Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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 г.
Основные приложенияArado Ar 234
Messerschmitt Me 262

Junkers Jumo 004 был первым в мире производство турбореактивного двигателя в оперативном использовании, и первый успешный осевой компрессор турбореактивного двигателя. Около 8000 единиц было произведено компанией Junkers в Германии в конце Второй мировой войны , на них установлены истребитель Messerschmitt Me 262 и разведывательный / бомбардировщик Arado Ar 234 , а также прототипы, включая Horten Ho 229 . Варианты и копии двигателя производились в Восточной Европе и СССР в течение нескольких лет после окончания Второй мировой войны.

Дизайн и разработка [ править ]

Возможность создания реактивного движения была продемонстрирована в Германии в начале 1937 года Хансом фон Охайном, работавшим с компанией Heinkel . Большая часть министерства авиации Рейха ( RLM ) оставалась равнодушной, но Гельмут Шельп и Ханс Маух увидели потенциал этой концепции и призвали 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, глава подразделения Junkers Motorenwerke (Jumo) крупной авиационной компании Junkers , заявил, что, даже если концепция была полезной, ему некому было над ней работать. Schelp ответил, заявив , что доктор Ансельм Франц , то отвечает за Юнкерс турбо и нагнетатель развития, был бы идеальным для работы. Позже в том же году Франц начал свою команду разработчиков, и проекту было присвоено обозначение RLM 109-004 (префикс 109-, присвоенный RLM, был общим для всех проектов реактивных двигателей во Второй мировой войне в Германии, а также использовался дляНемецкие конструкции ракетных двигателей времен Второй мировой войны для пилотируемых самолетов.

Франц выбрал дизайн, одновременно консервативный и революционный. Его конструкция отличалась от конструкции фон Охайна тем, что он использовал новый тип компрессора, который позволял непрерывный прямой поток воздуха через двигатель ( осевой компрессор ), недавно разработанный Aerodynamische Versuchsanstalt (AVA - Институт аэродинамических исследований) в Геттингене . 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]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 своего теоретического потенциала, в интересах ускорения разработки и упрощения производства. Одним из важных решений было выбрать простую зону горения с использованием шести « огневых баллончиков » вместо более эффективных одиночных кольцевых баллончиков . По тем же причинам он активно сотрудничал при разработке турбины двигателя с Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft (General Electric Company, AEG) в Берлине., 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 Kolbermoor, расположение Хейнкеля - Hirth двигатель работ, Fedden миссия , во главе с сэром Роем Федден , нашли производство реактивных двигателей было проще и требует более низкой квалификации рабочей силы и менее сложными инструменты , чем производство поршневых двигателей; Фактически, большая часть работы по изготовлению полых турбинных лопаток и листового металла на форсунках может выполняться с помощью инструментов, используемых при изготовлении панелей кузова автомобилей . [3] Сам Федден раскритиковал крепление корпуса компрессора 004, который состоял из двух половин, прикрученных болтами к полусекциям статора в сборе. [4]

Техническое описание и тестирование [ править ]

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

Первый прототип 004A , который был сконструирован для работы на дизельном топливе , был впервые испытан в октябре 1940 года, хотя и 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], задержали выполнение программы на этом этапе. Макс Бентеле , инженер-консультант Министерства авиации, имеющий опыт работы в области вибраций турбокомпрессоров, помог решить эту проблему. [6] Первоначальные алюминиевые статоры были заменены стальными, в которых двигатель развил 5,9 кН (1300 фунтов силы ) в августе и прошел 10-часовой пробег на выносливость при 9,8 кН (2200 фунтов силы ) в декабре. Первые летные испытания состоялись 15 марта 1942 года, когда самолет 004A поднял в воздух Messerschmitt Bf 110 для запуска двигателя в полете. В 004 использовался восьмиступенчатый осевой компрессор с шестью [7]осевые камеры сгорания (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 двигателей 004, а 004 было заказано RLM для производства 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 нужно будет переработать, чтобы включить в него минимум этих стратегических материалов , и это было сделано. Все детали из горячего металла, включая камеру сгорания, были заменены на низкоуглеродистую сталь, защищенную алюминиевым покрытием, а полые лопатки турбины были изготовлены из гнутого и сварного сплава Cromadur (12% хрома, 18% марганца и 70% железа). по Krupp, и охлаждается сжатым воздухом, «стравленным» из компрессора. Срок службы двигателя был сокращен, но с одной стороны, его стало легче строить. [5] Серийные двигатели имели литой магниевый корпус из двух половин, к одной из которых были прикручены полусекции статора в сборе. [4] Четыре передних статора были сконструированы 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 входят в пазы на диске компрессора и фиксируются небольшими винтами. [4] Сам компрессор был установлен на стальном валу с помощью двенадцати установочных винтов . [4]Jumo испробовал множество компрессорных лопаток, начиная с цельностальных, позже - из полых металлических листов, приваренных к конусу, с их корнями, установленными на ромбовидных шпильках на турбинном колесе, к которым они были прикреплены и припаяны . [4]

Одной из интересных особенностей 004 была система стартера, разработанная немецким инженером Норбертом Риделем , которая состояла из 2-тактного плоского двигателя мощностью 10 л.с. (7,5 кВт), спрятанного во впускном отверстии [4], и, по сути, служила новаторским примером этой системы. ВСУ для запуска реактивного двигателя. Отверстие в крайнем носу корпуса впускного дивертора содержало ручку для тяги троса, который «переворачивал» поршневой двигатель, который, в свою очередь, раскручивал турбину. Две небольшие смеси бензин / маслоБаки были установлены в пределах верхнего периметра металлического кожуха кольцевого забора топлива для двухтактного механического блока APU Riedel. Блок Riedel также использовался - но был установлен по-другому - для запуска конкурирующего двигателя BMW 003 и для более совершенной конструкции "смешанного" турбореактивного двигателя Heinkel HeS 011 .

Первая серийная модель 004B весила на 100 кг (220 фунтов) меньше, чем 004A, и в 1943 г. прошла 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 лезвий Макс Бентеле снова был приглашен на встречу в штаб-квартиру 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 снизить рабочую скорость двигателя [6] с 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] Еще одним недостатком двигателя, общим для всех первых турбореактивных двигателей, была его 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 с ограничительным телом Zwiebel
Крупный план приводной системы ограничительного тела Zwiebel

Выхлоп 004 имел сопло с изменяемой геометрией , которое имело специальный ограничивающий корпус, прозванный Zwiebel (по-немецки лук, из-за его формы при взгляде сбоку) [4], который имел примерно 40 см (16 дюймов) передней части. - ход назад, перемещаемый винтовой домкратным механизмом с приводом от электродвигателя для изменения площади поперечного сечения выхлопной струи для управления тягой, как активная часть новаторского формата «расходящееся-сходящееся» сопло.

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

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

Стоимость RM 10000 для материалов, то Jumo 004 также оказался несколько дешевле , чем конкурирующий BMW 003 , который был RM 12000, и дешевле , чем Junkers 213 поршневого двигателем, который был RM 35000. [11] Кроме того, для создания реактивных самолетов использовался низкоквалифицированный персонал, и для их завершения (включая изготовление, сборку и отгрузку) требовалось всего 375 часов, по сравнению с 1400 часами для BMW 801 . [12]

Производство и обслуживание модели 004 производилось на заводе Junkers в Магдебурге под руководством Отто Харткопфа . [13] Завершенные двигатели заслужили репутацию ненадежных; время между капитальными ремонтами (технически не время между капитальными ремонтами ) составляло от 30 до 50 часов, а могло быть и 10, хотя опытный летчик мог бы удвоить интервал. [9] (У 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 требовали технического обслуживания каждые двадцать часов и замены через 200 часов. [9]

Было построено от 5000 до 8000 автомобилей 004; [14] в конце Второй мировой войны производство составляло 1500 в месяц. [4] Послевоенная миссия Феддена, возглавляемая сэром Роем ​​Федденом , оценила, что общий объем производства реактивных двигателей к середине 1946 года мог достигнуть 100 000 единиц в год или больше. [9]

Послевоенное производство [ править ]

Авиа М-04
Туманский РД-10

После Второй мировой войны Jumo 004 были построены в небольшом количестве в Малешицах в Чехословакии , получившие обозначение Avia Avia M-04 , для установки на Avia S-92, который сам был копией Me 262. Модернизированные экземпляры Jumo 004 также были построены в Советский Союз как Климов РД-10 , на котором они устанавливали Яковлев Як-15, а также многие прототипы реактивных истребителей.

Во Франции трофейные 004 приводили в действие Sud-Ouest SO 6000 Triton и Arsenal VG-70 .

Варианты [ править ]

( Данные из: Kay, Turbojet: History and Development 1930–1960 : Volume 1: Great Britain and Germany.

109-004
1 / 10 шкалы (компрессор поглощение мощности) Прототип двигатель, испытание с ограниченным успехом.
109-004A
Полномасштабные прототипы и предсерийные двигатели, на которых устанавливались прототипы самолетов Messerschmitt Me 262 и Arado Ar 234 .
109-004A-0 : Опытные летные двигатели.
109-004B
Серийные двигатели с пониженным весом и стратегическими материалами.
109-004B-0 : исходные серийные двигатели, тяга 8,22 кН (1848 фунтов силы) при 8700 об / мин.
109-004B-1 : модифицированные 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 разработки
109-004B-4 : Введение полых лопаток турбины с воздушным охлаждением.
109-004C
Спроектированная версия с доработками деталей, дающая тягу 9,81 кН (2205 фунтов силы), не построена.
109-004D
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 уменьшения срока службы, только для испытаний.
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 Чехословакии.
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 [ править ]

Обозначение RLMТипМакетТяга или мощностьМассаОб / 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 [ править ]

Двигатель Junkers Jumo 004 правого борта Me 262 выставлен на австралийском военном мемориале.
  • Арадо Ар 234
  • Avia S-92 : (Avia M-04) Me 262 A-1a (истребитель) чехословацкого производства
  • Avia CS-92 : (Avia M-04) Me 262 B-1a чехословацкого производства (учебно-тренировочный истребитель, два места)
  • Блом и Фосс, стр.188
  • Focke-Wulf Ta 183 Huckebein (предназначен только для первых прототипов)
  • Gotha Go 229
  • Heinkel He 280
  • Heinkel He 162A-8
  • Henschel Hs 132
  • Хортен Х.IX
  • Junkers Ju 287 (первый и второй прототипы; предназначен для четвертого прототипа, а также для серийных версий Ju 287 A-2 и B-1)
  • Messerschmitt Bf 110 : испытательный стенд для летающих двигателей.
  • Messerschmitt Me 262
  • ОКБ-1 ЭФ 131 : Оборудован РД-10 советского производства, копия Jumo 004.
  • Яковлев Як-Юмо : предшественник Яковлева Як-15 с трофейными 004

Выжившие двигатели [ править ]

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

  • Национальный музей авиации и космонавтики (NASM) Смитсоновского института , Вашингтон, округ Колумбия , США; NASM владеет двумя Jumo 004, полным двигателем (демонстрируется с 2020 года) и двигателем в разрезе (не демонстрируется или хранится на складе с 2020 года) [15] [16]
  • Национальный музей ВВС США , база ВВС Райт-Паттерсон , Дейтон, Огайо , США; NMUSAF показывает один оторванный Jumo 004 вместе с одним из немногих уцелевших Me 262 (который до сих пор сохраняет свои два двигателя 004) [17] [18]
  • Музей авиации Новой Англии , международный аэропорт Брэдли , Виндзор Локс, Коннектикут , США; NEAM показывает двигатель «в разрезе», взятый на время у NMUSAF [19]
  • Немецкий музей , Мюнхен , Германия ; В музее выставлен Jumo 004B, построенный в 1944 году [20]
  • Австралийский национальный музей авиации , аэропорт Мураббина , Мельбурн , Виктория , Австралия ; ANAM отображает одиночный отсоединенный Jumo 004 [21]
  • Музей летающего наследия и боевой брони , расположенный на Пейн Филд в Эверетте, штат Вашингтон, в настоящее время восстанавливает Me 262 и сопутствующие ему 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 восстановленная 262 успешно прошла испытания рулежной дорожки с помощью двигателей 004 [23]

Технические характеристики (Jumo 004B) [ править ]

Двигатель Jumo 004 исследуется инженерами лаборатории исследования авиационных двигателей Национального консультативного комитета по аэронавтике в 1946 году.

Данные из [ необходима ссылка ]

Общие характеристики

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

Составные части

  • Компрессор: 8-ступенчатый осевой компрессор
  • Камеры сгорания : тубовые , 6
  • Турбина : одноступенчатая

Спектакль

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

См. Также [ править ]

Сопоставимые двигатели

  • Армстронг Сиддели ASX
  • BMW 003
  • Heinkel HeS 011
  • Ishikawajima Ne-20
  • Lockheed J37 - первая американская попытка конструирования осевого реактивного двигателя.
  • Метрополитен-Виккерс F.2
  • Westinghouse J30 - первый действующий американский реактивный двигатель с осевым потоком (1943 г.)

Связанные списки

  • Список авиационных двигателей
  • Список авиадвигателей Германии времен Второй мировой войны

Ссылки [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ↑ Christopher, стр. 70–71.
  2. ^ Кристофер, стр. 72
  3. ^ Кристофер, pp.74-5.
  4. ^ a b c d e f g h i j Кристофер, стр. 70
  5. ^ a b Павелец, стр. 32
  6. ^ a b c Обороты двигателя: Автобиография Макса Бентеле ISBN  1-56091-081-X , стр. 45
  7. ^ Machine Design (получено 30 мая 2017 г.)
  8. ^ Meher-Homji
  9. ^ a b c d e f Кристофер, стр. 76
  10. ^ "Краткое изложение отчета немецкого пилота Ганса Фея" (PDF) . Зенос 'Warbird Video Drive-In.
  11. ^ Кристофер, стр. 74
  12. ^ Кристофер, стр. 75
  13. ^ Кристофер, стр. 69
  14. ↑ Christopher, стр. 69–70
  15. ^ "Двигатель Jumo 004B" .
  16. ^ "Junkers Jumo 004 B1 Турбореактивный двигатель, разрез" . 2017-05-03.
  17. ^ "Junkers Jumo 004 Turbojet" .
  18. ^ "Messerschmitt Me 262A Schwalbe" .
  19. ^ "Музей авиации Новой Англии" .
  20. ^ "Немецкий музей: Turbojet Jumo 004B, 1944" .
  21. ^ "Юнкерс Юмо" .
  22. ^ "FHCAM в Me 262 Warpaint Unveiled" . 2019-05-08.
  23. ^ https://www.facebook.com/watch/?v=2312086125580004

Библиография [ править ]

  • 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 . Crowood Press. ISBN 1-84037-294-X.
  • Кей, Энтони (2004). Юнкерс Самолеты и Двигатели 1913–1945 . 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 . ASME . Архивировано из оригинала на 2008-01-07.
  • Павелец, Стерлинг Майкл (2007). Реактивная гонка и Вторая мировая война . Гринвуд. ISBN 978-0-275-99355-9.

Внешние ссылки [ править ]

  • "Анализ конструкции реактивного истребителя Messerschmitt Me-262. Часть II - Силовая установка"
  • Первая попытка 21 века запустить восстановленный реактивный двигатель Me 262A Jumo 004B с его двухтактным APU Riedel