Высотный дизельный двигатель Junkers Jumo-207. Германия

Исследования фирмы Junkers в части создания высотных самолётов и высотных силовых установок для этих самолётов в начале 30-х годов прошлого столетия стали своего рода традицией. Это подтвердило уже создание Ju-49 c высотными двигателями L88. Были разработаны методы получения высоких мощностей силовых установок на больших высотах.

В целях применения этих успехов в гражданской авиации профессор Junkers имел ряд идей в отношении использования высотных дизельных двигателей. Анализ результатов исследований показал, что в данном случае сравнительно низкая в 550ºС температура выхлопных газов дизельного двигателя примерно на 300ºС ниже чем температура выхлопных газов карбюраторных двигателей. Это обстоятельство свидетельствовало о том, что при создании турбокомпрессоров (ATL) для дизельных двигателей должно было возникнуть значительно меньше проблем вызванных еще не достаточно хорошо исследованными жаропрочными материалами чем с бензиновыми авиационными двигателями. Еще одним преимуществом турбокомпрессора было то, что для его привода не требовалось отбирать мощность от двигателя при помощи редуктора как для обычного механического нагнетателя. На этом основании в 1932 году фирма Junkers начала проектные работы целью которых было создание турбокомпрессора для дизельного двигателя Jumo-205 для значительного увеличения высотности двигателя за счет использования энергии отработанных газов и получения таким образом лучших эксплуатационных показателей самолётов на больших высотах. Эти исследования стали началом работ которые в итоге привели к созданию удачного нового высотного дизельного двигателя Jumo-207. Разработки велись на базе ранее созданного Jumo-205.

Дополнительно был разработан охладитель нагнетаемого воздуха и ряд устройств предназначавшихся для регулировок параметров работы турбокомпрессора и двигателя. Первый опытный вариант данного двигателя имел привод турбокомпрессора от коленчатого вала двигателя через дифференциальный редуктор (Jumo-205 А-0). Mеханический привод был эластичным, но не оптимальным. Второй вариант получил не связанный напрямую с двигателем турбокомпрессор(ATL) выполненный как единый отдельный агрегат. Такое упрощенное расположение кинематически не связанного с двигателем турбокомпрессора стали применять уже с первого варанта двигателя Jumo-207 А-1 и затем использовали это решение не только на последующих модификациях Jumo-207, но и на прочих мощных бензиновых авиационных двигателях фирмы Junkers. Давление создаваемое выхлопными газами проходящими через турбокомпрессор по мере увеличения высота полёта из за разрежения воздуха увеличивалось и соответственно увеличивалась эффективность работы турбокомпрессора и давление нагнетаемого воздуха. В связи с установкой регулирующего устройства согласовывающего работу между турбокомпрессором и двигателем появилась возможность получить приличную мощность двигателя с турбокомпрессором уже на уровне моря. И эта мощность без особых изменений сохранялась и на больших высотах не смотря на снижение давления воздуха в атмосфере. По мимо турбокомпрессора который служил первой ступенью системы подачи воздуха к двигателю, Jumo-207 имел еще и механический центробежный нагнетатель выполнявший роль второй ступени в котором воздух дополнительно сжимался. Затем сжатый воздух проходил через охладитель работающий по принципу «Воздух-воздух» что снижало температуру нагнетаемого воздуха и вновь дополнительно увеличивало давление нагнетаемого воздуха. И механический нагнетатель и турбокомпрессор были смонтированы в задней части двигателя. Часть турбокомпрессора через которую проходили выхлопные газы прeдставляла собой одноступенчатую радиально-осевую турбину, часть турбокомпрессора через которую проходил свежий воздух была выполнена как радиальная турбина. Между валами обеихчастей турбокомпрессора располагался повышающий редуктор который увеличивал обoроты радиальной турбины до 20000 об/мин и более. Угловая скорость вращения лопаток турбины достигала величин между 300-400 м/сек. что позволяло получить необходимую для полётов на больших высотах степень сжатия нагнетаемого воздуха. Разработка радиальных нагнетателей, приводимых за счет использования выхлопных газов двигателя или c механическим приводом от коленчатого вала, в Dessau несмотря на явный недостаток средств методично велась с 1923 года. В ходе данных исследований были проведены серьезные исследования которые в итоге увенчались успехом. Первый высотный дизельный двигатель испытанный в реальных полётах в 1936 году показал положительные результаты. В ходе испытаний двигателя только установка турбокомпрессора на высоте 6 км позволял двигателю получить дополнительные 160 л.с. К тому следует прибавить увеличение мощности, полученное за счет более высокой плотности нагнетаемого воздуха при его охлаждении в специальном охладителе о котором уже упоминалось выше. Таким же образом увеличивалась мощность развиваемая двигателем на больших высотах. В гражданской авиации планировалось применять вариант Jumo-207А-1 с высотностью 5 км. После успешного завершения данных работ RLM имело другие приоритеты не проявляло особого интереса к вопросам касающимся гражданской авиации и по началу не проявила особого интереса к высотным двигателям Jumo-207А и разработка высотных самолётов и дизельных силовых установоко для них на время приостановилась. Как показало дальнейшее развитие событий это было очень не дальновидным шагом за что RLM вполне заслуженно не однократно подвергалось острой критике. Срочное возобновление работ по данной теме несколько позднее привело к лихорадочным попыткам наверстать упущенное со всеми вытекающими из этой спешки последствиями. С началом ВМВ сразу же стало крайне необходимым иметь высотные самолёты-разведчики, способные действовать на экстремально больших высотах с большой дальностью полёта. По воспоминаниям M.Gerlach-a осенью 1939 года в рамках особого задания RLM потребовало от фирмы Jumo срочно возобновить работы по выcотным двигателя Jumo-207A/B с высотностью 10 км. Различие между вариантами двигателя А и В заключалось в расположении турбокомпрессора. Двигатель Jumo-207A по своим размерам, размерам цилиндро-поршневой группы и рабочему объёму 16,62 литра соответствовал двигателю Jumo-205 на основе которого он и был разработан. По развиваемой при 2800 об/мин мощности в 880 л.с. (650 кВт) Jumo-207A точно соответствовал варианту Jumo-205D. По мере увеличения высоты полёта Jumo-207A получал преимущество за счет установки турбокомпрессора и охладителя воздуха. Получивший двигатели Jumo-207A выпускавшийся не большой серией с 1940 года самолёт-разведчик Ju-86Р имел возможность в течение нескольких часов выполнять разведывательные полёты на высотах порядка 12 км. без противодействия со стороны истребителей противника. Так как Ju-86Р были выпущены в не большом количестве, то и необходимые для них высотные двигателя Jumo-207A с турбокомпрессорами тоже производились в не большом количестве. Работы по созданию высотных дизельных двигателей с турбокомпрессорами начатые еще в 20-х годах наконец то были по достоинству оценены. Дальнейшие работы в этом направлении ставили своей целью дальнейшее увеличения рабочих высот и высотности силовых установок. Только так за счет дальнейшего совершенствования силовых установок можно было добиться возможности осуществления полётов в стратосфере. Следующим более совершенным вариантом силовой установки стала серия Jumo-207В. После создания переходных вариантов Jumo-207В-1 и Jumo-207В-2 была создана версия Jumo-207В-3. При 2600 об/мин. и отключенном турбокомпрессоре эта версия на уровне земли развивала 800 лс. (590 кВт.). Этой мощности было достаточно для старта и начала набора высоты. Отключение/включение турбокомпрессора в зависимости от высоты полёта так и имело место и только на больших высотах двигатель работал в паре с турбокомпрессором. На высоте 10 км.эта силовая установка развивала 750 лс. (550 кВт.). На высоте 14 км. мощность составляла 500 лс. (370 кВт.). Без турбокомпрессора развиваемая силовой установкой мощность составляла бы всего 150 лс.(110 кВт.) из за чего достичь такую высоту самолёт просто не имел бы возможности. С Jumo-207В-3 Ju-86Р улучшенный с точки зрения аэродинамики Ju-86R уже могли достигать высоты в 14 км. , а в особо удачных для полётов условиях даже 15 км.

Более совершенные варианты высотных самолётов Ju-186/Ju-286 с силовой установкой Jumo-207В-3 уже разрабатывались (Ju-186), разработка Ju-286 была за планирована,но серьёзно этой темой никто не занимался Для этих самолётов рассчитывали достичь высоты полёта в 17 км. Потом спустя некоторое время, как это уже не раз случалось, RLM вновь изменило свои планы. А по началу 4-х моторный Ju-186 к разработке которого приступили в июле 1942 года должен был получить двигателя Jumo-207E представлявшие собой вариант двигателя Jumo-207D с промежуточным охладителем нагнетаемого воздуха или двигателя Jumo-207F с воздушными винтами VS 7. К декабрю 1942 года заказали 8 Ju-186 построенных по новому принципу Это в первую очередь касалось сборки Фюзеляж Ju-186 было решено удлинить в сравнении с исходным образцом Ju-86 за счет монтажа дополнительной секции фюзеляжа за задней кромкой крыла Крыло так же планировалось удлинить за чет монтажа дополнительной прямоугольной вставки в крыло Ju-86R что позволяло установить еще один двигатель Согласно расчетам проектировщиков Ju-186 после достижения необходимой для выполнения полёта довольно большой высоты должен был иметь возможность продолжать полёт на этой высоте протяженностю 1300 км Пир установке Jumo-207E рабочая высота полёта должны была составлять 14500 метров При установке Jumo-207F уже 15200 метров Так как в силу целого ряда причин от дальнейших доработок силовых установок Jumo-207Е и Jumo-207F к середине войны отказались работы по Ju-186 в начале 1944 года были так же приостановлены в пользу куда более необходимых и соответствующих требованиям времени высотным Ju-388

По данным представленным H.Hartmann-ом количество высотных самолётов-разведчиков Ju-86P/R составляло 23 машины (в других источниках указывается 40 машин). Для них в Luftwaffe имелись 120 силовых установок Jumo-207 различных вариантов.

Производившиеся в не большом количестве, но активно использовавшиеся силовые установки типа Jumo-207 производились в нескольких не много различающихся друг от друга вариантах:

Jumo-207А- Высотный двигатель с турбокомпрессором, с механическим нагнетателем, с рекуператором охлаждаемого воздуха типа «Воздух-воздух» с высотностью 10 км. При 2800 об/мин. взлётная мощность 880 лс. (650 кВт.). Эти силовые установки производились малой серией в 1939/1940-х годах для высотных разведчиков Ju-86P.

Jumo-207В- Высотный двигатель с несколько лучшими высотными характеристиками с турбокомпрессором, с механическим нагнетателем, с рекуператором охлаждаемого воздуха типа «Воздух-воздух» с высотностью 10,5 км. При 2600 об/мин. взлётная мощность 800 лс. (590 кВт.). Эти силовые установки производились малой серией в 1941-м году для высотных разведчиков Ju-86R.

Jumo-207С- Средневысотный двигатель с турбокомпрессором с мощным механическим нагнетателем для обеспечения высокой мощности на уровне земли, без охладителя нагнетаемого воздуха. При 3000 об/мин. взлётная мощность 1100 л.с. (810 кВт.). Выпускался малой серией в 1942 году для BV-222.

Jumo-207D- Средневысотный двигатель с мощным механическим нагнетателем для получения большой мощности на уровне земли. Диаметр цилиндров увеличен с 105 мм. до 110 мм. при сохранении хода поршня равным предыдущим вариантам 160 мм. Рабочий объём составлял 18,25 литра. При 3000 об/мин. взлётная мощность 1200 л.с. (880 кВт.). В остальном аналогичен серии Jumo-207С. Проведены стендовые испытания. Дальнейшая разработка прекращена в 1944 году.

Jumo-207E- Высотный двигатель с улучшенными высотными характеристиками с дросселем ограничивающим мощность двигателя на малых высотах с охладителем нагнетаемого воздуха. Высотность 12,5 км. В остальном аналогичен вариантуJumo-207С. При 2600 об/мин. взлётная мощность 800 лс. (590 кВт.). Разработка данного варианта была прекращена на стадии предварительных исследований.

Jumo-207F- Высотный двигатель для экстремально больших высот. Размерность цилиндро-поршневой группы (110×160) и рабочий объём (18,2 литра) аналогичны варианту Jumo-207D. Двухступенчатый турбокомпрессор, 3 охладителя (2промежуточныe и конечный) нагнетаемого воздуха. Разработка прекращена в 1942 году.

Вариант Jumo-207С как уже указывалось выше не являлся высотным двигателем. Он имел ряд изменений в конструкции позволявшим использовать данный двигатель для морских разведчиков на средних высотах для чего этот двигатель должен был развивать как можно более высокую взлётную мощность и рабочие процессы турбокомпрессора и самого двигателя не были за дросселированы. С начала этот вариант при 3000 об/мин. развивал взлётную мощность 1000 лс. (735 кВт.). Затем после ряда дополнительных исследований и испытаний при 3000 об/мин. взлётная мощность была доведена до 1100 лс. (810 кВт.). Jumo-207С был не большим, лёгким и при этом довольно мощным авиационным двигателем для полётов на малых и средних высотах. Позднее на основе Jumo-207С велась разработка мощнейшего 24-х цилиндрового дизельного двигателя Jumo-224. Мощности 6-ти установленных на большой летающей лодке BV-222 двигателей Jumo-207С было достаточно для обеспечения взлёта при массе лодки в 50 тонн. Продолжительность полёта BV-222 над Атлантикой достигала 27 часов при максимальной дальности полёта более 6000 км. Для имевшихся в распоряжении Luftwaffe 5-ти летающих лодок BV-222имелись 100 двигателей Jumo-207С.

Для получения большей взлётной мощности вариант Jumo-207D был доработан .Увеличен по сравнению с предыдущими вариантами с 105 мм до 110 мм диаметр поршней. Соответственно увеличился до 18,25 литра рабочий объём. Изменена редукция винта. Система регулировки угла атаки винта доработана что наряду с получением большей взлётной мощности несколько сократило удельный расход топлива. После завершения разработки данного варианта на испытательных стендах в 1944 году были получены обнадёживающие результаты. Для обеспечения высотности двигателя в 15 км было решено установить на данной силовой установке 2 промежуточных и 1 конечный охладители нагнетаемого воздуха. Из за всё более сложных условий военного времени от производства Jumo-207D вынуждены были отказаться. Последней модификацией данного двигателя стали высотные Jumo-207 Е/F. Для этих вариантов разрабатывались новые более производительные турбокомпрессоры с большей высотностью. Вариант Jumo-207F отличался увеличенным до 18,25 литров рабочим объёмом и 3-х ступенчатым нагнетателем. Для варианта Jumo-207F велась разработка двухступенчатого турбокомпрессора с 3-мя охладителями нагнетаемого воздуха: 2 промежуточныe и конечный. Третьей ступенью являлся механический нагнетатель двигателя. Расчетная высотность должна была составлять 12,5 км. В сохранившихся до наших дней документах фирмы Junkers имеется информация, что у этих высотных двигателей кроме вышеуказанных доработок предусматривалось обеспечить высокую взлётную мощность без особых изменений сохранявшуюся при наборе высоты до практического потoлка полёта. Эти двигателя были предназначены для использования на экстремально больших порядка 17 км. высотах в стратосфере. Разработка Jumo-207 Е/F прекращена в 1942 году из за отказа от ведения дальнейших работ по высотным самолётам разработка которых велась для замены уже известных нам высотных Ju-86 P/Ju-86R: проект 4-х моторного Ju-186 на базе Ju-86к тому времени уже начали разрабатывать. Имелись так же планы по разработке 6-ти моторного Ju-286. В середине 30-х годов в научно-исследовательском отделе фирмы Junkers возникла идея создания на базе уже разработанных 6-ти цилиндровых дизельных авиационных двигателей со встречно движущимися поршнями новых дизельных двигателей с возможностью использования коленчатых валов рядом расположенных 6-ти цилиндровых моторных блоков уже созданных двигателей . Таким образом можно было бы создать 24-х цилиндровый двигатель большой мощности в виде ромба относительно не большого размера. Автором этой идеи впервые озвученной в 1936 году стал доктор Gasterschtädt. Созданный таким образомJumo-223 по расчетам должен был развивать мощность порядка 2500 лс. Затем возникла идея создания еще значительно более мощного Jumo-224 с рабочим объёмом почти в 70 литров. «Кандидатом» на роль двигателя на основе которого должен был разрабатываться Jumo-224 стал Jumo-207С. По этому осенью 1944 года несколько доработанный Jumo-207С вновь испытывался на испытательных стендах. В ходе данных испытаний двигатель Jumo-207 С в течении часа развивал мощность в 2020 лс.: 122 лс./л. (90 кВ./л.). В течении 10 минут Jumo-207 развивал мощность 2210 лс.:135 л.с./л.(100 кВт./л.) ! И эта довольно высокая высокая для того времени мощность кратковременно была получена с двигателя чей рабочий объём составлял всего 16,62 литра, а подобная удельная мощность не была еще не достижима для самых современных бензиновых авиационных двигателей.

Двигатель Jumo-207 в Техническом музее «Hugo Junkers» в городе Dessau.

Двигатель Jumo-207 в Техническом музее «Hugo Junkers» в городе Dessau.

Двигатель Jumo-207 в Техническом музее «Hugo Junkers» в городе Dessau.

Двигатель Jumo-207 в Техническом музее «Hugo Junkers» в городе Dessau.

Кинематическая схема дизельных двухтактных двигателей со встречно движущимися поршнями фирмы Junkers.

Турбокомпрессор высотных вариантов двигателя Jumo-207.

Прототип высотного разведчика/бомбардировщика Ju-86P во воемя технического обслуживания силовых установок.

Высотный Ju-86P.

Пилот залезает в кабину высотного разведчика Ju-86P.

Герметичная кабина высотного разведчика Ju-86P.

Высотный разведчик Ju-86R-1.

Высотный разведчик Ju-86R-1.

Высотный бомбардировщик Ju-86R-2.

6-ти моторные летающие лодки со взлётным весом достигавшим 50-ти тонн BV-222. На этих самолётах были установлены средневысотные двигателя Jumo-207C.

6-ти моторные летающие лодки со взлётным весом достигавшим 50-ти тонн BV-222. На этих самолётах были установлены средневысотные двигателя Jumo-207C.

6-ти моторные летающие лодки со взлётным весом достигавшим 50-ти тонн BV-222. На этих самолётах были установлены средневысотные двигателя Jumo-207C.

Рабочие чертежи проекта Ju-186

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