«Большой» авиационный дизельный двигатель Jumo-224. Германия

Помимо двух авиационных двигателей с предельными параметрами Jumo-222 и Jumo-223 на моторостроительном предприятии фирмы Jumo в городе Дессау велась разработка еще большего авиационного дизельного двигателя Jumo-224. Так же как и его предшественник Jumo-223, Jumo-224 был выполнен 4-х-угольным с 4-мя коленчатыми валами, но был значительно больше и имел большой потенциал. По замыслам проектировщиков его максимальная мощность в зависимости от варианта должна была составлять 4000–5000 л.с. (3000–3700 кВт) и могла по мере доработки двигателя еще более увеличиться. Jumo-224 представлял собой 4 соединённых между собой моторных блока Jumo-207.

К проектированию этого двигателя приступили в конце 1942 года. В то время это мог бы быть один из самых мощных авиационных двигателей мира. Это была финальная разработка авиационных дизельных двигателей фирмы Jumo. На испытательных стендах, несмотря на все предпринима­е­мые разработчиками усилия, никогда не испытывался полностью в комплекте 24-цилиндровый вариант этого двигателя, и потому Jumo-224 может считаться только одним из наиболее интересных проектов авиационного дизельного двигателя. По мере разработки двигателя Jumo-223 разра­бот­чикам стало ясно, что развиваемая двигателем на стендах мощность уже не в полной мере удов­ле­творяет авиаторов. Кроме того, разработка Jumo-223 постоянно затягивалась. В начале лета 1942 года возникла идея, используя уже достаточно большой накопленный опыт, приступить к разра­ботке нового, значительно более мощного и перспективного авиационного дизельного двигателя для дальних бомбардировщиков, разведчиков, транспортных самолётов и гидросамолётов. RLM, внимательно следя за развитием боевых действий и имея довольно полную картину всего проис­ходящего, отнеслось к данной идее довольно сдержанно. В то же время всё то, что касалось воздушного сообщения и ведения боевых действий в Атлантике, всегда имело очень большое значение для RLM. По-видимому, это подразумевало собой далеко идущие послевоенные планы по дальним авиаперелётам. Как правило, на воздушных маршрутах большой протяженности приме­ня­лись или разрабатывались с расчетом на дальнейшее применение многомоторные самолёты, поскольку мощность производившихся в то время авиационных двигателей была довольно ограни­чена, а для дальних сообщений требовались очень большие по размеру и весу самолёты, что и вынуждало конструкторов устанавливать на эти самолёты большое количество двигателей (Do X – 12 двигателей (!!!), Do 214 – 8 Jumo-212, фактически 16 Jumo 213). Эту сложившуюся традицию можно было изменить с большой пользой для авиaсообщений. Jumo-224 планировалось устанав­ливать на больших летающих лодках BV 238 и Do 214, чей взлётный вес достигал 100 и более тонн. Далее имелись планы по разработке на базе Jumo-224 большой силовой установки Motor-Luftstrahl­triebwerk (ML). За счет соединения в одно целое 4 двигателей типа Jumo-207 имелась возмож­ность получить довольно компактный агрегат 4-х-угольной формы с 4-мя коленчатыми валами, мощность которого превышала бы мощность Jumo-207 в 4 раза, в то время как длина, включая и установ­лен­ные все полагающиеся такому двигателю агрегаты, не превысила бы 2,85 м при ширине 1,7 м и высоте 1,85 м. Таким образом, моторная гондола силовой установки Jumo-224 могла бы иметь диаметр примерно 1,9 м. Сухой вес высотного варианта такого двигателя по расчетам должен был составлять примерно 2600 кг. Серьёзным преимуществом силовой установки Jumo-224 было то, что она представляла собой просто соединённые вместе уже хорошо опробованные и хорошо себя зарекомендовавшие на практике серийно производящиеся 4 силовые установки Jumo-207. Остава­лось лишь довести кинематику единого агрегата и центрально расположенный привод, основным элементом которого был бы новый понижающий редуктор воздушного винта. Естественно и то, что нагнетатели и охладители нагнетаемого воздуха в зависимости от высотности различных вариантов двигателя должны были быть также разработаны заново. Тут также можно было использовать уже полученный при создании и эксплуатации Jumo-207 и Jumo-223 практический опыт.

Исполнение Jumo-224 отличалось рядом конструктивных особенностей:

• 4-х-угольный с 4-мя коленчатыми валами двигатель, представлявший собой соединённые вместе четыре 6-цилиндровых двигателя Jumo-207 со встречно движущимися поршнями.
• Ромбическая форма двигателя, представлявшего собой увеличенный вариант ранее создан­ного и многократно испытывавшегося на испытательных стендах двигателя Jumo-223 с необходимыми высотными нагнетателями.
• Центральное расположение понижающего редуктора, состоящего из 2-х встречно вращающихся редукторов и соосных воздушных винтов.
• 2-х-ступенчатые нагнетатели, в зависимости от высоты полёта позволявшие использовать несколько турбокомпрессоров или механических нагнетателей.
• 2-х-ступенчатые охладители нагнетаемого воздуха различного, в зависимости от высоты полёта, исполнения.
• Планировавшаяся подача мощности на установленную на центрально расположенном основном валу двигателя турбину или на второй воздушный винт.
• Переход на изготовление 2-х-секционной силовой установки с 2-мя независимыми друг от друга секциями турбокомпрессоров.
• Система безопасности при эксплуатации, являвшаяся аналогом той, что разрабатывалась для Jumo-223.

Таким образом, помимо разработки самого двигателя с большим рабочим объёмом еще необходимо было разработать ряд агрегатов, систем регулирования, что при разработке, доведении до работо­способного состояния и установке на двигатель привело бы к значительному увеличению размеров и веса силовой установки в комплекте и одновременно привело бы к значительному усложнению всей силовой установки и увеличению сроков разработки всех необходимых для неё агрегатов. Турбокомпрессоры. устанавливавшиеся на двигатели, по мере накопления опыта по их созданию и эксплуатации становились всё более и более совершенными и на их привод затрачивалось всё меньше и меньше мощности двигателя.

В сохранившихся документах точно не указано, какая именно модификация двигателя Jumo-207 использовалась для создания Jumo-224. В случае, если это был бы Jumo-207C, рабочий объём Jumo-224 составил бы 66,48 литра. Если же это был бы Jumo-207D с большим на 5 см диаметром цилин­дра, рабочий объём составил бы 73 литра. Эта разница рабочего объёма в 10 % соответствующим образом влияла бы на развиваемую двигателем Jumo-224 мощность. Если же всё же исходить из первого варианта, то следует постоянно принимать за основу Jumo-207С, поскольку в 1942 году версия Jumo-207D еще не была собрана и опробована. В итоге попытки увеличить развиваемую двигателем мощность были предприняты на модификации Jumo-207С, и только позднее вариант Jumo-207D мог играть какую либо роль в разработке нового двигателя. В документах, датирован­ных 14.10.1943 года. уже указано, что дальнейшая разработка Jumo-224 опирается на вариант с разме­рами цилиндров, которые имел Jumo-207D, для чего необходимо было соответствующим образом увеличить сечение воздухозаборника, что и было выполнено.

После начала работ по двигателю Jumo-224 в конце 1942 – начале 1943 года в одном из докладов о ходе работ сообщалось о первых активных действиях, предпринятых по данной теме. В докладе сообщалось следующее:

«Для двигателя Jumo-224 был разработан понижающий редуктор и элементы крепления двигателя».

Далее следует, что руководитель конструкторского бюро по разработке дизельных двигателей Z. Berkner, ставший во главе коллектива после ухода доктора Gasterstädt-а, постепенно перешел от разработки Jumo-223 к Jumo-224. При этом часть элементов и агрегатов новой конструкции, в первую очередь блоки цилиндров и кинематика, не могли быть переняты от нормального двигателя Jumo-207. Блок цилиндров был выполнен тонкостенным и более лёгким, и из технологических особенностей, касающихся литья, блок выполнили из двух половинок. Его вес тем не менее составил приличную величину в 1000 кг. Из за большого объёма работ, которые следовало проделать при конструировании и изготовлении форм для отливок столь массивных деталей, работа продвигалась довольно медленно. Блок цилиндров, посадочные гнёзда коленчатых валов, корпус понижающего редуктора, валы и большие зубчатые колёса имели размеры поперечного сечения более одного метра. Все эти литые или кованые детали из специальных материалов приходилось заказывать на других фирмах. С другой стороны то, что касалось кинематики, поршней и колен­чатых валов ранее разработанных и уже серийно производившихся для двигателей Jumo-207 следовало лишь не много доработать. Кинематика понижающих редукторов двигателей с различ­ным направлением вращения была практически одинакова. Большое количество применявшихся в понижающих редукторах зубчатых колёс, валов и подшипников с приспособлениями для их смазки, несмотря на применение целого ряда уже серийно производившихся к тому времени агрегатов, сделали конструкцию данного многоцилиндрового со многими коленчатыми валами двигателя предельно сложной и исключавшей возможность дальнейшего развития, но в то же время и впечатляющей.

Из имеющейся в нашем распоряжении информации следует, что к концу 1943 года RLM потребовало более интенсивно осуществлять разработку этого двигателя. И всё же спустя некоторое время работы по Jumo-224 приостановили из за острой необходимости сосредоточить все имевшиеся на фирмe Jumo ресурсы на доведении и организации производства реактивного двигателя Jumo 004. Возможности моторостроительного отделения фирмы Junkers Jumo уже практически подошли к пределу, и RLM из за всё более ухудшавшегося положения пришлось пойти на этот шаг, пытаясь как-то оптимизирировать вопросы, связанные с разработкой, испытаниями, различного рода коррек­тировками и производством авиационных силовых установок различных типов. Новые доклады, касающиеся вопросов, связанных с работами по Jumo-224, датируются осенью 1944 года. К тому времени была подготовлена оснастка для изготовления крупных деталей конструкции Jumo-224, и в интересах дальнейшего совершенствования данного двигателя были активизированы работы над исходным образцом Jumo-207С, касающиеся увеличения развиваемой двигателем мощности. Согласно состоявшего из 2-х частей доклада OMW-MDS 2240-AA в период с 28.10.1944 года по 13.11.1944 года проводились испытания силовой установки Jumo-207С-I/6. Серийная силовая установка развивала 1100 л.с. (810 кВт) при 3000 об/мин. В ходе проведения испытаний макси­маль­ные обороты двигателя были увеличены до 3200 об/мин. Кроме этого, был форсирован еще целый ряд рабочих параметров.

Согласно данным, указанным в протоколах испытаний, мощность двигателя только за счет увели­чения максимальных оборотов возросла до 1300 л.с. (960 кВт).

При использовании дополнительного внешнего охлаждения нагнетаемого воздуха при помощи теплоообменника мощность была увеличена уже до 1500 л.с. (1100 кВт).

При достижении топливо-подающей аппаратурой максимального объёма подачи топлива мощность возрастала до 1800 л.с.(1320 кВт).

При внутреннем охлаждении цилиндров двигателя при помощи системы форсирования с исполь­зо­ванием водо-метаноловой смеси MW-80 при расходе смеси в 25 гр/сек. развиваемая двигателем в течение часа мощность уже достигала величины 2000 л.с. (1470 кВт.).

С использованием водо-метаноловой смеси MW-80 при расходе смеси в 25 гр/сек (90 кг/ч) разви­ваемая двигателем в течение 10 минут мощность достигала величины 2070 л.с. (1520 кВт.).

С использованием водо-метаноловой смеси MW-80 при расходе смеси в 32 гр/сек. развиваемая двигателем в течение 10 минут мощность достигала уже величины 2210 л.с. (1620 кВт.).

Результаты произведённых испытаний наглядно показали, насколько можно было увеличить мощность ранее доведённого и многократно опробованного на практике серийного авиационного двигателя за счет увеличения термических и прочностных параметров. В экстремальных случаях двойное увеличение развиваемой двигателем мощности казалось почти невероятным, но именно такие показатели были получены в ходе испытаний. Об аналогичных попытках увеличения мощ­ности варианта Jumo-207D ничего не известно. Если же учитывать при этом увеличение рабочего объёма варианта Jumo-207D по сравнению с Jumo-207С, то можно было бы ожидать получения кратковременной максимальной мощности Jumo-207D до 2430–2460 л.с. Остаётся только представить, какую мощность теоретически можно было бы получить, испытывая доведённую аналогичным образом силовую установку Jumo-224, рабочий объём которой в 4 раза превышал рабочий объём Jumo-207С. При этом даже еще не было точно известно, насколько оптимально были подобраны все рабочие процессы двигателя.

Имелись еще резервы по увеличению мощности за счет оптимизации процесса охлаждения нагнетаемого воздуха путём разделения системы охлаж­дения нагнетаемого воздуха и системы охлаждения двигателя. При эксплуатации силовой установки температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения, как правило, не опускалась ниже +80°С. При заборе воздуха для охлаждения нагнетаемого воздуха напрямую из стратосферы температура забираемого воздуха была равна примерно –50°C. Это позволяло более интенсивно осуществлять процесс охлаждения нагнетаемого воздуха после обеих ступеней нагнетателя при помощи промежуточных и конечного охладителей, что дополнительно улучшало рабочие параметры двигателя. Хотя из за наличия промежуточных охладителей несколько увеличивалось поперечное сечение силовой установки и в связи с этим возрастало создаваемое ею аэродинамическое сопротивление, для крупногабаритных и летящих с относительно небольшой скоростью самолётов это увеличение аэродинамического сопротивления не было критическим.

Для соответствующим образом доработанной системы охлаждения нагне­та­е­мого воздуха необ­хо­димо было соответствующим образом доработать и систему впрыска топлива. Как уже упоминалось выше, в ходе проводимых во второй половине 1944 года испытаний с Jumo-207С без использования водо-метаноловой смеси MW-80 удалось кратковременно увеличивать развиваемую двигателем мощность до 1800 л.с. В системе MW-80 использовалась водо-метаноловая смесь, состоявшая на 80 % из метанола и 20% воды. Данная смесь впрыскивалась в систему подачи воздуха к двигателю еще перед нагнетателем и, испаряясь, значительно охлаждала воздух, что положительно влияло на коэффициент наполнения цилиндров. Вместо системы MW-80 со смесью с высоким содержанием спирта можно было использовать еще более эффективную систему MW-30, в которой содержание спирта было равным всего лишь 30 %, что еще более улучшало рабочие процессы в цилиндрах двигателя.

Естественно, перед испытаниями опытной силовой установки Jumo-207С были тщательно прове­дены различные подготовительные мероприятия. Pяд наиболее нагруженных деталей был под­вергнут специальной обработке, шатунные шейки цилиндров были соответствующим образом обработаны, использованы тщательно изготовленные из самых высококачественных материалов, имевшихся в то время в довольно ограниченном количестве, уплотнительные и маслосъёмные кольца. Причем некоторые из этих специально подготовленных для данного цикла испытаний деталей прошли еще ранее серьёзную предварительную проверку. После того как опытный двига­тель Jumo-207С-I/6 отработал в ходе испытаний на испытательном стенде в общей сложности 138 часов, его разобрали и тщательно обследовали все наиболее нагруженные детали. При этом было установлено, что износ наиболее нагруженных деталей был вполне приемлемым для подобного срока работы силовой установки. Таким образом, силовая установка Jumo-207С, на базе которой разрабатывался большой двигатель Jumo-224, зарекомендовала себя с самой лучшей стороны.

9.11.1944 года RLM распорядилось выделить необходимые материалы для изготовления первых 5 опытных двигателей Jumo-224 V1–V5. Оставалось только изготовить все необходимые детали и агрегаты и затем собрать двигатели. Для этого помимо наличия необходимых материалов требо­валось еще в течение довольно долгого времени и соответствующих условий для доведения и осуществления на практике всех разработок и сборки двигателей. Часть работы уже была выпол­нена, но в целом работы продвигались довольно медленно, с многочисленными препятствиями, вызванными тяжелейшим положением, в котором к тому времени оказалась немецкая промыш­ленность. Предприятия, которым были выданы заказы на изготовление наиболее крупных и сложных деталей, например 2 предприятия фирмы Poldi под Прагой (коленчатые валы), фирмы MEGU („Metallgus“) и Kleebach (блоки цилиндров), чьи предприятия были расположены под Лейпцигом, также испытывали значительные трудности, вызванные военным положением и ставшими всё более регулярными срывами поставок необходимых для производства материалов и всё более серьёзными разрушениями ряда наиболее важных коммуникаций бомбардировщиками США и БИ. Поэтому на головном предприятии в Дессау даже не могли установить какие-либо точные сроки, касающиеся сборки опытных образцов двигателя. Даже в случае, если бы всех выше­описан­ных проблем, препятствующих завершению работ по Jumo-224, не было бы, и все работы можно было бы проводить в нормальных для этого условиях, сборка первых силовых установок Jumo-224 могла бы быть осуществлена не ранее осени 1945 года. И, как это уже не раз имело место ранее, испытания на стендах наверняка выявили бы ряд недостатков в конструкции редукторов, колен­чатых валов, нагнетателей и прочих агрегатов двигателя. Устранение всех этих дефектов также потребовало бы определённого времени. И, таким образом, в лучшем случае первые более-менее надёжно работающие двигатели можно было бы получить в 1947 или 1948 году, а в серию они могли бы пойти не ранее 1950 года. Т.е. потребовалось бы еще порядка 5 лет, прежде чем можно было бы реально рассчитывать на поставки силовых установок Jumo-224. Возможно, что и эти сроки поставок Jumo-224 всё же несколько опережали бы сроки поставок в гражданскую авиацию аналогичных мощных силовых установок, разрабатывавшихся примерно в то же время в странах Западной Европы и США для осуществления регулярных трансатлантических перелётов, или появились бы примерно в одно и то же время. Но бомбардировки союзников в итоге привели к тому, что в начале апреля 1945 года не было возможности далее продолжать собирать уже частично собранный двигатель. Информация о том, каким образом в последний месяц ВМВ что-либо пытались еще предпринять, неполная. В одном из докладов сообщалось следующее:

«Конструкция двигателя к концу войны была полностью доработана и производилась сборка первого двигателя типа Jumo-224».

Там же сообщалось, что были готовы примерно 60-70 % всех необходимых чертежей, моделей и прочих приспособлений. Часть же была уже уничтожена. 21.04.1945 года американские войска заняли территорию завода. К этому времени часть наиболее важных документов и чертежей Jumo-224 уже были уничтожены. Всё что позднее происходило на территории предприятия фирмы Junkers в городе Дессау, контролировалось союзниками.

Хотя постройка даже первого экземпляра силовой установки Jumo-224 не была завершена, еще до начала сборки возник ряд вопросов и предпо­ло­жений, связанных с возможными характеристиками, которые мог бы показать полностью собранный Jumo-224. Замеры параметров двигателя в полном объёме можно было бы осуществить только в случае выполнения реальных полётов. Возможно, что эти полёты показали бы результаты, которые оказались бы довольно близкими к расчетным. Эти данные были необходимы для дальнейшего планирования по реализации всей программы разра­ботки, включая и высотные варианты. Из имеющихся в нашем распоряжении материалов следует, что мощностные характеристики Jumo-224 должны были примерно в 2 раза превышать то, что уже было получено с меньшей по рабочему объёму силовой установки Jumo-223 без учета тяги, созда­ваемой реактивными выхлопными патрубками. Таким образом, можно было ожидать от Jumo-224 взлётной мощности порядка 4400 л.с. (3240 кВт) при 3000 об/мин. Такая мощность сохранялась бы только до высоты около 2 км. В данном случае речь идёт о модификации Jumo-224 с расчетной высотностью 9 км. На экономическом режиме работы Jumo-224 должен был развивать примерно 3000 л.с. при 2200 об/мин до высоты примерно 6 км. На еще менее напряженном режиме работы силовая установка на высотах до 9 км должна была развивать 2500 л.с. (1840 кВт) при удельном расходе топлива 170 г/л.с.×час (230 г/кВт×час). На наиболее экономичном режиме работы силовой установки, при котором развиваемая силовой установкой мощность была бы несколько ниже 2000 л.с., удельный расход топлива составил бы 155 г/л.с.×час (211 г/кВт×час). Значительно меньший по рабочему объёму Jumo-223 в ходе испытаний показал удельный расход топлива примерно на 15–20 г/л.с.×час больший, чем ожидалось получить для Jumo-224.

Увеличение развиваемой силовой уста­новкой мощности ожидалось за счет использования уже опробованных на других силовых установках реактивных выхлопных патрубков. Теоретически, используя опять-таки ранее уже полученный в этой части опыт, таким образом на расчетной высоте силовой установки можно было бы получить дополнительно примерно до 300 кВт, что соот­вет­ствовало примерно 10 % продолжительной мощности, развиваемой этой силовой установкой.

Из немногочисленных сохранившихся документов следует, что с начала планировалось приступить к испытаниям первых опытных образцов Jumo-224 с обычным нагнетателем упрощённой конструк­ции, который можно было использовать только на небольших высотах – так называемым «Spülge­bläse» хотя в перспективе для данной силовой установки предусматривалось использование различных турбокомпрессоров. Для варианта, предназначенного для использования на очень больших расчетных высотах, планировалось использовать 2-х-ступенчатые нагнетатели и охлади­тели (промежуточный и конечный) нагнетаемого воздуха и еще ряд систем, также увеличивавших эффективность работы силовой установки на больших высотах. Все эти идеи из за недостатка времени не могли быть реализованы на практике, и потому вероятность того, что все эти доработки привели бы к ожидаемому результату, остаётся под вопросом. Но если бы эти доработки увенчались успехом, этот вариант силовой установки был бы наиболее интересным вариантом из всех, которые планировалось разрабатывать для различных условий эксплуатации.

Силовая установка для использования на малых высотах

Эта силовая установка состояла только из секции, представлявшей собой цилиндры, и нагнетателя «Spülgebläse», предназначенного для обеспечения работы силовой установки на малых высотах. Такая чрезмерно упрощенная силовая установка предназначалась только для проведения испыта­ний на наземном испытательном стенде, получения необходимых практических данных, позволив­ших бы более целенаправленно продолжать доводку силовой установки, для выполнения первых лётных испытаний и для нужд гражданской авиации при эксплуатации в условиях, где получение высоких ТТХ не требовалось.

Силовая установка для расчетной высоты в 6 км

Эта силовая установка должна была получить 4 турбокомпрессора (ATL) – по одному на каждый моторный блок аналогично тому, как это было выполнено на силовой установке Jumo-207. B дополнение к турбокомпрессорам предусматривалось установить и упрощённый нагнетатель «Spülgebläse», о котором уже было рассказано выше. Такое сочетание нагнетателей позволило бы получить более оптимальные характеристики на средних высотах без провала развиваемой силовой установкой мощности до расчетной высоты. Нечто подобное ранее уже было испытано на Jumo-207, не представляло собой ничего сложного и позволяло относительно легко реализовать всё это на практике.

Силовая установка для расчетных высот 9-12 км

Эта силовая установка должна была получить 4 центрально расположенных турбокомпрессора (ATL): по одному турбокомпрессору на каждый моторный блок аналогично силовой установке Jumo-207, в дополнение к турбокомпрессорам – упрощённый нагнетатель «Spülgebläse» и охладитель нагнетаемого воздуха, представлявший собой нечто вроде дополнительной секции, связанной с водяной системой охлаждения силовой установки. Такое исполнение позволило бы получить расчетную высотность силовой установки в пределах 9–12 км. Более интенсивное охлаждение нагнетаемого воздуха и, как следствие, получение значительно большей его плотности на входе в двигатель планировалось обеспечить за счет ряда доработок полученных в ходе ранее произве­дён­ных испытаний. Это позволило увеличить высотность силовой установки, что также положительно сказалось бы на возможности выполнения трансатлантических перелётов на больших высотах. В ходе выполнения расчетов выяснилось, что турбина турбокомпрессора на больших высотах имела несколько бóльшую производительность/мощность, чем было необходимо для подачи нагне­та­емого воздуха к двигателю. Эта позитивная тенденция послужила причиной попытаться передавать излишки мощности от турбокомпрессора на коленчатый вал самого двигателя посредством редук­тора со сцеплением. Данное предложение доработки силовой установки Jumo-224 с целью получить возможность использовать турбокомпаундный принцип позволило бы поршневому двигателю с воздушным винтом получить ряд явных приемуществ. Такое исполнение силовой установки уже ранее успешно прошло испытания на Jumo-207 А-0. Позднее, с 1950 года, подобная серийная силовая установка большой мощности ТС18, представлявшая собой доработанный вариант ранее созданной американской авиационной силовой установки Wright R-3350 Duplex Cyclone, успешно использовалась в гражданской авиации, позволяя получить на различных режимах работы допол­ни­тельно до 500 л.с. и одновременно заметно снизить удельный расход топлива.

Силовая установка для самых больших высот

Расчеты и ранее полученный опыт показали, что для выполнения полётов на экстремально больших высотах авиационная силовая установка должна была иметь по крайней мере двух­ступен­чатые нагнетатели и двухступенчатые охладители нагнетаемого воздуха. Основываясь на этом принципе, для силовых установок типа Jumo-224 можно было ожидать увеличения высотности до 14–16 км (разговоры шли даже о высотности порядка 20 км). К 1944 году на основе тщательного анализа всего материала, связанного с обеспечением наддува силовых установок на больших и экстре­мально больших высотах, были сформулированы 3 направления в части нагнетания воздуха для силовой установки, охлаждения нагнетаемого воздуха и передачи мощности, работая над которыми специалисты фирмы Jumo рассчитывали добиться желаемых результатов. Эти направления и сегодня представляют собой определённый интерес. Каждое из 3-х вышеуказанных направлений имело свои преимущества и недостатки, и только тщательные расчеты, касающиеся всех рабочих процессов, позволили получить довольно детальное представление всего того, что было связано с этими идеями. Само размещение подобных силовых установок в моторных гондолах в крыльях уже представляло собой сложную задачу, поскольку размер крыльев не позволял разместить подобного рода силовую установку в виде единого компактного блока. Это вообще ставило под вопрос возмож­ность её практического применения. К тому же следует учесть и условия военного времени: бомбардировки, регулярные перебои в поставках необходимых материалов и агрегатов, недостаток целого ряда материалов, что еще более затрудняло проведение работ. Также возникли идеи раз­ра­ботки привода нагнетателя в виде 2-х отдельных групп агрегатов, которые представляли собой трубопроводы, по которым от турбокомпрессора и от воздухозаборника, забиравшего свежий воздух снаружи, при помощи приводного вала были бы связаны между собой. При этом двух­ступенчатые нагнетатель и охладители нагнетаемого воздуха были обязательны. Секции турбо­компрессора для получения большой мощности должны были быть двухступенчатыми. Увели­ченная мощность, развиваемая силовой установкой подобного типа, как обычно, передавалась на воздушный винт. При этом турбокомпаундная секция дополнительно отдавала бы на воздушный винт силовой установки значительную мощность. Помимо больших воздушных винтов, было бы непросто обеспечить соединение между обоими валами секций турбокомпрессоров силовой установки (в том числе сцепление и трёхскоростной редуктор). В этом случае имевший ряд недо­статков нерегулируемый воздушный винт силовой установки большой мощности с одним привод­ным валом на больших высотах имел бы преимущество. При другом варианте подключения турбокомпаундной секции, являвшейся одной из секций турбокомпрессора, турбина турбо­ком­прес­сора с редуктором представляла бы собой привод второго воздушного винта. В данном случае двигатель без подключения турбокомпрессора должен был самостоятельно приводить все нагне­татели силовой установки и затрачивать часть мощности на данный привод. Распределение развиваемой силовой установкой мощности на оба воздушных винта могло давать преимущество, хотя и увеличивало вес подобной силовой установки. Дополнительное увеличение аэро­дина­ми­ческого сопротивления такой силовой установки с двумя воздушными винтами и двумя привод­ными валами создавало бы проблемы при старте, поскольку дополнительную мощность можно было бы получить лишь при достижении большой высоты полёта. По мере увеличения высоты полёта эффективность турбокомпрессора гарантированно становилась бы всё более высокой, включая и экстремально большие высоты.

На практике столь крупногабаритный агрегат не был создан. В итоге было решено разрабатывать силовую установку, в качестве нагнетателя которой применялся бы только турбокомпрессор. При этом было принято решение разработать для данной силовой установки реактивные выхлопные патрубки, которые, как уже упоминалось, увеличивали мощность силовой установки. Расчеты показали, что в наиболее удачном варианте исполнения реактивных патрубков возможно было получить увеличение мощности силовой установки до 10 %, а на экстремально больших высотах – несколько более 10 %. К этому следует добавить и получаемый при помощи диффузора в воздухо­заборнике дополнительный прирост мощности, вызванный набегающим потоком воздуха на больших скоростях полёта. Следует упомянуть, что хотя все вышеописанные комбинации по части обеспечения наддува для силовой установки Jumo-224 не были реализованы на практике, но тем не менее были выполнены теоретические расчеты. Часть этих идей позднее была реализована на практике на других силовых установках. Целый ряд сложных,крупных по размеру довольно тяжелых агрегатов: редукторы, специальное скользящее сцепление, дополнительные устройства, увеличи­вающие плотность нагнетаемого для силовой установки воздуха, ступенчатые турбокомпрессоры сегодня за счет новых разработок в этой области можно заменить более простыми и более надёж­ными агрегатами.

Представленные выше различные комбинации, касающиеся нагнетателей, обеспечивающих работу силовых установок характеризовались всё большим снижением доли развиваемой собственно двига­телем мощности от мощности, развиваемой всей силовой установкой в комплекте. Турбо­компрессоры, реактивные выхлопные патрубки, направленный поток выхлопных газов, выбрасы­вающихся из турбокомпрессора, играли всё большую роль в работе силовой установки. Значение поршневых силовых установок и воздушных винтов всё более снижалось.

В итоге можно сказать, что цилиндры поршневого двигателя стали всё больше похожими на камеру сгорания, в которой производилась тепловая энергия. Все эти идеи в итоге привели к созданию принципиально новой турбореактивной силовой установки.

Рис. 1. Силовая установка Jumo-224

Рис. 2. Поперечный и продольный разрезы силовой установки Jumo-224. Имевшая большие размеры, чем Jumo-223, силовая установка Jumo-224 отличалась от Jumo-223 передним центральным расположением элементов крепления. Чертёж выполнен профессором Zima.

Рис. 3. Спроектированная для силовой установки Jumo-224 моторная гондола. На поперечном разрезе видны 4 турбокомпрессора (по одному для каждого из моторных блоков). Таким образом столь большая по размеру силовая установка, как Jumo-224, конструктивно упрощена за счет соединения вместе ранее уже отработанных силовых установок Jumo-207. На чертеже под поз. «а» обозначены системы забора воздуха для 4-х блоков силовой установки, под поз. «b» – системы выхлопа, под поз. «с» – системы отвода тёплого воздуха и под поз. «d» – элементы крепления силовой установки. Изображение под № 412 взято из архива DASA в г. Дрезден.

Рис. 4. Принципиальная схема понижающих редукторов с различным направлением вращения силовой установки Jumo-224 (слева для левой силовой установки, справа для правой)

Рис. 5. Принципиальная схема исполнения силовых установок Jumo-223 и Jumo-224

Рис. 6. и Рис. 7. Кинематика силовых установок Jumo-223 и Jumo-224

Рис. 8. График высотно-мощностных характеристик силовых установок Jumo-224 (сверху) и Jumo-223 (снизу)

Рис. 9. Испытательный стенд моторостроительного подразделения Jumo фирмы Junkers

Источник: Reinhard Müller: Junkers Flugtriebwerke, AVIATIC Verlag, 2006.