Junkers Jumo 004 – pierwszy na świecie seryjnie produkowany i użyty w działaniach bojowych silnik turboodrzutowy ze sprężarką osiową. Zaprojektowany w Niemczech w wytwórni Junkers pod kierownictwem Anselma Franza. Stanowił napęd m.in. pierwszego operacyjnego myśliwca odrzutowego Messerschmitt Me 262 oraz bombowca Arado Ar 234.

Do końca II wojny światowej wyprodukowano blisko 6000 egzemplarzy tego silnika. Pomimo rewolucyjnej konstrukcji, z powodu wojennych braków surowcowych (zwłaszcza niklu i chromu), jego żywotność była skrajnie niska i wynosiła średnio zaledwie 25 godzin pracy.

Historia rozwoju Pierwsze udane próby z napędem odrzutowym w Niemczech prowadził Hans von Ohain w firmie Heinkel (silnik HeS 3 napędzający samolot He 178 w 1939 roku). Jednak Ministerstwo Lotnictwa Rzeszy (RLM) pragnęło zaangażować w rozwój nowej technologii doświadczone zakłady silnikowe.

Pod koniec 1939 roku Anselm Franz, inżynier pracujący dotychczas nad turbosprężarkami w firmie Junkers, otrzymał zadanie zbudowania silnika odrzutowego. W przeciwieństwie do von Ohaina, który stosował sprężarki odśrodkowe, Franz zdecydował się na sprężarkę osiową. Choć była ona trudniejsza w projektowaniu, pozwalała na uzyskanie znacznie mniejszej średnicy czołowej silnika, co miało kluczowe znaczenie dla aerodynamiki samolotów bojowych.

Kalendarium prac Marzec 1940 roku – pierwsze uruchomienie prototypu oznaczonego jako Jumo 004A. Silnik osiągnął ciąg około 4,3 kN. Grudzień 1941 roku– silnik osiągnął pełny planowany ciąg 9,8 kN (1000 kG), jednak pojawiły się poważne problemy z wibracjami łopatek turbiny. 18 lipca 1942 roku – prototyp samolotu Messerschmitt Me 262 (V3) wykonał swój pierwszy lot wyłącznie przy użyciu dwóch silników Jumo 004A. Lato 1943 roku – przeprojektowanie silnika na wersję seryjną Jumo 004B, w której drastycznie ograniczono użycie metali deficytowych.

Opis techniczny i innowacje Junkers Jumo 004B był silnikiem jednowałowym. Powietrze wpadało przez regulowany chwyt, przechodziło przez 8-stopniową sprężarkę osiową, trafiało do 6 puszkowych komór spalania, a następnie napędzało 1-stopniową turbinę osiową i opuszczało silnik przez dyszę wylotową o regulowanym przekroju (za pomocą charakterystycznego ruchomego stożka, zwanego przez mechaników Zwiebel – cebula).

Problem materiałów deficytowych Wersja prototypowa (004A) wykorzystywała stopy wolframu, niklu i chromu, co zapewniało jej wysoką trwałość. W 1943 roku gospodarka III Rzeszy cierpiała jednak na krytyczny brak tych surowców. Franz musiał zastąpić je zwykłą stalą węglową.

Aby uchronić stalowe elementy przed stopieniem w temperaturze gazów wylotowych sięgającej 800 °C, wprowadzono rewolucyjną innowację: chłodzenie powietrzem. Zimne powietrze upuszczane ze sprężarki było kierowane do wnętrza wydrążonych w środku łopatek turbiny, chłodząc je od wewnątrz. Rozwiązanie to jest stosowane we współczesnych silnikach odrzutowych do dziś.

Rozruch silnika Z powodu małej elastyczności pracy wczesnych sprężarek osiowych, rozruch silnika odrzutowego był skomplikowany. Pod „cebulą” wlotu powietrza zamontowano dwucylindrowy, dwusuwowy silnik benzynowy Riedel o mocy 10 KM, uruchamiany elektrycznie lub ręcznie za pomocą linki (podobnie jak w kosiarkach spalinowych). Rozrusznik Riedla rozpędzał wał silnika Jumo do 3000 obr./min, po czym następował wtrysk paliwa zasadniczego i zapłon elektryczny.

Problemy eksploatacyjne w warunkach bojowych Wprowadzenie Jumo 004B do produkcji masowej pozwoliło na wdrożenie Me 262 do linii, ale silnik ten był niezwykle kapryśny i niebezpieczny dla niedoświadczonych pilotów: Zjawisko pompażu: Zbyt gwałtowne przesunięcie manetki gazu do przodu powodowało zalanie komór paliwem, gwałtowny wzrost temperatury i załamanie przepływu powietrza (pompaż), co prowadziło do pożaru silnika i jego zniszczenia. Niska żywotność: Oficjalnie silnik miał pracować 25 godzin, jednak w praktyce wiele jednostek ulegało awarii po 10–15 godzinach z powodu urwania łopatek turbiny indukowanego drganiami rezonansowymi. Czas reakcji: Czas potrzebny na przejście z obrotów jałowych do ciągu maksymalnego wynosił kilkanaście sekund, co czyniło samoloty odrzutowe bezbronnymi podczas podchodzenia do lądowania.

Wersje silnika Wersja Ciąg maksymalny Obroty min. Masa własna Status Jumo 004A 8,2 kN (840 kG) 8400 obr./min 850 kg Prototypy, użyte do testów w locie. Jumo 004B-1 8,8 kN (895 kG) 8700 obr./min 745 kg Pierwsza wersja seryjna, łopatki turbiny pełne. Jumo 004B-4 8,8 kN (895 kG) 8700 obr./min 719 kg Główna wersja produkcyjna, wprowadzono chłodzone powietrzem łopatki turbiny. Jumo 004C 9,8 kN (1000 kG) 8700 obr./min 720 kg Prototyp z dopalaczem, nie wszedł do produkcji. Jumo 004D 10,3 kN (1050 kG) 10 000 obr./min 745 kg Wersja z dwustopniowym wtryskiem paliwa, produkcja rozpoczęta pod koniec wojny.

Zastosowanie Messerschmitt Me 262 Arado Ar 234 Horten Ho 229 (prototypy) Heinkel He 219 (testy w locie) Jak-15 / Jak-17 (powojenne radzieckie kopie jako RD-10) Avia S-92 (powojenna czechosłowacka wersja Me 262)

Rozwój powojenny Po zakończeniu wojny alianci przejęli zakłady Junkersa oraz dokumentację silnika. Technologia Jumo 004 wywarła ogromny wpływ na rozwój powojennego lotnictwa odrzutowego:

ZSRR: Zakłady w Dessau znalazły się w radzieckiej strefie okupacyjnej. Sowieci zmusili niemieckich inżynierów do wznowienia produkcji pod nadzorem. Silnik został skopiowany jako Klimow RD-10 i posłużył do napędu pierwszych radzieckich myśliwców odrzutowych Jak-15 i Jak-17. Czechosłowacja: W zakładach Avia montowano silniki z pozostawionych części pod oznaczeniem Avia M-04, napędzające samoloty Avia S-92 (czeski Me 262). Francja: Francuzi wykorzystali doświadczenia z Jumo 004 do stworzenia własnego silnika Snecma Atar, który stał się fundamentem napędu powojennych myśliwców Dassault Mirage.

Zobacz też BMW 003 Heinkel HeS 011 Rolls-Royce Welland

Przypisy

Bibliografia

Linki zewnętrzne Muzeum wirtualne silników odrzutowych – sekcja Junkers Jumo 004 (ang.) Film prezentujący rozruch silnika Riedel i Jumo 004 w restaurowanym Me 262 (ang.)

Kategoria:Silniki turboodrzutowe Kategoria:Junkers