Турбиналық қозғалтқыштың тұңғыш ойластырушысы: Ханс Йоахим Пабст фон Охайн

Кіріспе

Неміс аэроғарыш инженеры (1911–1998)

Ханс Йоахим Пабст фон Охайн (14 желтоқсан 1911 – 13 наурыз 1998) – неміс физигі, инженеры және ұшақты қуаттандыруға арналған алғашқы турбореактивті қозғалтқыштың жасаушысы. Франк Уиттлмен бірге ол турбореактивті қозғалтқыштың бірлескен өнертапқышы деп есептеледі. Алайда, тарихи деректер фон Охайнның сол кезде университет студенті болғанын көрсетеді. 1930 жылдың қаңтарында Уиттл турбореактивті қозғалтқышқа алғашқы патентін алды. Сонымен қатар, 1935 жылы өзінің қозғалтқышын жобалау және патент алу алдында фон Охайн Уиттлдің патенттерін оқып, сынға алған. Фон Охайн өзінің өмірбаянында: «Менің реактивті қозғалтқыштарға деген қызығушылығым 1933 жылдың күзінде Геттинген университетінде жетінші семестрде оқып жүргенімде басталды. Менің алдымда осы оймен келген көп адам болғанын білмедім» деп жазған. Уиттлден айырмашылығы, фон Охайн Хайнкель авиакомпаниясының қолдауын алды, ол оның жұмысын қаржыландырды. 1935 жылы қозғалтқыштың жалпы конструкциясын жобалағанда, ол компакттылық үшін центробегтік импеллер (центробегтік немесе радиалды компрессор) және радиалды кіріс турбинасын пайдаланды. Бұл конструкция өндіріске енгізуге қолайсыз болды, бірақ Heinkel компаниясының үлкен ресурстарының арқасында дамытылған нұсқасы He 178 ұшағын қуаттандыруға жеткілікті болды. 1939 жылдың 27 тамызында фон Охайн әлемдегі алғашқы газ турбинасын жасаған инженер ретінде тарихқа енді. Фон Охайн центробегтік конструкцияларды пайдалана берді және HeS8 және 011 сияқты Хайнкельдің басқа жобаларына зерттеулерін қосты, бірақ оның ешбір конструкциясы өндіріске енгізілген жоқ. Ал Junkers және BMW компанияларының басқа неміс инженерлері осьтік конструкцияны пайдаланып, өнімді қозғалтқыштар жасады, бірақ олар қуат және беріктік мәселелерін толық шеше алмады. Дегенмен фон Охайн Германияда әлемдегі алғашқы реактивті қозғалтқыш өндірісін бастады, 1945 жылға дейін көптеген прототиптер мен сериялық өндірістер жасалды. Уиттл турбореактивті қозғалтқыштың жобасын бастағаннан кейін фон Охайн өзінің алғашқы турбореактивті қозғалтқыштарын жасау жұмысын сол кезде Уиттл Ұлыбританияда WU қозғалтқышын құрастырып жатқан кезде бастады. Кейбіреулер олардың турбореактивті конструкцияларын бір мезгілде жасалған өнертабыс деп санайды. Алайда, фон Охайн өзінің өмірбаянында 1935 жылы өзінің патентін дайындап жатқанда (және қозғалтқыштың құрылысын бастамас бұрын) адвокаты оған Уиттлдің патентінің көшірмесін бергенін, оны оқып, сынға алғанын айтады. Оның нәтижесінде ол Уиттлдің дизайнына қол сұқпау үшін өзінің өтінімін өзгертуге мәжбүр болды. Охайнның алғашқы реактивті қозғалтқышының ядросы, ол өзінің «сутекті сынақ қозғалтқышы» деп атаған Heinkel HeS 1, Охайнның айтуынша, «наурыз айында немесе сәуір айының басында» іске қосылды (дегенмен Эрнст Гейнкельдің күнделіктерінде ол 1937 жылдың қыркүйегінде деп жазылған). Сутекті сынақ қозғалтқышы бойынша жұмыстар жалғасты, бірақ қозғалтқыштың температурасы жоғары проблемаларын шешу және оның сұйық отынмен өздігінен жұмыс істеуі үшін отын жүйесін орнату қажет болды, бұл 1937 жылдың қыркүйегінде орындалды. Heinkel компаниясының күшті қолдауымен Охайнның реактивті қозғалтқышы алғаш рет 1939 жылы Heinkel He 178 ұшағын қуаттандырды, содан кейін 1941 жылы Gloster E.28/39 ұшағында Уиттлдің қозғалтқышы пайда болды. 1944 жылдың шілдесінде Германия мен Ұлыбританияның турбореактивті ұшақтары дерлік бір уақытта пайдалануға енгізілді, Me 262 – 26 шілдеде, ал Gloster Meteor – 27 шілдеде, сондықтан Me 262 алғашқы операциялық реактивті ұшақ болды және жүздеген машиналармен ұрысқа қатысты, ал Gloster Meteor ұшақтарының ондаған ғана бірлігі шектеулі әрекеттер жасады. Соғыстан кейін екі адам кездесіп, дос болып, «турбореактивті қозғалтқышты өздігінен жасағаны үшін» инженерлік саладағы Чарльз Старк Дрейпер сыйлығын алды.

Hans Joachim Pabst von Ohain (14 December 191113 March 1998) was a German physicist, engineer, and the designer of the first turbojet engine to power an aircraft. Together with Frank Whittle he has been described as the co inventor of the turbojet engine however, the historical timelines show that von Ohain was still a university student when in January 1930, Whittle filed his first patent for a turbojet engine and Whittle successfully ran his first engine in April 1937, some 6 months before von Ohain. Additionally, prior to designing engine and filing his own patent in 1935, von Ohain had read and critiqued Whittle's patents. Von Ohain stated in his biography, that "My interest in jet propulsion began in the fall of 1933 when I was in my seventh semester at Göttingen University. I didn't know that many people before me had the same thought.". Unlike Whittle, von Ohain had the significant advantage of being supported by an aircraft manufacturer, Heinkel, who funded his work. When in 1935 von Ohain designed his overall engine layout, he based it for compactness on a centrifugal impeller (centrifugal or radial compressor) and a radial inflow turbine. Ultimately, this configuration had too many shortcomings to be put into production; however, aided by the enormous resources of the Heinkel Aircraft Company, a developed version was sufficient to power the He 178, and on 27 August 1939, von Ohain entered history as the designer of the world's first gas turbine to power an aircraft. Von Ohain stayed with centrifugal designs, contributing his research to Heinkel's other projects, such as the combined centrifugal/axial HeS8 and 011 but ultimately, none of his designs were put into production and other competing German designers at Junkers and BMW, following the axial design layout, saw their engines in production, although they never solved some of the basic power and durability problems. Von Ohain, nevertheless, started the world's first jet engine industry in his homeland of Germany, with many prototypes and series productions built till 1945. Von Ohain, having entered turbojet design some time later than Whittle, began working on his first turbojet engine designs during the same period that Whittle was building his WU engine in Britain. Their turbojet designs have been said by some, to be an example of simultaneous invention. However, von Ohain explains in his biography, that in 1935, while his own patent was being prepared,(and before he had begun construction of an engine) his lawyer gave him a copy of Whittle's patent which he read and critiqued. As a result, he was forced to modify his own application, so as not to infringe on Whittle's design. The core of Ohain's first jet engine, the Heinkel HeS 1, which he described as his "hydrogen test engine" was run "in March or early April" according to Ohain (although Ernst Heinkel's diaries record it as September 1937). Work on the hydrogen test engine continued but the engine required modifications to cure overtemperature problems and to fit a fuel system to enable it to run self contained on liquid fuel which was achieved in September 1937. With the heavy backing of Heinkel, Ohain's jet engine was the first to power an aircraft, the Heinkel He 178 aircraft in 1939, which was followed by Whittle's engine within the Gloster E.28/39 in 1941. Turbojet powered fighter aircraft from both Germany and Britain entered operational use virtually simultaneously in July, 1944,
the Me 262 on July 26 and the Gloster Meteor on July 27 of 1944, so the Me 262 was the first operational fighter jet and saw flight combat with hundreds of machines, while the few dozen Meteors saw limited action. After the war the two men met, became friends and received the Charles Stark Draper Prize for Engineering "for their independent development of the turbojet engine."

Ерте өмір және ұшақтардың дамуы

Германияның Дессау қаласында туған Охайн 1933 жылы Геттинген университетінде, сол кездегі әуе зерттеулерінің маңызды орталықтарының бірінде, киноға дыбысты тікелей жазуға арналған оптикалық микрофон туралы диссертациясымен физика ғылымдарының докторы дәрежесін алды, сонымен қатар Людвиг Прандтльдің лекцияларын тыңдаған. 1933 жылы, әлі студент кезінде, ол "желкен винті қажет емес қозғалтқыш" деп атаған идеяны ойлап тапты. Фрэнк Уитлдің аксиалды ағынды WU конструкциясынан ерекшелене, Охайн центробектік компрессормен жұптасқан радиалды ағынды турбинаны пайдаланды, оларды ротордың айналасына орналасқан сақина тәрізді жану камерасымен қатар орналастырды. Университетте жұмыс істеген кезде Охайн спорттық көлігін жергілікті Бартлс пен Беккер гаражына жөндеуге апарып тұратын. Сол жерде ол автомеханик Макс Ханмен танысып, ақырында оған өзінің қозғалтқышының демонстрациялық үлгісін жасауды тапсырды. Дайын үлгі 1937 жылғы Уитлдің толыққанды жұмыс істейтін қозғалтқышынан диаметрі үлкен, бірақ әлдеқайда қысқа болды. Охайн үлгіні университетке сынаққа алып барды, бірақ бензин отынының жануымен байланысты мәселелер туындады, ол негізінен турбинадан кейін болды, нәтижесінде алау құбырдан шығып кетті. Турбина алдында жанудың болмауы қозғалтқыштың электрмотордың көмегінсіз жұмыс істеуіне кедерілді, ол кейін қызып кетті. Фон Охайнның айтуынша, "Менің реактивтік қозғалтқыштарға деген қызығушылығым шамамен 1933 жылы басталды. Мен ұшудың әсемдігі поршеньді қозғалтқыш пен винттің қатты дірілі мен шуымен бұзылған деп таптым. Мен тұрақты жұмыс процесінің, яғни тұрақты сығылу, жану, кеңеюдің үлкен артықшылықтары бар деген қорытындыға келдім. Сондықтан мен қарапайым қозғалтқышты таңдадым – радиалды компрессорды радиалды турбинамен". Дегенмен, ол және Макс Хан институт ауласында жасаған және сынаған үлгі жану камерасын одан әрі жетілдіру қажет екенін көрсетті. Осының салдарынан Поль мен фон Охайн Гейнкельге "жаңа идеялардан қашпайтын" адам ретінде жүгінуге шешім қабылдады.

Born in Dessau, Germany, Ohain earned a PhD in physics in 1933, with his thesis on an optical microphone to record sound directly to film, at the University of Göttingen, then one of the major centers for aeronautical research, having attended lectures by Ludwig Prandtl. In 1933, while still a student, he conceived what he called "an engine that did not require a propeller". Unlike Frank Whittle's Power Jets WU design with its axial flow turbine, Ohain used a radial in flow turbine to go with a centrifugal compressor, placing them back to back with an annular combustion space wrapped around the rotor. While working at the university, Ohain used to take his sports car to be serviced at a local garage, Bartles and Becker. There he met an automotive mechanic, Max Hahn, and eventually arranged for him to build a demonstration model of his engine for The completed model was larger in diameter than Whittle's fully working engine of 1937, although much shorter. Ohain took the model to the university for testing but ran into problems with combustion of the petrol fuel, which took place mostly after the turbine, sending flames shooting out from the exhaust duct. The lack of combustion before the turbine contributed to the engine being unable to run without the assistance of the electric motor which subsequently overheated. According to von Ohain, "My interest in jet engines began in about 1933. I found that the elegance of flying was spoiled by the enormous vibrations and noise from the piston engine/propeller combination. I came to the conclusion that a constant work process, i. e. constant compression, combustion, expansion, would have great advantages. Thus I chose a quite simple engine, a radial compressor with a radial turbine." However, the model he and Max Hahn built and tested in the courtyard of the Institute showed the combustion chamber needed further development. As a consequence, Pohl and von Ohain decided to approach Heinkel as someone who "doesn't back away from new ideas".

Қозғалтқышты әзірлеу

1937 жылдың ақпан айында турбиналық бөлім сынақ стендісінде жұмыс істеді. Фон Охайнның айтуынша, "Біз қазір ұшақты қуаттандыруға қабілетті машинада жұмыс істеп жатырмыз, ол He S3B-нің алдағысы болды. Мен компрессор мен турбинаның арасына жану камерасын орнатуды жоспарлаған едім, өйткені біз сутегімен жұмыс істейтін үлгіде солай жасағанбыз, бірақ Хан оны олардың алдына қоюды ұсынды, бұл өте жақсы идея болды". He S3 турбинасын Эрих Варсиц пен Вальтер Кюнцель Heinkel He 118 ұшағында сынақтан өткізді, бұл дәстүрлі қозғалтқышқа қосымша итергіш күш берді. Дегенмен, HE S011 өнертабысында фон Охайн бүгінгі көптеген бизнес-ұшақтарда, сондай-ақ турбовинтті және тікұшақтарда қолданылатын осьтік және радиалды конструкцияларды біріктіретін стандартты тұжырымдаманы енгізді.

Марапаттар

Өзінің мансабында Охайн көптеген инженерлік және басқару наградаларын жеңіп алды, соның ішінде (басқалармен қатар) Американың Аэронавтика және Астронавтика Институтының (AIAA) Годдард Астронавтика сыйлығы, АҚШ Әуе күштерінің ерекше азаматтық қызметі үшін сыйлығы, Ерекше азаматтық қызметі үшін жүйелік команда сыйлығы, Юджин М. Цукерт басқару сыйлығы, Әуе күштерінің ерекше жетістіктері сыйлығы және зейнеткерлікке шығар алдында Құрмет белгісі. 1984–1985 жылдары Охайн Ұлттық әуе және ғарыш мұражайындағы Аэроғарыш тарихы бойынша Чарльз А. Линдберг төрағасының қызметін атқарды, бұл бәсекеге қабілетті аға шәкілдік тағайындама. 1991 жылы Охайн мен Уитл турбореактивті қозғалтқыштардағы жұмыстары үшін Чарльз Старк Дрейпер сыйлығымен бірлесіп марапатталды. Охайн АҚШ Ұлттық Инженерлік Академиясының (NAE) мүшесі болып сайланды. 1982 жылы Охайн Сан-Диего әуе және ғарыш мұражайының Халықаралық әуе және ғарыш даңқы залына енгізілді. 1990 жылы Охайн Ұлттық авиация даңқы залына енгізілді.

Өлім

Охайн 1998 жылы 86 жасында Флорида штатының Мельбурн қаласында қайтыс болды. Одан соң әйелі мен төрт баласы қалды. Оның ұлдарының бірі, Кристофер фон Охайн, АҚШ Теңіз корпусына (USMC) қосылды. Кристофердің ұлы, Ханс Кристофер фон Охайн, де USMC-ге қосылды; ол 2022 жылы автокөлік апатында қаза тапты.