Юнкерс Юмо 004

В том числе 004
Пример реактивного двигателя Junkers Jumo 004 в разрезе в Национальном музее ВВС США, авиабаза Райт-Паттерсон, Огайо.
Тип	Турбореактивный двигатель
Национальное происхождение	Германия
Производитель	Юнкерс
Первый запуск	1940
Основные приложения	Арадо Ар 234 Мессершмитт Ме 262

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.

Проектирование и разработка

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, руководитель 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. Позднее 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 реактивных двигателей проектов 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; с осевым потоком это было на 10 см (3,9 дюйма) меньше, чем у конкурирующего BMW 003 .

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 . двигателя По тем же причинам он активно сотрудничал при разработке турбины 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 под руководством сэра Роя Феддена 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 автомобиля на форсунках может быть выполнена с помощью инструментов, используемых при изготовлении панелей кузова . Сам Федден раскритиковал крепление корпуса компрессора 004, который состоял из двух половин, прикрепленных болтами к полусекциям статора.

Техническое описание и тестирование

Вид спереди двигателя Jumo 004, установленного в гондоле истребителя Me 262, с рукояткой запуска стартера в центре впускного носового обтекателя.

Стартер Riedel, с ручкой запуска и тросом.

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.

Проблемы с вибрацией статоров компрессоров, изначально консольных снаружи. задержал программу на этом этапе. Макс Бентеле , инженер-консультант Министерства авиации, имеющий опыт работы в области вибраций турбокомпрессоров, помог решить проблему. Первоначальные алюминиевые статоры были заменены стальными, в такой конфигурации двигатель развивал усилие 5,9 кН (1300 фунтов _силы ) в августе и выдержал 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 модели 004 использовался восьмиступенчатый осевой компрессор с шестью прямоточные камеры сгорания (из листовой стали) и одноступенчатая турбина с полыми лопатками.

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. Серийные двигатели имели литой магниевый корпус, разделенный на две половины, к одной из которых были прикреплены болтами полусекции статорных узлов. 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. Лопатки компрессора из стального сплава входили в пазы диска компрессора и фиксировались небольшими винтами. Сам компрессор крепился к стальному валу с помощью двенадцати установочных винтов . Юмо опробовал различные лопатки компрессора, начиная с цельных стальных, а затем из полого листового металла, приваренных к конусу, с их основаниями, надетыми на ромбовидные шпильки на колесе турбины, к которым они были прикреплены и припаяны .

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. 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 HeS 011 компрессора со смешанным потоком от Heinkel.

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.

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 специалист по вибрации отвалов Макс Бентеле на совещание в штаб-квартире RLM снова был приглашен . 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. от 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 причиной неудач, 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. 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.

Выхлопное сопло Jumo 004 в разрезе, с изображением Zwiebel . центрального корпуса или заглушки

Крупный план зубчатой ​​передачи, которая перемещает Zwiebel. центральный корпус

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). 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:

• J-2, его стандартное топливо, синтетическое топливо, получаемое из угля.
• Дизельное масло.
• Авиационный бензин; не считается желательным из-за высокой скорости потребления.

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 . Более того, для изготовления самолетов требовалась неквалифицированная рабочая сила, и на их изготовление потребовалось всего 375 часов (включая изготовление, сборку и доставку) по сравнению с 1400 часами для BMW 801 .

Производство и обслуживание модели 004 осуществлялись на заводе Юнкерса в Магдебурге под руководством Отто Харткопфа . 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. (Конкурирующих BMW 003 было около пятидесяти.) Процесс включал замену лопаток компрессора (которые пострадали больше всего, обычно из-за заглатывания камней и тому подобного, что позже стало известно как засорение ) и лопаток турбины, поврежденных высокими термодинамическими нагрузками. 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. Камеры сгорания требовали обслуживания каждые двадцать часов и замены через 200.

Было построено от 5 000 до 8 000 004; в конце Второй мировой войны производство составляло 1500 штук в месяц. 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.

Послевоенное производство

У него была М-04.

Туманский РД-10

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 .

Варианты

( Данные из: Кей, Турбореактивный двигатель: история и развитие 1930–1960 : Том 1: Великобритания и Германия.

109-004

Прототип двигателя в масштабе 1 ⁄ 10 (поглощение мощности компрессора), испытанный с ограниченным успехом.

109-004А

Полномасштабные прототипы и предсерийные двигатели, которыми оснащались ранние Messerschmitt Me 262 и Arado Ar 234 прототипы самолетов .

109-004А-0 : Предсерийные двигатели для полета.

109-004Б

Серийные двигатели с уменьшенным 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, тяга увеличена до 8,83 кН (1984 фунт-сила).

109-004B-2 : Установка нового компрессора для уменьшения отказов от вибрации.

109-004B-3 : Модель разработки.

109-004B-4 : Внедрение полых турбинных лопаток с воздушным охлаждением.

109-004С

Проектируемая версия с доработанными деталями, обеспечивающая тягу 9,81 кН (2205 фунтов силы), не построена.

109-004Д

Усовершенствованный 004B с двухступенчатым впрыском топлива и новым блоком управления подачей топлива, готовый к производству к концу Второй мировой войны .

109-004D-4 : Модифицированная система сгорания для увеличения тяги, но уменьшенного срока службы, только для испытаний.

109-004Э

Модель 004D с выхлопной камерой, оптимизированной для работы на больших высотах, тягой 11,77 кН (2646 фунтов силы) с форсажным двигателем .

109-004Ф

Возможно с впрыском воды или воды/метанола.

109-004Г

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, достигшая стадии проектирования только к концу войны; по прогнозам, будет обеспечивать тягу 17,7 кН (3970 фунтов силы) при 6600 об/мин.

У него была М-04.

Послевоенное производство 004B в Чехословакии.

РД-10

Обозначение использовалось как для трофейных Jumo 004, так и для его копий, построенных с 1945 года коллективом 26 ГАЗ под руководством Климова и на захваченном подпольном заводе недалеко от Дессау.

Таблица вариантов

Обозначение РЛМ	Тип	Макет	Упор или мощность	Масса	об/мин
109-004Б	Турбореактивный двигатель	8А 6С 1Т	8,83 кН (1984 фунта-силы)	745 кг (1642 фунта)	8700 об/мин
109-004С	Турбореактивный двигатель	8А 6Сн 1Т	9,81 кН (2205 фунтов силы)	720 кг (1590 фунтов)	8700 об/мин
109-004Д	Турбореактивный двигатель	8А 6С 1Т	10,30 кН (2315 фунтов силы)	745 кг (1642 фунта)	10 000 об/мин
109-004H	Турбореактивный двигатель	11А 8С 2Т	17,7 кН (3970 фунтов силы)	1200 кг (2600 фунтов)	6600 об/мин

Компоновка: A=ступени осевого компрессора, C=камеры сгорания банок, T=ступени турбины.

Приложения

Правый двигатель Junkers Jumo 004 самолета Me 262 выставлен на Австралийском военном мемориале.

• Арадо Ар 234
• Авиа С-92 : (Авиа М-04) Ме 262 А-1а (истребитель) чехословацкой постройки.
• Avia CS-92 : (Avia M-04) Me 262 B-1a чехословацкого производства (учебно-тренировочный истребитель, два места)
• Блом и Восс стр.188
• Focke-Wulf Ta 183 Huckebein (предназначен только для первых прототипов)
• Гота Го 229
• Хейнкель Хе 280
• Хейнкель He 162A-8
• Хеншель Hs 132
• Хортен Х.IX
• Junkers Ju 287 (первый и второй прототипы; предназначены для четвертого прототипа, а также серийных версий Ju 287 A-2 и B-1)
• Lavochkin La-150 (RD-10)
• Messerschmitt Bf 110 : испытательный стенд летающего двигателя.
• Мессершмитт Ме 262
• ОКБ-1 ЭФ 131 : оснащен советской копией РД-10 Jumo 004.
• Yakovlev Yak-Jumo : precursor to the Yakovlev Yak-15 powered with captured 004s

Выжившие двигатели

Ряд образцов турбореактивного двигателя Jumo 004 существует в авиационных музеях и исторических коллекциях Северной Америки, Европы и Австралии, в том числе;

• Музей воздухоплавания Белград , один Jumo 004.
• Австралийский национальный музей авиации , аэропорт Мураббин , Мельбурн , Виктория , Австралия ; ANAM демонстрирует одиночный отдельно стоящий Jumo 004.
• Немецкий музей , Мюнхен , Германия ; В музее представлен Jumo 004B, построенный в 1944 году.
• Имперский военный музей Даксфорд , Кембридж , Великобритания ; Показан двигатель Jumo 004 в разрезе.
• Luftfahrt-Museum Laatzen-Hannover , Ганновер , Германия ; Предлагая предсерийную модель Jumo 004A и модель более позднего Jumo 004B в разрезе, а также разнообразную коллекцию самолетов.
• Национальный музей авиации и космонавтики (NASM) Смитсоновского института , Вашингтон, округ Колумбия , США; NASM владеет двумя Jumo 004, полным двигателем (выставлен напоказ по состоянию на 2020 год) и двигателем в разрезе (не выставлен на обозрение или находится на хранении по состоянию на 2020 год).
• Национальный музей ВВС США , база ВВС Райт-Паттерсон , Дейтон, Огайо , США; NMUSAF демонстрирует один отдельный Jumo 004 вместе с одним из немногих уцелевших Me 262 (на котором до сих пор сохранились два двигателя 004).
• Музей авиации Новой Англии , международный аэропорт Брэдли , Виндзор-Локс, Коннектикут , США; NEAM демонстрирует двигатель в разрезе, взятый в аренду у NMUSAF
• Музей летного наследия и боевой брони , расположенный на Пейн-Филд в Эверетте, штат Вашингтон, в настоящее время восстанавливает Me 262 и сопровождающие его двигатели Jumo 004 до летного состояния. Модели 004 были переоборудованы, чтобы обеспечить большую усталостную устойчивость и, следовательно, увеличить общий срок службы двигателя. По состоянию на октябрь 2019 года восстановленная 262 успешно провела испытания рулежных дорожек под мощностью двигателей 004.
• Музей ВВС ЮАР, расположенный на площади Истерплаат в Кейптауне. Частично секционированный Jumo 004

Технические характеристики (Юмо 004Б)

Двигатель Jumo 004 исследуется инженерами лаборатории исследований авиационных двигателей Национального консультативного комитета по аэронавтике , 1946 год.

Данные из

Общие характеристики

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

Компоненты

• Компрессор: 8-ступенчатый осевой компрессор
• Камеры сгорания : баночные, 6 шт.
• Турбина : Одноступенчатая

Производительность

• Максимальная тяга : 8,8 кН (1980 фунтов силы) при 8700 об/мин.
• Общий коэффициент давления : 3,14:1
• Тяговооруженность : 1,25

См. также

Сопоставимые двигатели

• Армстронг Сиддели ASX
• БМВ 003
• Хейнкель HeS 011
• Исикавадзима Не-20
• Lockheed J37 - первая американская попытка разработки реактивного двигателя с осевым потоком.
• Метрополитен-Викерс Ф.2
• Westinghouse J30 - первый действующий американский реактивный двигатель с осевым потоком (1943 г.)

Связанные списки

• Список авиационных двигателей
• Список авиационных двигателей Германии во время Второй мировой войны

Ссылки

Библиография

• Кристофер, Джон (2013). Гонка за гитлеровскими X-самолетами: 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-Х .
• Кей, Энтони Л. (2002). Разработка немецких реактивных двигателей и газовых турбин, 1930–1945 гг . Кровуд Пресс. ISBN  1-84037-294-Х .
• Кей, Энтони (2004). Юнкерс Самолеты и двигатели 1913–1945 гг . Лондон: Книги Патнэма по аэронавтике. ISBN  0-85177-985-9 .
• Кей, Энтони Л. (2007). История и развитие турбореактивных двигателей 1930–1960 гг . Том. 1. Рамсбери: Кровуд Пресс. ISBN  978-1-86126-912-6 .
• Мехер-Хомджи, Сайрус Б. (сентябрь 1997 г.). «Ансельм Франц и Джумо 004» . Машиностроение . АСМЭ . Архивировано из оригинала 7 января 2008 г.
• Павелец, Стерлинг Майкл (2007). Реактивная гонка и Вторая мировая война . Гринвуд. ISBN  978-0-275-99355-9 .

Внешние ссылки

• «Анализ конструкции реактивного истребителя Мессершмитт Ме-262, часть II - Силовая установка»
• Первая попытка XXI века запустить восстановленный реактивный двигатель Jumo 004B Me 262A с двухтактной ВСУ Riedel