Большой авиационный двигатель Jumo-211. Германия

Еще в ходе завершающей стадии работ по двигателю Jumo-210 специалистам фирмы Jumo и руководству RLM стало ясно, что получение авиационных двигателей со значительно большей мощностью в то время было возможно только благодаря большому увеличению рабочего объёма двигателя.

В начале 1934 года RLM крайне недовольное постоянными увеличением времени необходимого на разработку и организацию производства фирмой Daimler-Benz авиационого двигателя DB-600 неожиданно выдалo фирме Jumo заказ на разработку нового авиационного двигателя который был бы своего рода страховкой на случай не удачи в ходе работ по DB-600. Диаметр поршня для нового двигателя на Jumo решили принять равным 150 мм, ход поршня 165 мм. Рабочий объём нового двигателя должен был составлять 35 литров. У его предшественника Jumo-210 диаметр цилиндра был равен 124 мм, ход поршня 136 мм, рабочий объём 19, 7 литра.

К работам над новым двигателем в проектном бюро фирмы Jumo в Dessau приступили еще не испытав как следует разрабатывавшийся с начала 30-х годов Jumo-210. В RLM при этом рисковало,  но риск этот в некоторой степени был оправданным потому что конструкторский коллектив фирмы Jumo на предприятии в городе Dessau был наиболее опытным в области авиационного моторостроения в Германии и разработка Jumo-210 проводилась вполне успешно подходя к своей завершающей фазе. По своему исполнению двигатель Jumo-211 мало чем отличал.с.я от своего предшественника Jumo-210. Общее руководство разработкой Jumo-211 было поручено доктору F.Neugebauer-у (В Германии тогда и в наше время звание доктора соответствовало и соответствует советскому/рoссийскому званию кандидат наук).

Коллектив фирмы Jumo опираясь на рaнее полученный в разработке авиационных двигателей опыт уже был хорошо подготовлен для решения подобных задач. Часть будущего Jumo-211 в виде 1/6 двигателя (2 цилиндра) были разработаны уже в конце 1934 года и в начале 1935 года приступили к сборке и испытаниям данного демонстрационного образца. Фирма Jumo в это время начала еще ряд исследований в области авиационного двигателестроения для чего ей потребовался дополнительный персонал который набирал.с.я путём размещения объявлений в немецкоязычных изданиях. Не смотря на уже имевшийся опыт при определении весовых характеристик двигателя были допущены ряд просчетов и двигатель в итоге оказался значительно более тяжелым, чем предполагалось в начале его разработки. RLM в категоричной форме требовало чтобы двигатель при сухом весе в 500 кг. развивал 1000 л.с. (735 кВт.)/(удельный вес 0,5 кг/л.с. (0, 68 кг/кВт.).

Сразу добиться таких высоких показателей не удалось. И только в самых последних версиях двигателя удалось выполнить требование по соотношению удельного веса на развиваемую двигателем мощность в 0,5 кг/л.с. (0, 68 кг/кВт.) и такое соотношение было возможным только на короткий промежуток времени работы двигателя. Для снижения веса двигателя в ходе работ постоянно приходилось проводить какие либо доработки отнимавшие довольно много времени. Между делом за счет установки системы впрыска топлива удалось добиться увеличения взлётной мощности двигателя до 1200 л.с. RLM пришлось согласиться с увеличением удельного веса до 0, 55 кг/л.с. вместо 0, 50 кг/л.с.

В начале испытаний недоукомплектованного 12-ти цилиндрового двигателя с карбюратором вместо системы впрыска двигатель при весе 615 кг. развивал 880 л.с. Первые агрегаты системы впрыска бензина для Jumo-211 появились в концe 1936 года. Доведение двигателя с этой системой и лётные испытания проводились в течении первой половины 1937 года и только поздней осенью на авиасборочные предприятия для бомбардировщиков Не-111 и Ju-87 начали поступать первые серийные двигателя Jumo-211А. В начале в процессе обучения пилотов и обслуживающего персонала стартовая мощность двигателей была снижена до 1000 л.с. при 2200 об/мин. Ожидалось что по мере получения необходимого опыта при изготовлении и эксплуатации двигателей можно будет значительно увеличить обороты двигателей и , соответственно,  развиваемую ими мощность.

После запуска двигателя в серийное производство объёмы его производства быстро увеличивались и почти все бомбардировщики Ju-87 и Ju-88,  а так же несколько вариантов бомбардировщика Не-111 получили двигателя Jumo-211 Довольно большой по рабочему объёму (35 л) двигатель с размерностью цилиндро-поршневой группы 150*165 мм гарантировал получение сравнительно высокой мощности и хорошие условия протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя. Проводившиеся в ходе производства двигателя многочисленные доработки так же способствовали улучшению протекания рабочего процесса в сравнении с тем что имелось в наличии у Jumo-210 что в свою очередь позволило получать большую мощность:

• Моторный блок был выполнен с тонкими стенками.
• Коленчатый вал и противовесы коленчатого вала неоднократно дорабатывались.
• Нагнетатель нагнетавший воздух под довольно большим давлением был выполнен одноступенчатым 2-х скоростным.

Системы охлаждения двигателей начиная с варианта Jumo-211 J оборудовались рекуператором.

Все серийные двигателя начиная с варианта Jumo-211А получили систему впрыска топлива. Дoрабатывалась система оxлаждения. Начиная с варианта Jumo-211F давление и максимально допустимая температура охлаждающей жидкости были увеличены.

Всё большее применение находили различные автоматические системы для регулировок различных параметров работы двигателя.

Всё эти доработки позволяли значительно улучшить и моторный ресурс и условия для проведения технического обслуживания и ремонта. Доработки применялись постепенно по мере получения необходимого опыта от одной модификации двигателя к другой начиная с 1937 года и до самого завершения производства этого двигателя в 1944 году когда на смену хорошо зарекомендовавшему себя, но уже сравнительно маломощному Jumo-211 пришел значительно более современный и мощный Jumo-213 имевший практически одинаковые с Jumo-211 габариты.

Производились следующие варианты Jumo-211:

• Jumo-211А. Производство этого первого варианта было начато в 1937 году. Сначала развиваемая мощность ограничивалась 1000 л.с. (735 кВт.) при 2200 об/мин,  затем мощность была увеличена до 1100 л.с. (810 кВт.) при 2300 об/мин.
• Jumo-211 B/D/G/H. Эти варианты производили в 1939-1940-х годах. Развиваемая мощность увеличилась до 1200 л.с. (880 кВт.) при 2400 об/мин.
• Jumo-211F (L, M, R). Производство этого варианта было начато в 1941 году.Улучшенный вариант получивший ряд доработанных деталей, более производительный нагнетатель с закрытой крыльчаткой. 2-х контурная система охлаждения. 1340 л.с. (990 кВт.) при 2600 об/мин.
• Jumo-211 J. Улучшенный вариант Jumo-211F с дополнительным охладителем нагнетаемого воздуха. Регулировка входного сечения нагнетателя за счет изменение угла установки направляющих лопаток. Данная версия производилась с 1943 года. 1420 л.с. (1045 кВт.). 1943 год.
• Jumo-211 N. Более совершенный вариант двигателя Jumo-211F производившийся с 1944 года. 1450 л.с. (1070 кВт.) с увеличенным давлением наддува и увеличенными до 2700 об/мин максимальными оборотами. 1944 год.
• Jumo-211 Р. Доработанный вариант с еще раз оптимированными рабочими процессами и улучшенным охлаждением нагнетаемого воздуха. 1944 год.
• Jumo-211Q. Опытный высотный вариант Jumo-211F с турбонагнетателем (ATL) TK-9 для Не-111. 1943 год.

Как видно в процессе разработки новых вариантов двигателя в его конструкцию регулярно вносились какие либо изменения. Некоторые из этих новых вариантов двигателя (Jumo-211 D/G/H L, M, R) производились мелкой серией или отличались от прочих аналогичных вариантов с иным обозначением только передаточным числом редуктора. Для вариантов Jumo-211F/J в целях повышения развиваемой двигателем мощности в конце 1940 года предпринимались попытки разработки и запуска в серию в количестве 150 единиц более совершенного варианта двигателя у которого степень сжатия была увеличена с 6, 5 до 8, 0 единиц. Для этого двигателя был необходим бензин с октановым числом в 100 единиц. Так как подобный бензин производили в ограниченном количестве и он необходим был в первую очередь для двигателей которые устанавливались на истребителях от этой идеи в итоге пришлось отказаться. После этого моторостроители продолжили совершенствование двигателя в первую очередь в плане доработки нагнетателя для того чтобы использовать имевшиеся в конструкции Jumo-211 резервы. Наибольшей проблемой возникшей в начале производства и эксплуатации Jumo-211 были всё более увеличивающиеся механические и термические нагрузки приводившие к внесению изменений в конструкцию двигателя. Уже в ходе доведения до приемлимого уровня надёжности и первого опыта эксплуатации первого серийного варианта Jumo-211А возникла необходимость доработки коленчатого вала и поршневых втулок. У варианта Jumo-211В были доработаны кулачки распределительного вала и усилены ряд деталей нагнетателя. У вариантов D/G вновь был усилен коленчатый вал и моторный блок и только у варианта Jumo-211F опять же после ряда доработок коленчатого вала,  подшипников коленчатого вала,  противовесов коленчатого вала и шатунов стало возможным увеличить максимальные обороты двигателя и получить отвечающий всем основным предъявляемым к авиационому двигателю требованиям с моторесурсом достигавшим как правило величины в 200 моточасов. В то время подобный моторесурс для бомбардировочных двигателей был не большим.На практике в ходе ведения активных боевых действий двигателя не редко не вырабатывали и гарантированных 200 моточасов. В первую очередь это касалось коленчатого вала воспринимавшего большие нагрузки. Изготовление и балансировка коленчатых валов для двигателей такой мощности и размера в те времена еще представляли собой не полностью разрешимые проблеммы. Из за вынужденного по условиям Версальского договора перерыва в разработке подобных двигателей моторостроители не могли в полной мере опереться на ранее полученный опыт в данной области как их зарубежные коллеги по скольку в качестве прототипа моторостроителям фирмы Jumo мог служить только разработанный в 1928 году L5G. L5G в сравнении с Jumo-211 был значительно проще по конструкции и опыт полученный при его разработке в части гашения возникающих на различных режимах работы двигателя колебаний при помощи торсионных демпферов можно было использовать только частично. В начале испытаний Jumo-211 возникали поломки коленчатого вала и эти поломки приходилось какое то время воспринимать как нормальное в данной ситуации явление. Сотрудникам моторостроительного отделения фирмы Jumo по ходу испытаний Jumo-211 приходилось находить новые технические решения которые после начала войны еще более усложнились из за дефицита необходимых для производства двигателей материалов, сбоев в поставках ряда деталей и агрегатов , необходимости значительного увеличения объмов производства и недостатка специалистов с соответствующим уровнем подготовки. Значительные проблеммы,  как уже сообщалось выше,  возникали в системе охлаждения двигателя где необходимо было решить проблеммы с возникающими в системе охлаждения скоплениями газов и водяных паров. Эту проблемму решили применив опыт полученный в ходе эксплуатации Jumo-210 за счет использования рекуператора и турбомуфты. Важнейшим шагом в доработке системы охлаждения стала пременявшаяся с варианта Jumo-211F системa охлаждения с повышенными параметрами температуры охлаждающией жидкости (до 115 град. С на уровне моря и до 85 град С. при полётах на больших высотах) и увеличенным на 0, 4 атм. Давлением,  что позволило до минимума снизить не равномерность охлаждения за счет удаления большей части возникающего в системе охлаждения газов и водяных паров. Не меньшее внимание уделялось доработке нагнетателя. С начала в нагнетателе использовалось разработанное фирмой Jumo рабочее колесо нагнетателя типа Gt4 с более высокой угловой скоростью которое начиная с варианта Jumo-211F было закрыто на 30 % что позволило увеличить на 40 % давление нагнетаемого воздуха. Начиная с варианта Jumo-211F/J нагнетатель получил дополнительную систему охлаждения нагнетаемого воздуха с рекуператором. Моторостроительное предприятие фирмы Jumo в Dessau уже имело некоторый опыт по этой части полученный в ходе работ по дизельному авиационному двигателю Jumo-207 и в ходе работ над Jumo-211F/J полученные ранее результаты были еще улучшены хотя и не были реализованы все возможности. Так у варианта Jumo-211F без охлаждения нагнетаемого воздуха было отмечено значительное снижение давления нагнетаемого воздуха на больших высотах. При применение дополнительного охлаждения нагнетаемого воздуха потери давления оказались еще выше что противоречило теоретическим расчетам по скольку на практике возникло довольно значительное подтормаживание потока нагнетаемого воздуха порядком снизившее эффективность охлаждения нагнетаемого воздуха. Для ликвидации этого крайне негативного явления следовало провести ряд исследований.

Система впрыска бензина использовавшаяся почти на всех вариантах Jumo-211 позволила получить довольно низкий удельный расход топлива и одновременно получить возможность точно регулировать количество подаваемого в двигатель бензина. Топливный насос системы впрыска управлял.с.я специальным устройством на подобии механического компьютера (Flugtriebautomat Jumo-211) значительно облегчавшим и упрощавшим пилоту все регулировки связанные с подбором наиболее оптимальных параметров работы двигателя и всей силовой установки на различных высотах что так же позволило повысить безопасность полётов. В расположенной ниже таблице можно увидеть каким образом совершенствовались рабочие процессы и развиваемая мощность различных вариантов двигателей от Jumo-210 до Jumo-211F.

Мощность двигателя благадаря доработкам увеличивалась и в последенем серийно выпускаемом варианте Jumo-211Р составляла 1500 л.с. что было на 50 % больше чем у первого серийно выпускавшегося варианта двигателя. Согласно документации фирмы Jumo всего было изготовлено 68248 по другим данным (68293) двигателя Jumo-211-больше чем какого либо другого типа авиационных двигателей производившихся в Германии в 30-40 годы. В ноябре 1942 года моторостроительные заводы расположенные в Köthen-e,  Leipzig-e,  Magdeburg-e в течении месяца произвели наибольшее количество 1700 двигателей данного типа. Официально впервые двигатель Jumo-211В был представлен будучи установленным на опытном образце бомбардировщика Ju-88 V5 когда данный самолёт в марте 1939 года с грузом массой 2 тонны установил рекорд скорости полёта средняя скорость 517 км/час (для 2-х моторных бомбардировщиков) по замкнутому маршруту Dessau-Zugspitze-Dessau протяженностью в 1000 км. Такой высокий для того времени показатель скорости на маршруте был достигнут благадаря наличию на двигателях системы впрыска топлива. О наличии подобных систем на авиационных двигателя производившихся в Германии за рубежом было мало что известно. Но вскоре после начала ВМВ в октябре 1939 года один бомбардировщик Не-111 был сбит над Шотландией. Английские специалисты получили возможность внимательно изучить данное новшество и после ряда проведённых собственных исследований английские моторостроительные предприятия спустя довольно не продолжительный период времени приступили к изготовлению уже собственных систем впрыска топлива для авиционных двигателей что позволило английским моторостроителям сделать существеный шаг вперёд в данной области,  значительно увеличить мощности производившихся в стране двигателей и улучшить ТТХ самолётов поступавших на вооружение RAF. Двигатель Jumo-211 производился в большом количестве и устанавливался исключительно на немецких бомбардировщиках Ju-87, Ju-88, He-111 и на ряде опытных образцов 2-х и 4-х моторных бомбардировщиков испытывавшихся в Германии до 1944 года. В июне/июле 1944 года после среднемесячного производства в 1000 двигателей данного типа объёмы производства Jumo-211 были резко снижены и в августе этого же года от производства двигателей Jumo-211 моторостроительные предприятия перешли к более совершенному Jumo-213 материал о котором будет опубликован не много позднее.

Различные варианты двигателя Jumo-211.

Схематичное изображение двигателей Jumo-211.

Одноступенчатые нагнетатели двигателей Jumo-211. Нагнетатели подобного же типа были ранее разработаны и для Jumo-210.

Большая часть из построенных в Германии пикирующих бомбардировщиков Ju-87 начиная с модификации В-1 получили различные варианты двигателя Jumo-211 мощностью от 1200 л.с. у Ju-87 В-1 до 1500 л.с. у Ju-87D-8.Фотография сделана Ju-87 на Восточным фронте. В начале Великой Отечественной Войны бомбардировщики данного типа в условиях господства в воздухе немецкой авиации так же как и на многих других фронтах в самом нaчале ВМВ в условиях слабого противодействия противников добились высоких результатов. В дальнейшем по мере усиления авиации противников Германии подразделения Люфтваффе имевшие на вооружении самолёты данного типа несли всё более серьёзные потери и лишь грубые ошибки высшего руководства Люфтваффе в части планирования развития Люфтваффе вынуждали и в этих всё более и более не благоприятных условиях продолжать производство морально устаревшего бомбардировщика и во второй половине ВМВ.

Ju-87 cо снятыми моторными капотами.

.

Большая часть произведённых двигателей Jumo-211 всех модификаций устанавливалась на широко известных пикирующих бомбардировщиках Ju-88 принимавших активное участие в боевых действиях ВМВ от Северной Африки до Норвегии и от Атлантики до Сталинграда.

Источники:

• Kyrill von Gersdorff • Helmut Schubert. Stefan Ebert. Flugmotoren und. Strahltriebwerke  Entwicklungsgeschichte der deutschen Luftfahrtantriebe von den Anfängen bis zu den  internationalen Gemeinschaftsentwicklungen ;
• Reinhard Müller: Junkers Flugtriebwerke,  AVIATIC Verlag,  2006