정커스 Jumo 004

Junkers Jumo 004
주모 004
Junkers Jumo 004.jpg
오하이오주 라이트 패터슨 AFB에 있는 미 공군 국립박물관에 있는 정커스 주모 004 제트 엔진의 컷어웨이 사례.
유형 터보젯
원산지 독일.
제조원 정커
첫 번째 실행 1940
주요 응용 프로그램 아라도 아르 234
메시슈미트 Me 262

Junkers Jumo 004는 세계 최초로 운용에 사용된 생산 터보젯 엔진이자 최초의 성공적인 축방향 압축기 터보젯 엔진입니다.약 8,000대가 제2차 세계대전 말기에 독일의 융커스에 의해 제조되었고, Messerschmitt Me 262 전투기와 Arado Ar 234 정찰/폭격기와 호텐호 229를 포함한 프로토타입에 동력을 공급했다.엔진의 변형과 복사는 제2차 세계대전이 끝난 후 몇 년 동안 동유럽과 소련에서 생산되었다.

설계 및 개발

1937년 초 독일에서 한스 폰 오하인이 하인켈 회사와 함께 일하면서 제트 추진의 실현 가능성이 입증되었다.대부분의 독일항공부(RLM)는 무관심했지만 헬무트 셸프와 한스 모흐는 이 개념의 잠재력을 보고 독일의 항공 엔진 제조업체들에게 제트 엔진 개발 프로그램을 시작하도록 장려했다.그 회사들은 여전히 회의적이었고 새로운 개발은 거의 이루어지지 않았다.

1939년 셸프와 모흐는 진척상황을 확인하기 위해 그 회사들을 방문했다.이 대형 융커스 항공 회사의 융커스 모토렌베르케(주모) 부서의 대표인 오토 마더는 이 개념이 유용하다고 해도, 그것에 대해 일할 사람이 없다고 말했다.셸프는 당시 융커스의 터보 및 슈퍼차저 개발을 담당했던 안셀름 프란츠 박사가 이 일에 안성맞춤이라고 답변했습니다.프란츠는 그 해 말에 개발팀을 시작했고, 이 프로젝트는 RLM 109-004로 명명되었다. (RLM에 의해 할당된 109 접두사는 유인 항공기를 위한 독일 제2차 세계대전 로켓 엔진 설계를 포함한 제2차 세계대전 독일의 모든 반응 엔진 프로젝트에 공통적이었다.)

프란츠는 보수적이면서도 혁명적인 디자인을 선택했다.그의 디자인은 Göttingen의 Airdogynamicische Versuchsanstalt(AVA – 공기역학 연구소)가 최근 개발한 엔진(축방향 압축기)을 통해 연속적이고 직선적인 공기 흐름을 허용하는 새로운 유형의 압축기를 사용했다는 점에서 von Ohain과 다릅니다.축류 압축기는 "실제" 조건에서 약 78%의 효율로 우수한 성능을 가졌을 뿐만 아니라 고속 항공기에 중요한 단면이 더 작았다.브루노 브루크만 박사의 제트 엔진 프로그램 조수였던 외스터리치 박사가 베를린에서 그를 대신했고,[1] 직경이 작아서 축류 설계를 선택했습니다. 경쟁 차종인 BMW [2]003보다 10cm(3.9인치) 작았습니다.

한편, 그는 개발을 가속화하고 생산을 간소화하기 위해 이론적인 잠재력보다 훨씬 낮은 엔진을 생산하는 것을 목표로 했다.한 가지 주요 결정은 보다 효율적인 단일 고리형 캔 대신 6개의 "불꽃 캔"을 사용하는 단순 연소 구역을 선택하는 것이었습니다.같은 이유로, 그는 베를린의 Algemeine Electric Company, AEG)와 함께 엔진의 터빈 개발에 크게 협력했고, 개발 엔진을 만드는 대신 곧바로 생산에 투입할 수 있는 엔진의 프로토타입 작업을 시작하기로 결정했습니다.Franz의 보수적인 접근 방식은 RLM으로부터 의문을 제기했지만, 직면하게 될 개발상의 문제를 고려하더라도, 004는 기술적으로 더 발전했지만 추력이 약간 낮은 경쟁 모델인 BMW 003보다 훨씬 앞서 생산과 서비스에 들어갔을 때 정당성이 입증되었습니다(7.83 kN/1,760 lbf.

Hainkel-Hirth 엔진 공장의 위치인 Kolbermoor에서는 Roy Fedden 경이 이끄는 Fedden Mission이 제트 엔진 제조가 피스톤 엔진 제조보다 간단하고 기술력이 낮고 정교한 공구가 필요하다는 것을 발견했습니다. 사실, 중공 터빈 블레이드 및 판금 공구는 대부분 제트에서 공구로 제작할 수 있었습니다.자동차 차체 [3]패널을 만드는 데 사용됩니다.Fedden은 004의 컴프레서 케이스를 고정자 [4]어셈블리의 절반 부분에 볼트로 고정시킨 것을 비판했습니다.

기술 설명 및 테스트

Me 262 전투기의 나셀에 장착된 Jumo 004 엔진의 정면도. 흡기 노즈 콘 중앙에 있는 스타터 풀 스타트 핸들을 보여줍니다.
Riedel 스타터, 풀 스타트 핸들 및 케이블 포함

디젤 연료를 사용한 최초의 시제품 004A는 배기 노즐이 없지만 1940년 10월에 처음 테스트되었습니다.1941년 1월 말에 최대 추력 430 kgf(4,200 N; 950 lbf)까지 벤치 테스트를 실시했으며, RLM 계약은 최소 600 kgf(5,900 N; 1,300 lbf)의 [5]추력을 설정하면서 추력을 계속 증가시켰다.

원래 외부에서 [6]캔틸레버된 컴프레서 스태터의 진동 문제로 인해 이 시점에서 프로그램이 지연되었습니다.항공부의 컨설턴트 엔지니어로서 터보차저 진동 경험이 있는 맥스 벤델은 [6]이 문제를 해결하는 데 도움을 주었다.원래 알루미늄 스타터는 8월에 엔진이 5.9kN(1,300lbf)으로 발전한 강철 스타터로 교체되었으며, 12월에는 9.8kN(2,200lbf)의 10시간 내구 주행에 합격했습니다.첫 비행 시험은 1942년 3월 15일, Messerschmitt Bf 110에 의해 004A가 비행 중 엔진을 작동시키기 위해 높이 날아올랐을 때 이루어졌다.004는 6개의 직선 연소실(시트강으로 제조)이 있는[7] 8단 축류 압축기와 중공 [4]블레이드가 있는 1단 터빈을 사용했습니다.

7월 18일, Messerschmitt Me 262 시제품 중 하나가 004 엔진의 제트 동력으로 처음으로 비행했고, 004는 RLM으로부터 80개의 엔진에 대한 주문을 받아 생산에 들어갔습니다.

Me 262 프로토타입에 동력을 공급하기 위해 제작된 초기 004A 엔진은 재료 제한 없이 제작되었으며 니켈, 코발트, 몰리브덴과 같은 희박한 원료를 대량으로 사용했습니다.프란츠는 Jumo 004가 이러한 전략적인 재료들을 최소한으로 통합하기 위해 재설계되어야 한다는 것을 깨달았고, 이는 달성되었습니다.연소실을 포함한 모든 고온 금속 부품은 알루미늄 코팅으로 보호되는 연강으로 변경되었으며, 중공 터빈 블레이드는 Krupp사가 개발한 크롬마두르 합금(12% 크롬, 18% 망간, 70% 철)을 접어서 용접한 후 압축기에서 나오는 압축 공기로 냉각되었습니다.엔진의 수명은 짧아졌지만,[5] 좋은 점은 제작이 쉬워졌다는 것입니다.생산 엔진에는 주조 마그네슘 케이스가 두 개로 나뉘어 있었고, 하나는 고정자 어셈블리의 절반 부분이 [4]볼트로 고정되어 있었습니다.프론트 스태터 4개는 마운트에 용접된 강철 합금 블레이드로 제작되었으며, 리어 5개는 마운트 위로 구부러진 프레스 강판으로 [4]용접되었습니다.강철 합금 압축기 블레이드는 압축기 디스크의 슬롯에 도브타이트되어 작은 [4]나사로 고정되었습니다.압축기 자체는 12개의 고정 [4]나사로 강철 샤프트에 장착되었습니다.Jumo는 단단한 강철에서 시작하여 나중에 중공 판금인 압축기 블레이드를 테이퍼에 용접하고, 그 뿌리를 터빈 휠의 마름모꼴 스터드에 부착하여 핀으로 고정하고 브레이징하는 [4]등 다양한 압축기 블레이드를 시도했습니다.

004의 흥미로운 기능 중 하나는 독일 엔지니어 Norbert Riedel이 설계한 시동 장치로, 흡기 노즈콘 [4]뒤에 10hp(7.5kW) 2행정 플랫 엔진으로 구성되었습니다.전기 스타터 모터가 고장난 경우 원뿔 전면에 있는 구멍으로 수동 풀-시동에 액세스할 수 있습니다.스타터에 연료를 공급하기 위해 두 개의 소형 가솔린/오일 혼합 탱크가 고리형 흡기 시트 금속 하우징의 상부 둘레 안에 장착되었습니다.Riedel은 경쟁 차종인 BMW 003 엔진 시동 및 Heinkel의 고급 Hes 011 "혼합 흐름" 압축기 설계에도 사용되었습니다.

004B의 첫 번째 생산 모델은 004A보다 무게가 100kg(220lb) 적었으며, 1943년에 여러 차례의 100시간 테스트를 통과했으며, 50시간의 오버홀 간격이 [8]달성되었습니다.

이후 1943년 004B 버전은 Junkers 팀이 이해하지 못한 터빈 블레이드 고장을 겪었습니다.그들은 재료 결함, 입자 크기, 표면 거칠기와 같은 부분에 초점을 맞췄다.결국 12월 RLM 본사에서 열린 회의에서 블레이드 진동 전문가 Max Bentele이 다시 한 번 영입되었습니다.그는 블레이드의 고유 주파수 중 하나가 엔진 작동 범위 내에 있기 때문에 고장이 발생했음을 확인했습니다.그의 해결책은 테이퍼를 늘리고 1mm 단축함으로써 주파수를 높이고 엔진의 작동[6] 속도를 9,000rpm에서 8,700rpm으로 줄이는 것이었습니다.

1944년 초가 되어서야 비로소 완전한 생산이 시작될 수 있었다.109-004 시리즈의 제트 엔진 설계에 대한 이러한 종류의 공학적 세부 도전은 루프트바페가 Me 262를 비행대 서비스에 도입하는 것을 지연시키는 주요 요인이 되었다.

004B에 사용된 저품질 강철을 고려할 때, 이 엔진의 수명은 10-25시간 밖에 되지 않았으며,[9] 이는 신중한 조종사의 손에 의한 수명의 두 배일 것입니다.모든 초기 터보젯에서 공통적으로 볼 수 있는 엔진의 또 다른 단점은 스로틀 반응이 느리다는 것입니다.더 나쁜 것은 스로틀을 너무 빨리 움직이면 연소실로 너무 많은 연료가 분사되어 공기 흐름이 증가된 연료와 일치하기 전에 온도가 너무 상승할 수 있다는 것입니다.이는 터빈 블레이드를 과열시켰고 엔진 고장의 주요 원인이었습니다.하지만 전투기의 제트 동력이 처음으로 현실화됐다.

Zwiebel 중앙체 또는 플러그를 보여주는 섹션 Jumo 004 배기 노즐
Zwiebel 중앙체를 움직이는 기어 클로즈업

엔진의 배기 영역에는 플러그 노즐로 알려진 가변 형상 노즐이 사용되었습니다.이 플러그는 독일어로 [4]양파를 뜻하는 츠비벨(Zwiebel)이라는 별명이 붙었다.플러그는 전동식 랙 앤 피니언을 사용하여 추력 제어를 위해 배기 단면적을 변경하기 위해 앞뒤로 약 40cm(16인치) 이동했습니다.

Jumo 004는 세 가지 유형의 [10]연료로 작동할 수 있습니다.

  • J-2, 표준 연료인 석탄으로 만든 합성 연료입니다.
  • 디젤 오일.
  • 항공 가솔린. 소비율이 높기 때문에 바람직하지 않습니다.

재료비가 10,000 RM인 주모 004는 또한 경쟁 차종인 BMW 003 RM12,000보다 다소 저렴하고, 융커스 213 피스톤 엔진 RM35,[11]000보다 저렴하다는 것이 입증되었습니다.게다가, 이 제트기는 낮은 기술력을 사용했고, BMW [12]801의 1,400시간에 비해 완성하는 데 375시간 밖에 걸리지 않았습니다.

004의 생산과 유지보수는 Otto Hartkopf의 [13]감독 하에 Magdeburg의 Junkers 공장에서 이루어졌습니다.완성된 엔진은 신뢰할 수 없다는 평판을 얻었는데, 주요 오버홀 사이의 시간은 엄밀히 말하면 30시간에서 50시간이었고, 숙련된 비행선이라면 그 간격이 [9]두 배가 될 수 있었지만, 10시간 정도 짧았을 수도 있다.(경쟁 차종인 BMW 003은 50대 정도였습니다.)[9]이 프로세스에서는 압축기 블레이드(보통 돌 등을 흡입하여 가장 큰 피해를 입었으며 나중에 피딩으로 알려짐)와 높은 열역학 부하로 인해 손상된 터빈 블레이드를 교체하는 작업이 포함되었습니다.독일인들은 지상에 있는 동안 항공기 제트 엔진의 흡입구에 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 특별히 설계된 반구형 케이지와/또는 평평한 원형 커버를 모두 사용한 것으로 알려졌다.압축기와 터빈 블레이드의 수명은 정기적인 유지보수 중에 로터의 균형을 재조정함으로써 연장될 수 있습니다. Riedel 2 스트로크 시동 엔진과 터보젯의 조속기도 필요에 [9]따라 검사 및 교체됩니다.연소기는 20시간마다 유지보수를 해야 했고 [9]200시간마다 교체해야 했다.

5천 대에서 8천 대의 004가 [14]제작되었고, 제2차 세계대전 말기에는 생산량이 [4]월 1,500 대였습니다.로이 페든 경이 이끄는 페든 미션(Fedden Mission)은 전후 1946년 중반까지 제트 엔진 총 생산량이 연간 10만 대 또는 [9]그 이상에 달할 것으로 추정했다.

전후 생산

아비아 M-04
투만스키 RD-10

제2차 세계 대전 이후 체코슬로바키아 말레시체에서 소수의 주모 004가 제작되었으며, Avia Avia M-04로 명명되었으며, Avia S-92는 Me 262의 복사품이었다.개량된 Jumo 004 카피는 또한 소련에서 Klimov RD-10으로 제작되어 야코블레프 Yak-15와 많은 제트 전투기 시제품에 동력을 공급했다.

프랑스에서, 포획된 004는 Sud-Ouest SO 6000 Triton과 Arsenal VG-70에 동력을 공급했습니다.

변종

(데이터: Kay, Turbojet:1930~1960년 역사와 발전: 제1권: 영국과 독일

109-004
1⁄10 스케일(동력 흡수) 시제품 엔진, 제한된 성공으로 시험 가동.
109-004A
실물 크기 시제품 및 사전 생산 엔진, 초기 Messerschmitt Me 262 및 Arado Ar 234 시제품 항공기.
109-004A-0: 비행용 사전 생산 엔진.
109-004B
무게를 줄이고 전략적인 재료를 사용한 프로덕션 시리즈 엔진.
109-004B-0: 초기 생산 표준 엔진, 8,700rpm에서 8.22kN(1,848lbf) 추력.
109-004B-1: 진동 및 추력을 줄이기 위해 수정된 압축기 및 터빈이 8.83kN(1,984lbf)으로 증가.
109-004B-2: 진동 고장을 줄이기 위한 새 압축기 통합
109-004B-3: 개발 모델
109-004B-4: 공랭식 중공 터빈 블레이드 도입
109-004C
9.81kN(2,205lbf)의 추력을 제공하는 세부 개선 사항을 갖춘 투영 버전, 제작되지 않음.
109-004D
2단계 연료 분사 및 새로운 연료 제어 장치가 장착된 정제된 004B로, 제2차 세계대전이 끝날 때까지 생산이 가능합니다.
109-004D-4: 추력은 증가하지만 수명은 감소하도록 개조된 연소 시스템, 테스트 전용.
109-004E
배기 면적이 높은 고도 성능에 최적화된 004D, 애프터 연소 시 11.77kN(2,646lbf) 추력.
109-004F
물 또는 물/메탄올 주입을 사용할 수 있습니다.
109-004G
11단계 컴프레서와 8개의 캔 연소실이 장착된 004C를 기준으로 16.68kN(3,749lbf)입니다.
109-004H
11단 압축기와 2단 터빈이 장착된 004의 재설계 및 확장 버전으로, 전쟁의 끝에야 설계 단계에 도달합니다. 6,600rpm에서 17.7kN(3,970lbf)의 추력을 제공할 것으로 예상됩니다.
아비아 M-04
체코슬로바키아 004B 전후 생산
RD-10
1945년부터 26GAZ의 Klimov가 이끄는 팀과 Desau 근처의 캡처된 지하 공장에서 제조된 Jumo 004s와 복사본 모두에 사용되는 명칭입니다.

[ Variants ]테이블

RLM 지정 유형 레이아웃 추력 또는 동력 체중 RPM
109-004B 터보젯 8A 6C 1T 8.83 kN (1,984 lbf) 745 kg (1,642파운드) 8,700 rpm
109-004C 터보젯 8A 6Cn 1T 9.81 kN (2,205 lbf) 720 kg (1,590파운드) 8,700 rpm
109-004D 터보젯 8A 6C 1T 10.30 kN (2,315 lbf) 745 kg (1,642파운드) 10,000 rpm
109-004H 터보젯 11A 8C 2T 17.7kN(3,970파운드) 1,200 kg (2,600파운드) 6,600 rpm

레이아웃: A=유량 압축기 스테이지, C=캔 연소실, T=유량 스테이지.

적용들

호주 전쟁 기념관에 전시된 Me 262의 우현 정커스 Jumo 004 엔진

엔진 존속

Jumo 004 터보젯의 예는 북미, 유럽 및 호주의 항공 박물관과 역사적 컬렉션에 존재한다.

사양(Jumo 004B)

주모 004 엔진은 1946년 미국항공자문위원회의 항공기 엔진 연구실 엔지니어들에 의해 조사되고 있다.

데이터 원본[필요한 건]

일반적인 특징

  • 유형: 터보젯
  • 길이: 3.86 m (152 인치)
  • 직경: 81cm(32인치)
  • 건조중량: 719kg (1,585파운드)

구성 요소들

성능

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동등한 엔진

관련 리스트

레퍼런스

메모들

  1. ^ 크리스토퍼, 70-71페이지
  2. ^ 크리스토퍼, 페이지 72
  3. ^ 크리스토퍼, 페이지 74-5.
  4. ^ a b c d e f g h i j 크리스토퍼, 페이지 70
  5. ^ a b 파벨렉, 32페이지
  6. ^ a b c 엔진 회전수:막스 벤델의 자서전 ISBN1-56091-081-X, 페이지 45
  7. ^ 기계설계(2017년 5월 30일 회수)
  8. ^ 메헤르옴지
  9. ^ a b c d e f 크리스토퍼, 76페이지
  10. ^ "Summary of Debriefing of German pilot Hans Fey" (PDF). Zenos' Warbird Video Drive-In.
  11. ^ 크리스토퍼, 74페이지
  12. ^ 크리스토퍼, 75페이지
  13. ^ 크리스토퍼, 페이지 69
  14. ^ 크리스토퍼, 69-70페이지
  15. ^ "Jumo 004B Engine". Archived from the original on 2019-04-14. Retrieved 2020-01-24.
  16. ^ "Junkers Jumo 004 B1 Turbojet Engine, Cutaway". 2017-05-03.
  17. ^ "Junkers Jumo 004 Turbojet".
  18. ^ "Messerschmitt Me 262A Schwalbe".
  19. ^ "New England Air Museum".
  20. ^ "Deutsches Museum: Turbojet Jumo 004B, 1944".
  21. ^ "Junkers Jumo".
  22. ^ "FHCAM's Me 262 Warpaint Unveiled". 2019-05-08.
  23. ^ https://www.facebook.com/watch/?v=2312086125580004[사용자 생성 소스]

참고 문헌

  • Christopher, John (2013). The Race for Hitler's X-Planes: Britain's 1945 Mission to Capture Secret Luftwaffe Technology. Stroud, UK: History Press. ISBN 978-0-7524-6457-2.
  • Gunston, Bill (2006). World Encyclopedia of Aero Engines: From the Pioneers to the Present Day (5th ed.). Stroud, UK: Sutton. ISBN 0-7509-4479-X.
  • Kay, Anthony L. (2002). German Jet Engine and Gas Turbine Development 1930–1945. The Crowood Press. ISBN 1-84037-294-X.
  • Kay, Antony (2004). Junkers Aircraft & Engines 1913–1945. London: Putnam Aeronautical Books. ISBN 0-85177-985-9.
  • Kay, Anthony L. (2007). Turbojet History and Development 1930–1960. Vol. 1. Ramsbury: The Crowood Press. ISBN 978-1-86126-912-6.
  • Meher-Homji, Cyrus B. (September 1997). "Anselm Franz and the Jumo 004". Mechanical Engineering. ASME. Archived from the original on 2008-01-07.
  • Pavelec, Sterling Michael (2007). The Jet Race and the Second World War. Greenwood. ISBN 978-0-275-99355-9.

외부 링크

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