Vývoj druhoválečných proudových motorů u firmy Heinkel

Moderátor: Hans S.

Odpovědět
Uživatelský avatar
Eda
vojín
vojín
Příspěvky: 16
Registrován: 25/3/2010, 20:59
Bydliště: Světlá
Kontaktovat uživatele:

Vývoj druhoválečných proudových motorů u firmy Heinkel

Příspěvek od Eda »

Vývoj druhoválečných proudových motorů u firmy Heinkel

Obrázek

Úvod

V tomto článku bych chtěl zpracovat obsáhlou a interesantní historii vývoje proudových motorů u významné německé letecké firmy Heinkel před a během II. světové války. Toto téma není podle mých dosavadních poznatků (na rozdíl o relativně známých proudových projektů Jumo 004 a BMW 003) u nás v patřičné šíři rozpracováno a proto jsem se rozhodl tímto tématem za použití převážně cizojazyčných zdrojů zabývat.
Jedná se o fascinující příběh lidského odhodlání a vynalézavosti v tomto poměrně složitém oboru, jehož taje byly ve 30.letech minulého století teprve objevovány a zkoumány. Ne že by myšlenky tryskového pohonu byly do té doby neznámé, ale této problematice se zhruba do roku 1935 věnovalo pouze pár smělých vynálezců a jejich snažení přitom nebylo vždy vnímáno jako smysluplné. Také však mnohé z těchto pokusů vedly do slepé uličky.
Je samozřejmě smutné, že v průběhu války prudce se rozvíjející vývoj proudových motorů v Německu vyústil v jejich (jakkoli omezené) použití u letounů ve prospěch nacistického režimu. Avšak musíme přiznat, že právě úporná německá snaha zejména ke konci této války o vyvinutí použitelného proudového pohonu znamenala velký pokrok v této problematice, z čehož pak bylo v poválečné době hojně čerpáno. I dnes běžně používané letadlové motory na tomto principu mají své kořeny ve čtyřicátých letech minulého století.
Je však třeba zmínit, že ačkoliv dosáhla průkopnická firma Heinkel na poli těchto reaktivních pohonů nesporně velkých úspěchů, nikdy nebyly v důsledku různých okolností za války tyto její motory na rozdíl od firem Junkers a BMW hromadně vyráběny a používány.

Teorie proudových pohonů

Nejprve považuji za vhodné zmínit několik důležitých obecných poznámek k této problematice. V období druhé světové války existovaly v podstatě dva druhy letadlových (spalovacích) pohonů. Vedle klasických pístových hnacích jednotek hvězdicové nebo řadové konstrukce, které byly již v tomto období dotaženy do stavu značné pokročilosti, se horečně pracovalo také na nově rozvíjených tryskových (neboli reaktivních) pohonech. Tyto tryskové pohony se dále dělily na raketové motory a motory proudové.
Klasické raketové motory (mimo raket na tuhá paliva) se vyznačovaly tím, že sebou při letu nesly obě složky tekuté pohonné směsi a fungovaly tedy nezávisle na okolní atmosféře. V druhoválečném Německu se jimi zabýval zejména konstruktér Hellmuth Walter, jehož motory poháněly například stroje jako Heinkel He 176, Messerschmitt Me 163 Comet a Bachem Ba 349 Natter. Konstrukcí raket se v Německu taktéž zabýval také známý Wernher von Braun (raketová střela pod. ozn. A2).
Proudové motory (o kterých bude dále řeč) můžeme dále rozdělit na bezlopatkové (náporové a pulzační – např. pohon střely Fieseler Fi 103) a lopatkové (s rotorem). Posledně jmenované mohou být také různé konstrukce, jako např. jednoproudové nebo dvouproudové motory, motory motokompresorové a turbovrtulové, jejichž tehdejší konstrukci uvidíte v dalším textu.
Proudový motor při své činnosti vyvozuje propulzní sílu, jejíž velikost se z jistých důvodů v našich podmínkách vyjadřuje v kilogramech, kilopondech nebo kilonewtonech. Podle zákona akce a reakce způsobuje velkou rychlostí unikající proud spalin ze zadní části motoru právě tuto opačným smyslem působící tahovou sílu. Obecně lze zjednodušeně říci, že tah proudového motoru je dle druhého Newtonova zákona dán následujícím vztahem:
tah motoru F = m*(v2-v1) , kde
m je hmotnost nasávaného vzduchu za jednotku času,
v1 je rychlost proudění vzduchu do motoru a
v2 je výstupní rychlost spalin z motoru.
Vidíme, že s čím větším množstvím průtočného vzduchu motor pracuje a čím je urychlení tohoto pracovního média vyšší, tím je hnací síla větší. Pro srovnání můžeme říct, že u vrtulových pohonů je relativně velké množství vzduchu urychleno na menší rychlost než u motorů proudových, kde je relativně menší masa vzduchu vysoce urychlena.
Z hlediska konstrukce jsou konvenční jednoproudové motory vybaveny v přední části vstupem vzduchu o atmosférickém tlaku, pak následuje jeho stlačení v rotačním zařízení nazývaném kompresor (axiální nebo odstředivé konstrukce) a v další sekci je do spalovacích komor vstřikováno palivo a takto vytvořená směs je pak spalována a dále vedena přes s kompresorem spojenou turbínu (kde vzniklé spaliny odevzdávají část své energie) a následně pak tyto spaliny proudí z výstupní trysky do okolního prostředí. Dá se tedy z toho vyvodit, že u pístových motorů s Ottovým cyklem probíhají na vždy stejných místech různé fáze pracovního procesu, kdežto u proudových motorů s Braytonovým oběhem je tento děj zpravidla kontinuální a na různých místech probíhají různé procesy (stlačování, spalování, výfuk).
Regulace motorů pak probíhala změnou dodávky paliva prostřednictvím páky ovládané pilotem, spojené s regulátorem a optimální funkce celého zařízení mohla být nadále zlepšována např. natáčením lopatek turbíny nebo kompresoru, nebo regulací plochy výstupní trysky pomocí výsuvné jehly. Ke startu proudového motoru muselo být použito startéru, většinou integrovaného do tělesa motoru, který nebyl třeba, pokud po zhasnutí motoru došlo k jeho náporovému roztočení vzduchem v průběhu letu.
Největšími problémy, které nejen němečtí vědci a konstruktéři před a v průběhu války museli řešit, byla stabilita spalování (a tím i vhodná konstrukce spalovacích komor) a také materiál lopatek turbíny, které musel být dostatečně teplotně odolný (kolem 800 °C), což bylo posléze většinou řešeno chlazením těchto lopatek stlačeným vzduchem odebíraných z kompresorové části. Tyto potíže znásoboval nedostatek potřebných legujících prvků pro žáruvzdorné oceli těchto dílců. Dále byla tehdy velká pozornost věnována zmenšení poměrně velké spotřeby těchto tepelných motorů a také zlepšení jejich celkové účinnosti.

Obrázek
Průběhy rychlostí, tlaků a teplot v běžném dvouproudového motoru.

Vznik proudových motorů

Princip reaktivního pohonu byl znám již dávno a bylo ho nejprve používáno k pohonu raketových střel na tuhé palivo. Ve středověku se badatelé zabývali stroji s párou jako pracovním médiem. Na začátku 20.století vytvořil francouz René Lorin motor, který používal klasický píst k vytvoření proudu.
Obrázek

Následně si v roce 1913 jako první nechal patentovat náporový proudový motor.
Obrázek

V roce 1921 zveřejnil opět francouz Maxime Guillaume první návrh čistě axiálního motoru s turbínou.
Obrázek

I v dalších státech světa se různí vynálezci zaobírali reaktivními pohony. Byl to např. v Rumunsku Henri Coanda, který v roce 1910 sestrojil svůj reaktivní letoun Coandă s primitivním motokompresorovým motorem. V Itálii pracoval na aplikaci tohoto principu od poloviny třicátých let inženýr Secondo Campini. Ten sestrojil mimo jiné mohutný létající stroj Caproni Campini N.1 s běžným pístovým motorem Isotta-Fraschini pohánějící lopatkový kompresore v přední části trupu a se spalovacím zařízením a tryskou v zadní části. V této souvislosti se můžeme ještě zmínit o Maďarském inženýru Gyorgy Jendrassikovi, jež pracoval v oboru plynových turbín a za 2.světové války vytvořil funkční motor, který v sobě obsahoval prvky charakteristické pro proudový pohon. V SSSR urputně pracoval od poloviny 30.let na koncepci proudového motoru známý konstruktér A.M.Ljulka, avšak tehdy (i kvůli dvouletému přerušení těchto prací v důsledku napadení SSSR Němci) bez nějaké její praktické aplikace. V USA na rozdíl od tamního velmi dobře zvládnutého vývoje turbodmychadel pro pístové letecké motory ovšem vývoj těchto pohonů poněkud zaostal a v průběhu války tam těžili zejména z výsledků anglických výzkumných projektů.

Obrázek
Campiniho letoun s pohonem, označovaným jako hybridní nebo někdy také termický.

Ve 20. létech 20.století se v Anglii (což byla spolu s Německem průkopnická země v tomto směru) začíná konceptem proudového motoru zabývat mimořádný inovátor Frank Whittle, který na tomto poli později získal mnoho úspěchů. Ze začátku ovšem narážel na nepochopení příslušných míst. V roce 1930 si nechal patentovat svůj konkrétní návrh proudového motoru s radiálním kompresorem a axiální turbínou.

Obrázek
Původní nákres přiložený k patentu F.Whittlea

Ke spuštění zařízení dle tohoto návrhu však došlo až 14.dubna 1937, což ovšem bylo později, než první pozemní spuštění motoru na podobném principu v Německu.

Obrázek
Anglický proudový motor na zkušební stolici (Whittle je uprostřed). Povšimněte si v levé části obrázku běžného automobilového motoru chladičem sloužící ke startování proudového motoru vpravo.

Z Whittleho prací vznikl letuschopný motor W1, který vestavěn do pokusného letounu Gloster E28/39 a ten dne 15.května 1941 vzlétl k prvnímu čistě proudovému letu v Anglii (opět však až 2 roky po podobném Německém úspěchu). V této době již tamní zejména vojenští představitelé pochopili význam tohoto objevu a vývoj v této oblasti dostal šanci se plně rozvinout. Snažení několika firem na tomto poli vyústilo v první britskou vojenskou proudovou stíhačku Gloster Meteor, která však už nestihla být za války mimo území svého vzniku aktivně nasazena.
Před druhou světovou válkou a v průběhu ní se stále rostoucím výkonem pístových motorů začaly být potíže s účinností vrtule, která se od určité rychlosti letu snižovala. Draky letounů se šípovitými křídly byly schopné letět rychleji a přiblížit se k hranici rychlosti zvuku, ale hmotnost a rozměry „konvenčních“ pohonných jednotek by byly natolik velké, že se tímto směrem nebylo možno vydávat. Proto bylo vítané, když se na scéně objevila revoluční myšlenka nového typu pohonu, jehož výhodou byl klidný chod bez velkých vibrací (jejich rotory se daly s úspěchem vyvážit), nižší hmotnost na jednotku výkonu a zejména naděje dosáhnout velmi vysokých rychlostí letu. Jejich výhodou byla také současně možnost dosažení vyšších letových výšek, kde již pístové jednotky rychle ztrácely výkon. Bylo však nutné překonat ještě mnoho problémů, než byly uspokojivě vyřešeny zásadní problémy směrem k praktické použitelnosti tohoto vynálezu.

Hans Joachim Pabst von Ohain

V průběhu II.světové války probíhal vývoj proudových leteckých motorů u tenkrát významné německé firmy Heinkel takřka paralelně ve dvou výzkumných skupinách, jednu vedl Hans Joachim Pabst von Ohain a druhou představuje zejména osoba Maxe Adolfa Müllera.
Von Ohain (14.12.1911-13.3.1998) získal doktorát z fyziky a aerodynamiky na univerzitě v Göttingenu. Již v polovině 30.let se začal zabývat myšlenkou pohonu, jehož plynulý pracovní proces produkující plyny s vysokou kinetickou energií by přinášel zřetelné výhody oproti doposud používanému pístovému motoru. Později se sám von Ohain k výběru základní koncepce svého prvního pohonu vyjádřil takto: “Pro začátek (a chtěl bych velmi zdůraznit že opravdu pro začátek) jsem se tenkrát rozhodl pro následující tři kritéria: co největší jednoduchost, co nejmenší riziko pro další vývoj a snad to nejdůležitější – o dost nižší hmotnost než nějaký srovnatelný pístový motor. Na začátek by bylo ale špatné se příliš zabývat co největší účinností“. Tyto podmínky splňovalo turbosoustrojí s radiálním kompresorem (který dával kompresi do hodnoty 3) a dostředivou turbínou o přibližně stejném průměru (o pracích F.Whittleho v Anglii na obdobné konstrukci však zatím nic nevěděl). Von Ohain se rozhodl na vlastní náklady postavit podle této představy první demonstrační model takového motoru. Za pomoci mechanika Maxe Hahna se podařilo takový model v opravárenské dílně z dostupných materiálů sestavit. Bohužel pak po jeho startu za pomocí elektrického motoru na přelomu let 1935/36 zařízení za výšlehů dlouhých plamenů vyhořelo, neboť spalovací komory nefungovaly správně.

Obrázek
Mechanik Max Hahn s Ohainovým prvním motorem

O těchto pokusech byl informován i ředitel ústavu fyziky na Ohainově tehdejším univerzitním působišti prof. Robet Wichard Pohl, který zaslal písemné doporučení von Ohaina Ernstu Heinkelovi (24.1.1888-30.1.1958), známému majiteli tehdy největší letecké továrny se sídlem v Marienehe. Neboť byl Heinkel přítelem všech inovativních myšlenek, tak se uskutečnilo před komisí heinkelových techniků slyšení, na níž von Ohain několik hodin obhajoval svoji myšlenku nového pohonu letounů. Následně Ernst Heinkel mladého Ohaina v dubnu 1936 i s M.Hahnem přijal a pro další výzkum vytvořil utajené tzv. Oddělení zvláštního vývoje II, kde již von Ohain získal potřebné finance i vybavení a skupinu inženýrů (vedenou W.Gundermannem) pro další vývoj.
V únoru 1937 byl dokončen prototyp proudového motoru s označení HeS1 (Heinkel-Strahltriebwerk 1). Na rozdíl od prvních Whittleho pokusů s naftou jako palivem byly zde použity hořáky na vodík, jehož spalování velice usnadňovalo celý proces. S tímto motorem pak proběhly v březnu 1937 poměrně úspěšné pozemní zkoušky, kde se prokázal při otáčkách asi 10 000 za minutu jeho tah asi 130 kilopondů.

Obrázek
Schéma HeS1: a-odstředivý kompresor, b-přívod paliva, c-rozprašovač paliva, d-statorové lopatky turbíny, e-dostředivá turbína

Jelikož Ernst Heinkel plný nadšení a zájmu tlačil na rychlé vyzkoušení takového pohonu přímo za letu, byl zkonstruován motor HeS3, který již neměl umístěnou svoji prstencovou (nyní již benzínovou) spalovací komoru mezi duralovým šestnáctilopatkovým diskem kompresoru a čtrnáctilopatkovou turbínou ze speciální nerezové austenitické oceli Krupp P193 (mající velkou teplotní odolnost), ta byla umístěna jakoby před oběžným kolem kompresoru, což zlepšilo její konstrukci a zejména její chlazení. To umožnilo zmenšení již tak příliš velké čelní plochy tohot zařízení, což bylo pro letecký motor nevýhodné. Motor měl pro usměrnění toku vzduchu v přední části osmilopatkový jednostupňový ventilátor. Po utajených zkouškách v podvěsu letounu He 118 byl upravený prototyp HeS3b o průměru 0,93 m, délce 1,38 m a hmotnosti 360 kg vestavěn do trupu pokusného letounu Heinkel He 178 V1, zkonstruovanému k tomuto účelu bratry Günterovými.

Obrázek
Podélný řez motoru HeS3 se znázorněním proudění pracovních plynů.

He 178 byl jednomístný hornoplošný letoun s celokovovým trupem o rozpětí 7,2 m a délce 7,48 m a s pneumaticky zatahovatelným podvozkem. Motor byl na svých závěsech upevněn zhruba uprostřed délky trupu za palivovou nádrží a napojený na kanál přívodu vzduchu, který vedl od přídě letounu pod pilotní kabinou. Byl postaven ještě exemplář V2 s mírně zvětšenými křídly. První exemplář byl bohužel zničen v muzeu v Berlíně při bombardování v roce 1943 a druhý se také nedochoval.

Obrázek
Pokusný letoun He 178 se znázorněním zakřiveného vstupního kanálu, umístění motoru a poměrně nevýhodnou výstupní rourou směrem k zadní části.

27.srpna 1939 ráno se tedy tento letoun jako první na světě za pomoci čistě proudového motoru o tahu 450 kp (4,41 kN) při max.otáčkách 13 000 ot/min s testovacím pilotem Erichem Warsitzem vznesl do vzduchu a dosáhl rychlosti kolem 600 km/h. Nyní se tedy plně ukázal potenciál tohoto pohonu a byl proto představen v Rostocku-Marienehe koncem roku 1939 generálmajoru Říšského ministerstva letectví (zkratka: RLM) Ernst Udetovi, státnímu sekretáři Erhardu Milchovi a hlavnímu inženýrovi Luftwaffe Wilhelmu Luchtovi. Po této události byl na letounu He 111 ještě testován poněkud vylepšený model HeS6.
Situace u firmy Heinkel nadále směřovala k vývoji dvoumotorového stíhacího letounu, pro něž byl plánován motor HeS8 o tahu 590 kp, kterému již bylo Říšským ministerstvem letectví přiřazeno označení 109-001. Ačkoliv byl už v tomto období von Ohain přesvědčen o výhodnosti axiální konstrukce turbosoustrojí motoru (které byly mimochodem zkoumány v Aerodynamickém výzkumném institutu v Göttingenu a jež byly již použity na sériových druhoválečných konstrukcích), vycházel konstrukčně i tento motor ze svých předchůdců. Odstředivý kompresor umístěný za ventilátorem měl 19 kovaných hliníkových lopatek a byl dutou hřídelí spojen s 14 listovým diskem turbíny a tento rotor byl uložen na třech valivých ložiscích. Prstencová spalovací komora měla 16 trysek, kterými bylo vstřikováno pomocí regulovaného čerpadla palivo, procházející předtím prostorem pro chlazení zadního válečkového ložiska. Čerpadlo bylo poháněno ze skříně pohonů, jehož náhon byl proveden pomocí ozubeného soukolí ve vstupním ústrojí motoru. Do této skříně byl také napojen mimo jiné např. snímač otáček, čerpadlo oleje a zapalovací magneto a také elektrický dynamostartér.

Obrázek
Názorný dobový popis jednotlivých částí von Ohainova motoru HeS8.

Pro tyto motory byla Robertem Lusserem zkonstruována bojová stíhačka s označením He 280. Jednalo se o moderní celokovový dolnoplošník s kapotovanými motory pod křídly a se zdvojenými ocasními plochami. Podvozek byl příďového typu a pilot měl poprvé k dispozici unikátní pneumatické vystřelovací sedadlo v přetlakové kabině. Pro vyzbrojení letounu byly plánovány tři 20mm kanóny. Tento letoun vzlétl na přelomu března a dubna 1941, avšak provázely ho mnohé problémy s motorem, zejména s odolností vstřikovačů a turbíny a i nízkým tahem.

Obrázek
Fotografie zástavby motoru HeS8 pod křídlo letounu He280 (bez přední kapotáže se vstupem vzduchu).

Bohužel však v soutěži o standardní sériovou proudovou stíhačku Luftwaffe firma Heinkel neuspěla a pro sériovou výrobu byl vybrán (možná i zásluhou lepších Messerschmittových vztahů s RLM) nadějnější stroj s šípovitými křídly Messerschmitt Me 262, který byl poháněn dvěma výkonnějšími a nadějnějšími motory axiální konstrukce Jumo 004 nebo BMW 003, jejichž osová koncepce byla Technickým úřadem Říšského ministerstva letectví shledána perspektivnější, zejména pro svou vyšší účinnost a větší vývojový potenciál. Další prototypy He 280 sloužili už pouze pro různé vývojové práce a také pro zkoušky výše uvedených konkurenčních motorů.
Skupina von Ohaina pokračovala v další práci návrhem motorů HeS9 a HeS10, kde se zkoušely různé varianty další konstrukce, přičemž druhý z nich byl navržen jako dvouproudový s radiálně-axiálním uspořádáním kompresoru. Tyto prototypy však nikdy nepostoupily dále než do fáze návrhu.
V dubnu 1941 byla Heinkelem pohlcena motorářská firma Hirth Motoren, vyrábějící malé letecké motory, jejímž přínosem byl zejména tým zkušených techniků. Podmínkou nadřízených míst, která tuto akvizici Heinkelovi umožnila, bylo započít s vývojem proudového motoru výkonové třídy II, což byly na rozdíl od dosavadních motorů třídy I zařízení s vyšším tahem. Zejména Helmut Schelp, ředitel Technického úřadu RLM, požadoval vývoj silnějšího a složitějšího motoru s vícestupňovým kompresorem, což Heinkel a potažmo i von Ohainův tým na konci roku 1942 pod označením Heinkel-Hirth HeS011 (ozn. 109-011) přijal.
Koncepce HeS011 se nakonec ustálila na jednostupňovém ventilátoru k předběžnému zakřivení proudu na vstupu, jednostupňovém dvanáctilopatkovém kompresoru diagonální konstrukce následovaným třístupňovým osovým kompresorem s vkládanými lopatkami zajištěnými nýtem. Rotor šikmého kompresoru byl velice komplikovaný dílec pracně vyráběný třískovým obráběním z bloku hliníku. Za prstencovou spalovací komorou s dvoufázovými vstřikovači paliva a s plechovými výstupy sekundárního vzduchu se pak nacházely dva turbínové disky s dutými chlazenými lopatkami z ohýbaného plechu dočasně odolávající provozní teplotě až 750°C a na konci byla výstupní tryska s hydraulicky posuvnou jehlou ke změně jejího průřezu a tím i ke změně rychlosti výstupních plynů. Palivo se zapalovalo při startu pomocí čtyř svíček rozmístěných po obvodu komory.

Obrázek
Řez motorem HeS011 A-0: 1-startovací motor Riedel, 2-diagonální kompresor, 3-závěs motoru, 4-trojstupňový axiální kompresor, 5-vstup do spalovací komory, 6-spalovací komora, 7-první řada statorových lopatek turbíny, 8-zadní disk rotoru turbíny, 9-ovládání regulační jehly, 10-vzpěra, 11-výstupní tryska, 12-mechanismus posuvu jehly, 13-zadní ložisko rotoru, 14-buben rotoru, 15-přední ložisko, 16-čerpadlo oleje, 17-lopatky vstupního ventilátoru.

Na vrchní části vstupního ústrojí motoru byla uchycena skříň pohonů, pohánějící přes převody nezbytná zařízení sloužící mimo jiné k regulaci motoru. Byl zde namontován i speciální spouštěcí motor značky Riedel, což byl elektricky spouštěný spalovací dvoutaktní dvouválcový motor o výkonu 8 kW. Tento motor měl speciální reduktor a odstředivou spojku a byl používán i v dalších německých proudových motorech. Ve spodní části vstupu bylo umístěno olejové čerpadlo k mazání valivých ložisek.
Na řešení snížení vibrací rotoru prvních prototypů spolupracoval mimo jiné i známý specialista Max Bentele a ten navrhl úpravy kompresorů a podpůrných sloupků ve vstupním ústrojí. Bylo vyrobeno poměrně hodně prototypů, z nichž některé byly letově testovány na vrtulovém bombardéru Ju88. Verze označovaná A-0 dosáhla na začátku roku 1945 tahu 1300 kp při 11 000 ot/min a měla délku 3,46 m, maximální průměr 1,08 m a specifickou spotřebu 1,31 kg paliva na kg tahu za hodinu, což byla na motor těchto parametrů výborná hodnota. Spotřeba vzduchu byla pro představu 30 kg/s a celkové stlačení kompresoru činilo 4,5 při hmotnosti motoru úctyhodných 840 kg.

Obrázek
Dochovaný motor HeS011 v Národním muzeu USAF v Daytonu v Ohiu.

Ke konci války bylo rozběhnuto několik projektů letadel, které měly být poháněny tímto motorem, z nichž nejznámější je Messerschmittův projekt P.1101. Ten byl v prototypové podobě do konce války téměř dokončen, včetně instalace tohoto motoru pod trupem. Pak byl tento stíhací stroj nalezen jednotkami USA ve výzkumném komplexu v Oberammergau a odvezen jimi za oceán k dalšímu zkoumání, kde posloužil jako cenná inspirace pro další letouny americké konstrukce. Tento jednomístný stroj o rozpětí 8,25 m a délce 9,17 m měl letět rychlostí 980 km/h a mít dostup 14 000 m.

Obrázek
Nedokončený Messerschmitt P.1101 s odkrytým motorem pod trupem.

Ačkoliv byl tedy motor HeS011 na konci války téměř připraven k sériové výrobě, k jeho nasazení už nedošlo. Podle některých poznatků to mohlo být i tím, že sám Ohain už ani neměl zájem na tom, aby svým dílem přispěl k německé válečné mašinerii, zvláště když se zdálo, že dny nacionálně-socialistického Německa v této válce jsou již sečteny. Svou roli mohlo sehrát i to, že byl von Ohain víceméně teoreticky zaměřený výzkumný pracovní s tendencí spíše řešit jednotlivé teoretické problémy týkající se proudových pohonů. Došlo prý i k nařčením ze sabotáže, avšak pravdou bude zřejmě i to, že potíže s vývojem takového složitého motoru byly poměrně velké a nedařilo se je stejně jako další projekty podobného druhu do konce války rychle zvládnout.
Pro úplnost je třeba ještě zmínit, že zde souběžně probíhaly práce na vývoji vysocevýkonného turbovrtulového motoru 109-021, který však nebyl nikdy dokončen. Vycházejíc z koncepce HeS11 měl mít také osový, diagonální a ještě třístupňový osový kompresor, prstencovou spalovací komoru a dvoustupňovou turbínu.

Obrázek
Obrázek turbovrtulového motoru 109-021, označený jako tajný materiál.

Po válce v roce 1947 von Ohain v rámci operace Paperclip přesídlil do USA, kde dále vědecky pracoval a stal se později ředitelem několika významných institucí. Tam se také seznámil se svým současníkem a taktéž průkopníkem na poli proudových motorů F.Whittleem. V roce 1998 na Floridě pak zemřel.

Obrázek
Joachim Pabst von Ohain s pozdější replikou svého motoru HeS3 v Deutsches museu v Mnichově.

Max Adolf Müller

Jak už bylo předesláno, byla druhá vývojová linie proudových motorů u firmy Heinkel spjatá především se jménem Maxe A. Müllera.
Rakouský všestranný vědec profesor na Technische Hochschule v Berlíně Herbert Alois Wagner začal jako vedoucí Oddělení zvláštního výzkumu a speciálního vývoje na jaře roku 1936 s vývojem axiálních proudových motorů u firmy Junkers. Asi 30 člennou utajenou vývojovou skupinu se sídlem v Magdeburgu vedl tehdy jeho podřízený Max Adolf Müller. Výsledkem jejich práce bylo dne 14.srpna 1939 přihlášení patentu na axiální motor, který ovšem z důvodu utajení vešel ve známost teprve roku 1942. Jednalo se tehdy o velmi odvážně navržený motor, označený jako „reaktivní turbína nula“ (RTO) podle dostupných pramenů s dvanáctistupňovým duralovým kompresorem dle návrhu R.Friedricha, prstencovou spalovací komorou a dvoustupňovým chlazeným kompresorem. Do července 1939 probíhaly testy se spalováním propan-butanu za dosažení pouhých 6500 otáček za minutu, ale po mnohých úpravách (pod ozn. RT1) byl tento projekt jako zralý na celkový redesign téhož roku zastaven. V roce 1938 došlo také k patentování motokompresorového motoru s 16-válcovým spalovacím motorem s uspořádáním do X pro pohon kompresoru. Do třetice pracoval Müllerův tým u Junkerse tehdy ještě na návrhu turbovrtulového motoru, který však nebyl realizován.

Obrázek
Prototyp pohonu RTO s odkrytými lopatkami kompresoru.

V této době však zakoupila firma Junkers dříve samostatnou továrnu Junkers Motoren (Jumo) v Dessau a pod tlakem RLM bylo nařízeno přesunout tam veškerý vývoj pohonů z Magdeburgu. Müllerovi hrozilo, že by se tam pak ocitnul v podřízené pozici a tak přešel s většinou svých dosavadních spolupracovníků k firmě Heinkel do Rostocku a později v roce 1941 po koupi firmy Hirth do Stuttgartu-Zuffenhausenu.
Tam se dosavadní získané zkušenosti přerodily do podoby proudového motoru HeS30 (úřední označení 109-006). Jednalo se o elektrickým startérem spouštěný motor s pětistupňovým kompresorem o stlačení 3:1 a deseti spalovacími komorami v podobě vzájemně se překrývajících se válců. Za nimi následovaly tehdy unikátní nastavitelné rozváděcí lopatky a jednostupňová turbína. Vzájemně propojené rotory kompresoru a turbíny byly zvlášť uloženy ve dvou dvojitých kuličkových ložiskách. Výstupní tryska měla proměnnou geometrii, ovládanou pomocí lanka. Tento motor měl tak při hmotnosti pouhých 390 kg plánovaný max.statický tah 860 kp (max.otáčky 10500 ot/min) a délku 2,72 m s průměrem 0,62 m. Po prvním zkušebním běhu prototypu se ukázala zejména nutnost úpravy turbíny.

Obrázek
Schéma motoru HeS30: 1-Plášť vstupu vzduchu, 2-axiální kompresor, 3-spalovací komora, 4-ovládání natáčení rozváděcích lopatek turbíny, 5-rozváděcí lopatky, 6-oběžné lopatky turbíny, 7-výstupní proměnná tryska ovládaná lankem, 8-kloubový mechanismu propojení natáčivých lopatek, 9-valivá ložiska hřídele turbíny, 10-ložiska kompresoru.

Ačkoliv se tato konstrukce zdála velmi nadějná a dávala při menší spotřebě mnohem lepší poměr výkonu ke hmotnosti než konkurenční projekty, rozhodlo se Říšské ministerstvo letectví v roce 1942 upřednostnit obdobné motory BMW 003 a Jumo 004, které byly v té době již v pokročilejším stádiu vývoje. Jak už bylo výše zmíněno, měla se firma Heinkel spolu s ukončení prací na HeS8 dále soustředit na HeS11.
V roce 1940 až 1941 pracoval Müllerův tým souběžně na dalším projektu HeS40, což byl experimentální výbušný proudový motor se spalováním při konstantním objemu, vycházející z HeS30, ovšem se sníženou kompresí. Každá ze šesti spalovacích komor byla během každého výbuchu utěsněna sedlovými ventily, což vedlo k větší účinnosti než při spalování za konstantního tlaku v otevřené komoře klasického proudového motoru. K zapalování v jednotlivých komorách docházelo v různých časových okamžicích, což vyžadovalo poměrně složité sekvenční řízení. Tento návrh s vypočteným tahem kolem 940 kp však nebyl nikdy realizován a zůstal tak pouze na rýsovacích prknech.
V roce 1942 též probíhal nejprve u Heinkela vývoj nejprve dvoutaktního vzduchem chlazeného motoru pro motokompresorový pohon. Müllerem dříve patentovaný motokompresorová konstrukce byla následně rozvinuta do podoby HeS50 v provedení „z“ a „d“. Z těch vycházel kombinovaný motor s označením HeS60, který měl mít motor o výkonu 1470 kW s převodem do rychla a dostředivou turbínu a měl poskytovat tah 1250 kp (12,26 kN). O těchto designech však existuje velmi málo dostupných informací.

Obrázek
Výkresový řez motorem HeS60.

Ostatní Heinkelovy proudové projekty

Kromě již zmíněných inovativních tryskových letounů vytvořených u firmy Heinkel vznikaly zde zejména ke konci II.světové války kromě klasických letadel s pístovými motory (mapř. He 177 Greif s motory Daimler-Benz) i další zajímavé projekty.
V roce 1944 byly zahájeny práce na lehké vysokovýkonné raketové stíhačce Heinkel P 1077 Julia, poháněné motorem Walter HWK s pomocnými startovacími raketami. Do konce ukončení války došlo však pouze ke stavbě makety. Dalšími nerealizovanými (již proudovými) projekty byly jednoproudová stíhačka Heinkel P 1078 a noční stíhací letoun i pro špatné povětrnostní podmínky P 1079, které měly být osazeny vzpomínaným motorem HeS11. Projektem taktéž nerealizovaným bylo stíhací letadlo P 1080 s náporovými motory na Lorinově principu.

Obrázek
Nákres stroje Heinkel P 1078c s umístěním motoru HeS011 od stejné firmy.

Letounem, který se ale podařilo v těsném závěru války bojově nasadit, byl He 162 Spatz (vrabec). Tento extrémně rychle realizovaný stíhač, který vyhrál soutěž na jednoduchou „lidovou stíhačku“, byl celodřevěné konstrukce s příďovým podvozkem a vystřelovací sedačkou pilota. Jako pohon však nesl nad trupem sériový proudový motor BMW 003 v upravené verzi E-1. Byl vyráběn řádově ve stovkách kusů, avšak na průběh války i v důsledku nízké vycvičenosti mladých pilotů tohoto stroje již neměl žádný vliv.

Další vývoj turbojetů v Německu

Jak už plyne z předešlého textu, tak bylo na konci roku 1938 a začátku 1939 v Německu pod dohledem Technického úřadu RLM započato s vývojem proudových motorů na poměrně široké bázi i u dalších zavedených motorářských firem. Pověřené firmy stály před úkolem vyjasnit nejprve zásadní předpoklady vývoje, aby se teprve pak mohlo začít s pracemi na těchto úkolech. Tyto práce byly ulehčeny díky výzkumu, které vykonal jak Aerodynamický výzkumný ústav v Göttingenu, tak firmy BBC (Mannheim) a Voith v Heidenheimu na poli axiálních kompresorů. Podporu v oblasti spalovacích turbín poskytovaly německým proudovým výrobců firmy AEG a také Brückner & Kanis v Drážďanech.
Problémů, kterým museli čelit piloti při přechodu na proudovou techniku bylo několik. Především bylo nutno pohybovat pákou přípusti motoru plynule a pomalu, neboť tenkrát motory neměly akcelerační automaty, které zabraňovaly zhasnutí motoru v důsledku zahlcení palivem. Dále bylo potřebné obsluhovat motor tak, aby nebyla překročena nejvyšší povolená teplota plynů (zobrazovaná na přístroji v kabině) a nedošlo k přehřátí motoru. Tímto byla přímo ovlivňována životnost celého zařízení, která činila řádově desítky hodin. V tomto ovšem zřejmě zásadní problém nebyl, neboť si nemusíme dělat iluze o tom, kolik hodin průměrný německý pilot v závěru války nalétal, než byl promptně sestřelen. Další nepěkná vlastnost tehdejších proudových letounů byla taktéž pomalá akcelerace těchto motorů oproti jejich pístovým protějškům resp. roztočení rotoru soustavy kompresoru a turbíny do vyšších otáček. Toto způsobovalo velkou zranitelnost těchto letounů při vzletu a přistání, z čehož těžili spojenečtí stíhači a právě v těchto fázích letu je úspěšně likvidovali. Za zmínku stojí ještě fakt, že němečtí konstruktéři už v té době věděli o přínosu přídavného spalování ke zvětšení tahu, ovšem žádný letecký motor s tímto zřízením za války nevznikl. Přídavného spalování se dočkala až sovětská kopie motoru Jumo pod označením RD-10F.
V popředí stál vývoj jednoproudových motorů pro stíhačky, mimo firmy E.Heinkela se jimi zabývaly i továrny BMW letecké motory Brandenburg a Junkers letecké a motorářské závody. Ve firmě BMW vyvinula skupina pod vedením Hermanna Östricha axiální motor s označením BMW 003 v provedení A, C, D a E. Varianta R měla pro zvýšení výkonů integrovaný raketový motor. Další projekty této firmy měly označení 109-018 a 109-028.
U zavedené továrny Junkers vyvíjel tým Anselma Franze úspěšný motor Jumo 004 taktéž v různých variantách. Tento motor byl podobný motoru BMW 003 a oba se dočkaly ke koci války sériové produkce v řádu tisíců kusů. Byly použity mimo již jmenované aplikace také pro bombardér Arado Ar234 a prototyp letadla Ju 287. Tyto pohonné jednotky po válce sloužily jako zdroj cenných informací pro vědce všech významných vítězných zemí. V poválečném Československu bylo z dostupných dílců sestaveno mnoho motorů Jumo k pohonu letounu Avia S-92 (což byl v podstatě německý Me 262). Tento typ motorů dále posloužil spolu s jejich zajatými konstruktéry v SSSR, kde byly po nějaký čas dále rozvíjeny, než byla pro letouny MIG převzata koncepce anglických proudových motorů Rolls-Royce s odstředivými kompresory.
Činnost junkersových konstruktérů vyústila ještě v návrhy motorů pod označením 012 (nedokončený prototyp) a turbopropu 022. Turbovrtulové motory se vyvíjely také v Závodech leteckých motorů BMW ve Spandau.
Na vývoji dvouproudových motorů mimo E.Heinkela pracovala v období války i firma Daimler.Benz (výrobce tehdy hojně používaných pístových řadových motorů DB řady 600), jejíž projekty byly známy jako 109-007 a 109-021. Na závěr je třeba ještě zmínit pokusy firmy Porsche o vývoj jednoproudového motoru 109-005. S koncem války ovšem došlo k rozpuštění těchto vynikajících vývojových týmů a povětšinou k jejich přesídlení (ať už dobrovolnému nebo násilnému) pro pokračující práci v zahraničí a veškeré německé aktivity směřující ke zbrojení byly samozřejmě jak známo ukončeny.

Doslov

Bohužel nelze v důsledku omezeného rozsahu do této statě zapracovat veškeré v našich podmínkách zjistitelné poznatky a detaily. Téma německých druhoválečných proudových motorů je široké a kvalitních podkladů (mnohdy rozporuplných) není skutečně nadbytek. Jak už jsem uvedl, lze čerpat ze zahraničních zdrojů, zformování a utřídění podkladů je ale dlouhodobá záležitost. V tom se mi osvědčily zejména dostupné dobové materiály.
Snad se mi tedy v budoucnu podaří obsáhnout tuto problematiku komplexně (jak okolnosti vývoje dotyčných proudových motorů a letounů, tak výklad jejich podrobné konstrukce a funkce) v nějaké obsáhlejší knižní formě.

Zdroje

- Inozemcev, N.V., Zujev, V.S. Spalovací turbíny pro letadla. 1.vydání. Praha: Průmyslové vydavatelství, 1952. 384 stran
- Adamec J., Kocáb J. Letadlové motory. 2.vydání. Praha:Corona s.r.o., 2008. 176 stran. ISBN 978-80-86116-54-9
- Schabel R., Die Illusion der Wunderwaffen: Die Rolle der Düsenflugzeuge und Flugabwehrraketen in der Rüstungsindustrie des Dritten Reiches
- Hirschel, Ernst Heinrich, Prem, Horst, Madelung Gero: From Lilienthal until Today , Bernard & Graefe Verlag, Deutschland 2004, XXII, 694 s.
- Kay, Tony Turbojet History and Development 1930-1960, Vol 1, Hardback, ISBN: 9781861269126, 272 s.
- Шунков В.Н., Реактивные самолеты люфтваффе. - СПб.: ООО «АКВАЛОН», 1999. 48 е.
- Strahltriebwerke, 1.vydání, Berlin: Deutsche Akademie der Luftfahrtforschung, 1941. 248 stran
- Biederitzer Buschfunk,Nr. 12, Dezember 2008
- Budrass Lutz: Hans Joachim Pabst von Ohain- Neue erkenntnisse zu seiner Rolle in der nazionalsozialistischen Rüstung
- Pavelec S.M.: THE DEVELOPMENT OF TURBOJET AIRCRAFT IN GERMANY, BRITAIN, AND THE UNITED STATES: A MULTI-NATIONAL COMPARISON OF AERONAUTICAL ENGINEERING, 1935-1946, The Ohio State University, 2004
- Rathjen W.: Aufbruch in der Überschallflug: Das erste Strahltriebwerk, 1981
- www.century-of-flight.net
- www.elgrancapitan.org
- www.citizendia.org
- www.scientistsandfriends.com
- www.xs4all.nl
- www.fliegerweb.com
Naposledy upravil(a) Eda dne 15/10/2011, 15:41, celkem upraveno 1 x.
Uživatelský avatar
Zemakt
6. Podplukovník
6. Podplukovník
Příspěvky: 11465
Registrován: 28/8/2008, 11:14
Bydliště: Cheb

Příspěvek od Zemakt »

Pěkné počteníčko, kolik bylo vůbec celkem vyrobeno HeS011?
ObrázekObrázek

"Voni fotr, řekněte jim tam, že se jim na jejich párky vyserem!"
Uživatelský avatar
Eda
vojín
vojín
Příspěvky: 16
Registrován: 25/3/2010, 20:59
Bydliště: Světlá
Kontaktovat uživatele:

Příspěvek od Eda »

Díky za pozitivní ohlas.
Na konci války bylo k dispozici jen 19 prototypových motorů HeS011, dislokovaných v Zuffenhausen/Kochendorfu (koncentrační tábor, kam se přesunula výroba z továrny Hirth-Motoren).
Američané nechali po válce sestavit ještě malou sérii těchto 9 motorů pro zkoušky.
Zdroj: Peter Müller- Heinkel He 162 "Volksjäger" . Letzter Versuch der Luftwaffe. ISBN: 978-3-9522968-0-6
Uživatelský avatar
badaxe
poručík
poručík
Příspěvky: 786
Registrován: 1/10/2011, 13:49

Příspěvek od badaxe »

Článek je perfektní, jen v části o He 178 je myslím chyba v "za pomoci čistě proudového motoru o tahu 4,50 kp (4,41 kN) při max.otáčkách 13 000 ot/min" myslím má být 450kp ne 4,50. ono čtyřiapůl kilopondu by asi letadlo do vzduchu nedostalo. za článek díky, o heinkelových motorech se obecně ví dost málo.
Uživatelský avatar
Eda
vojín
vojín
Příspěvky: 16
Registrován: 25/3/2010, 20:59
Bydliště: Světlá
Kontaktovat uživatele:

Příspěvek od Eda »

Děkuji za upozornění. Samozřejmě je to chyba, takový motor by byl vhodný možná tak pro letecké modeláře.
Odpovědět

Zpět na „Vybavení letounů“