Немецкий турбореактивный двигатель HeS 30: История разработки и особенности конструкции.
Heinkel HeS 30
HeS 30: ранняя немецкая авиационная турбина Heinkel. Разработка опережала BMW 003 и Jumo 004, но была остановлена RLM в пользу более продвинутых двигателей.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Турбореактивный двигатель
Turbojet engine
HeS 30 (HeS Heinkel Strahltriebwerke) был одним из первых реактивных двигателей, первоначально разработанным Адольфом Мюллером в компании Junkers, но впоследствии построенным и испытанным в Heinkel. Он, возможно, был лучшим из двигателей "класса I", к которому также относились более известные BMW 003 и Junkers Jumo 004. Поскольку его разработка началась несколько позже этих двух проектов, и ожидалось, что он поступит на вооружение позднее, Reichluftfahrtministerium (RLM) приказало Heinkel прекратить работы над этим проектом и сосредоточить усилия на более продвинутых разработках. HeS 30 был спроектирован до того, как RLM ввело стандартизированную систему наименований для своих двигателей. Ему было присвоено официальное обозначение 109 006, и иногда его называли HeS 006 в сокращенном виде. Разработка была завершена как раз в момент введения этих обозначений, поэтому наименование "HeS 30" используется гораздо чаще.
The HeS 30 (HeS Heinkel Strahltriebwerke) was an early jet engine, originally designed by Adolf Müller at Junkers, but eventually built and tested at Heinkel. It was possibly the best of the "Class I" engines, a class that included the more famous BMW 003 and Junkers Jumo 004. As it started somewhat later than these two designs, and was thus expected to enter service later, the Reichluftfahrtministerium (RLM) ordered Heinkel to stop work on the design and put their efforts into more advanced designs. The HeS 30 was designed before the RLM introduced standardized naming for their engine projects. It was assigned the official name 109 006, and it was sometimes called the HeS 006 as a short form. Development ended just as these names were being introduced, so "HeS 30" naming is much more common.
Переезд
Герберт Вагнер начал разработки двигателей в компании Junkers в 1936 году, назначив Адольфа Мюллера руководителем проекта. В 1938 году Junkers приобрела Junkers Motoren (Jumo), ранее существовавшую как отдельная компания. В октябре 1939 года, под давлением RLM, Junkers перенесла все работы по двигателям с основных заводов в Магдебурге на заводы Jumo в Дессау. Мюллер должен был занять подчиненную должность после переезда, но вместо этого решил уйти. Он и около половины первоначальной команды Junkers были переманены Эрнстом Гейнкелем и переведены в его основной кампус Heinkel Nord в Ростоке-Шмарле, где Ганс фон Охайн работал над двигателем Heinkel HeS 3. Из всех конструкций, которые Мюллер привез с собой, HeS 30 была самой простой и легкой в изготовлении. Мюллер уже построил опытный двигатель, когда еще работал в Junkers, однако он мог работать лишь примерно на половине расчетных оборотов в минуту, что ограничивало степень сжатия и требовало постоянной подачи сжатого воздуха извне. Junkers отказалась от этой разработки после ухода Мюллера, выбрав вместо этого более простую конструкцию команды Jumo. Мюллер пообещал Гейнкелю, что сможет запустить двигатель на испытательном стенде в течение года после завершения переезда, но в конечном итоге не смог сдержать это обещание. Ключевым элементом рабочего цикла двигателя был осевой компрессор уникальной конструкции. В большинстве немецких двигателей того времени сжатие выполнялось статорами, а роторы лишь разгоняли воздух для последующего сжатия. В HeS 30 ротор и статоры делили функцию сжатия примерно поровну (50/50), что было первоначально предложено Рудольфом Фридрихом из Junkers. В целом двигатель имел пятиступенчатый компрессор, обеспечивающий воздух с коэффициентом сжатия 3:1 для десяти камер сгорания, которые приводили в действие одноступенчатую турбину. Турбина также была уникальной для своего времени, поскольку использовала набор направляющих лопаток, регулируемых для различных режимов работы. Как и большинство немецких осевых двигателей, этот двигатель также включал в себя конус сопла с переменной геометрией для снижения противодавления при запуске, но использовал электрический стартер вместо поршневого двигателя Riedel, встроенного в BMW 003 и Jumo 004.
Herbert Wagner started engine developments at Junkers in 1936, placing Adolf Müller in overall charge of the project. In 1938 Junkers purchased Junkers Motoren (Jumo), formerly a separate company. In October 1939, under pressure from the RLM, Junkers moved all their engine work to Jumo's Dessau factories from their main plants at Magdeburg. Müller would have ended up in a subordinate role after the move, but decided to leave instead. He and about half of the original Junkers team were scooped up by Ernst Heinkel and moved to his primary Heinkel Nord campus in Rostock Schmarl, where Hans von Ohain was working on the Heinkel HeS 3 engine. Of all of the designs Müller brought with him, the HeS 30 was simplest and easiest to build. Müller had already built a test engine while still at Junkers, however it was only able to run at about half its designed RPM, which limited compression and required a continuous supply of external compressed air. Junkers abandoned the design when Müller left, choosing to develop the Jumo team's simpler design instead. Müller promised Heinkel he could have the engine up and running on a testbed within one year of completing the move, a promise he was ultimately unable to keep. Key to the engine's working cycle was an axial compressor of then unique construction. Most German engines of the era had the stators do all of the actual compression, with the rotors speeding up the air for them to compress. In the HeS 30, the rotor and stators shared compression about 50 50, a design originally provided by Rudolph Friedrich of Junkers. Overall the engine had a five stage compressor providing air at a compression ratio of 3:1 to ten flame cans, which powered a single stage turbine. The turbine was also unique for the era, using a set of guide vanes that were adjustable for various operating speeds. Like most German axial engines, the engine also included a variable geometry exhaust cone to lower back pressure when starting, but used an electric starter motor instead of the Riedel piston engine built into both the BMW 003 and Jumo 004.
Аргумент и отставка
Из-за переезда команде потребовалось значительное время, чтобы возобновить работу над проектом, и хотя в 1939 году было заказано три экспериментальных двигателя под обозначением 109 006, первый двигатель фактически заработал лишь в мае 1942 года. Помимо проблем, связанных с переездом, оказалось, что компрессор обеспечивает больший массовый расход, чем предполагалось изначально, что потребовало перепроектирования турбины. К усугублению проблем, в мае между Мюллером и Гейнкелем произошла ссора, которая в конечном итоге привела к отставке Мюллера. Работа над двигателем продолжалась, и к октябрю он достиг полной мощности. Из всех ранних двигателей HeS 30 был, безусловно, лучшей конструкцией. Он создавал тягу в 860 кг (1895 фунтов), примерно на равном расстоянии между 800 кг (1780 фунтов) у BMW 003 и более высокими 900 кг (1980 фунтов) у Jumo 004, но при этом весил всего 390 кг (860 фунтов), обеспечивая значительно лучшее отношение мощности к весу, чем сухой вес 003 – 562 кг (1240 фунтов) или 004 – 720 кг (1585 фунтов). Концепция HeS 30 также отличалась лучшим удельным расходом топлива и меньшим поперечным сечением. Утверждается, что его общая производительность не была превзойдена до 1947 года.
Due to the move, it took considerable time for the team to restart work on the design, and even though three experimental engines were ordered as the 109 006 in 1939, it was not until May 1942 the first engine actually ran. In addition to problems with the move, the compressor turned out to provide more mass flow than initially suspected, forcing a redesign of the turbine. To add to the problems, Müller and Heinkel had an argument in May that eventually led to Müller resigning. Work on the engine continued, and by October it was running at full speed. Of all of the early engines, the HeS 30 was by far the best design. It produced a thrust of 860 kg (1,895 lb), almost equidistant between the BMW 003's 800 kg (1,780 lb) and the Jumo 004's higher 900 kg (1,980 lb), but weighed only 390 kg (860 lb), providing a much better power to weight ratio than the dry weights of either the 003 at 562 kg (1,240 lb) or the 004 at 720 kg (1,585 lb). The HeS 30 concept also had better specific fuel consumption and was also smaller in cross section. It has been said its overall performance was not matched until 1947.
Отмена
Гельмут Шелп, отвечавший за разработку двигателей в RLM, отказался предоставить Heinkel контракт на серийное производство, что, по словам Ганса фон Охейна, чуть не довело Эрнста Хайнкеля до слез. Шелп отметил, что, несмотря на превосходную конструкцию, BMW и Jumo настолько опередили всех, что им просто не требовался еще один двигатель "класса I" – что оказалось бы ироничным через два года, когда оба этих двигателя все еще не были готовы к эксплуатации. Похоже, у него также были некоторые опасения относительно компоновки компрессора, но если это и было так, то официально это не подтверждено. Одновременно с этим он отменил разработку Heinkel HeS 8, руководимую фон Охайном. Вместо очередного двигателя класса I, Шелп попросил Хайнкеля сосредоточиться на двигателе класса II тягой около 1300 кг, который был бы необходим для одномоторных истребителей приемлемых размеров и мог бы использоваться в качестве полезной добавки к двухмоторным бомбардировщикам. Таким образом, работы над HeS 30 и HeS 8 были прекращены, и Heinkel, неохотно, переключился на Heinkel HeS 011, который не был запущен в серийное производство до окончания войны. Остатки команды Мюллера затем были переведены на заводы Heinkel Hirth для работы над новым двигателем. Начиная примерно с 1940 или 1941 года, базовая механическая компоновка HeS 30 также была использована в экспериментальном двигателе с постоянным объемом, известном как Heinkel HeS 40.
Helmut Schelp, in charge of engine development at the RLM, refused to give Heinkel a production contract, an event Hans von Ohain claims brought Ernst Heinkel near tears. Schelp noted that while the design was excellent, BMW and Jumo were so far ahead they simply did not need another "Class I" engine – something that would prove ironic in another two years when both of those engines were still not operational. It also appears he had some misgivings about the compressor arrangement, but if this was the case it was never official. He also cancelled von Ohain's Heinkel HeS 8 at the same time. Instead of yet another Class I engine, Schelp asked Heinkel to continue work on a Class II engine of about 1,300 kg thrust, which would be needed for reasonably sized single engine fighters, and as a useful addition to twin engine bombers. Thus work on the HeS 30 and HeS 8 ended, and Heinkel turned, grudgingly, to the Heinkel HeS 011, which would not enter production before the war ended. The remains of Müller's team were then moved to the Heinkel Hirth plants to work on the new engine. Starting some time in 1940 or '41, the basic mechanical layout of the HeS 30 was also used on an experimental constant volume engine known as the Heinkel HeS 40.