Реактивный двигатель

 

Это было самое выдающееся изобретение двигателистов концерна «Юнкерс». Профессор Отто Мадер сначала не питал особых надежд на то, что у них получится что-то путное. Не было ни опыта, ни специалистов. Был только дерзкий рывок Хейнкеля, который показал узкому кругу под большим секретом, но очень впечатляюще, что можно летать на воздушной струе, разгоняемой горящим керосином. Мадер открыл у себя эту тему и принял контракт министерства, так, на всякий случай. Если смог Хейнкель, то, может, и у него родится удачное новое решение.

С этим турбореактивным двигателем уже был очень обидный опыт. Профессор Вагнер, вскоре после своего прихода в концерн «Юнкерс», выступил с предложением крутить воздушный винт не поршневым мотором, а воздушной турбиной с редуктором. Для детальной проработки своего предложения он организовал в Магдебурге группу конструкторов во главе с Максом Мюллером. Они проектировали разные варианты турбовинтовых двигателей. Но их схемы казались утопическими и не заслуживающими дальнейшей проработки. Когда профессор Вагнер ушел летом 1939-го, группу Мюллера уволили. Но они все оказались у Хейнкеля и под руководством доктора Ганса фон Охайна создали работающий двигатель.

Теперь профессор Мадер имел на примете только одного человека, которому он мог бы поручить разработку ТРД концерна «Юнкерс». Это сорокалетний Ансельм Франц. Он окончил Технический университет в Граце и четыре года проработал там ассистентом профессора по турбинам. Три года назад Мадер принял его на работу и поручил разработку реактивных выхлопных патрубков на поршневых моторах. А в прошлом году энергичного и толкового Франца поставили во главе отдела нагнетателей, где он работает очень успешно.

Приняв должность руководителя разработки проекта ТРД летом 1939 года, Франц мог рассчитывать только на молодых инженеров, недавно принятых на работу. Они, обремененные только теоретическими знаниями, с огромным энтузиазмом начали копать целину совершенно нового двигателестроения. Конечно, они воспользовались материалами из Магдебурга.

Сам Ансельм Франц отличался большой силой воли. Он был худощав, быстр в движениях и решениях, рано начал лысеть. Его пронзительные глаза из-под нависших век сверлили вас насквозь. Узкие губы, выступающий вперед подбородок и чуть насмешливое выражение лица дополняли портрет истинного руководителя и человека, умеющего добиваться своей цели.

Из всех требований технического задания на разработку небывалого воздушно-реактивного двигателя, присланного из Министерства авиации, самым главным, по убеждению Франца, было кратчайшее время до начала серийного производства.

Кроме требований, Франц имел секретные рекомендации ведущих авиационных НИИ Германии по созданию ТРД. В 1939 году немецким ученым было ясно, что надо иметь компрессор, камеру сгорания и турбину, соединенную валом с компрессором. Полет реактивного самолета Хейнкеля продемонстрировал работоспособность двигателя с центробежным компрессором. Но Франца привлекал многоступенчатый осевой компрессор своим небольшим поперечным сечением и тем, что такой компрессор со всей тщательностью рассчитал и испытал в Аэродинамическом НИИ в Геттингене инженер Вальтер Энке. Оставалось только довести его до нужных размеров.

Турбину для своего двигателя Франц решил конструировать вместе с компанией AEG в Берлине, которая специализировалась в этой области и имела опыт производства стационарных паровых энергоблоков. Лопатки первых турбин были цельноковаными, хотя конструкторы Франца уже прорабатывали на будущее конструкцию полой лопатки с воздушным охлаждением.

Камеру сгорания в форме единого кольца, которую рекомендовали ученые из НИИ, Франц посчитал слишком рискованной. Срыв пламени в одном месте мог сразу распространиться на всю камеру. Была принята схема из шести изолированных цилиндрических камер. В каждой такой камере за счет закручивания потока можно обеспечить более устойчивое горение и большую длину факела.

Проверить работоспособность принятой схемы двигателя сначала решили на модели уменьшенного масштаба, и к концу 1939 года она была готова. В это время опытное производство двигателей полностью отделилось от серийного в рамках дочерней компании «Отто Мадер Верке».

На первом же испытании модели компрессора на больших оборотах она разлетелась на куски. Помня о факторе времени и начавшейся войне, Франц решает строить для испытаний полноразмерные двигатели небольшой серии «А». Ради положительного результата испытаний – никаких ограничений в конструкционных материалах, использовать все самое лучшее. Восьмиступенчатый осевой компрессор из высокопрочного алюминиевого сплава соединялся валом с одноступенчатой турбиной, колесо которой с лопатками было выполнено из жаропрочной хромо-никелевой стали. Жаропрочными были шесть камер сгорания и выхлопное сопло, в котором с самого начала предусматривалась форсажная камера. Сечение сопла регулировалось подвижным конусом в форме луковицы, обеспечивая постоянную температуру и скорость газовой струи.

Вес реактивного двигателя приближался к 750 кг. В Техническом управлении Министерства авиации заволновались. У конкурента BMW реактивный двигатель получается легче. Но Франц заявляет, что на его кульманах уже есть проекты более легких двигателей, но все дело в том, что конструктивно-технологическая доводка такого сорта двигателей займет много времени. Дай бог успеть к концу войны и с двигателем такого веса.

Подготовка производства реактивного двигателя в Дессау шла полным ходом. Одних только копировальных фрезерных станков для изготовления разнообразных лопаток компрессора и турбины требовалось очень много. Опыта механической обработки хромо-никелевой стали, как и точной формовки стального листа, не было. Но были найдены соответствующие фирмы, с которыми «Юнкерс» заключил субконтракты.

В октябре 1940-го первый реактивный установили на стенд. И, о чудо, он устойчиво заработал! Потом он вышел на тягу в 430 кг. Но на этом радости создателей закончились, потому что при дальнейшем увеличении расхода воздуха начались вибрации лопаток компрессора. Виновник – направляющий аппарат – был найден только через полгода. Двигатель с усиленным направляющим аппаратом компрессора 6 августа 1941 года развил на стенде требуемую контрактом тягу 600 кг.

 

Компоновка первого ТРД концерна «Юнкерс» Jumo 004

 

Дальше все пошло по нарастающей. Росло число достижений, рос и коллектив конструкторов, исследователей, технологов и испытателей, работавший под руководством Ансельма Франца. Теперь уже и Мадер поверил в то, что реактивный двигатель состоялся, и всячески помогал Францу. Перед Новым годом ТРД впервые проработал на стенде без остановки десять часов. А в январе 1942-го пятый опытный на стенде развил тягу в одну тонну и через два месяца уже работал в полете на спине 110-го «мессершмитта». Опытный реактивный истребитель Ме-262 18 июля 1942 года успешно начал заводские летные испытания с двумя двигателями концерна «Юнкерс» серии «А». К этому времени в Дессау уже собрали первые тридцать из восьмидесяти заказанных опытных двигателей, и они рассылались во все организации и компании, которые могли их испытывать. Нужно было срочно выявить и устранить все их недостатки.

Выпуск чертежей двигателя для массового производства Франц считал очень важным этапом всей программы. Многие металлы, входившие в сплавы, использованные на опытной серии, такие как никель, молибден и кобальт, в это время в Германии считались стратегическими и были страшным дефицитом. Францу пришлось искать им подходящую замену, используя хром и магний. Но двигатели с новыми материалами должны были заново пройти стендовые испытания. Это была очень напряженная работа, которая заняла почти целый год.

Летом 1943 года с производственных линий начали выкатывать серийные Jumo 004 B-1 и отправлять их Мессершмитту для установки на его Ме-262. В их конструкции дефицитных материалов стало вдвое меньше, весили они 750 кг и развивали тягу 900 кг. После завершения 100-часовых стендовых испытаний установили ресурс до первого ремонта в 50 часов. Такого двигателя ни у кого в мире не было.

Англичане и американцы со всей серьезностью оценили угрозу появления в небе Европы реактивных самолетов врага. Черчилль принимает решение отправить в США всю техническую документацию и построенные опытные реактивные двигатели Уитла для разворачивания их производства. Компания «Дженерал Электрик» срочно разрабатывает свою версию «1-40» английского двигателя. Компания «Локхид» строит свой первый опытный реактивный истребитель ХР-80. Но они не успеют. Реактивные самолеты Германии в небе Европы будут первыми и не встретятся с реактивными истребителями союзников.

Много проблем было выявлено и решено немецкими конструкторами в процессе доводки реактивного двигателя. Ансельм Франц становится главным инженером опытного моторного производства концерна «Юнкерс». Коллектив КБ реактивных двигателей уже превысил пятьсот человек, и теперь его возглавляет главный конструктор Вольфганг Штейн. А за всю разработку ТРД отвечает технический директор Зигфрид Дехер. Завод в Дессау так бомбили, что оставаться там уже было невозможно. Опытное моторное производство переезжает в тихий Акен, западнее Дессау, и в Альтенбург, в 45 км южнее Лейпцига.

В конце 1944 года начали выпускать модификацию «В-4» с полыми и продуваемыми сварными лопатками колеса турбины. Можно было поднять температуру газа и тягу двигателя. Среднее время между отказами турбины возросло с 25 до 250 часов. Истребитель Ме-262 с этими двигателями летел со скоростью 940 км/ч.

Несмотря на очевидный близкий конец войны, на кульманах конструкторов, в производстве и на испытательных стендах находилось много новых, более мощных ТРД. Опытные двигатели модификации «Е» с дожиганием развивали форсажную тягу 1200 кг, и один из них уже отработал сто часов. Серийное производство Jumo 004 шло полным ходом. Только в марте 1945 года на шести заводах их было выпущено 1297, а всего более шести тысяч. Но война кончилась, и все это досталось победителям. Ансельм Франц с 1946 года получил должность научного советника авиабазы ВВС США в Райт-Патерсоне. Затем работал инженером, и, наконец, занял пост вице-президента компании Лайкоминг в Стратфорде, штат Коннектикут.

Конструкторы моторов концерна «Юнкерс» во время войны продемонстрировали высочайший уровень квалификации и организации новых разработок. Созданные ими образцы двигателей производились после войны в больших количествах во Франции, Чехословакии и СССР. Они содействовали прогрессу авиационной техники во всем мире. Моторы, созданные и построенные без Юнкерса его коллективом, принесли во время войны много горя, но они же во многом обеспечили расцвет послевоенной гражданской авиации.