Немецкий турбореактивный двигатель Heinkel HeS 011.

Введение

Немецкий турбореактивный двигатель Heinkel HeS 011 или Heinkel Hirth 109 011 (HeS Heinkel Strahltriebwerke) был передовым реактивным двигателем времен Второй мировой войны, разработанным компанией Heinkel Hirth. Он отличался уникальной компоновкой компрессора, начинающейся с низкокомпрессорной ступени на входе, за которой следовала "диагональная" ступень, аналогичная центробежному компрессору, и затем трехступенчатый осевой компрессор. Многие немецкие реактивные самолеты, проектируемые к концу войны, разрабатывались с расчетом на использование HeS 011, но сам двигатель не был готов к серийному производству до окончания войны в Европе, и было изготовлено лишь небольшое количество прототипов.

Проектирование и разработка

Начиная с 1936 года, Junkers приступил к проекту разработки реактивного двигателя под руководством Вагнера и Мюллера, которые работали над конструкциями осевых компрессоров. К 1940 году они добились создания полурабочего прототипа, который не мог работать на собственной мощности и требовал подачи сжатого воздуха из внешнего источника. Тем временем, Ханс Маух, отвечавший за разработку двигателей в RLM, решил, что вся разработка двигателей должна осуществляться на существующих предприятиях по производству двигателей. В соответствии с этой новой политикой, он вынудил Junkers избавиться от своих внутренних команд разработчиков двигателей. Мюллер и половина существующей команды Junkers перешли к Эрнсту Гейнкелю, который начал немецкие разработки реактивных двигателей, когда в 1937 году организовал лабораторию для Ганса фон Охайна. Обе команды некоторое время работали над своими проектами параллельно: фон Охайн над HeS 8 (или 109 001), а команда Junkers – над HeS 30 (109 006). Позже усилия Гейнкеля были реорганизованы в Hirth Motoren. Гельмут Шельп, сменивший Мауха, полагал, что BMW 003 и Junkers Jumo 004 достигнут серийного производства с примерно одинаковой тягой задолго до готовности любого из проектов Heinkel, и отменил оба проекта. Он разработал новый план развития, предусматривающий три класса двигателей: 003 и 004 – двигатели «класса 1» тягой менее 1000 кг, подходящие для небольших истребителей, но действительно полезные только в двухдвигательных схемах. Шельп проявлял гораздо больший интерес к разработке двигателей «класса II» с тягой в диапазоне 1000–2000 кг, более крупных конструкций, способных приводить в движение полноразмерный истребитель одним двигателем. Шельпа также интересовала возможность внедрения одного из его любимых проектов – диагонального компрессора. Ранее Шельп убедил Гейнкеля приложить усилия к другому его проекту – турбовинтовому двигателю с одним турбокомпрессором и двумя компрессорами, но отказался от этой идеи и вместо этого предложил Гейнкелю свою новую концепцию в качестве компенсации. В некотором смысле HeS 011 можно рассматривать как комбинацию конструкций обеих команд: трехступенчатого осевого компрессора от команды Мюллера в сочетании с одноступенчатым центробежным компрессором от фон Охайна, приводимых в движение одной двухступенчатой турбиной. Двигатель работал с несколько большей тягой, примерно , по сравнению с тягой около для 003 и 004 соответственно. 011 имел две общие черты с Jumo 004: двигатель, оснащенный двухтактным двигателем Riedel, использовался в качестве APU для раскрутки центрального вала при запуске двигателя, но он был установлен над впускным отверстием внутри изготовленного компанией Heinkel сборного листового металлического воздухозаборника, а не внутри впускного дефлектора, как в 004, а также имел выхлопное сопло переменной геометрии с сужающимся корпусом иной аэродинамической формы, чем у Zwiebel (луковицы) 004, которое также перемещалось вдоль сопла для изменения тяги. Были также планы по созданию турбовинтовой версии HeS 021, но из-за высокой загруженности Heinkel этот проект позже был передан Daimler Benz для завершения. Прототипы были готовы в 1944 году и испытывались на бомбардировщике Heinkel He 111 с установкой двигателя на внешние узлы подвески под фюзеляжем. В течение следующего года практически все немецкие авиаконструкторы основывали свои проекты на 011, как это делалось годом или двумя ранее с проектируемыми поршневыми двигателями, например, в рамках программы двухмоторного бомбардировщика B, которая в значительной степени базировалась на столь же экспериментальном двадцатичетырехцилиндровом двигателе Junkers Jumo 222. Разработка мощных (>1500 кВт) авиационных поршневых двигателей и более совершенных турбореактивных двигателей оказалась сложной задачей для немецкой авиационной промышленности на протяжении всей войны. В результате, как и почти триста экспериментальных образцов сложного поршневого двигателя Jumo 222, турбореактивный двигатель HeS 011 так и не был запущен в серийное производство, было построено всего 19 прототипов. Один из них был установлен на Messerschmitt Me P.1101, который был доставлен в Соединенные Штаты и послужил основой для Bell X-5. Всего было завершено девятнадцать HeS 011. Два экземпляра сохранились в музеях Соединенных Штатов: один в Национальном музее ВВС США в Дейтоне, штат Огайо, и один в Музее авиации EAA в Ошкоше, штат Висконсин. Испанская INI запатентовала в 1951 году аналогичную конструкцию (ES197663), которая выставлена в Музее авиации Cuatro Vientos в Мадриде.

Starting in 1936, Junkers started a jet engine development project under the direction of Wagner and Müller, who worked on axial compressor designs. By 1940 they had progressed to the point of having a semi working prototype, which could not run under its own power and required an external supply of compressed air. Meanwhile, Hans Mauch, in charge of engine development at the RLM, decided that all engine development should take place at existing engine companies. In keeping with this new policy, he forced Junkers to divest itself of their internal engine teams. Müller and half of the existing Junkers team decamped and were happily accepted by Ernst Heinkel, who had started German jet development when he set up a lab for Hans von Ohain in 1937. The two teams worked on their designs in parallel for some time, von Ohain's as the HeS 8 (or 109 001), and the Junkers team as the HeS 30 (109 006). Heinkel's efforts were later re organized at Hirth Motoren. Helmut Schelp, who had taken over from Mauch, felt that the BMW 003 and Junkers Jumo 004 would reach production at about the same power levels long before either of the Heinkel projects would be ready, and cancelled both of them. He outlined a new development plan with three engine classes; the 003 and 004 were "Class 1" engines of under 1000 kg thrust suitable for small fighters, but only really useful in twin engine designs. Schelp was much more interested developing "Class II" engines with thrust in the 1000–2000 kg range, larger designs able to power a full sized fighter with a single engine. Schelp was also interested in seeing one of his own pet projects, the diagonal compressor, adopted. Schelp had earlier convinced Heinkel to put some effort into another pet project of his, a twin compressor single turbine turboprop, but had given up on this and instead offered Heinkel his new concept as a consolation prize. In some ways, the HeS 011 can be considered a combination of the two teams' designs, a three stage axial compressor from Müller's team, combined with a single stage centrifugal compressor from von Ohain's, the two driven by a single two stage turbine. The engine operated at somewhat higher thrust levels, about , as opposed to about thrust for the 003 and 004 respectively. The 011 shared two features with the Jumo 004, with an engine mounted Riedel two stroke engine functioning as an APU to get the central shaft turning during engine startup, but mounted above the intake orifice within a Heinkel crafted prefabricated sheet metal intake passage instead of inside the intake diverter as the 004 had done, and also had a variable geometry exhaust nozzle, with a restrictive body of differing aerodynamic shape to the 004's Zwiebel (onion) unit, that likewise traveled fore and aft in the nozzle to vary the thrust. Plans were also made for a turboprop version, the HeS 021, but the workload at Heinkel was so high that this project was later given to Daimler Benz to complete. Prototypes were available in 1944, and tested using a Heinkel He 111 bomber, mounting the engine on the external hardpoints under the fuselage. Over the next year, practically all German aircraft designers based their projects on the 011, very much as had been done only a year or two previously with projected piston engined designs, such as those of the twin engined Bomber B program, widely based on the equally experimental Junkers Jumo 222 twenty four cylinder powerplant. Advanced high output (>1,500 kW) aviation piston engines and more advanced turbojets proved to be something the German aviation engine industry would have considerable challenges developing into combat reliable engines throughout the war years. As a result, and like the nearly three hundred experimental examples built of the complex Jumo 222 piston engine, the HeS 011 turbojet never entered production, with only 19 prototypes built in total. One of these was mounted in the Messerschmitt Me P.1101 that was taken to the United States, forming the basis of the Bell X 5. In all, only nineteen HeS 011s were completed. Two museum preserved examples survive in the United States: one at the National Museum of the U. S. Air Force in Dayton, Ohio, and one at the EAA Aviation Museum in Oshkosh, Wisconsin. The Spanish INI patented in 1951 a similar design (ES197663), on exhibition at Cuatro Vientos Air Museum in Madrid.

Варианты

109 011 V1Первоначальный прототип, обеспечивающий тягу 10,9 кН (2459 лбс) при 9920 об/мин.
109 011 A 0Предсерийный вариант, предназначенный для обеспечения тяги 12,7 кН (2866,5 лбс) при 11000 об/мин.
109 011 BУлучшенный вариант, предназначенный для обеспечения тяги 14,7 кН (3307 лбс), не был построен.
109 011 CУлучшенный вариант для обеспечения тяги 16,7 кН (3748 лбс), не был построен.