Малый авиационный двигатель нового типа Jumo-210. Германия

После ряда различного рода предварительных расчетов и исследований, произведённых в научно- исследовательском подразделении фирмы Junkers согласно письменного распоряжения минис­терства транспорта Рейха L9 № 5791/31 от 31.03.1931, адресованного профессору Юнкерсу, научно-исследовательское подразделение моторостроительного отделения фирмы Junkers (Jumо) офици­ально приступило к разработке авиационного двигателя нового поколения, получившего сначала обозначение L99, затем L10 и в конечном итоге с 1934 года – Jumo-210. В заказе министерства предписывалось приступить к разработке данного многоцелевого двигателя мощностью в 800 л.с. на заводе фирмы Junkers, расположенном в городе Дессау.

Расположенное в Дессау предприятие, как никакое другое в Германии, сыграло особую роль в становлении немецкой военной авиации в начале 30-х годов после вынужденной 15-летней паузы в развитии, вызванной условиями Версальского договора. Поступивший заказ был очень важен для завода в Дессау, поскольку благодаря ему коллектив фирмы получил возможность приобрести необходимый ему в будущем опыт разработки двигателей нового типа, которыми уже несколько лет основательно занимались во многих странах, и в первую очередь в США и в Великобритании.

Общее руководство разработкой нового двигателя осуществлял профессор Мадер (Mader). Сначала на первом этапе работ было решено разработать более простой карбюраторный вариант двигателя с внешним образованием топливо-воздушной смеси, и только получив обнадёживающие резуль­таты, перейти к более перспективному варианту двигателя с принудительным впрыском бензина. Мощность, развиваемая двигателем нового типа, и рабочий объём незначительно должны были превосходить мощность ранее разработанных фирмой Junkers карбюраторных двигателей L8 и L88. Несмотря на применение в разработке нового двигателя целого ряда новых технологий, эти ранее разработанные фирмой Junkers двигатели можно было сравнить по ряду параметров с новой разработкой.

После разрешения ряда проблем организационного характера исследования начали приобретать всё более четкое направление, и в итоге уже к концу 1931 года разработка конструкции нового двигателя была в целом завершена. Разработчики хорошо понимали, что подобная разработка неминуемо вела к некоторому риску в плане надёжности нового двигателя, поскольку детали двигателя под влиянием механических и термических нагрузок должны были испытывать (особенно при изменениях режима работы двигателя на уровне моря и на различных высотах) ряд негативных факторов, и в первую очередь вибрацию.

В конструкции двигателя применялись новые высокопрочные и в то же время лёгкие материалы. Отдел фирмы Jumo, ответственный за внедрение подобных исследований, проделал большую работу. Вес двигателя Jumo-210 в 440 кг при гарантированной высокой прочности был значительно ниже чем у ранее разрабатывавшихся фирмой Jumo двигателей близкой мощности.

22.10.1932 года будущий Jumo-210 (тогда еще обозначавшийся как L10) начали испытывать на испытательном стенде. Из за плохого смесеобразования двигатель сумел развить только разоча­ровывающую испытателей мощность в 450 л.с. Только после доработки 2-х карбюраторов L5 и еще ряда внесённых в конструкцию улучшений испытателям удалось получить минимально допустимую заказчиком мощность двигателя в 600 л.с. (440 кВт), что было еще слишком далеко от требуемых 800 л.с. RLM тем не менее было удовлетворено этими обнадёживающими результатами. После завершения испытаний на стендах 5.07.1934 года Jumo-210 начали испытывать в воздухе на W 33.

Испытания в целом прошли успешно, и с 1935 двигатель начали производить серийно. При 2700 об/мин вариант Jumo-210А развивал 680 л.с. (500 кВт). С 1936 года начали производиться более совершенные варианты B и C с регуляторами давления нагнетаемого воздуха. Затем варианты Jumo-210D и Jumo-210E, развивавшие мощность 720 л.с. (530 кВт). Эти варианты двигателей устанавливали на первые варианты бомбардировщика Ju-87 и истребителя Bf-109. Затем присту­пили к выпуску варианта с системой впрыска топлива Jumo-210G. Имелись планы по организации производства еще более совершенных вариантов Jumo-210F и Jumo-210H, но к тому времени всем уже стало понятно, что двигатели с таким малым рабочим объёмом, развивавшие небольшую мощность, не имеет смысла совершенствовать и следует сосредоточиться на других двигателях со значительно большим рабочим объёмом и потенциалом, и от дальнейших работ по двигателям типа Jumo-210 было решено отказаться. Сравнительно высокую удельную мощность до прекращения работ по этим двигателям удалось получить благодаря довольно совершенному для того времени нагнетателю, удачно выполненному смесеобразованию, эффективному рабочему давлению, сравнительно высоким максимальным оборотам, небольшому рабочему объёму одного цилиндра.

К числу особенностей двигателя Jumo-210 следует отнести:

• V-образное расположение цилиндров перевёрнутого двигателя с висящими (внизу) головками цилиндров с полым валом винта, созданным по новой технологии;
• Моторный блок, выполненный литым в виде монолита из лёгких сплавов (картер и блок цилиндров) с мокрыми тонкостенными гильзами из стали;
• Головки цилиндров, крепящиеся к моторному блоку при помощи болтов. 2 впускных и один выпускной клапаны на каждый цилиндр. Распределительный вал, крепящийся на головках цилиндров. Головки цилиндров и газораспределительный механизм, выпол­ненный в виде единого блока.
• Коленчатый вал, способный вращаться, развивая большие обороты. 6 коренных шеек колен­ча­того вала с подшипниками скольжения. Переднее расположение зубчатого колеса для привода редуктора воздушного винта. Заднее расположение привода нагнетателя и самого нагнетателя и прочих вспомогательных механизмов.
• Нагнетание воздуха при помощи одноступенчатого 2-скоростного нагнетателя Gt 4, раз­ра­ботанного фирмой Jumo: так называемый ящикообразный нагнетатель (Kastenrad). Увели­че­ние давления нагнетаемого воздуха на 30 % в сравнении с ранее разработанными нагнетателями.
• 4-камерный карбюратор типа SUM, созданный на основе ранее разработанного L5. Начиная с варианта Jumo-210G на двигателе была установлена системы впрыска топлива, разработанная фирмой Jumo.
• Система смазки двигателя под давлением при помощи специального масляного насоса. Масля­ный фильтр, сухой картер, 2 насоса для откачки масла, бачок с запасом масла и масляный радиатор.
• Автоматическое устройство, значительно облегчавшее условия работы пилоту, которое регулировало смесеобразование, обороты двигателя , работу нагнетателя, давление наддува и угол атаки воздушного винта.

Максимальные обороты в 2700 об/мин у различных вариантов Jumo-210 значительно превышали обычные ранее примерно 2000 об/мин, что позволило получить значительно более высокую удельную мощность. Размеры цилиндро-поршневой группы близкие к квадрату (124 мм диаметр цилиндра и 136 мм ход поршня). Отработанный еще на L8 и L88 понижающий редуктор гаранти­ровал получение оптимальных оборотов винта. Сравнительно малые размеры и рабочий объём одного цилиндра позволяли получить почти вдвое бóльшую удельную мощность, чем у L5 и L8. Как уже упоминалось, требовавшееся заказчиком применение системы впрыска топлива было внед­рено на варианте Jumo-210G, что стало возможным благодаря определённому опыту, полученному фирмой Jumo еще в ходе исследований, ведшихся с 20-х годов. C 1932 года работавший на фирме Jumo доктор А. Лихте (A. Lichte) и далее, с 1934 года, профессор Мадер руководили работами по применению на новых авиационных двигателях автоматических систем по регулированию впрыска бензина. Бензин, имевший значительно худшие смазывающие свойства, чем дизельное топливо, создавал ряд достаточно серьёзных проблем при разработке систем впрыска топлива для бензи­новых двигателей. Несмотря на это, научно-исследовательский центр фирмы Jumo лучше и, самое главное, раньше, чем фирмы BMW и Daimler-Benz, решил эту сложную задачу.

Уже в 1937 году двигатель Jumo-210G был первым авиационным двигателем с системой впрыска топлива и служил для дальнейшего совершенствования силовых установок бомбардировщика Ju-87 и истребителя Bf-109. Использование системы впрыска топлива лишь незначительно увеличило развиваемую двигателем мощность, но в то же время позволило получить на 8,5% меньший расход топлива, чем у карбюраторных двигателей, при одновременном значительно лучшем качестве топливо-воздушной смеси независимо от условий и высоты полёта и, что было немаловажно, системы впрыска топлива позволяли двигателю нормально работать при выполнении различных маневров со значительными отрицательными перегрузками, тогда как обычные карбюраторные двигатели просто глохли.

В течение долгого времени эти передовые для своего времени разработки в области авиационного двигателестроения держались в глубокой тайне. Исследования фирмы Jumo в данной области за довольно короткий период времени вывели немецкое авиационное двигателестроение из отстаю­щего в лидеры. Профессор Мадер, доктора А. Лихте и К. Эрфурт (К. Erfuhrth) и возглавляемые ими специалисты сравнительно небольшого по численности научно-исследовательского центра в городе Дессау сыграли в этом большую роль.

Двигатель Jumo-210 был важным шагом в развитии авиационного моторостроения в Германии. Ряд разработок по этому двигателю в дальнейшем нашли своё применение в более совершенных авиационных двигателях. Всего до 1938 года были изготовлены 6515 двигателей типа Jumo-210 различных серий. По мере получения опыта RLM требовало в ближайшем будущем достижения боевыми самолётами скоростей более 500-600 км/ч. Авиационные двигатели с рабочим объёмом порядка 20 литров уже не могли развивать необходимую для достижения подобных скоростей мощность и работы над дальнейшими модификациями Jumo-210 были прекращены в пользу более мощных и перспективных Jumo-211, Jumo-213 и Jumo-222.

Рис.1. Письмо министерства транспорта Рейха, на основании которого моторостроительные фирмы начали исследования по созданию новых авиационных двигателей водяного охлаждения со взлётной мощностью 800 л.с. в конце 1930 года

Рис.2. Данное письмо министерства транспорта Рейха, адресованное руководителю фирмы Junkers проф. Юнкерсу и руководителю научно-исследовательского отдела моторoстроительного отделения фирмы Junkers проф. Мадеру, стало отправной точкой по началу работ по разработке двигателя Jumo-210

Рис.3-5. Двигатель Jumo-210

Рис.6, 7. Схематическое изображение Jumo-210

Рис.8. Одноступенчатые нагнетатели, разработанные фирмой Junkers для авиационных двигателей Jumo-210 и Jumo-211

Рис.9. Высотно-мощностные характеристики различных вариантов двигателей Jumo-210

Рис.10. Первые варианты истребителя Bf-109 получили двигатель Jumo-210. Затем данный двигатель был заменён на более мощные двигатели. Cначала DB-600, затем более надёжный оборудованный системой впрыска топлива DB-601 и далее большая часть истребителей Bf-109 получила еще более совершенные и мощные DB-605

Рис.11. Эрнст Удет ocматривает Bf-109

Рис.12. Символ «Молниеносной войны» – пикирующие бомбардировщики Ju-87 первых вариантов также были оснащены двигателями Jumo-210. Несколько позднее Jumo-210 на этом бомбардировщике были заменены более мощными с большим рабочим объёмом Jumo-211

Источники:

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