Германский авиационный двигатель Jumo-213
Военные постоянно стремились и стремятся получать все более высокие летные характеристики самолетов. Основным способом добиться успеха в данном направлении является разработка и использование авиационных силовых установок большей мощности. Чтобы упростить разработку и сократить время на проектирование и организацию производства, конструкторы и изготовители авиационных двигателей опираются на разработанные ранее и хорошо себя зарекомендовавшие конструкции. Такой подход был использован и при создании двигателя Jumo-213, для которого в качестве исходной базы использовался его предшественник Jumo-211. Габариты двигателя и V-образное расположение 12-ти цилиндров не изменились. Прежним остался и рабочий объем — 35 литров. Доработки, которые касались увеличения возможных термических, кинематических и механических нагрузок деталей двигателя, увеличение максимальных оборотов, разработка нагнетателей большей производительности и некоторые другие улучшения позволили увеличить мощность двигателя Jumo-213 на 25% в сравнении с Jumo-211.
Jumo-213 AG
Вариация двигателя Jumo-213A, оснащенная более производительным нагнетателем. Взлетная мощность двигателя Jumo-213 AG — 1900 л.с. (1400 кВт). Данный двигатель устанавливался на истребителях FW-190 серии D-9. Система MW-50 позволяла увеличить мощность двигателя до 2240 л.с. на 10 минут. При этом высотность снижалась до 4750 м с 5500 м. С системой GM-1 на высоте 10000 м FW-190 серии D-9 развивали скорость в 700 км/час. Это позволяло самолетам успешно уничтожать высотные истребители противника. Данная скорость превышала скорость FW-190 D-11, оснащенного высотным двигателем Jumo-213 F без применения системы GM-1. Правда, имелся и значительный недостаток — 105 кг смеси для GM-1, размещавшейся на борту, обеспечивали всего 15-17 минут полета. Jumo-213AG для истребителей FW-190 D-9 на авиасборочные предприятия поставлялся в комплекте с винтом компании Junkers VS 111, радиатором с бронированием, моторной рамой, реактивными выхлопными патрубками, регулятором температуры охлаждающей жидкости, распределительным устройством, которое использовалось для подвода теплого воздуха для обогрева к бортовому вооружению, а также датчиками для замера температуры и высоты. Вариант для двухмоторных самолетов имел некоторые отличия от двигателя, планировавшегося для одномоторных истребителей. Данный вариант выполнялся как «единая силовая установка» и был взаимозаменяем с силовой установкой DB-603, имевшей несколько большие габаритны, но примерно такую же массу. Двигатель Jumo-213 AG дополнительно комплектовался системой забора теплого воздуха, используемого для обогрева крыльев и кабины пилота, а также 3000-ваттным генератором.
Значительное увеличение мощности в сравнении с ранее разработанными модификациями предполагалось получить на модификации Jumo-213J. Данный вариант двигателя Jumo-213 представлял собой новый тип авиадвигателя с высотностью 11000 м. Связанные с данной модификацией основательные изменения в конструкции дали возможность получить больший рабочий объем, увеличить максимальные обороты. Разработка нового нагнетателя от сотрудников компании Jumo потребовали приложить значительные усилия и использовать весь накопленный к тому времени опыт в области разработки поршневых авиадвигателей. Если бы разработчики имели необходимое на разработку данной модификации время, от Jumo-213J можно было бы ожидать появления наиболее совершенного по ряду основных параметров поршневого авиационного двигателя. Тяжелое положение немецкой промышленности и крайне малые сроки, имевшиеся в распоряжении разработчиков двигателя, не позволили своевременно организовать производство этого двигателя, а также основательным образом испытать такие необходимые для Люфтваффе двигатели. Первые серийные варианты двигателей Jumo-213 развивали максимум 3250 оборотов в минуту. Данный показатель был очень высоким, как и связанная с этим средняя скорость поршня 17,9 м/сек, что было максимальным, если рассматривать реально производившиеся в то время поршневые авиадвигатели. Jumo-213J с его 3700 оборотами в минуту и средней скоростью поршня 20,35 м/сек превысил эти и без того высокие параметры.
Средняя скорость поршня самых совершенных авиадвигателей мира для того времени редко превышала 15-16 м/сек. Уже при этих показателях начинали давать о себе знать большие динамические и кинематические нагрузки на коленвал двигателя. Динамические нагрузки на шатуны и поршни, ускорения клапанов и огромные нагрузки на подшипники и коренные шейки были практически в 2 раза выше, чем у двигателей производившихся ранее. Возникающие при этом нагрузки приводили к увеличению вибрации и повышенному износу, которые для подобных авиадвигателей были выше среднего. Вне всякого сомнения, это создавало множество проблем при конструировании и производстве и приводило к значительному сокращению ресурса двигателей в процессе эксплуатации. Сокращение моторесурса у модификации Jumo-213J, предназначавшегося для истребителей, до 40-50 моточасов в ситуации, сложившейся во второй половине войны, когда на карту поставили всё, что имелось в распоряжении авиастроителей, было оправданным. Подобное сокращение ресурса двигателя за счет получения высоких мощностных характеристик в гражданской авиации просто не могло иметь место.
Каких-либо данных о ходе стендовых испытаний двигателя Jumo-213J не сохранилась. По данным компании фирмы Jumo (довольно скудным) только 14 марта 1945 года 6 двигателей Jumo-213Е передали в соответствующее отделение компании для модификации в Jumo-213J. Первую переделанную модель, получившую обозначение Jumo-213JV1, вновь использовали для стендовых испытаний. Во время испытания был выявлен повышенный износ уплотнений клапанов и посадочных гнезд клапанов. Больше о ходе дальнейших работ по двигателю Jumo-213J ничего не известно. В связи с этим по данному двигателю дать полную оценку работ не представляется возможным.
То же самое можно сказать о нагнетателе и системе охлаждения нагнетаемого воздуха, разработанных специально для Jumo-213J, отсутствуют данные и о производительности теплообменника и нагнетателя. Радиальные нагнетатели, которые применялись на авиадвигателях, также имели определенные сложности, связанные с механическими ограничениями, вызванными высокой угловой скоростью, достигавшей 400 м/сек. Данная величина была предельной, и превышать ее было нельзя. Новый двухступенчатый нагнетатель двигателя Jumo-213J, имевший регулируемую производительность в зависимости от ступени и должный иметь большую производительность, чем все применявшиеся ранее, необходимо было еще довести (это скорее всего тоже потребовало бы много времени), и получить его в кратчайшие сроки было невозможно. Это не позволяло сразу получить высокие характеристики всей силовой установки. Кроме того, было необходимо увеличить 30% эффективность работы системы охлаждения двигателя.
Ранее полученный опыт показывал, что охлаждение-рекуперация при использовании принципа «воздух-воздух» уже у Jumo-211 была мало эффективной. В связи с этим в двигателе Jumo-213Е использовался теплообмен не с помощью воздуха, а благодаря системе охлаждения самого двигателя.
Благодаря большей эффективности система охлаждения по принципу «воздух-жидкость-рекуперация» могла выполняться меньшей по габаритам, иметь меньшие потери давления, а также не создавала набегающему потоку воздуха дополнительного сопротивления. В более совершенном образце высотного двигателя Jumo-213F внешнее охлаждение подаваемого нагнетателем воздуха заменили иным принципом охлаждения нагнетаемого воздуха. Принцип охлаждения основывался на внутреннем охлаждении благодаря системе впрыска смеси воды и метанола MW-50, в которой смесь спирта и воды, подаваемая в цилиндры двигателя, содержала по 50% этих компонентов. При испарении смеси в цилиндрах двигателя охлаждение двигателя протекало без рекуперации. У двигателя Jumo-213J предположительно было решено использовать такой же принцип охлаждения.
Разработка новых силовых установок большей мощности была связана с возникновением все больших проблем. При этом ряд основных параметров нельзя было превышать. Это значительно увеличивало время доведения силовых установок до приемлемого уровня надежности. В это же время двигатель Jumo-213 показывал, что принципы работы поршневых авиадвигателей вплотную приблизились к пределу, превышение которого становилось крайне опасным. Достижение предельных величин некоторых параметров негативно сказывалось на времени доведения силовых установок, освоении их массового производства, техническом обслуживании и ремонте.
На примере Jumo-213 видно, что ситуация с разработкой поршневых двигателей и принцип их работы, в независимости от условий, связанных с активными боевыми действиями, подошла к тому пределу, за которым дальнейшее улучшение характеристик поршневых двигателей при существовавшем в то время уровне развития уже не было возможно.
В 1943-1945 годах двигатель Jumo-213 часто устанавливался на большом количестве боевых самолетов Германии для улучшения их тактико-технических характеристик как замена двигателю Jumo-211: Ta-152, Ta-154, Fw-190D, Ju-88G, Ju-188, Ju-388, Me-309, He-111H, He-219. Недостаточное количество производившихся двигателей Jumo-213 сказалось на объемах производства большей части этих самолетов: они были не особенно велики. Летом 1943 г., когда двигатель Jumo-213 уже довели до необходимого уровня надежности, все силы были брошены на организацию серийного их производства в максимально большом количестве. Причиной этому послужило то, что боевые действия в небе Германии проходили все более и более остро. Применение истребителей Ta-152 и Fw-190D, оснащенных двигателями Jumo-213, дало бы возможность в некоторой степени парировать увеличивающееся качественное и количественное превосходство военно-воздушных сил союзников над Люфтваффе.
Двигатели Jumo-213 постепенно начали вытеснять устанавливавшиеся на истребителях Fw-190 двигатели воздушного охлаждения BMW-801, имевшие большие габариты и массу. Двигатель Jumo-213 на моторостроительных предприятиях компании Jumo в плане серийного производства отодвинул на второй план перспективные 24-цилиндровые многорядные двигатели Jumo-222, которые имели даже большую мощность. Причинами этому послужили долгое доведение двигателей Jumo-222 (середина 1942 года), а также отсутствие свободных производственных мощностей и оборудования для организации серийного производства Jumo-222 в возможно короткие сроки. Для изготовления двигателей Jumo-213 возможным было использовать некоторое оборудование и оснастку, применявшиеся для производства двигателя Jumo-211.
Как уже отмечалось ранее, специалисты компании Jumo предприняли огромные усилия для увеличения объемов производства Jumo-213. В городе Magdeburg на моторостроительном предприятии смонтировали автоматическую линию по производству головок цилиндров для двигателей Jumo-213. Для обработки одного цилиндра затрачивалось не более 2 минуты. На данной установке в течение дня обрабатывались около 600 головок цилиндров. Рационализации также подверглось изготовление прочих деталей двигателя: клапанов, коленчатого вала и прочих. Испытательные стенды компании Jumo, несмотря на уменьшение продолжительность испытаний двигателей, продолжали работать круглосуточно. Согласно документам компании Jumo, изготовили всего 9163 двигателя Jumo-213 различных модификаций.
Незначительные объемы производства Jumo-213 были обусловлены не только вышеперечисленными причинами, но и необходимостью уделить внимание разработке и организации серийного производства реактивного двигателя Jumo-004. Работы над этим двигателем, столь необходимым для Люфтваффе, велись в Dessau.
Модификация Е двигателя Jumo-213 стала вершиной развития немецкого авиационного двигателестроения. Однако, кроме различных вариантов Jumo-213, имелось немало планов компании Jumo, которые были связаны с попытками разработать более мощные двигателя на его основе. Из переговоров между представителями RLM и фирмы Jumo от 10 и 11 ноября 1938 г. следует, что уже в то время имелись планы по производству опытной партии двигателей Jumo-212. Jumo-212 представлял собой спаренные и объединенные общим понижающим редуктором двигатели Jumo-213. Данная силовая установка рассматривалась как один из вариантов оснащения тяжелого бомбардировщика Не-177. Еще одним новым двигателем являлся двигатель Jumo-214, ставший в дальнейшем Jumo-213С. В развалах цилиндров данного двигателя можно было смонтировать автоматическую пушку. Jumo-215 — спаренный Jumo-214 который, как и двигатель Jumo-212 имел общий редуктор на 2 двигателя. Разработка Jumo-215 была начата после того, как двигатель Jumo-212 успешно прошел стендовые испытания. После окончания Второй мировой войны работы над Jumo-212продолжились во Франции. При этом над Jumo-215 больше не работали.
Подготовлено по материалам:
http://alternathistory.org.ua/aviatsionnyi-dvigatel-bolshoi-moshchnosti-jumo-213-germaniya
http://de.academic.ru
http://airspot.ru
http://bronay.ru
Jumo-213 AG
Вариация двигателя Jumo-213A, оснащенная более производительным нагнетателем. Взлетная мощность двигателя Jumo-213 AG — 1900 л.с. (1400 кВт). Данный двигатель устанавливался на истребителях FW-190 серии D-9. Система MW-50 позволяла увеличить мощность двигателя до 2240 л.с. на 10 минут. При этом высотность снижалась до 4750 м с 5500 м. С системой GM-1 на высоте 10000 м FW-190 серии D-9 развивали скорость в 700 км/час. Это позволяло самолетам успешно уничтожать высотные истребители противника. Данная скорость превышала скорость FW-190 D-11, оснащенного высотным двигателем Jumo-213 F без применения системы GM-1. Правда, имелся и значительный недостаток — 105 кг смеси для GM-1, размещавшейся на борту, обеспечивали всего 15-17 минут полета. Jumo-213AG для истребителей FW-190 D-9 на авиасборочные предприятия поставлялся в комплекте с винтом компании Junkers VS 111, радиатором с бронированием, моторной рамой, реактивными выхлопными патрубками, регулятором температуры охлаждающей жидкости, распределительным устройством, которое использовалось для подвода теплого воздуха для обогрева к бортовому вооружению, а также датчиками для замера температуры и высоты. Вариант для двухмоторных самолетов имел некоторые отличия от двигателя, планировавшегося для одномоторных истребителей. Данный вариант выполнялся как «единая силовая установка» и был взаимозаменяем с силовой установкой DB-603, имевшей несколько большие габаритны, но примерно такую же массу. Двигатель Jumo-213 AG дополнительно комплектовался системой забора теплого воздуха, используемого для обогрева крыльев и кабины пилота, а также 3000-ваттным генератором.
Jumo-213 AG
Значительное увеличение мощности в сравнении с ранее разработанными модификациями предполагалось получить на модификации Jumo-213J. Данный вариант двигателя Jumo-213 представлял собой новый тип авиадвигателя с высотностью 11000 м. Связанные с данной модификацией основательные изменения в конструкции дали возможность получить больший рабочий объем, увеличить максимальные обороты. Разработка нового нагнетателя от сотрудников компании Jumo потребовали приложить значительные усилия и использовать весь накопленный к тому времени опыт в области разработки поршневых авиадвигателей. Если бы разработчики имели необходимое на разработку данной модификации время, от Jumo-213J можно было бы ожидать появления наиболее совершенного по ряду основных параметров поршневого авиационного двигателя. Тяжелое положение немецкой промышленности и крайне малые сроки, имевшиеся в распоряжении разработчиков двигателя, не позволили своевременно организовать производство этого двигателя, а также основательным образом испытать такие необходимые для Люфтваффе двигатели. Первые серийные варианты двигателей Jumo-213 развивали максимум 3250 оборотов в минуту. Данный показатель был очень высоким, как и связанная с этим средняя скорость поршня 17,9 м/сек, что было максимальным, если рассматривать реально производившиеся в то время поршневые авиадвигатели. Jumo-213J с его 3700 оборотами в минуту и средней скоростью поршня 20,35 м/сек превысил эти и без того высокие параметры.
Средняя скорость поршня самых совершенных авиадвигателей мира для того времени редко превышала 15-16 м/сек. Уже при этих показателях начинали давать о себе знать большие динамические и кинематические нагрузки на коленвал двигателя. Динамические нагрузки на шатуны и поршни, ускорения клапанов и огромные нагрузки на подшипники и коренные шейки были практически в 2 раза выше, чем у двигателей производившихся ранее. Возникающие при этом нагрузки приводили к увеличению вибрации и повышенному износу, которые для подобных авиадвигателей были выше среднего. Вне всякого сомнения, это создавало множество проблем при конструировании и производстве и приводило к значительному сокращению ресурса двигателей в процессе эксплуатации. Сокращение моторесурса у модификации Jumo-213J, предназначавшегося для истребителей, до 40-50 моточасов в ситуации, сложившейся во второй половине войны, когда на карту поставили всё, что имелось в распоряжении авиастроителей, было оправданным. Подобное сокращение ресурса двигателя за счет получения высоких мощностных характеристик в гражданской авиации просто не могло иметь место.
Каких-либо данных о ходе стендовых испытаний двигателя Jumo-213J не сохранилась. По данным компании фирмы Jumo (довольно скудным) только 14 марта 1945 года 6 двигателей Jumo-213Е передали в соответствующее отделение компании для модификации в Jumo-213J. Первую переделанную модель, получившую обозначение Jumo-213JV1, вновь использовали для стендовых испытаний. Во время испытания был выявлен повышенный износ уплотнений клапанов и посадочных гнезд клапанов. Больше о ходе дальнейших работ по двигателю Jumo-213J ничего не известно. В связи с этим по данному двигателю дать полную оценку работ не представляется возможным.
То же самое можно сказать о нагнетателе и системе охлаждения нагнетаемого воздуха, разработанных специально для Jumo-213J, отсутствуют данные и о производительности теплообменника и нагнетателя. Радиальные нагнетатели, которые применялись на авиадвигателях, также имели определенные сложности, связанные с механическими ограничениями, вызванными высокой угловой скоростью, достигавшей 400 м/сек. Данная величина была предельной, и превышать ее было нельзя. Новый двухступенчатый нагнетатель двигателя Jumo-213J, имевший регулируемую производительность в зависимости от ступени и должный иметь большую производительность, чем все применявшиеся ранее, необходимо было еще довести (это скорее всего тоже потребовало бы много времени), и получить его в кратчайшие сроки было невозможно. Это не позволяло сразу получить высокие характеристики всей силовой установки. Кроме того, было необходимо увеличить 30% эффективность работы системы охлаждения двигателя.
Ранее полученный опыт показывал, что охлаждение-рекуперация при использовании принципа «воздух-воздух» уже у Jumo-211 была мало эффективной. В связи с этим в двигателе Jumo-213Е использовался теплообмен не с помощью воздуха, а благодаря системе охлаждения самого двигателя.
Благодаря большей эффективности система охлаждения по принципу «воздух-жидкость-рекуперация» могла выполняться меньшей по габаритам, иметь меньшие потери давления, а также не создавала набегающему потоку воздуха дополнительного сопротивления. В более совершенном образце высотного двигателя Jumo-213F внешнее охлаждение подаваемого нагнетателем воздуха заменили иным принципом охлаждения нагнетаемого воздуха. Принцип охлаждения основывался на внутреннем охлаждении благодаря системе впрыска смеси воды и метанола MW-50, в которой смесь спирта и воды, подаваемая в цилиндры двигателя, содержала по 50% этих компонентов. При испарении смеси в цилиндрах двигателя охлаждение двигателя протекало без рекуперации. У двигателя Jumo-213J предположительно было решено использовать такой же принцип охлаждения.
Единственный сохранившийся до наших дней истребитель Focke-Wulf Fw-190 D-13 c высотным двигателем Jumo-213 F
Разработка новых силовых установок большей мощности была связана с возникновением все больших проблем. При этом ряд основных параметров нельзя было превышать. Это значительно увеличивало время доведения силовых установок до приемлемого уровня надежности. В это же время двигатель Jumo-213 показывал, что принципы работы поршневых авиадвигателей вплотную приблизились к пределу, превышение которого становилось крайне опасным. Достижение предельных величин некоторых параметров негативно сказывалось на времени доведения силовых установок, освоении их массового производства, техническом обслуживании и ремонте.
На примере Jumo-213 видно, что ситуация с разработкой поршневых двигателей и принцип их работы, в независимости от условий, связанных с активными боевыми действиями, подошла к тому пределу, за которым дальнейшее улучшение характеристик поршневых двигателей при существовавшем в то время уровне развития уже не было возможно.
В 1943-1945 годах двигатель Jumo-213 часто устанавливался на большом количестве боевых самолетов Германии для улучшения их тактико-технических характеристик как замена двигателю Jumo-211: Ta-152, Ta-154, Fw-190D, Ju-88G, Ju-188, Ju-388, Me-309, He-111H, He-219. Недостаточное количество производившихся двигателей Jumo-213 сказалось на объемах производства большей части этих самолетов: они были не особенно велики. Летом 1943 г., когда двигатель Jumo-213 уже довели до необходимого уровня надежности, все силы были брошены на организацию серийного их производства в максимально большом количестве. Причиной этому послужило то, что боевые действия в небе Германии проходили все более и более остро. Применение истребителей Ta-152 и Fw-190D, оснащенных двигателями Jumo-213, дало бы возможность в некоторой степени парировать увеличивающееся качественное и количественное превосходство военно-воздушных сил союзников над Люфтваффе.
Двигатели Jumo-213 постепенно начали вытеснять устанавливавшиеся на истребителях Fw-190 двигатели воздушного охлаждения BMW-801, имевшие большие габариты и массу. Двигатель Jumo-213 на моторостроительных предприятиях компании Jumo в плане серийного производства отодвинул на второй план перспективные 24-цилиндровые многорядные двигатели Jumo-222, которые имели даже большую мощность. Причинами этому послужили долгое доведение двигателей Jumo-222 (середина 1942 года), а также отсутствие свободных производственных мощностей и оборудования для организации серийного производства Jumo-222 в возможно короткие сроки. Для изготовления двигателей Jumo-213 возможным было использовать некоторое оборудование и оснастку, применявшиеся для производства двигателя Jumo-211.
Как уже отмечалось ранее, специалисты компании Jumo предприняли огромные усилия для увеличения объемов производства Jumo-213. В городе Magdeburg на моторостроительном предприятии смонтировали автоматическую линию по производству головок цилиндров для двигателей Jumo-213. Для обработки одного цилиндра затрачивалось не более 2 минуты. На данной установке в течение дня обрабатывались около 600 головок цилиндров. Рационализации также подверглось изготовление прочих деталей двигателя: клапанов, коленчатого вала и прочих. Испытательные стенды компании Jumo, несмотря на уменьшение продолжительность испытаний двигателей, продолжали работать круглосуточно. Согласно документам компании Jumo, изготовили всего 9163 двигателя Jumo-213 различных модификаций.
Незначительные объемы производства Jumo-213 были обусловлены не только вышеперечисленными причинами, но и необходимостью уделить внимание разработке и организации серийного производства реактивного двигателя Jumo-004. Работы над этим двигателем, столь необходимым для Люфтваффе, велись в Dessau.
Модификация Е двигателя Jumo-213 стала вершиной развития немецкого авиационного двигателестроения. Однако, кроме различных вариантов Jumo-213, имелось немало планов компании Jumo, которые были связаны с попытками разработать более мощные двигателя на его основе. Из переговоров между представителями RLM и фирмы Jumo от 10 и 11 ноября 1938 г. следует, что уже в то время имелись планы по производству опытной партии двигателей Jumo-212. Jumo-212 представлял собой спаренные и объединенные общим понижающим редуктором двигатели Jumo-213. Данная силовая установка рассматривалась как один из вариантов оснащения тяжелого бомбардировщика Не-177. Еще одним новым двигателем являлся двигатель Jumo-214, ставший в дальнейшем Jumo-213С. В развалах цилиндров данного двигателя можно было смонтировать автоматическую пушку. Jumo-215 — спаренный Jumo-214 который, как и двигатель Jumo-212 имел общий редуктор на 2 двигателя. Разработка Jumo-215 была начата после того, как двигатель Jumo-212 успешно прошел стендовые испытания. После окончания Второй мировой войны работы над Jumo-212продолжились во Франции. При этом над Jumo-215 больше не работали.
Подготовлено по материалам:
http://alternathistory.org.ua/aviatsionnyi-dvigatel-bolshoi-moshchnosti-jumo-213-germaniya
http://de.academic.ru
http://airspot.ru
http://bronay.ru
Автор: ulyakinmariupol