Реактивные самолеты Люфтваффе

Турбореактивный двигатель Юнкерс Jumo-004b

Двигатель Jumo-004B был выпущен фирмой Юнкерс в 1941 году. В конце войны двигатель устанавливался на немецких реактивных самолетах Мессершмитт Ме- 262, Арадо Ar-234 и др.

Основными частями двигателя являются: осевой восьмиступенчатый компрессор, шесть прямоточных камер сгорания, осевая одноступенчатая прямоточная турбина и реактивное сопло с регулирующей иглой.

При работе двигателя воздух засасывается через входной патрубок (коллектор) в компрессор. Из компрессора сжатый воздух направляется в камеры сгорания, куда через форсунки впрыскивается топливо. Впрыск топлива производится навстречу потоку воздуха. Воздух, поступающий в камеру сгорания, делится на две части. Одна часть, составляющая примерно 1/3 всего количества воздуха, поступившего в камеру, проходит через завихритель во внутреннюю часть камеры — жаровую трубу и, перемешиваясь с топливом, образует рабочую смесь, воспламеняющуюся от пламени факела (при этом коэффициент избытка воздуха а=1,4–1,5). Воспламенение топлива при пуске осуществляется с помощью запальных свечей, установленных в трех камерах сгорания.

Другая часть воздуха, не входящая в жаровую трубу, обтекает ее стенки, охлаждая их, а затем добавляется к продуктам сгорания, смешивается с ними и образует газовоздушную смесь с температурой, безопасной для работы турбины (примерно 800 “С; коэфициент избытка воздуха этой смеси равен 4–4,5).

Газовоздушная смесь, пройдя кольцевой газосборник (ресиверсмеситель), поступает на лопатки соплового аппарата, а затем на лопатки турбинного диска, после чего через реактивное сопло выбрасывается с большой скоростью в атмосферу.

Регулирование двигателя осуществляется двумя автоматическими регуляторами — регулятором оборотов и регулятором иглы сопла.

Регулятор оборотов представляет собой всережимный центробежный регулятор с переменной настройкой, которая осуществляется летчиком при перемещении рычага дросселя. Регулятор поддерживает заданное летчиком число оборотов двигателя, изменяя подачу топлива в форсунки. Так как при изменении оборотов двигателя изменяется и тяга, то регулирование числа оборотов является одновременно и регулированием тяги. Регулятор иглы сопла изменяет положение игаы и, следовательно, величину проходного сечения реактивного сопла в зависимости от числа оборотов двигателя, скорости и высоты полета.

Изменение площади проходного сечения сопла непосредственно сказывается на температуре газа перед турбиной, и, таким образом, регулятор игаы сопла поддерживает эту температуру примерно постоянной, что чрезвычайно важно для надежной и экономичной работы двигателя.

В передней части двигателя во входном канале установлен заключенный в обтекатель пусковой бензиновый мотор для прокрутки вала двигателя при запуске. между входным патрубком и корпусом компрессора помещен отлитый из легкого сплава корпус передач.

Корпус компрессора состоит из двух половин и отлит из легкого сплава. На внутренней поверхности корпуса в кольцевые пазы вставлены восемь рядов направляющих лопаток. Лопатки трех передних рядов изготовлены из легкого сплава, остальные из стали.

Ротор компрессора состоит из восьми дисков с лопатками, скрепленных между собой болтами. Передняя цапфа компрессора прикреплена к переднему диску и опирается на передний тройной шариковой упорно-опорный подшипник. Задняя цапфа компрессора крепится к заднему диску и вращается в роликовом подшипнике. Передняя и задняя цапфы стянуты сквозным анкерным болтом.

Продольный разрез двигателя Jumo-004B

1 — входной канал; 2 — бензиновый бак; 3 — масляный бак-радиатор; 4 — корпус конической передачи; 5 — обтекатель; б — пусковой мотор; 7 — центральная коническая передача; 8 — валик привода к вспомогательным агрегатам; 10 — пакет передних подшипников компрессора; 11 — полусферический корпус передних подшипников; 12 — верхняя половина корпуса компрессора; 13 — нижняя половина корпуса компрессора; 14 — ротор компрессора; 15 — стяжной болт; 16 — стальные разрезные кольца; 17 — силовой корпус (суппорт); 18-задний подшипник компрессора; 19 — упорный подшипник турбины; 20 — задний роликовый подшипник турбины; 21- камера сгорания; 22 — кожух (корпус) блока камер сгорания; 23 — кольцевой газовый ресивер; 24 — сопловый направляющий аппарат турбины; 25 — ротор турбины; 26 — вал-рессора; 27 — распорная втулка; 28 — задние масляные откачивающие помпы; 29 — реактивное сопло; 30 — реечный механизм; 31 — регулировочный конус (игла) сопла; 32 — запальная свеча; 33 — каналы для воздуха, охлаждающего сопловый аппарат турбины; 34 — каналы для воздуха, охлаждающего переднюю сторону турбинного диска

Камеры сгорания двигателя, заключенные в блок, изготовлены из мягкой листовой стали и охлаждаются воздухом, выходящим из компрессора.

Внутри каждой камеры установлена жаровая труба, в передней части которой расположен завихритель воздуха. Лопатки завихрителя закручены, угол закрутки равен 70°. В конце жаровой трубы установлен конический стабилизатор факела с полыми охлаждаемыми стойками, поддерживающими круглое донышко. Это донышко, с одной стороны, притормаживает поток, улучшая условия для сгорания топлива, с другой — создает значительное вихреобразование на выходе из жаровой трубы, обеспечивая устойчивость горения и однородность газовоздушной смеси на входе в турбину.

Стабилизатор факела заключен в цилиндрический кожух, являющийся продолжением жаровой трубы. Между кожухом и трубой имеется кольцевая щель, через которую к газам добавляется вторичный (не проходящий через завихритель) воздух.

Задней стороной камеры сгорания стыкуются с газосборником, создающим кольцевой подвод воздуха к сопловому аппарату турбины. В газосборнике обычно происходит догорание топлива, не закончившееся в камерах сгорания.

Турбина двигателя состоит из соплового аппарата с одним рядом неподвижных лопаток, образующих сопла суживающегося сечения, и турбинного диска с лопатками. Лопатки турбинного диска из специальной стали в первых двигателях изготовлялись массивными, неохлаждаемыми, а в последних модификациях — полыми, охлаждаемыми изнутри воздухом. Лопатки соплового аппарата во всех модификациях изготовлялись охлаждаемыми.

Вал турбины и задняя цапфа компрессора соединяются мужду собой польм тонкостенным промежуточным валом (рессорой), посаженным с обоих концов на шлицах.

Вал турбины установлен на двух подшипниках: переднем — роликовым, заднем — шариковым. Эти два подшипника, так же как и подшипник задней цапфы компрессора, запрессованы в силовом суппорте, являющемся основным силовым элементом двигателя. Мощность, развиваемая турбиной на максимальном числе оборотов, равна 3800 л.с. число лопаток соплового аппарата 35; число лопаток турбинного диска 61.

Система воздушного охлаждения двигателя служит для понижения температуры соплового аппарата турбины, турбинного диска с лопатками, реактивного сопла и регулирующей иглы.

Изменение тяги двигателя в зависимости от температуры и давления атмосферного воздуха

Высотная характеристика двигателя

Воздух для охлаждения соплового аппарата (в последних модификациях и лопаток турбинного диска) отбирается за компрессором и, следуя по каналам в силовом суппорте, поступает в полость внутреннего опорного кольца соплового аппарата. Из этой полости воздух проходит внутрь лопаток соплового аппарата, через отверстия в их задней кромке выходит наружу и, смешиваясь с газами, идущими из камеры сгорания, поступает в турбину.

Для охлаждения передней стены турбинного диска воздух отводится из последней ступени компрессора через лабиринтное уплотнение между ротором компрессора и силовым суппортом. Охладив турбинный диск, этот воздух вытекает в зазор между сопловым аппаратом и турбиной и смешивается с основным газовым потоком.

Задняя сторона турбинного диска, стенки реактивного сопла и игла охлаждаются воздухом, отбираемым после четвертой ступени компрессора и подводимым через обтекаемые стойки в средней части реактивного сопла. Выходная часть сопла охлаждается наружным воздухом с помощью специального экрана.

Турбореактивный двигатель BMW-003

Двигатель BMW-003 был выпущен в 1940–1941 гг.

К концу войны, в 1944 г., этот двигатель уже производился серийно и устанавливался на самолетах Хейнкель Не-162, Арадо Ar-234С.

Двигатель BMW-003 состоит из следующих основных частей: семиступенчатого осевого компрессора, камеры сгорания кольцевого типа, одноступенчатой газовой турбины и реактивного сопла с регулирующей иглой.

Во входном патрубке расположен двухтактный двухцилиндровый пусковой бензиновый мотор, прикрытый обтекателем. Вал пускового мотора соединен с валом компрессора кулачковой муфтой.

Ротор компрессора состоит из отдельных дисков, насаженных на общий вал. Диски первых трех ступеней изготовлены из магниевого сплава, остальных четырех — из дуралюмина. Корпус компрессора отлит целиком из магниевого сплава, и внутрь него вставлены семь рядов неподвижных направляющих лопаток. Профили лопаток ротора и статора подобраны таким образом, что 70 % перепада давления каждой ступени создается в лопатках диска ротора, а 30 %- в направляющих лопатках статора (в двигателе Jumo- 004 направляющие лопатки напора не создают).

Турбореактивный двигатель BMW-003

1 — маслобак, 2 — маспорадиатор, 3 — бензобачок пускового мотора, 4 — пусковой двухтактный бензиновый мотор, 5 — валик привода коробки передач, 6 — откачивающая маслопомпа, 7 — подвод смазки к передним подшипникам вала компрессора, 8 — труба подвода воздуха для охлаждения диска 9 — возвратная масломагистраль (к маслорадиатору), 10 — узлы подвески двигателя, 11 — лабиринтное уплотнение, 12 — жиклеры подачи масла для смазки подшипников компрессора и турбины, 13 — задняя откачивающая маслопомпа, 14 — муфта соединения валов компрессора и турбины, 15 — пусковая топливная форсунка, 16 — запальная свеча, 17 — основная топливная форсунка, 18 — дренаж масляного воздухоотделителя, 19 — подвод охлаждающего воздуха к лопаткам соплового аппарата, 20 — валик управления иглой сопла, 21 — карманы входа воздуха для охлаждения стенок сопла, 22 — термопара, 23 — игла реактивного сопла, 24 — выход воздуха, охлаждающего иглу

Камера сгорания изготовлена из листовой жароупорной стали. В передней части камеры в кольцевой отливке из легкого сплава установлены 16 основных и 6 пусковых форсунок с запальными свечами. Впрыск топлива производится по потоку под давлением 60 кг/см2. За отливкой расположена кольцевая жаровая труба, в средней части которой имеются патрубки подвода в камеру вторичного воздуха.

В задней части камеры* стыкуется с корпусом соплового аппарата турбины. Лопатки соплового аппарата в количестве 31 шт. — полые, охлаждаемые изнутри воздухом.

Турбинный диск имеет 66 лопаток, также охлаждаемых воздухом. Воздух для охлаждения лопаток отбирается после четвертой ступени компрессора.

Реактивное сопло изготовлено из листовой жароупорной стали и имеет двойные стенки, между которыми продувается наружный воздух, поступающий через карман, сделанный на наружной поверхности передней части стенок сопла.

Игла, регулирующая выходное сечение сопла, может быть установлена в одном из четырех фиксированных положений. Эта установка иглы осуществляется летчиком поворотом переключателя реверсивного электромотора, вал которого связан с зубчатой передачей с механизмом перемещения иглы.

Регулирование двигателя осуществляется автоматически специальным регулятором оборотов, поддерживающим заданное число оборотов двигателя путем дозировки топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания.

Комбинированный двигатель BMW-109-003R

Одним из методов увеличения тяги ТРД (что особенно важно на режимах малой скорости полета, например, при наборе высоты) является установка на ТРД жидкостно-реактивных ускорителей. Так, на некоторых истребителях Ме-262 для увеличения скороподъемности были установлены комбинированные двигатели BMW-109-003R, представлявшие собой обычные серийные турбореаи гивные двигатели BMW-003A, С или D, с укрепленными на них ускорителями — жидкостно-реактивными двигателями той же фирмы.

Ускоритель состоит из камеры сгорания, имеющей цилиндрический наружный кожух, двух насосов (топливного и окислительного) и питающих трубопроводов. Насосы ускорителя имеют шестеренчатый привод от вала ротора ТРД и потребляют мощность до 200 л. с. Камера сгорания ускорителя охлаждается топливом.

Барограмма взлета самолета Ме-262 с двигателем BMW-003, снабженным жидкостным ускорителем

Турбореактивный двигатель BMW-003 с жидкостным ускорителем

1 — двигатель; 2 — ускоритель

Суммарная тяга двигателя с ускорителем равна 2350 кг, из которых 1250 кг приходится на долю ускорителя. Основного запаса горючего для турбореактивного двигателя хватало на 20 минут полета у земли или на один час на высоте 9000 м. Ускоритель мог бьггь включен летчиком в любой момент полета и мог работать в продолжение двух минут.

При наборе высоты с включенным ускорителем самолет в течение двух минут набирал 9000 м, после чего при работающем ТРД и за счет инерции увеличивал высоту до 11000 м и продолжал полет на этой высоте. Если ускоритель включался не при взлете, а на высоте около 6000 м, то самолет мог набрать высоту 15000 м (показано на графике пунктирной линией, исходящей из точки 3).

Турбореактивный двигатель Хейнкель-Хирт HeS-011

Опытный образец двигателя Хейнкель-Хирт HeS-011 был изготовлен в начале 1944 г. имеются сведения, что перед концом войны этот двигатель был запущен в серийное производство и устанавливался на опытных самолетах.

Двигатель HeS-011 имеет четырехступенчатый компрессор (диагональная ступень и три осевых), кольцевую камеру сгорания, двухступенчатую газовую турбину и регулируемое реактивное сопло.

Стремление использовать преимущества как осевого, так и центробежного компрессоров привело к установке на двигателе HeS-011 в качестве первой ступени диагонального компрессора, в котором воздух движется как бы по диагонали между осевым и радиальным направлениями.

Для того, чтобы получить максимальную разность между диаметрами входной и выходной частей диагонального колеса компрессора, пусковой мотор вынесен на корпус двигателя, а обтекатель носка вала компрессора сделан настолько малым, насколько это позволяют механизм привода коробки передач и передний подшипник вала компрессора.

В начале входного патрубка установлен индуктор (воздухозаборный вентилятор), представляющий собой, по существу, вращающийся направляющий аппарат.

Индуктор создает предварительную закрутку струи на входе в диагональный компрессор. За индуктором установлены под углом обтекатели масляных трубок и валиков привода коробки передач и пускового мотора.

Диагональное колесо компрессора состоит из двух дисков, изготовленных из стальной поковки со вставленными в них лопатками, откованными из алюминиевого сплава и крепящимися к диску шаровыми замками.

Лопатки диагонального колеса сделаны не плоскими радиальными, а изогнутыми по винтовой линии.

Осевой трехступенчатый компрессор — обычной конструкции, представляет собой набор дисков, насаженных на общий вал. Лопатки вставлены в пазы дисков фасонными хвостовиками и зафиксированы каждая заклепкой.

Неподвижные направляющие лопатки осевого компрессора, так же как и лопатки, установленные между диагональным колесом и первой ступенью осевого компрессора, изготовлены из листового материала и приклепаны к корпусу.

Камера сгорания кольцевого типа изготовлена из листового материала, наружный кожух камеры изготовлен из алюминиевого сплава.

Турбореактивный двигатель HeS-011

1-индуктор (воздухозаборный вентилятор), 2- валик привода коробки передан, 3- диагональный компрессор, 4- осевой компрессор, 5- копьцевые воздушные каналы форсунки, 6- топливная форсунка, 7-копьцевая полость для воздуха, охлаждающего стенки камеры сгорания, 8- камеры сгорания, 9- патрубки подвода вторичного воздуха в камеру сгорания, 10- патрубок подвода воздуха, охлаждающего лопатки соплового аппарата турбины, 11- турбина, 12- реактивное сопло, 13- профилированная игла сопла

Топливо впрыскивается в камеру шестнадцатью форсунками и смешивается с первичным воздухом, поступающим в камеру через завихритель и кольцевые щели.

Вторичный воздух, поступающий в камеру по специальным патрубкам, понижает температуру газов на входе в сопловой аппарат турбины.

Турбина осевая, двухдисковая, двухступенчатая. Конструктивной особенностью ее является то, что она не консольная, как турбина двигателей Jumo-004 и BMW- 003, а двухопорная. Лопатки турбины — полые, охлаждаемые, по своей конструкции похожи на лопатки турбины двигателя BMW-003. Каждая лопатка фиксирована в турбинном диске с помощью одной заклепки.

Стенки реактивного сопла сделаны двойными из листового материала и охлаждаются наружным воздухом. Выходное сечение сопла регулируется профилированной иглой, которая может быть установлена в одном из двух положений с помощью сервомеханизма.

Раскрутка двигателя при запуске производится двухтактным двухцилиндровым бензиновым мотором, установленным на корпусе двигателя.

Первоначальный запал топлива осуществляется четырьмя свечами, расположенными около форсунок.

Жидкостный ракетный двигатель HWK-109-509

Немецкий ракетный двигатель HWK-109-509 (конструкции Вальтера), действующий на жидком топливе, выполнен в виде отдельного агрегата, который может быть установлен на самолете в качестве основного источника тяги.

Этот двигатель применялся немцами на истребителе- перехватчике Ме-163.

Известны две модификации двигателя HWK-109-509: А-0 и А-1. На основании фирменной инструкции по эксплуатации можно заключить, что в конструктивном отношении оба варианта в основном подобны. Вариант А-1 двигателя дает большую максимальную тягу.

Применяемое в двигателе топливо состоит из окислителя и горючего. В качестве окислителя используется водный раствор перекиси водорода (компонент “Т”- штофф), содержащий стабилизаторы. Горючее представляет собой раствор гидрат-гидразина в метиловом спирте (компонент “С”-штофф).

Общий вид двигателя HWK-109-509

1 — камера сгорания, 2 — парогазогенератор, 3 — регулятор давления топлива, 4 — блок топливных кранов, 5 — редуктор со стартером, 6 — фильтр компонента «С», 7 — сливной кран, 8 — каркас, 9 — опорная плита, 10 — колонка, 11 — вилка крепления двигателя к самолету;

Прим.: на рисунке представлен вид двигателя сбоку.

Разложение перекиси водорода производится в специальном парогазогенераторе путем соприкосновения ее с катализатором (кубики из пористой керамической массы, пропитанной перманганатом бария и хлористыми солями кобальта и никеля). При этом перекись водорода разлагается на пары воды и газообразный кислород с выделением большого количества тепла по формуле:

2H₂O₂ =› 2H₂O + O₂ + 46900 кал.

Температура гозопаровой смеси на выходе из парогазогенератора достигает примерно 180 °C. Скорость вращения турбины при максимальном режиме — составляет примерно 17000 об/мин.

Величина давления компонентов топлива в нагнетающей магистрали двигателя зависит от чмсла оборотов турбины, т. е. от расхода поступающего в парогазогенератор компонента “Т”. Регулировка давления подачи топлива осуществляется автоматически с помощью регулятора давления.

Основные части двигателя: камера сгорания с двенадцатью форсунками; турбонасосный агрегат, состоящий из двух центробежных одноступенчатых насосов и активной двухступенчатой турбины; парогазогенератор; регулятор давоения топлива; блок топливных кранов; редуктор со стартером; фильтр компонента “С”; сливной кран.

Агрегаты двигателя кроме камеры сгорания и сливного клапана, скомпонованы на металлическом каркасе, соединенном с опорной плитой. К последней прикреплена колонка, в которой проложены топливные трубопроводы.

Крепление двигателя к конструкции самолета осуществляется при помощи двух вилок и трубчатого подкоса.

Ниже приведены характеристики двигателя, построенные на основании данных фирменных инструкций по эксплуатации.