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纳粹德国喷气发动机研发始末

  安塞姆·弗兰茨【飞机发动机工程师,战后以涡轴发动机设计闻名于世,译注】和赫尔曼·奥斯特里奇【时任BMW总工程师,战后加入法国籍并成为斯奈克玛 的技术总监,译注】显然是赞同研制燃气涡轮发动机的。奥托·梅德尔,Jumo的发动机研制主管反对接手涡喷推进研发,他提出了两条反对意见。他说,首 先,Jumo的最高优先任务是升级现有以及未来的活塞发动机,而且已经力不从心了;第二,Jumo的工人没有研制涡轮发动机的必备技能!不过在梅德尔和夏 尔普开了几次会之后,梅德尔接受了喷气发动机研发合同,并让弗兰茨负责涡喷项目,那时安塞姆·弗兰茨博士是增压器小组的主任。戴姆勒·奔驰则完全拒绝研发 燃气涡轮发动机。同时,BMW和Bramo正在进行合并,合并完成后,赫尔曼·奥斯特里奇成为BMW燃气涡轮项目的主管。

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安塞姆·弗兰茨

  这些研制项目表明,德国的航空发动机业界并非主动开始研制喷气发动机,而是在毛奇、特别是德国空军部技术部门的赫尔穆特·夏尔普的倡导下进行的。如果 不是他们的行动,德国的发动机公司不会开展涡喷推进的研发。夏尔普的努力的最终结果是,德国航空发动机界开始两型重要涡喷发动机研发,分别在容克发动机分 部和BMW。

  Jumo 004是在安塞姆·弗兰茨领导下研制的,也许可以算是早期喷气推进史上真正的独特成就,对喷气式发动机的最终量产功不可没,原因如下:
1)它采用了轴流式涡轮装置和直流式燃烧室。
2)它采用了金属薄片制成的气冷中空涡轮叶片,克服了缺少金属镍的困难。
3)在输出功率相同的情况下,这台发动机的制造成本只有螺旋桨/活塞发动机的五分之一。
4)从开始研发到开始大规模量产总共只用了四年多一点得时间。
5)它采用了面积可变喷管,由发动机的控制系统控制,004E型还采用了加力燃烧室。

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Jumo 004B发动机[推力2000磅,流量46.6磅/秒,压比3.14,涡轮进气口温度1420华氏度,油耗1.4(lb/h)/h,重量1650磅,直径30英寸,长度152英寸,效率:压气机78%,燃烧室95%,涡轮79.5%]

  上面几点反映出弗兰茨博士对Jumo 004的设计哲学,那就是,最低的研制风险、最短的研制时间、直面耐热材料的缺乏、最低的制造成本。在这种设计哲学的指导下,就很容易理解尽管Jumo 004发动机完全满足了要求,但与同时代的诸如He S30等试验性轴流发动机相比,总体性能并非最高。假如Jumo 004采用了耐热材料,那么发动机的推力、推重比和效率都将有极大地提高。发动机的寿命也能从大约25小时大大提高到100小时。但是,因为德国战斗机的 战场寿命远低于25小时,从经济最优角度考虑如此短的发动机寿命也是可以忍受的,毕竟可以避免使用镍。另外为了避免研制风险和延宕,Jumo 004选择了那种基本上所有的静压增加都发生在转子而不是在静子上的压气机类型(一种自由涡流型压气机,在叶片跨度上轴速恒定)。虽然那种压气机性能并非 最佳,但在那个时代人们对它理解最深。上述几点表明,Jumo 004代表了发动机性能、由于材料短缺造成的设计约束、缩短研制时间的需求、与尽早量产几个方面的杰出的工程妥协。

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Jumo 004对现代喷气式发动机的设计影响深远

  Jumo 004的研发时间表
研发起动:1939年秋
首次测试:1940年10月11日
Me 262首飞:1942年7月18日
预生产:1943年
量产:1944年初
引入中空叶片:1944年末
交付6000台发动机:1945年5月

  在赫尔曼·奥斯特里奇领导下研制的BMW 003涡喷发动机也取得了极大的成功。因为其推力比Jumo 004小,所以特别适合He 162。二战之后,奥斯特里奇与一组杰出的科学家和工程师从德国去了法国,协助奠定了法国涡喷工业的技术。

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赫尔曼·奥斯特里奇
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He 162“国民战斗机”
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BMW 003涡喷发动机

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