Jumo-004

Junkers Motorenbau (Jumo), Německo

    Vývoj prvního sériově vyráběného proudového motoru začal nebo spíše navázal na Magdeburgské experimenty koncem 30. let v koncernu Junkers Flugzeug – und Motorenwerke AG v Dessau, šéfem vývoje byl ing. Anselm Franz. Ten použil množství již existujících komponentů - osmistupňový osový kompresor firmy AVA Gottingen, turbínové lopatky vyvinuté firmou AEG, ... Po vyvíjeném motoru Jumo T1 (zkrácené vojenským označením Jumo 004, kompletní potom Jumo 109-004) požadovalo RLM (říšské ministerstvo letectví) statický tah nejméně 700 kg. První exemplář T1 se na zkušebním standu poprvé rozběhl 11. 10. 1940. V lednu 1941 dával při otáčkách 9000/min tah 430 kg. Proti původní pokusné jednotce RTO z roku 1938 byl technologicky zjednodušen, získané zkušenosti s vnitřní aerodynamikou a nové termodynamické poznatky umožnily snížení počtu stupňů kompresoru na osm a turbíny na jeden. Prstencovou spalovací komoru (v níž se nedařilo udržet stabilizované hoření) nahradilo šest trubicovitých přímoproudých komor s plamenci. Kompresor však trpěl vibracemi, způsobenými statory. Max Bentele, specialista na lopatkové vibrace, byl požádán, aby pomohl vyřešit tento problém, což se také podařilo. Postupně se dařilo zdokonalovat také horké části motoru, distribuci paliva (byl jím zpočátku letecký benzín) a stabilizaci plamene. V srpnu 1941 se podařilo vyvinout tah 600 kg. S pátým exemplářem Jumo 004A byl v prosinci 1941 předveden desetihodinový chod na tahu 1000 kg (9,81 kN), což převyšovalo požadavky.

    V létě 1942, na základě výborných letových výsledků, RLM objednalo osmdesátikusovou sérii jednotek Jumo 004A pro instalaci do připravovaných prototypů letadel (Me262 a Ar234). Sériové motory 004A byly dále upraveny – zvýšení životnosti bylo dosaženo za cenu mírného snížení otáček a tahu na 850 kg (8,33 kN) při otáčkách 8700/min. V této verzi jednotka s tahem 850 kg vykazovala hmotnost 830 kg a tedy poměr tahu ke hmotnosti byl mírně nad 1:1 (dnes je tento poměr přibližně 8:1)

    Protože jednotka Jumo 004A-0 (celým označením Jumo 109-004A-015) představovala stále jen experimentální podobu s využíváním náročných technologií i exotických materiálů (slitiny kobaltu, niklu, molybdenu v horkých částech) a pro masovou výrobu se nehodila, přistoupili konstruktéři k jejímu maximálnímu zjednodušení s tím, že RLM počítalo s životností 10-25 letových hodin (naproti tomu původní prototypové Jumo 004A mělo životnost velmi solidní - 200 až 250 hodin provozu). Pozdější válečná praxe potvrdila, že celé bojové letadlo statisticky vyšší hodnotu životnosti nevykazuje. Přišla tak řada na připravovaný velkosériový Jumo 004B (T2).

 

Verze a odvozeniny:

 

Jumo 004A (T1) – experimentální prototyp

    Messerschmitt Bf 110 - tento letoun byl použit pro první letové zkoušky motoru. Letoun, ještě vybavený pomocným vrtulovým motorem, vzlétl s Jumem ke konci roku 1941, zatímco let jen s proudovými motory proběhl 15. 3. 1942.

    Messerschmitt Me 262 - první Me262V1 vzlétl 18. 4. 1941 s vrtulovým motorem Jumo 210G, prototypy V1 a V2 byly později vybaveny proudovými BMW003. Me 262V3 už měl motory Jumo 004A-0, se kterými poprvé vzlétl 18. července 1942 (let trval 12 minut, rychlost nepřesáhla 720 km/h). Prototypy V4 až V6 měly stejný motor. (2 motory na každém letounu).

 

Jumo 004B (T2) – velkosériově vyráběná verze. První sériové motory Jumo 004B-1 až B-3 byly zhotoveny na začátku roku 1942 a podrobeny intenzivnímu testovacímu programu během následujícího roku. Po provedení stohodinových zkoušek na několika motorech byl stanoven interval mezi generálními opravami na 50 hodin. Juma 004B se od první verze lišily například upraveným vstupem vzduchu do kompresoru, vylepšenými lopatkami kompresorových statorů, oddělenými disky jednotlivých stupňů kompresoru, upraveným vstupem plynů na turbínu a o 100 kg menší hmotností. Všechny horké části včetně spalovacího prostoru byly nově vyráběny z měkké oceli SAE 1010 s ochranným antikorozním hliníkovým nátěrem.

    Během léta 1943 se vyskytlo několik poruch na turbínových lopatkách šesté objednané série. RLM s rostoucím odporem vůči projektu svolalo na prosinec 1943 konferenci. Zúčastnil se jí i Max Bentle, který za "viníka" označil šest spalovacích komor a tři "sloupky" za turbínou. Indukované síly při vysokých otáčkách se projevují právě na turbínových lopatkách poškozených motorů v podobě rezonanční frekvence. Zajímavostí je způsob, jakým byla rezonanční frekvence zjištěna - Franz požádal profesionálního hudebníka, aby na lopatky "zahrál" violovým smyčcem a hudebním sluchem frekvenci odhalil. U motoru 004A se tento problém nevyskytoval, protože rezonanční frekvence by se projevila až při otáčkách vyšších, než na kterých mohl motor běžet. U 004B se hranice snížila, protože otáčky a teplota byly mírně větší než u verze A. Problém se podařilo vyřešit zvýšením přirozené rezonanční frekvence lopatek jejich zůžením, zkrácením o 1 mm a snížením otáček z 9000 na 8700/min.

    V roce 1936, kdy začaly práce na proudových motorech , byla k dispozice vysokoteplotní Kruppova ocel P-193. Materiál, obsahující nikl, chrom a titan, získával tepelnou odolnost kalením. Franz používal vylepšený P-193, nazvaný Tindur. První turbínové lopatky motorů 004A byly plné. V roce 1944 Junkers zkvalitnil proces lisování a tvarování lopatek. Pokusy o výrobu dutých lopatek ze dvou tindurových částí, složených a svařených dohromady ztroskotaly - Tindur se nedal svařovat. Místo toho byl použit proces hlubokotažného lisování, který se dokonce ukázal rychlejším, než výroba lopatek plných. Jako náhradu za Tindur s 30% niklu vyvinul Krupp slitinu nazvanou Cromadur, která už byla lehce svařitelná. Spolehlivé cromadurové duté lopatky nahradily tindurovou lisovací technologii, použity však byly až u motorů Jumo 004B-4

    Od léta 1943 do dubna 1945 bylo vyrobeno přes 14000 motorů B (nejrozšířenější pohonná jednotka tohoto typu za druhé světové války) Montovaly se do sériových Me262A a B různých subverzí a do sériových Ar234A a B (dodávky pro letectvo začaly až na podzim roku 1944). Němečtí letečtí výrobci projektovali další typy s motory Jumo 004B (či dalšími verzemi), ale žádný se již nerealizoval v plném měřítku. Motory Jumo 004B se za války vyráběly jak v závodech Junkers Flugzeugwerke (Leipzig) a Opelwerke (Russelsheim), tak později rozptýlenými (i podzemními) továrnami a výroba byla částečně přenesena i do Protektorátu. (V Junkersu bylo vyrobeno 7916 kusů motorů 004B) Po válce byl tento motor testován všemi velmocemi - Sovětským Svazem, USA, Francií a Velkou Británií.

Arado Ar 234B - základní prototyp Ar234V1 vzlétl poprvé v červnu 1943. Všechny prototypy kromě V6 a V8 (nesoucí motory BMW 003A) byly vybaveny motory Jumo 004B-1. Celkem bylo vyrobeno 210 letadel Ar 234B s motory 004B-1.

Messerschmitt Me 262 - v Me 262 byly motory Jumo 004B-0 použity až u prototypů V7 až V12 (první vzlet v létě 1943). Sériové letouny Me 262A0, A1 a B1 měly motory Jumo 004B-1, u bombardovacího Me 262A2 a nočního Me262B2 pracovaly Juma 004B-3. Letouny Me 262C1 je měly mít také, ale novější C2 už měly mít jiné typy - BMW 003R. Celkem bylo postaveno 1433 těchto letounů, většina s motory Jumo 004 (jak 004A, tak i 004B).

Junkers Ju 287 - experimentální proudový bombardér Ju 287V1 byl vybaven čtyřmi motory Jumo 004B-1. Do konce druhé světové války vznikl pouze jediný létající prototyp, druhý zůstal v konstrukčních dílnách. První vzlet se uskutečnil 16. srpna 1944.

Horten Ho IX - toto létající křidlo bylo navrhnuto pro dva motory Jumo 004B. Prototyp vzlétl v březnu 1944. Druhý prototyp se zřítil v únoru 1945 po selhání turbíny.

Horten Ho 229 - křídlo, navazující na Ho IX, vzlétlo s párem motorů Jumo 004B-1 v létě 1944. Sériová výroba se měla rozjet pod označením Go 229 u firmy Gotha.

Gotha Go 229 - výroba stíhacího dvoumotorového křídla Go 229 začala na samém konci války, v květnu 1945. Projekt byl později přesunut do USA.

Heinkel He 280 - tento stíhač byl navrhnut pro motory Jumo 004 a BMW. "Juma" létaly na prototypech He 280V2 (byly postaveny tři až čtyří letouny - zdroje se rozcházejí). Sériové He 280B měly používat Juma, ale program nového letounu byl zastaven ve prospěch pokročilejšího Me 262.

Messerschmitt Me 109TL - návrh na úpravu "mezka" Me 109 tak, aby mohl používat dva motory Jumo 004B. Od tohoto projektu bylo ustoupeno díky nutnosti provedení radikálních změn draku letounu

Blohm & Voss BV P.188 - čtyřmotorový proudový bombardér, jehož vývoj byl zastaven před koncem druhé světové války. (není jisté o jakou verzi motoru se mělo přesně jednat)

Messerschmitt P.1011 - další proudový stroj, který nevzlétl. Byl to pokusný letoun s proměnlivým šípem křídla, který po válce získaly Spojené Státy.

Henschel Hs 132B - malý proudový střemhlavý bombardér. Letoun s motorem umístěným nad trupem měl vzlétnout v červnu 1945, k tomu ale nedošlo. Po válce zůstal pouze jediný téměř kompletní prototyp a asi pět dalších rozpracovaných draků. Letounů se později zmocnil Sovětský svaz, ale není jisté, jestli ve vývoji pokračovali. 

Focke-Wulf Ta 183 - jednomotorový netradičně řešený stíhač. V březnu 1945 bylo objednáno 16 prototypů, kde první tři měly mít Juma 004B. Když v dubnu 1945 spojenci obsadili výrobní závody, nebyl postaven jediný kus nového "focke-wulfa".

Sud-Ouest S.O. 6000 Triton - toto je vůbec první francouzské proudové letadlo, které s (po válce) ukořistěnými motory Jumo 004B vzlétlo 11. listopadu 1946

Arsenal VG.70 - další poválečné francouzské proudové letadlo s motory Jumo 004B.

 

Jumo 004C – zlepšené vstřikování paliva, přídavné spalování a vyšší tah. Motor byl jen navrhnut, nebyl postaven

Gotha P.60B - dále vylepšený letoun Gotha Go 229. Zatímco P.60A byl navrhnut pro motory BMW003, verze P.60B měla nést motory Heinkel He S11 nebo Jumo 004C.

 

Jumo 004D – dvoustupňové vstřikování paliva a nová (plynulejší) regulace chodu šetřící motor. Prototyp byl zkonstruován i otestován, ale sériová výroba začala až krátce před koncem války.

 

Jumo 004E – toto byly motory Jumo 004D s kratší výstupní tryskou s dvojitým opláštěním. Motor vznikl pro dosažení lepších výkonů ve výšce. Koncem druhé světové války se uskutečnilo několik testů, ale sériová výroba, plánovaná na léto 1945, se už neuskutečnila.

 

Jumo 004H - další verze, která uplatňovala mnoho charakteristik dalšího vyvíjeného motoru Jumo 0012 - např. 12-stupňový kompresor a 2-stupňovou turbínu. 004H zůstal jen na papíře.

 

RD-10 – Kolesovem, Tumaňským a dalšími konstruktéry upravený motor Jumo 004B, ukořistěný společně s dokumentací v Dessau Sovětským svazem po skončení druhé světové války. Používaly se na stíhacích letounech Jak-15 a Jak-17, na prototypu Jaku-19, v pokusných La-150, -152, -156 a –160 a na typu Su-9.

 

M-04 – toto je označení pro české motory Jumo 004B vyráběné v ČKD Praha pro letouny Avia S-92 a CS-92 (stíhací a cvičná varianta „českých“ Me262).