Vývoj druhoválečných proudových motorů u firmy Heinkel

Autor : 🕔06.04.2018 📕2.454
Rozpočet tohoto webu pro rok 2018 : 85.000,- Kč / Příjmy doposud : 87.861,- Kč
♡ Chci přispět

Úvod

V tomto článku bych chtěl zpracovat obsáhlou a interesantní historii vývoje proudových motorů u německé letecké firmy Heinkel před a během II. světové války. Toto téma není podle mých dosavadních informací (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 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 nebylo vždy vnímáno jako smysluplné. Také však mnohé z těchto pokusů vedly do slepé uličky.

Je 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 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 pohony letadel 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 tyto její motory na rozdíl od firem Junkers a BMW hromadně vyráběny a používány.

Trocha teorie

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 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 Hellmuth Walter, jehož motory poháněly stroje jako např. Heinkel He 176, Messerschmitt Me 163 a Bachem Ba 349 Natter. Konstrukcí raket se tamtéž zabýval také známý Wernher von Braun (raketová střela pod. ozn. A2).

Proudové motory (o kterých bude dnes řeč) můžeme dále rozdělit na bezlopatkové (náporové, 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 určitých důvodů vyjadřovala v kilogramech, kilopondech, nyní v 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*(c2-c1) ,kde
m je hmotnost nasávaného vzduchu za jednotku času,
c1 je rychlost proudění vzduchu do motoru a
c2 je výstupní rychlost spalin z motoru.

Vidíme, že čím větším množstvím průtočného vzduchu motor pracuje a čím je jeho urychlení 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 obvyklé jednoproudové motory vybaveny v přední části vstupem vzduchu o atmosférickém tlaku, pak následuje 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 proudí z výstupní trysky do okolního prostředí. Dá se tedy říci, 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 probíhal změnou dodávky paliva prostřednictvím páky ovládané pilotem spojené s regulátorem a účinnost mohla být zlepšována např. natáčením lopatek nebo regulací plochy výstupní trysky pomocí výsuvné jehly. Ke startu proudového motoru muselo být použito startéru, většinou integrovaného do tělesa motoru, pokud nedošlo k náporovému roztočení motoru větrem v průběhu letu.

Největšími problémy, který 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. Tyto potíže znásoboval nedostatek potřebných legujících prvků pro žáruvzdorné oceli. Dále byla tehdy velká pozornost věnována zmenšením poměrně velké spotřeby těchto tepelných motorů a také zlepšení jejich celkové účinnosti.


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 klasického pístu k vytvoření proudu.

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

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

I v dalších státech 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 od poloviny třicátých let inženýr Secondo Campini. Ten sestrojil např. mohutný letuschopný stroj Caproni Campini N.1 s běžným pístovým motorem Isotta-Fraschini poháněným lopatkovým kompresorem v přední části a se spalovacím zařízením a tryskou v zadní části trupu. 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) zatím 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 projektů.

Ve 20. létech 20. století se v Anglii (což byla spolu s Německem průkopnická země v tomto směru) začíná konceptem proudového motoru zabývat 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.

Původní nákres přiložený k patentu F. Whittleho

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.

Anglický proudový motor na pozemním zkušebním zařízení (Whittleho osoba je uprostřed). Povšimněte si v levé části obrázku běžného automobilového motoru chladičem ke startování proudového motoru vpravo.

Z Whittleho prací vznikl letuschopný motor W1, který vestavěn do pokusného letounu Gloster E28/39 a dne 15. května 1941 tak 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 se zvyšujícím 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. Bylo však nutné překonat ještě mnoho problémů, než byly překonány zásadní problémy směrem k praktické použitelnosti tohoto vynálezu.

Hans Joachim Pabst von Ohain

V průběhu II. světové války probíhal vývoj proudových leteckých motorů u firmy Heinkel takřka paralelně ve dvou výzkumných skupinách, jednu vedl Hans Joachim Pabst von Ohain a druhou Herbertem Wagnerem a Maxem Adolfem Müllerem.

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. Podle pozdějších von Ohainových slov se pro začátek rozhodl pro konstrukci zařízení, které splňovalo následující tři kritéria: co největší jednoduchost, co nejmenší riziko pro další vývoj a to nejdůležitější – o dost menší hmotnost než srovnatelný pístový motor. Pro začátek nebylo zatím nutné se zabývat co největší účinností. Tyto podmínky splňovalo turbosoustrojí s radiálním kompresorem (který dával kompresi do hodnoty tři) 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 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.

Mechanik Max Hahn s von Ohainovým prvním motorem

O těchto pokusech byl informován i ředitel ústavu fyziky na Ohainově univerzitě prof. Robert Wichard Pohl, který zaslal písemné doporučení von Ohaina Ernstu Heinkelovi, známému majiteli tehdy největší letecké továrny v Marienehe. Neboť byl Heinkel přítelem všech průkopnických 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 získal finance i vybavení a skupinu inženýrů (vedenou W. Gundermannem) pro další vývoj.

V únoru 1937 byl dokončen prototyp proudového motoru s označení HeS 1 (Heinkel-Strahltriebwerk 1). Na rozdíl od prvních Whittleho pokusů s naftou byly zde použity hořáky na vodík, což velice usnadňovalo spalování. 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.

Schéma motoru HeS 1: 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 HeS 3, který již neměl umístěnou svoji prstencovou již benzínovou spalovací komoru mezi duralovým šestnáctilopatkovým diskem kompresoru a čtrnáctilopatkové turbíny (z nerezové austenitické oceli Krupp P193, mající velkou teplotní odolnost), ale jakoby před oběžným kolem kompresoru, což zlepšilo její konstrukci a zejména chlazení. To umožnilo zmenšení jeho již tak příliš velké čelní plochy, což bylo pro letecký motor nevýhodné. Motor měl pro usměrnění toku vzduchu osmilopatkový jednostupňový ventilátor. Po utajených zkouškách v podvěsu letounu He 118 byl upravený prototyp HeS 3B 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.

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 u palivové nádrže 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.

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

Dne 27. srpna 1939 ráno se tedy tento letoun jako první na světě za pomoci čistě proudového motoru o tahu 4,50 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 představen v Rostocku-Marienehe koncem roku 1939 generálmajoru 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 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 oběžných kol (které byly mimochodem zkoumány v Aerodynamickém výzkumném institutu AVA v Göttingenu a jež byly už použity na sériových druhoválečných konstrukcích), vycházel konstrukčně i tento motor ze svých předchůdců. Odstředivý kompresor umístěný za ventilátorem měl 19 kovaných lopatek a byl dutou hřídelí spojen s 14 listovým diskem turbíny a toto bylo umístěno na třech valivých ložiscích. Prstencová spalovací komora měla 16 trysek, kterými bylo vstřikováno pomocí regulovaného čerpadla palivo, procházející předtím pro chlazení prostorem 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 např. snímače otáček, čerpadla oleje a zapalovacího magneta také elektrický dynamostartér.

Pro tyto motory byla Robertem Lusserem zkonstruována bojová stíhačka s označením He 280. Jednalo se o moderní celokovový dolnoplošník s 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, zejména s odolností vstřikovačů a turbíny a nízkým tahem.

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. 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 HeS 9 a HeS 10, kde se zkoušely různé varianty další konstrukce jeho motorů, přičemž druhý z nich byl navržen jako dvouproudový s radiálně-axiální konstrukcí 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 motorů třídy I zařízení s tahem nad asi 12 kN.  Zejména Helmut Schelp, ředitel Technického úřadu Říšského ministerstva letectví, 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 (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 dvoupolohovou posuvnou jehlou ke změně jejího průřezu a tím i ke změně rychlosti výstupních plynů. Palivo je zapalováno při startu pomocí čtyř svíček rozmístěných po obvodu komory.

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 před převody nezbytná zařízení sloužící mimo jiné k regulaci motoru. Byl zde namontován i speciální spouštěcí motor stálých otáček 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 navrhl úpravy kompresorů a podpůrných sloupků ve vstupním ústrojí. Bylo vyrobeno poměrně hodně prototypů, které však byly letově testovány na vrtulovém bombardéru Ju 88. 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.

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.

Ačkoliv byl tedy motor HeS011 na konci války 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 spíše teoreticky zaměřený výzkumný pracovní s tendencí 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.

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. Whittlem. V roce 1998 na Floridě pak zemřel.

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 Junker. Asi 30 člennou utajenou vývojovou skupinu se sídlem v Magdeburgu vedl tehdy jeho podřízený Max Adolf Müller. Výsledkem jejich práce bylo dne 14. srpna 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 16válcovým spalovacím motorem s uspořádáním do X pro pohon 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 překrývajících se válců. Za nimi následovaly tehdy unikátní nastavitelné rozváděcí lopatky a jednostupňová turbína. Vzájemně propojené rotory kompresoru a turbíny byly každý uložen 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.

Ačkoliv se tato konstrukce zdála velmi nadějná a dával 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 v pokročilejším stádiu vývoje. Jak už bylo výše zmíněno, měla se firma Heinkel spolu s ukončení prací na HeS 8 dále soustředit  HeS 011.

V roce 1940 až 1941 pracoval Müllerův tým souběžně na dalším projektu HeS 40, což byl experimentální výbušný proudový motor se spalováním při konstantním objemu, vycházejícího 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 klasickém proudovém 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 na rýsovacích prknech.

Müllerem dříve patentovaný motokompresorový pohon byl u Heinkela rozvinutý do podoby HeS 50 v provedení „z“ a „d“. Z těch pak vycházel kombinovaný motor s označením HeS 60, který měl mít motor o výkonu 1470 kW s převodem do rychla a dostředivou turbínou a měl poskytovat tah 1250 kp (12,26 kN). O těchto designech však existuje velmi málo dostupných informací.

Další Heinkelovy proudové projekty

Kromě již zmíněných inovativních tryskových letounů vytvořených u firmy Heinkel vznikaly zejména ke konci II. světové války i další zajímavé projekty v této oblasti.

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 výkonným motorem HeS 011. Projektem taktéž nerealizovaným bylo stíhací letadlo P 1080 s náporovými motory na Lorinově principu.

Nákres stroje Heinkel P.1078c s umístěním motoru Heinkel.

Letounem, který se ale podařilo v těsném závěru války bojově nasadit byl He 162 Spatz (vrabec). Tento extrémně rychle vytvořený 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 výsledek války i v důsledku nízké vycvičenosti mladých pilotů tohoto stroje již neměl žádný vliv.

Další turbojety v Německu

Jumo 004 (šéfkonstruktér A. Franz), BMW 003 (H. Oestrich), Daimler Benz 007

Doslov

Bohužel nelze sem v důsledku omezeného rozsahu do této statě zapracovat veškeré zjištěné poznatky a detaily. Téma německých druhoválečných proudových motorů je široké a kvalitních podkladů (mnohdy rozporuplných) není skutečně mnoho. Jak už jsem uvedl, lze čerpat ze zahraničních zdrojů, zformování a utřídění podkladů je však dlouhodobá záležitost. V tom se mi osvědčily zejména dostupné dobové materiály.

Snad se mi 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
- 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

Podobné články

Další články autora

Autor : 🕔06.04.2018 📕2.454