Junkers Jumo 004

Jumo-004 - ( Jumo 109-004 ) první sériový motor s plynovou turbínou na světě . Konstruktéři motorů - Anselm Franz a Otto Mader z motorového oddělení Junkers , (Junkers Motorenbau) zkráceně "Jumo" . Ministerstvo letectví RLM , které bylo iniciátorem vývoje plynových turbín a raketových motorů, který probíhal v atmosféře přísného utajení, jim přidělilo předponu " 109 ". V souladu s tím získal motor BMW označení 109-003 a motor Junkers dostal označení 109-004.

Motor Jumo-004 se neplánoval instalovat na nový proudový stíhač (letoun byl konstruován jako přepadový) Messerschmitt Me-262 , stíhač byl navržen pro proudový motor BMW P 3302 (BMW-003), ale BMW motor se nepodařilo v požadovaném čase uvést na předepsané vlastnosti a bylo rozhodnuto dodat nový proudový letoun s proudovými motory Jumo-004 již uvedenými do sériové výroby.

Úpravy

Došlo k významnému počtu úprav motoru, které se lišily technickými vlastnostmi, konfigurací, instalací přídavného zařízení. Některé modifikace byly instalovány na sériových letounech a některé byly testovány. První motor nesl index Jumo-004A . Cílem při vývoji Jumo-004A bylo získat funkční motor v co nejkratším čase, bez ohledu na hmotnost motoru, výrobní úvahy nebo použití vzácných (strategických) materiálů. A. Franz sice znal odstředivý kompresor ze své předchozí práce s turbodmychadly, nicméně zvolil uspořádání axiálního kompresoru, protože byl přesvědčen, že přední část má zásadní význam a že zvýšení účinnosti lze dosáhnout pouze s axiálním kompresorem. rozložení [1] .

Prototyp motoru Jumo-004A byl testován v říjnu 1940 bez tryskového zařízení.

Nicméně Jumo-004A nemohl být uveden do sériové výroby, a to jak kvůli jeho hmotnosti (850 kg), která překračovala konstrukční standardy, tak kvůli širokému použití v konstrukci slitin obsahujících vzácný nikl a molybden. Anselm Franz si uvědomil, že aby se snížilo použití materiálů, kterých bylo (v Německu) velmi málo, musel být motor přepracován [1] . Konstrukčně byla modifikace motoru 004B upravena tak, aby takových materiálů obsahovala minimum.

Motory Jumo-004B jsou sériové, stavěné ve velké sérii [2] . Jumo-004B-1 a dále Jumo-B-2 a Jumo-B-3 byly vybaveny dvoudobým benzínovým startérem Riedel.

Jumo-004E je druhým typem motoru (po motoru Power Jets W.2/700 testovaném již v roce 1944 ve Velké Británii na Gloster Meteor I ), který je vybaven přídavným spalováním (potrubím přídavného spalování) [3] . Vyrobeno v roce 1945, bylo používáno po válce v SSSR pod označením RD-10YUF.

Hlavní technické vlastnosti

• Vzletový tah, kgf

Jumo-004A-840; Jumo-004B -900; Jumo-004D - 1050; Jumo-004Е -1200; Jumo-004F-1200; Jumo-004G-1693; Jumo-004H-1805;

• Spotřeba vzduchu ve vzletovém režimu, kg/s

Jumo-004 −23,0; Jumo-004V -21,2; Jumo-004F-

• Měrná spotřeba paliva, kg/kgf x h

Jumo-004 −1,48 ; Jumo-004V -1,4; Jumo-004F -0,55

• Otáčky rotoru v režimu vzletu, ot./min

Jumo-004 - ; Jumo-004B -8700; Jumo-004F-9000; Jumo-004H-6700

• Teplota plynu na vstupu do turbíny, stupně Celsia

Jumo-004 - ; Jumo-004В -775 ; Jumo-004E - 870; Jumo-004H-

• Materiál lopatky turbíny

Jumo-004 - Tinidur (monolitický); Jumo-004B2 - Tinidur (dutý); Jumo-004B4 - Cromadur (dutý)

• Délka, m

Jumo-004 -3,96; Jumo-004V -3,86; Jumo-004F -3,8; Jumo-004H -3,95

• Průměr, m

Jumo-004 -0,81; Jumo-004V -0,76; Jumo-004F -0,76; Jumo-004H -0,87

• Váha (kg

Jumo-004-720; Jumo-004В -745; Jumo-004F - ; Jumo-004H-1130

• Počet kroků kompresoru

Jumo-004-8; Jumo-004V -8; Jumo-004F-8; Jumo-004H-11

• Počet stupňů turbíny

Jumo-004-1; Jumo-004В -1; Jumo-004F-1; Jumo-004H-2

• Tlakový poměr

Jumo-004 -3,0; Jumo-004V -3,14; Jumo-004F-

• Axiální kompresor

• Axiální turbína

• Spalovací komory 6 ks. (Jumo-004H 8 kusů spalovacích komor)

• Řízení tahu se provádělo změnou přívodu paliva a plochy průtokové sekce trysky při pohybu pohyblivého kužele („zvibel“-žárovka) v trysce. Kompresor je neregulovaný .

• Pracovní zdroj do roku 1944 - 25 hodin.

Při výrobě spalovacích komor a lopatek turbín z materiálů s dostatečným množstvím legujících prvků je životnost více než 100 hodin (výroba motorů v SSSR)

• Provozní palivo J-2 (těžký petrolej) nebo K1 (nafta). Startovací palivo benzin B-4.

Data pro motor Jumo-004B

• Max. průměr motoru 698 mm.
• Axiální kompresor.
  • Kotouče rotoru kompresoru (8 stupňů) - hliníková slitina
  • Lopatky statoru kompresoru (9 stupňů) - 3 první stupně z hliníkové slitiny; 6 dalších z ocelového plechu.
• Turbína (jednostupňová) axiální.
  • Turbínový kotouč o průměru 476 mm. Materiál Chromová ocel (magnetická): 3,0 Cr-0,72 V-0,45 Mn-0,45 Mo-0,4 W-0,3 Si-0,2 C
  • Pracovní čepele délky 110 mm (61 ks) - čepel DVL dutá DVL-Hohlschaufel , chlazená s otevřeným koncem, bez zákrutu, design Schmidt FA Schmidt . Upevnění na kotouč profilovou stopkou, upevnění nýty. Zdroj čepele 50 hodin.
  • Listy trysek (35 ks nemagnetických) - chlazené ze žáruvzdorné Cr-Mn oceli, tloušťka stěny 1,15 mm

Hromadně modifikovaný motor Jumo-004B byl o 100 kg menší než Jumo-004A a v roce 1943 prošel několika 100hodinovými zkouškami životnosti. Životnost motoru při generální opravě dosáhla 50 hodin [1] .

Navzdory unikátnímu systému chlazení nové duté lopatkové turbíny motoru Jumo-004B, která neobsahuje „nedostatkové materiály“, se snížila dlouhodobá odolnost proti mechanickému a tepelnému zatížení a často způsobovala problémy s prasknutím vedení nebo rotoru. čepele. Zatímco předsériový model Jumo-004A bez problémů obstál ve 100hodinových testech při plném zatížení, u sériové modifikace Jumo-004B se životnost generální opravy (do úplné opravy motoru) zkrátila na 25 hodin. V praxi k poruchám motorů 004B často docházelo ještě dříve, než byla tato doba zpracována. Životnost motorů přitom do značné míry závisela na zkušenostech pilota. Takže příliš rychlý posun ovládací rukojeti motoru (ORE) často vedl k přehřátí a poškození turbíny.

Podle britských údajů získaných během podrobné studie německého vývoje plynových turbínových motorů během mise Fedden se doba mezi generálními opravami motoru ( německy Grundüberholung) pohybovala od 30 do 50 hodin [4] . Generální oprava motoru zahrnovala výměnu lopatek turbíny (které představovaly největší poškození), vyvážení rotorů a kontrolu a případně výměnu dvoutaktního startéru Riedel a ovládacího zařízení motoru. Údržbové práce na spalovacích komorách byly provedeny po 20 hodinách. práce a jejich výměna po 200 hodinách.

Historie

Program na vytvoření proudového motoru v Junkers Motorenbau, zahájený ministerstvem letectví RLM, byl zahájen v roce 1939 [5] . Výsledkem bylo, že uvedení motoru Jumo-004 z předběžného návrhu do jeho výroby trvalo pouhé čtyři roky, což byl na úsvitu proudové éry nepochybný úspěch A. Franze [1] .

První motory pod indexem Jumo-004A byly testovány na lavičce v březnu 1942. Celkem bylo postaveno asi 30 motorů první modifikace. Do konce války bylo vyrobeno asi 6500 kusů. různé modifikace motorů Jumo-004.

• 1942 - 30 ks.
• 1943 - 41 ks.
• 1944 - 1201 jednotek.
• 1945 - 5182 jednotek.

Podle německých zdrojů bylo od února 1944 do března 1945 vyrobeno 6010 motorů sériových modifikací 004B-1 a 004B-2, z toho 4752 motorů bylo dodáno letectvu [6] .

Prototyp konstrukce sovětského proudového motoru

Po skončení druhé světové války se do rukou Spojenců dostalo velké množství nepoužívaných motorů Jumo-004. Závěr specialistů F. Whittlea z Velké Británie uvedl, že: "Tento motor nemá z hlediska dalšího vývoje plynových turbínových motorů žádnou hodnotu." Stejný názor sdíleli i specialisté z USA, kteří již znali Whittleovy britské motory. Tento názor angloamerických specialistů byl částečně chybný.

Jumo-004 byl od počátku konstruován jako jednoduchý motor, jehož sériovou výrobu bylo možné zvládnout při nedostatku materiálu a nářadí, kvalifikovaných pracovníků, tedy ve vojenských podmínkách a v co nejkratším čase.

Na prvních sériových úpravách motoru Jumo-004V1 byly instalovány monolitické pracovní a tryskové lopatky vyrobené ze žáruvzdorné oceli Tinidur s obsahem 30% niklu. V úpravě Jumo-004В2 měl motor již duté, vzduchem chlazené lopatky turbíny z oceli Tinidur, které byly v následných úpravách nahrazeny méně nedostatkovou ocelí Cromadur, což umožnilo téměř úplně opustit používání niklu, který byl pro Třetí říši vzácný, zatímco spotřeba chrómu byla snížena na 2,2 kg na motor. Zde je Cromadur značka žáruvzdorné oceli od Krupp se složením: 17–19 % Mn; 11–14 % Cr; 0,7-0,8 % Mo; 0,6 až 0,7 % Si. Ocel Cromadur je odolná vůči tečení při teplotách 600-630 stupňů Celsia. Když byly lopatky vyrobeny z duté oceli Cromadur s chlazením vzduchem, vydržely provozní teplotu 770 stupňů.

Neprofesionálové se domnívají, že Jumo-004 se vyznačoval špatným ovládáním, ale názor otce domácího automatického řízení kosmických lodí, B.E. Chertok , se s tímto názorem neshoduje. B. E. Chertok věřil, že v té době bylo řízení motoru prováděno na vysoké úrovni. Kompilátoři prvních popisů systémů řízení motoru, inženýři I.F. Kozlov a S.P. Kuvšinnikov, sdíleli stejný názor : „... Ve skutečnosti se ukázalo, že jde o složitý, multifunkční systém, který za letu poskytoval dávkování paliva v různých provozních režimech motoru. . Vyznačoval se originálními řešeními, která byla zohledněna při vývoji domácích motorů. (Stojí za zmínku, že první modely Jumo-004, které nebyly vybaveny automatizovanou škrticí klapkou (ovládací páka motoru), byly náchylné k požáru. což vedlo ke zážehu pojezdové dráhy. Právě k tomu došlo zavedením systému automatického přívodu paliva Požadované.)

Němci si byli dobře vědomi nedostatků v ovládání motoru, možnosti jeho rázu za určitých podmínek a podobných nedokonalostí, které neměly vliv na jeho výkon při správném ovládání a provádění doporučených manévrů letadla, na kterém byl motor instalován. Motor fungoval, vyvinul potřebný tah, řídil se dostatečně dobře pro první sériový proudový motor. A to, že stíhačky Me 262 nedokázaly zvrátit vývoj války, nebyla chyba konstruktérů motoru Jumo-004.

V SSSR zastával jiný názor. Sériový německý motor udělal na sovětské letecké specialisty nesmazatelný dojem. Ukázka memoáru E. G. Adlera (zástupce A. S. Jakovleva). „V TsIAM nás potkal zkušební inženýr proudového motoru Jumo-004, který se představil jako Lokshtovsky . Vedl nás ke stánku, kde byla nějaká tlustá tvarovaná trubka. Celková délka se zdála být asi tři metry. Nad stojanem viselo schéma motoru. Podivný motor byl brzy nastartován. Když řev motoru ustal, Lokshtovsky rozumně vysvětlil své zařízení a nastínil vlastnosti. Byl jsem šokován…

S hmotností menší než 800 kg vyvinul Jumo-004 tah 900 kgf, což odpovídalo přibližně 2500 hp. S. …“ [7]

Výsledkem jsou továrny Junkers z měst Dessau a Bernburg spolu s 1000 německými a rakouskými specialisty na letectví. Pod vedením Nikolaje Dmitrieviče Kuzněcova zorganizovali němečtí specialisté v zimě 1946-1947 výrobu sovětské kopie Jumo-004 s názvem RD-10 . V závodě číslo 16 v Kazani se vyráběly proudové motory BMW-003 pod označením RD-20 a BMW-003C pod označením RD-21 .

Kromě toho byly organizovány tři nové továrny na proudové motory č. 36 v Rybinsku (nyní NPO Saturn ), č. 478 v Záporoží (nyní Motor Sich OJSC ) , č. 466 v Leningradu na zařízení jiných německých leteckých továren exportovaných z Německa.

Němečtí specialisté přivezení do SSSR pokračovali v práci na mnoha dalších německých pístových benzínových, naftových a proudových motorech, které nebyly uvedeny do sériové výroby v Německu.

Specialisté skupiny hlavního konstruktéra OKB-1 Dr. Alfred Scheibe (bývalý šéfkonstruktér vzduchových motorů Junkers, který ve firmě pracoval od roku 1928 a měl několik klíčových patentů na motory) dokončili slibné proudové motory Junkers .

Specialisté skupiny hlavního konstruktéra OKB-2 Dr. Prestela dokončili nadějné proudové motory BMW.

Skupina Dr. Shaibe pod vedením N. D. Kuzněcova navrhla a postavila výkonný turbovrtulový motor (TVD) Jumo-022 nazvaný NK-2M . Pokračující práce na Jumo-022, byl vynucen, zdvojen a dostal jméno 2TV-2F a instalován na Tu-95 . Po katastrofě s Tu-95 bylo rozhodnuto vyrobit nový motor. Proudový motor NK-12 byl posledním dílem německých specialistů v SSSR. Koncem roku 1953 byli Němci propuštěni do východního Německa.

Na stíhačkách Jak-15 byly instalovány motory Jumo-004 (RD-10) ; Jak-17 ; Jak-19 ; Su-9 .

Na stíhačce MiG-9 byly instalovány motory BMW-003C (RD-21) .

Na AN-8 byly instalovány motory Jumo-022 (NK-2M) ; Tu-91 .
Motory skupiny Shaybe ( NK-12 ) byly instalovány na Tu-95 a jsou stále v provozu.

Aplikace

• Arado Ar 234
• Blohm & Voss P.188 (projekt)
• Focke-Wulf Ta 183 Huckebein (plánováno pro rané prototypy)
• Gotha Go 229 / Horten Ho.IX
• Heinkel He 280
• Heinkel He 162A-8 Volksjager
• Henschel Hs 132
• Junkers Ju 287 (první a druhý prototyp; plánuje se instalace na čtvrtý prototyp, stejně jako na sériový Ju 287 A-2 a B-1)
• Messerschmitt Bf 110 : létající laboratoř
• Messerschmitt Me 262