Ганс Иоахим Пабст фон Охайн: Пионер авиационных турбореактивных двигателей

Введение

Немецкий инженер-аэрокосмический инженер (1911–1998)

Ханс Йоахим Пабст фон Охайн (14 декабря 1911 – 13 марта 1998) был немецким физиком, инженером и конструктором первого турбореактивного двигателя для самолета. Вместе с Фрэнком Уиттлом его описывали как соизобретателя турбореактивного двигателя. Однако историческая хронология показывает, что фон Охайн все еще был студентом университета, когда в январе 1930 года Уиттл подал свой первый патент на турбореактивный двигатель, а Уиттл успешно запустил свой первый двигатель в апреле 1937 года, примерно за шесть месяцев до фон Охайна. Кроме того, до разработки двигателя и подачи собственного патента в 1935 году фон Охайн ознакомился с патентами Уиттла и подверг их критике. В своей биографии фон Охайн отметил: «Мой интерес к реактивной тяге возник осенью 1933 года, когда я учился на седьмом семестре в Геттингенском университете. Я не знал, что многие люди до меня имели ту же мысль». В отличие от Уиттла, фон Охайн имел значительное преимущество – поддержку авиастроительной компании Heinkel, которая финансировала его работу. В 1935 году, разрабатывая общую компоновку двигателя, фон Охайн, стремясь к компактности, использовал центробежный (радиальный) компрессор и радиальную турбину. Эта конструкция имела слишком много недостатков для серийного производства; однако, благодаря огромным ресурсам компании Heinkel, разработанная версия оказалась достаточной для привода He 178, и 27 августа 1939 года фон Охайн вошел в историю как конструктор первой в мире газовой турбины для самолета. Фон Охайн продолжал использовать центробежные конструкции, внося свой вклад в другие проекты Heinkel, такие как комбинированные центробежно-осевые HeS8 и 011, но ни одна из его разработок не была запущена в производство. Другие конкурирующие немецкие конструкторы из Junkers и BMW, придерживаясь осевой компоновки, увидели свои двигатели в производстве, хотя им и не удалось решить некоторые основные проблемы с мощностью и долговечностью. Тем не менее, фон Охайн заложил основу первой в мире индустрии реактивных двигателей на своей родине, в Германии, где до 1945 года было построено множество прототипов и серийных образцов. Фон Охайн, приступивший к разработке турбореактивных двигателей позже Уиттла, начал работу над своими первыми проектами одновременно с созданием Уиттлом двигателя WU в Великобритании. Некоторые считают, что их разработки являются примером одновременного изобретения. Однако фон Охайн объясняет в своей биографии, что в 1935 году, когда готовился его собственный патент (и до начала строительства двигателя), его адвокат предоставил ему копию патента Уиттла, которую он изучил и подверг критике. В результате ему пришлось изменить свое заявление, чтобы не нарушить конструкцию Уиттла. Ядро первого реактивного двигателя Охайна, Heinkel HeS 1, который он назвал своим «водородным опытным двигателем», было запущено «в марте или начале апреля» (по словам Охайна, хотя в дневниках Эрнста Хейнкеля указан сентябрь 1937 года). Работа над водородным опытным двигателем продолжалась, но двигатель требовал модификаций для устранения проблем с перегревом и установки топливной системы, позволяющей ему работать автономно на жидком топливе, что было достигнуто в сентябре 1937 года. Благодаря поддержке Heinkel, реактивный двигатель Охайна стал первым, который приводил в движение самолет – Heinkel He 178 в 1939 году, за которым последовал двигатель Уиттла в Gloster E.28/39 в 1941 году. Турбореактивные истребители из Германии и Великобритании поступили на вооружение практически одновременно в июле 1944 года: Me 262 – 26 июля, а Gloster Meteor – 27 июля 1944 года. Таким образом, Me 262 стал первым серийным реактивным истребителем и участвовал в боевых вылетах с сотнями машин, в то время как несколько десятков Meteor участвовали в ограниченных операциях. После войны они встретились, подружились и получили премию имени Чарльза Старка Дрейпера за «независимую разработку турбореактивного двигателя».

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."

Ранняя жизнь и развитие реактивного самолета

Родившийся в Дессау, Германия, Охайн получил докторскую степень по физике в 1933 году, защитив диссертацию об оптическом микрофоне для непосредственной записи звука на пленку в Геттингенском университете, который в то время являлся одним из крупнейших центров аэронавтических исследований, где он посещал лекции Людвига Прандтля. В 1933 году, еще будучи студентом, он разработал концепцию того, что назвал «двигателем, не требующим пропеллера». В отличие от конструкции Power Jets WU Фрэнка Уиттла с осевой турбиной, Охайн использовал радиальную турбину с потоком внутрь в сочетании с центробежным компрессором, разместив их спиной к спине с кольцевой камерой сгорания, охватывающей ротор. Работая в университете, Охайн обычно отвозил свой спортивный автомобиль на обслуживание в местный гараж Бартлса и Беккера. Там он познакомился с автомобильным механиком Максом Ханом и договорился с ним о создании демонстрационной модели своего двигателя. Завершенная модель была больше в диаметре, чем полностью рабочий двигатель Уиттла 1937 года, хотя и значительно короче. Охайн привез модель в университет для испытаний, но столкнулся с проблемами сгорания бензина, которое происходило в основном после турбины, вызывая выброс пламени из выхлопного сопла. Отсутствие сгорания перед турбиной приводило к тому, что двигатель не мог работать без помощи электродвигателя, который впоследствии перегревался. По словам фон Охайна, «мой интерес к реактивным двигателям возник примерно в 1933 году. Я обнаружил, что элегантность полета нарушалась огромными вибрациями и шумом от комбинации поршневого двигателя и пропеллера. Я пришел к выводу, что непрерывный рабочий процесс, то есть постоянное сжатие, сгорание и расширение, будет иметь значительные преимущества. Поэтому я выбрал довольно простой двигатель – радиальный компрессор с радиальной турбиной». Однако модель, которую он и Макс Хан построили и испытали во дворе института, показала, что камера сгорания требует дальнейшей доработки. В результате Поль и фон Охайн решили обратиться к Гейнкелю, как к человеку, «не избегающему новых идей».

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".

Разработка двигателя

В феврале 1937 года турбинная секция работала на испытательном стенде. По словам фон Охайна, "мы работали над машиной, способной приводить в движение самолет, предшественником He S3B. Я планировал разместить камеру сгорания между компрессором и турбиной, как мы сделали в водородной установке, но Ханн предложил разместить ее перед ними, что оказалось превосходной идеей". Турбину He S3 испытывали Эрих Варсиц и Вальтер Кюнцель на самолете Heinkel He 118, обеспечивая дополнительную регулируемую тягу к обычному двигателю. Однако в своем изобретении HE S011 фон Охайн представил стандартную концепцию, объединяющую осевые и радиальные схемы, которая используется в большинстве современных бизнес-джетов, а также в турбовинтовых самолетах и вертолетах.

Награды

За свою карьеру Охайн получил множество инженерных и управленческих наград, включая (в частности) награду Годдарда по астронавтике Американского института аэронавтики и космонавтики (AIAA), награду за исключительную гражданскую службу Военно-воздушных сил США, награду командования систем за исключительную гражданскую службу, премию Юджина М. Цукерта в области управления, награду за особые достижения Военно-воздушных сил и, незадолго до выхода на пенсию, Почетную грамоту. В 1984–1985 годах Охайн занимал должность имени Чарльза А. Линдберга по истории воздухоплавания и космонавтики – престижную старшую стипендию в Национальном музее авиации и космонавтики. В 1991 году Охайн и Уиттл совместно удостоились премии Чарльза Старка Дрейпера за их вклад в разработку турбореактивных двигателей. Охайн был избран членом Национальной инженерной академии США (NAE). В 1982 году Охайн был принят в Международный зал славы авиации и космонавтики в музее авиации и космонавтики Сан-Диего. В 1990 году Охайн был включен в Национальный зал славы авиации.

Смерть

Охайн умер в Мельбурне, штат Флорида, в 1998 году в возрасте 86 лет. У него остались жена и четверо детей. Один из его сыновей, Кристофер фон Охайн, поступил на службу в Корпус морской пехоты США (USMC). Сын Кристофера, Ханс Кристофер фон Охайн, также поступил в USMC; он погиб в автомобильной аварии в 2022 году.