались небольшими винтами.[4] Сам компрессор был установлен на стальной вал с двенадцатью установочные винты.[4] Jumo испробовал множество лопаток компрессора, начиная с цельностальных, позже - из полых листов, приваренных к конусу, с их основанием, установленным на ромбовидных шпильках на рабочем колесе турбины, к которым они были прикреплены и припаянный.[4]

Интересной особенностью 004 была система стартера, разработанная немецким инженером. Норберт Ридель, который состоял из 2-тактного двигателя мощностью 10 л.с. (7,5 кВт) плоский двигатель спрятан во впуске,[4] и, по сути, служил новаторским примером ВСУ для запуска реактивного двигателя. Отверстие в крайней передней части корпуса впускного дивертора содержало ручку для тяги троса, который «переворачивал» поршневой двигатель, который, в свою очередь, раскручивал турбину. Две маленькие бензиновые /масляная смесь Баки были установлены в пределах верхнего периметра металлического кожуха кольцевого забора топлива для двухтактного механического блока APU Riedel. Блок Riedel также использовался, но был установлен иначе, для запуска конкурирующего двигателя BMW 003 и для более продвинутого двигателя Heinkel. HeS 011 «смешанный» турбореактивный двигатель.

Первая серийная модель 004B весил на 100 кг (220 фунтов) меньше, чем 004A, и в 1943 году прошел несколько 100-часовых испытаний, при этом время между капитальными ремонтами составило 50 часов.[8]

Позже, в 1943 году, у версии 004B произошли отказы 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 специалист по вибрации отвала Макс Бентеле снова был доставлен во время встречи в штаб-квартире RLM. Он определил, что отказы были вызваны тем, что одна из собственных частот лопастей находилась в рабочем диапазоне двигателя. Его решение состояло в том, чтобы поднять частоту, увеличив конус лопастей и укоротив их на 1 миллиметр, а также уменьшить рабочую скорость двигателя.[6] от 9000 до 8700 об / мин.

Только в начале 1944 года, наконец, началось полное производство. Такого рода проблемы с инженерными деталями для реактивных двигателей серии 109-004 привели к неудачам, которые стали основным фактором, задержавшим введение Люфтваффе Me 262 в состав эскадрильи.

Учитывая более низкое качество стали, используемой в 004B, эти двигатели обычно имели срок службы всего около 10–25 часов, что, возможно, вдвое больше в руках опытного пилота.[9] Другим недостатком двигателя, общим для всех первых турбореактивных двигателей, была медленная реакция на газ. Хуже того, было довольно легко впрыснуть слишком много топлива в двигатель, слишком быстро дросселируя, что позволяло нагреваться до того, как охлаждающий воздух мог его удалить. Это привело к размягчению лопаток турбины и стало основной причиной отказов двигателя. Тем не менее, он впервые воплотил в жизнь реактивную мощность боевых самолетов.

Вытяжное сопло Jumo 004 в разрезе, показывающее Zwiebel ограничивающий орган
Крупный план приводной системы для Zwiebel ограничивающий орган

Выхлоп 004 отличался сопло с изменяемой геометрией, который имел специальный ограничительный орган, получивший название Zwiebel (По-немецки лук, из-за его формы при взгляде сбоку)[4] который имел примерно 40 см (16 дюймов) продольного хода, перемещаемый с помощью винтового механизма с приводом от электродвигателя для изменения площади поперечного сечения выхлопной струи для управления тягой, в качестве активной части новаторского «расходящегося-сходящегося» "формат сопла.

Jumo 004 может работать на трех видах топлива:[10]

  • J-2, стандартное топливо, а синтетическое топливо производится из угля.
  • Дизельное топливо.
  • Авиационный бензин; не считается желательным из-за высокого расхода.

Калькуляция RM 10000 материалов, Jumo 004 также оказался несколько дешевле, чем у конкурентов. BMW 003, который был RM12000, и дешевле, чем Юнкерс 213 поршневой двигатель, который был RM35,000.[11] Кроме того, для создания реактивных самолетов использовался низкоквалифицированный персонал, и на их завершение (включая изготовление, сборку и отгрузку) требовалось всего 375 часов, по сравнению с 1400 часами для модели BMW 801.[12]

Производство и обслуживание 004 производилось на заводе Юнкерс в г. Магдебург, под присмотром Отто Харткопф.[13] Готовые двигатели заслужили репутацию ненадежных; время между капитальными ремонтами (технически не TBO ) составлял от тридцати до пятидесяти часов и, возможно, был всего десятью, хотя опытный летчик мог бы удвоить интервал.[9] (Конкурирующих BMW 003 было около пятидесяти.)[9] Процесс включал замену лопастей компрессора (которые пострадали больше всего, обычно из-за проглатывания камней и тому подобного, позже известного как кормление ) и лопатки турбины, поврежденные высокими термодинамическими нагрузками. Известно, что немцы использовали как специально разработанные полусферические клетки с проволочным каркасом, так и / или плоские круглые крышки над воздухозаборниками, чтобы предотвратить попадание посторонних веществ в воздухозаборники их реактивных двигателей на земле. Срок службы лопаток компрессора и турбины можно продлить за счет повторной балансировки роторов во время текущего обслуживания; двухтактный стартерный двигатель Riedel и регулятор турбореактивного двигателя также будут проверены и заменены по мере необходимости.[9] Камеры сгорания требуется техническое обслуживание каждые двадцать часов и замена через 200 часов.[9]

Было построено от 5000 до 8000 автомобилей 004;[14] в конце Вторая мировая война, производство составляло 1500 в месяц.[4] Миссия Феддена, возглавляемая сэром Рой Федден По оценкам послевоенных лет, общее производство реактивных двигателей к середине 1946 года могло достигнуть 100 000 единиц в год или больше.[9]

Послевоенное производство

Авиа М-04
Туманский РД-10

После Второй мировой войны Jumo 004 выпускались небольшими партиями в Малешице в Чехословакия, обозначенный как Avia Авиа М-04, чтобы привести в действие Авиа С-92 который сам был копией Me 262. Обновленные копии Jumo 004 также были построены в Советский союз как Климов РД-10, где они питали Яковлев Як-15 а также многие прототипы реактивных истребителей.

В Франция, захваченные 004 приводили в действие Sud-Ouest SO 6000 Triton и Арсенал ВГ-70.

Варианты

(Данные от: Kay, Турбореактивный двигатель: история и развитие 1930–1960 гг.: Том 1: Великобритания и Германия

109-004
​1⁄10 масштабный (поглощение мощности компрессора) опытный образец двигателя, испытательный запуск с ограниченным успехом.
109-004A
Полномасштабные прототипы и опытные образцы двигателей, ранняя работа Messerschmitt Me 262 и Арадо Ар 234 прототипы самолетов.
109-004A-0: Опытные двигатели для полета.
109-004B
Серийные двигатели с пониженным весом и стратегическими материалами.
109-004B-0: стандартные двигатели начального производства, тяга 8,22 кН (1848 фунтов силы) при 8700 об / мин.
109-004B-1: модифицированный компрессор и турбина для снижения вибрации и тяги увеличены до 8,83 кН (1984 фунт-силы).
109-004B-2: Установка нового компрессора для уменьшения отказов из-за вибрации
109-004B-3: Модель развития
109-004B-4: Представить полые лопатки турбины с воздушным охлаждением
109-004C
Спроектированная версия с доработкой деталей, обеспечивающая тягу 9,81 кН (2205 фунтов силы), не построена.
109-004D
Доработанный 004B с двухступенчатым впрыском топлива и новым блоком управления подачей топлива, готовый к производству к концу года. Вторая Мировая Война.
109-004D-4: Модифицированная система сгорания для увеличения тяги, но сокращенного срока службы, только для тестирования.
109-004E
Модель 004D с зоной выхлопа, оптимизированной для работы на большой высоте, с тягой 11,77 кН (2646 фунт-сила-сила) с дожиганием.
109-004F
Возможно с впрыском воды или воды / метанола.
109-004G
На основе модели 004C с 11-ступенчатым компрессором и 8 камерами сгорания на 16.68 кН (3749 фунтов силы).
109-004H
Модернизированная и увеличенная версия 004 с 11-ступенчатым компрессором и 2-ступенчатой ​​турбиной, дойдя до стадии проектирования только к концу войны; рассчитан на тягу 17,7 кН (3970 фунтов силы) при 6600 об / мин.
Авиа М-04
Послевоенное производство 004B в Чехословакия
РД-10
Обозначение использовалось как для трофейных Jumo 004, так и для копий, построенных с 1945 года бригадой ГАЗ 26 во главе с Климовым на захваченном подземном заводе недалеко от Дессау.

Таблица вариантов

Обозначение RLMТипМакетТяга или мощностьВесОб / мин
109-004BТурбореактивный8A 6C 1T8,83 кН (1984 фунт-силы)745 кг (1642 фунтов)8700 об / мин
109-004CТурбореактивный8A 6Cn 1T9,81 кН (2205 фунтов силы)720 кг (1590 фунтов)8700 об / мин
109-004DТурбореактивный8A 6C 1T10,30 кН (2315 фунтов-силы)745 кг (1642 фунтов)10000 об / мин
109-004HТурбореактивный11A 8C 2T17,7 кН (3970 фунтов-силы)1200 кг (2600 фунтов)6600 об / мин

Схема: A = ступени компрессора с осевым потоком, C = камеры сгорания, T = ступени турбины.

Приложения

Двигатель Junkers Jumo 004 правого борта Me 262 выставлен на австралийском военном мемориале.

Выжившие двигатели

Ряд образцов турбореактивного двигателя Jumo 004 находится в авиационных музеях и исторических коллекциях в Северной Америке, Европе и Австралии, в том числе;

  • В Музей летающего наследия и боевой брони, расположен на Поле Пейна в Эверетт, Вашингтон в настоящее время восстанавливает Me 262 и сопровождающие его двигатели Jumo 004 до летного состояния. Механизмы 004 были переработаны, чтобы обеспечить большее сопротивление усталости и, как следствие, более длительный общий срок службы двигателя.[22] По состоянию на октябрь 2019 года отреставрированная 262 успешно прошла испытания рулежной дорожки с использованием двигателей 004.[23]

Технические характеристики (Jumo 004B)

Двигатель Jumo 004 исследуют инженеры Лаборатории исследования авиационных двигателей Национальный консультативный комитет по аэронавтике в 1946 г.

Данные из[нужна цитата ]

Общие характеристики

  • Тип: Турбореактивный
  • Длина: 3,86 м (152 дюйма)
  • Диаметр: 81 см (32 дюйма)
  • Сухой вес: 719 кг (1585 фунтов)

Компоненты

Спектакль

Смотрите также

Сопоставимые двигатели

Связанные списки

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Кристофер, стр. 70–71.
  2. ^ Кристофер, стр. 72
  3. ^ Кристофер, стр.74–5.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j Кристофер, стр. 70
  5. ^ а б Павелец, п. 32
  6. ^ а б c Революции двигателя: автобиография Макса Бентеле ISBN  1-56091-081-X, п. 45
  7. ^ Дизайн машины (проверено 30 мая 2017 г.)
  8. ^ Мехер-Хомджи
  9. ^ а б c d е ж Кристофер, стр. 76
  10. ^ «Краткое изложение допроса немецкого летчика Ханса Фея» (PDF). Зенос 'Warbird Video Drive-In.
  11. ^ Кристофер, стр. 74
  12. ^ Кристофер, стр. 75
  13. ^ Кристофер, стр. 69
  14. ^ Кристофер, стр. 69–70.
  15. ^ "Двигатель Jumo 004B".
  16. ^ "Турбореактивный двигатель Junkers Jumo 004 B1, в разрезе". 2017-05-03.
  17. ^ "Юнкерс Юмо 004 Турбореактивный".
  18. ^ "Messerschmitt Me 262A Schwalbe".
  19. ^ "Музей авиации Новой Англии".
  20. ^ "Немецкий музей: Turbojet Jumo 004B, 1944".
  21. ^ "Юнкерс Юмо".
  22. ^ "Представлен боевой раскраски FHCAM Me 262". 2019-05-08.
  23. ^ https://www.facebook.com/watch/?v=2312086125580004

Список используемой литературы

  • Кристофер, Джон (2013). Гонка Гитлеровских самолетов Икс: Британская миссия 1945 года по захвату секретных технологий Люфтваффе. Страуд, Великобритания: History Press. ISBN  978-0-7524-6457-2.
  • Ганстон, Билл (2006). Всемирная энциклопедия авиационных двигателей: от пионеров до наших дней (5-е изд.). Страуд, Великобритания: Саттон. ISBN  0-7509-4479-X.
  • Кей, Энтони Л. (2002). Разработка немецких реактивных двигателей и газовых турбин 1930–1945 гг.. The Crowood Press. ISBN  1-84037-294-X.
  • Кей, Энтони (2004). Junkers Aircraft & Engines 1913–1945 гг.. Лондон: Авиационные книги Патнэма. ISBN  0-85177-985-9.
  • Кей, Энтони Л. (2007). История и развитие турбореактивных двигателей 1930–1960 гг.. 1. Рэмсбери: The Crowood Press. ISBN  978-1-86126-912-6.
  • Мехер-Хомджи, Сайрус Б. (сентябрь 1997 г.). "Ансельм Франц и Jumo 004". Машиностроение. КАК Я. Архивировано из оригинал на 2008-01-07.
  • Павелец, Стерлинг Майкл (2007). Реактивная гонка и Вторая мировая война. Гринвуд. ISBN  978-0-275-99355-9.

внешняя ссылка