Немецкий турбореактивный двигатель BMW 003 времён Второй мировой войны.

Введение

Ранний немецкий осевой турбореактивный двигатель

BMW 003 (полное обозначение RLM 109 003) — ранний осевой турбореактивный двигатель, произведенный компанией BMW AG в Германии во время Второй мировой войны. Двигатели BMW 003 и Junkers Jumo 004 были единственными немецкими турбореактивными двигателями, запущенными в серийное производство во время Второй мировой войны. Разработка BMW 003 началась раньше, чем его современника Jumo 004, но из-за длительных проблем в процессе разработки, BMW 003 поступил в производство значительно позже. Проекты самолетов, изначально разрабатывавшиеся под этот двигатель, были переоборудованы с использованием силовых установок Jumo. Наиболее известным примером является Messerschmitt Me 262, который использовал 003 в двух прототипах серии V и в двух экспериментальных самолетах A 1b. Единственными серийными самолетами, оснащенными BMW 003, были Heinkel He 162 и более поздние версии серии C, четырехдвигательные модификации Arado Ar 234. В Германии было построено около 3500 двигателей BMW 003, однако лишь небольшое их количество было установлено на самолеты. Этот двигатель также послужил основой для разработки турбореактивных двигателей в Японии во время войны и в Советском Союзе после ее окончания. Более крупной модификацией являлся BMW 018, но к концу войны было построено всего три прототипа.

Проектирование и разработка

Практичность реактивного двигателя была продемонстрирована в Германии в начале 1937 года Хансом фон Охаином, работавшим в компании Heinkel. Признавая потенциал изобретения, Рейхсминистерство авиации (Reichsluftfahrtministerium, сокращенно RLM) поощряло немецких производителей авиационных двигателей начать собственные программы разработки реактивных двигателей, предлагая контракты компаниям Junkers и BMW на двигатель, способный создавать статическую тягу. Разработка BMW 003 началась как проект Brandenburgische Motorenwerke (Brandenburg Motor Works, известного как "Bramo") под руководством Германа Остриха и получила обозначение RLM 109 003 (используя префикс "109", общий для всех проектов реактивных и ракетных двигателей RLM). Компания Bramo также разрабатывала другой турбореактивный двигатель – 109 002. В 1939 году BMW выкупила Bramo и в результате приобрела оба проекта двигателя. 109 002 имел сложную конструкцию компрессора с встречно вращающимися лопатками, предназначенную для устранения крутящего момента, но от нее отказались в пользу более простого двигателя, который в итоге оказался не менее проблемным в разработке. Строительство началось в конце того же года, а в августе 1940 года двигатель был запущен впервые, однако он выдал лишь половину требуемой тяги. Первый летный тест состоялся в середине 1941 года, двигатель был установлен под фюзеляжем испытательного самолета Messerschmitt Bf 110. Проблемы, однако, продолжались, задерживая программу. В то время как прототип Me 262 V1 (первый самолет, предназначенный для использования этого двигателя) был готов к летным испытаниям, силовых установок для него не было, и он начал летные испытания с дополнительным, обычным поршневым двигателем Junkers Jumo 210, установленным в носовой части. Лишь в ноябре 1941 года Me 262 V1 был испытан с двигателями BMW, которые оба вышли из строя во время испытаний. Прототип самолета вернулся на аэродром, используя все еще установленный поршневой двигатель. В дальнейшем от использования силовых установок BMW на Me 262 отказались, за исключением двух экспериментальных экземпляров самолета, известных как Me 262 A 1b. Несколько тестовых экземпляров Messerschmitt Me 262 A 1b использовали более развитую версию реактивного двигателя 003, показав официальную максимальную скорость. Производственная версия Me 262A 1a использовала конкурирующий Jumo 004, больший вес которого потребовал стреловидности крыльев для смещения центра тяжести в правильное положение. Работы над 003 продолжались, и к концу 1942 года двигатель стал значительно мощнее и надежнее. Улучшенный двигатель был испытан в полете на Junkers Ju 88 в октябре 1943 года и был готов к серийному производству в августе 1944 года. Завершенные двигатели получили репутацию ненадежных; межремонтный ресурс (не являющийся технически TBO) составлял около 50 часов (у конкурирующего Jumo 004 он составлял от тридцати до пятидесяти часов, а возможно, и всего десять). Двигатель имел на одну дополнительную ступень компрессора по сравнению с семью ступенями более ранних конструкций, а также дополнительную ступень турбины, при этом удельная тяга двигателя 003D составляла 16,58 Н/кг при весе всего в , что примерно на 30% выше, чем у Heinkel HeS 011A. Только два немецких серийных самолета использовали двигатель 003. Первым был Heinkel He 162A Spatz (поскольку конкурс на проектирование легкого истребителя Volksjäger предписывал его использование), при этом Spatz использовал версию 003E, разработанную с нижними точками крепления для установки на фюзеляже самолета. Другим был четырехмоторный разведывательный бомбардировщик Arado Ar 234C, который должен был использовать "более доступный" двигатель, несмотря на то, что он в первую очередь предназначался для He 162A. BMW 003 оказался дешевле в производстве, чем собственный радиальный двигатель 801 (до марок) и дешевле, чем инвертированный V-образный 12-цилиндровый поршневой двигатель Junkers Jumo 213 ( марок), но немного дороже, чем конкурирующий Junkers Jumo 004. Кроме того, для завершения производства 004 требовалось всего 375 часов (включая производство, сборку и доставку), по сравнению с 1400 часами для 801. На заводе Heinkel Hirth в Кольбермуре миссия Феддена под руководством сэра Роя Феддена обнаружила, что производство реактивных двигателей проще и требует менее квалифицированной рабочей силы и менее сложного оборудования, чем производство поршневых двигателей; на самом деле, изготовление полых лопаток турбины и листового металла для реактивных двигателей можно было выполнять с использованием оборудования, используемого для изготовления панелей кузова автомобилей. Ресурс камер сгорания оценивался в 200 часов.

The practicality of jet propulsion had been demonstrated in Germany in early 1937 by Hans von Ohain working with the Heinkel company. Recognising the potential of the invention, the Reich Air Ministry (Reichsluftfahrtministerium, abbreviated RLM) encouraged Germany's aero engine manufacturers to begin their own programmes of jet engine development, offering contracts to both Junkers and BMW for an engine capable of static thrust. The BMW 003 began development as a project of the Brandenburgische Motorenwerke (Brandenburg Motor Works, known as "Bramo"), under the direction of Hermann Östrich and assigned the RLM designation 109 003 (using the RLM's "109 " prefix, common to all jet and rocket engine projects). Bramo was also developing another turbojet, the 109 002. In 1939, BMW bought out Bramo, and in the acquisition, obtained both engine projects. The 109 002 had a very sophisticated contra rotating compressor design intended to eliminate torque, but was abandoned in favour of the simpler engine, which in the end proved to have enough development problems of its own. Construction began late in the same year and the engine ran for the first time in August 1940, but produced only thrust, just half what was desired. The first flight test took place in mid 1941, mounted underneath a Messerschmitt Bf 110 testbed airframe. Problems continued, however, so delaying the program that while the Me 262 V1 prototype airframe (the first aircraft intended to use the engine) was ready for flight testing, there were no power plants available for it and it actually began flight tests with a supplementary, conventional Junkers Jumo 210 piston engine in the nose. It was not until November 1941 that the Me 262 V1 was flown with BMW engines, which both failed during the test. The prototype aircraft had to return to the airfield on the power of the piston engine, which was still fitted. The general usage of the BMW powerplant was abandoned for the Me 262, except for two experimental examples of the plane known as the Me 262 A 1b. The few Messerschmitt Me 262 A 1b test examples built used the more developed version of the 003 jet, recording an official top speed of The Me 262A 1a production version used the competing Jumo 004, whose heavier weight required the wings to be swept back in order to move the center of gravity into the correct position. Work on the 003 continued anyway, and by late 1942 it had been made far more powerful and reliable. The improved engine was flight tested under a Junkers Ju 88 in October 1943 and was finally ready for mass production in August 1944. Completed engines earned a reputation for unreliability; the time between major overhauls (not technically a TBO) was about 50 hours. (The competing Jumo 004's was between thirty and fifty, and may have been as low as ten.) which added one extra compressor stage beyond the seven of the earlier designs, and an extra turbine stage, with the thrust weight ratio of 16.58 N/kg for the 003D at only in weight, being some 30% greater than the figure for the Heinkel HeS 011A. Only two German production aircraft used the 003. The first was the Heinkel He 162A Spatz (since the Volksjäger light fighter design competition mandated its use), with the Spatz utilizing an 003E version, designed to possess ventral mounting points to allow it to be mounted atop the fuselage of an aircraft. The other was the four engined Arado Ar 234C reconnaissance bomber variants, which were designed to use what was supposed to be the "more available" engine, despite its primary allocation for the He 162A. The BMW 003 proved cheaper in materials than the company's own 801 radial, to , and cheaper than the Junkers Jumo 213 inverted V12 piston engine at , but slightly more costly than the competing Junkers Jumo 004's Moreover, the 004 needed only 375 hours to complete (including manufacture, assembly, and shipping), compared to 1,400 for the 801. At Kolbermoor, location of the Heinkel Hirth engine works, the Fedden Mission, led by Sir Roy Fedden, found jet engine manufacturing was simpler and required lower skill labor and less sophisticated tooling than piston engine production; in fact, most of making of hollow turbine blades and sheet metal work on jets could be done by tooling used in making automobile body panels. The lifetime of the combustion chambers was estimated at 200 hours.

Модернизация "смешанной мощности"

Одна из поздних версий двигателя включала небольшой ракетный двигатель (BMW 109 718), установленный сзади, как правило, непосредственно над выхлопом основного двигателя. Он обеспечивал дополнительную тягу в течение трех-пяти минут, предназначенную для взлета и кратковременных ускорений. В этой конфигурации двигатель получил обозначение BMW 003R и был испытан, хотя и с серьезными проблемами надежности, на отдельных прототипах усовершенствованных моделей Me 262 (Me 262C 2b Heimatschützer II [Home Defender II]) и He 162 (He 162E). Оба прототипа совершили полеты, используя гибридную реактивно-ракетную тягу, в марте 1945 года.

Послевоенное использование

После войны два захваченных двигателя 003 использовались для прототипа первого советского реактивного самолета МиГ-9 разработки Микояна и Гуревича. Чертежи двигателей BMW были захвачены советскими войсками как на заводе Basdorf Zühlsdorf близ Берлина, так и на печально известном предприятии Mittelwerk, где использовался принудительный труд, близ Нордхаузена. Производство 003 было налажено на заводе "Красный Октябрь" ГАЗ 466 (Горьковский автомобильный завод) в Ленинграде и в конструкторском бюро Кузнецова на КМПО, где двигатель серийно выпускался с 1947 года под обозначением РД-20 (реактивный двигатель). После оккупации Германии союзниками Марсель Дассо помог Герману Остриху перебраться из американской зоны оккупированной Германии во французскую зону. В течение нескольких лет он работал в компании Voisin, подразделении SNECMA, государственной французской компании по производству авиационных двигателей. На основе базовой конструкции 003 он создал более мощный реактивный двигатель Atar, который использовался на истребителях Dassault Ouragan, Dassault Mirage III и Mystère.