Гельмут Шельп: Пионер немецкой авиационной турбины.

Введение

Немецкий инженер Гельмут Шелп был директором по разработке перспективных двигателей в техническом отделе T Amt РЛМ до и во время Второй мировой войны. Он использовал свой пост для финансирования масштабной программы разработки реактивных двигателей, что привело к созданию многих двигательных концепций, используемых и сегодня. В частности, он сыграл ключевую роль в продвижении осевых компрессоров по сравнению с более простыми, но менее эффективными центробежными компрессорами. В отличие от Великобритании, где реактивная авиация не имела единого сторонника в Министерстве авиации, что привело к задержкам в разработке, Шелпу напрямую принадлежит заслуга в продвижении и совершенствовании реактивной авиации в Германии в течение нескольких лет.

Биография

Шелп получил степень магистра инженерии в Университете Стивенса в Хобокене, штат Нью-Джерси, прежде чем вернуться в Германию в 1936 году. По возвращении в Германию его пригласили принять участие в новом передовом курсе по авиационной технике, организованном научно-исследовательским институтом DVL в Берлине. По примеру Фрэнка Уиттла, сделанного несколькими годами ранее, Шелп заинтересовался проблемами высокоскоростного полета и попытался рассчитать максимальную скорость, которой может достичь самолет. В конечном итоге он пришел к выводу, что полеты со скоростью выше 0,82 Маха были невозможны из-за снижения эффективности воздушных винтов. Один из его профессоров в DVL продемонстрировал, что при 0,82 Маха их эффективность составит всего 71% и будет быстро падать. Для достижения более высоких скоростей потребовался бы гораздо более мощный двигатель, вес которого нивелировал бы тягу, создаваемую винтом. Он был в курсе разработок в области реактивных двигателей и убедился, что это единственный перспективный путь.

Карьера

В августе 1937 года Шелп присоединился к техническому отделу LC1 Транспортного управления, их недолговечному чисто исследовательскому подразделению. Ни LC1, ни DVL не разделяли его энтузиазма в отношении реактивного двигателя, но когда в 1938 году RLM была реорганизована, он оказался в подразделении LC8, которое занималось организацией разработки авиационных двигателей. Там он нашёл союзника в лице Ханса Мауха, ответственного за разработку ракетных и пульсирующих двигателей в LC8, который видел демонстрацию двигателя Ханса фон Охайна на заводе Heinkel. Однако Маух настоял на том, чтобы двигателестроительные компании работали над такими проектами, и отказался от официального финансирования разработок Heinkel, поскольку они велись компанией, занимающейся изготовлением фюзеляжей самолетов. Маух и Шелп встретились с большинством крупных двигателестроительных компаний, в частности BMW, Bramo, Jumo и Daimler Benz, ни одна из которых не проявила особого интереса, в основном потому, что они находились в процессе запуска в производство новых конструкций поршневых двигателей. В конечном итоге концепция реактивного двигателя стала более широко известна в RLM, и Шелп и Маух начали добиваться немедленной разработки летного образца. Маух ушёл в 1939 году, чтобы основать консалтинговую фирму, а Шелп возглавил программу разработки. Эта программа вызывала прямое противодействие Вольфрама Эйзенлора, директора LC8 (теперь известного как GL/C3 после очередной реорганизации), который считал, что для разработки столь новой концепции необходим более долгосрочный проект. В конце концов, дело дошло до того, что Эрнст Удет, директор всего T Amt, отменил решение Эйзенлора, разрешив продолжить разработку. К 1941 году двигатели, казалось, быстро совершенствовались, и даже Эйзенлор был убежден в перспективности проекта, став его активным сторонником. Шелп предложил программу, состоящую из трех классов двигателей: класс I – ранние конструкции с тягой менее 1000 кг, такие как Junkers Jumo 004 и BMW 003, пригодные только для легких истребителей или немного более крупных двухмоторных самолетов; класс II – более крупные и продвинутые двигатели с тягой более 1000 кг, подходящие для одномоторных истребителей и легких двухмоторных бомбардировщиков разумных размеров; класс III – очень крупные двигатели, подходящие для больших бомбардировщиков. Чтобы продвинуть эту программу, Шелп потребовал от Heinkel прекратить работу над двигателями Heinkel HeS 8 и Heinkel HeS 30 класса I и сосредоточиться исключительно на двигателе Heinkel HeS 011 класса II. В то время, в 1942 году, это решение казалось разумным, учитывая, что два других двигателя класса I, по всей видимости, были готовы к запуску в производство. В конечном итоге трехлетняя задержка перед поступлением 003 или 004 на вооружение могла означать, что HeS 30 опередил бы их, а HeS 011 так и не вышел бы из стадии прототипа. Шелп также использовал свое влияние, чтобы заставить Heinkel разработать один из своих любимых проектов – "диагональный компрессор", своего рода комбинацию центробежного и осевого компрессоров. В то время чистые осевые компрессоры испытывали проблемы с помпажом и турбулентностью на входе, в то время как центробежные конструкции оказались довольно устойчивыми к этим проблемам. Хотя механически можно было расположить центробежную ступень перед осевыми, для этого потребовалась бы большая лобовая площадь, а небольшая лобовая площадь была единственной реальной причиной использования осевой схемы. Диагональная ступень Шелпа, по-видимому, предлагала лучшее из обоих миров, лишь немного больше, чем осевая ступень того же расхода воздуха, но с гораздо более широкими лопатками, которые должны были быть более устойчивыми к проблемам воздушного потока. Шелп потребовал, чтобы HeS 011 использовал эту конструкцию, которая оказалась гораздо сложнее в изготовлении, чем предполагалось изначально, и привела к значительным задержкам в реализации проекта. После войны Шелпа доставили в Лондон, где он находился в режиме 24-часовой готовности, если кто-либо из Министерства авиации захочет с ним поговорить. Это случалось редко, и Шелп мог свободно перемещаться по Лондону. Во время одной из таких прогулок он наткнулся на Gloster E.28/39, на котором была табличка с указанием, что это первый самолет с турбореактивным двигателем, поднявшийся в воздух. На самом деле, Heinkel He 178 поднялся в воздух более чем на год раньше, и когда Шелп указал на это, ему с иронией предположили, что табличка может содержать неточность. Теперь правильная родословная представлена на экспонате E.28 в Музее науки.

In August 1937 Schelp joined the T Amt's LC1 technical department, their short lived pure research arm. Neither LC1 nor DVL shared his enthusiasm for the jet engine, but when the RLM was re organized in 1938, he found himself in the LC8 division which organized aircraft engine development. Here he found an ally in Hans Mauch, in charge of rocket and pulsejet development within LC8, who had seen a demonstration of Hans von Ohain's engine at the Heinkel works. Mauch was adamant that engine companies work on such projects, however, and refused official funding for Heinkel's developments as they were taking place at an airframe company. Mauch and Schelp did meet with most of the larger engine companies, notably BMW, Bramo, Jumo and Daimler Benz, none of whom proved to be terribly interested, mostly because they were in the midst of bringing new piston designs into production. Eventually the jet engine concept started to become more widely known within the RLM, and Schelp and Mauch started to push for the immediate development of a flightworthy model. Mauch left to form a consulting firm in 1939, and Schelp took over the development program. This program was directly opposed by Wolfram Eisenlohr, director of LC8 (now known as GL/C3 after yet another re org), who felt that a longer term project was needed to develop such a new concept. Eventually matters came to a head when Ernst Udet, director of the T Amt as a whole, overruled Eisenlohr, allowing development to continue. By 1941 the engines appeared to be maturing quickly and even Eisenlohr was convinced the project was worthwhile, becoming a strong supporter. Schelp proposed a program consisting of three classes of engines, Class I were early designs with under 1,000 kg of thrust like the Junkers Jumo 004 and BMW 003 that were suitable only for light fighters or somewhat larger twin engine designs, Class II were larger and more advanced engines of over 1,000 kg thrust suitable for reasonably sized single engine fighters and twin engine light bombers, and Class III were very large engines suitable for larger bombers. In order to move such a program along, Schelp told Heinkel to stop working on the Class I Heinkel HeS 8 and Heinkel HeS 30 engine designs, and concentrate only on the Class II Heinkel HeS 011. At the time, in 1942, this decision made sense considering that two other Class I engines appeared to be ready to enter production. The eventual three year delay before the 003 or 004 entered service may have meant the HeS 30 would have beaten them to service, and in the end the HeS 011 would never leave the prototype phase. Schelp also used his influence to force Heinkel to develop one of his pet projects, the "diagonal compressor", a sort of combination of the centrifugal and axial designs. At the time the pure axial compressors were having problems with surging and air intake turbulence, while the centrifugal designs proved fairly immune to these problems. Although it was mechanically possible to arrange a centrifugal stage in front of axial ones, this arrangement would require a large frontal area, and a small frontal area was the only real reason to use an axial arrangement. Schelp's diagonal stage appeared to offer the best of both worlds, only slightly larger than an axial stage of the same air flow, but with much wider chord blades that should be more resistant to airflow problems. Schelp demanded that the HeS 011 use this design, which proved to be much more difficult to build than originally thought, and led to lengthy delays in that project. After the war, Schelp was taken to London where he was on 24 hour call if anyone in the Air Ministry wanted to talk to him. This was rarely done, and Schelp found himself able to wander London at will. On one such trip he came across the Gloster E.28/39, bearing a plaque that stated it was the first turbojet powered aircraft to fly. It had actually been beaten into the air by over a year by the Heinkel He 178, and when Schelp pointed this out it was wryly suggested there may be some inaccuracy with the plaque. The correct lineage now appears on the E.28 display at the Science Museum.