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纳粹德国喷气发动机研发始末

  1936年3月中,我基本完成了氢演示发动机的设计工作。对我来说,制造这台发动机最重要的不仅仅是为了快速达成对喷气原理的令人印象深刻的演示,也是为了如下非常重要的技术原因:
1)原因之一是为了获得设计飞机发动机和研制液体燃料燃烧室的坚实基础,飞机发动机应作为一个并行研发计划尽快开始研发。
2)为获得这一坚实基础,氢发动机是最有把握、最快的方式,而且不会阻滞于压气机和涡轮测试。
3)预料之中的渐进式研制方式:用“无风险”的氢燃烧室方式首先测试压气机·涡轮单元,然后用久经考验的涡轮机械探索其与液体燃料燃烧室系统之间的相互作用,如此可以防止出现耗时的周折。

  现在我要面对最大的困难:如何说服亨克尔,在巨大的时间压力下,应该首先制造以氢气为燃料的涡轮喷气发动机,而不是直接试图研制液体燃料燃烧室?当 然,按照我的合同,我本应着手研制液体燃料燃烧室,并在1936年6月前完成这一目标(几乎是不可能的)。我向亨克尔简要地解释了制造氢发动机的原因,并 强调这台发动机将在很短的时间内获得巨大成功。我做了充分的准备,一旦亨克尔要求我在会议上与他的工程师们讨论这个问题,我讲证明我的观点。但出人意料的 是,亨克尔仅仅问了一个问题:氢演示机何时能够工作。我估计最短的时间是半年,亨克尔不太满意,他想要时间更短一点。我告诉他,我刚听说威廉·贡德曼和马 克斯·汉将与我一起工作,我愿意与他们讨论这台机器以及时间表。这样,至少亨克尔先同意了我制造氢喷气演示机的原因。

  在与亨克尔的讨论的一周之后,我与贡德曼和汉在他们的大办公室汇合了。我给他们看了氢发动机的图纸。贡德曼告诉我,他听了1936年3月我给亨克尔的 高级工程师小组做的讲解。对于我偏离了液体燃料涡轮发动机计划感到很惊讶。我解释了我的原因,并告诉他们亨克尔强烈希望在半年之内完成氢发动机的制造。研 究了我的图纸之后,两个人判断6个月内不可能完成这台机器的制造,需要的时间允许会更长一些。贡德曼、汉和我组成了一个非常优秀的团队。

  据我和贡德曼的回忆,这台机器是在1937年二月底制造完成的,三月份的前半个月开始进行演示测试。首次运行清晰地铭刻在我的脑海里:汉装上了发动机 与测试架之间的最后一根连线;已经过了午夜;我们自问是不是应该做个简短的试运行。我们决定试一下!这台发动机有一台2马力的起动机。如果表明出现了自持 的运转,汉将切断起动机与氢发动机之间的皮带连接。贡德曼负责观察排气侧是否有过热点——他没看到。我在测试室。起动机带动发动机达到大约2000转。点 火开关打开了,我仔细地打开氢气阀。发动机的点火听起来很熟悉,很象家用燃气加热系统的点火。我调大了燃气,汉欢呼起来,皮带断开了,发动机现在开始自持 而且加速良好。加速良好的原因可能是两方面的:转子相对较低的转动惯量和氢燃烧室系统巨宽的工作范围。我们都体验到难以言表的喜悦。汉给亨克尔打了电 话,20分钟后他就跑到了我们的测试站,那时已近午夜1:00。我们做了第二次演示运行。亨克尔激动起来——他向我们表示祝贺并强调我们现在应该开始制造 用于飞行的液体燃料发动机。

  从第二天开始一直到3月底,亨克尔为他的一些顶级工程师和重要的好友做了多次演示运行。我们的“午夜首秀”后的第二天,亨克尔带着沃尔特和齐格弗里 德·京特(他的两个顶级空气动力设计师)拜访了我们并看了演示运行。他们对此印象深刻并询问我每平方米的等价功率。我回答说:“还不到1000”,并急忙 补充说飞行发动机将超过2500马力每平米,因为叶尖速度将更快,横截面上的相对流速将更快。在4月份,我们进行了系统化的测试。

  氢发动机首次运行后,亨克尔命令他的专利办公室为氢发动机申请专利。因为有稍早的专利,唯一可申请专利的事项就是我的氢燃烧系统。

  我被雇佣为部门主管,直接向亨克尔汇报,并且拿到了一个单独的专利使用费合同,正如我所愿。现在亨克尔施加了巨大的压力,要求制造飞行发动机。

  1937年的最后几个月,沃尔特和齐格弗里德·京特开始初步设计研究首架喷气推进的飞机(He 178)并指定要静推力达1100磅的飞机发动机(He S3)。那架飞机本质上是架试验机,仅配有一些基本武器。

  1937年末,当时我正在研究飞机发动机的不同布局,马克斯·汉向我展示了他的想法,他想把燃烧室布置在离心压气机前面那一大块儿未使用的空间。他指 出这将大大减少转子长度和总重量。在飞机发动机的最终布局中,汉的建议被采纳了(如图)。1938年初,我们有了一个功能良好的环形汽油燃烧室。1938 年夏飞机发动机技术冻结,1939年初完成了制造和测试。

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1937年设计的He S3涡喷发动机
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He S3的环形汽油燃烧室清晰可见

  1939年春,飞机和发动机都完成了,但发动机性能太低了,推力只有800磅,但在亨克尔公司相对较短的机场上起飞需要达到1000~1100磅的设 计推力。我们做了几处改进,主要是优化易于更换的压气机扩压器叶栅和涡轮静子。8月初,我们达到了1000磅的推力。我们用这台发动机只进行了几次滑跑, 每次一小时。不过,根据空军部的建议,我们用另一个不用于试飞的转子完成了一次连续10小时的测试运行。

  1939年8月27日,安装He S3B喷气发动机的He 178进行了首飞,飞行员是Erich Warsitz。这是世界上喷气式飞机的首次飞行。它不仅展示了喷气推进的可行性,还展示了几个喷气推进的反对者所质疑的特性:
1)这台飞机发动机具有良好的静功重比——比推力相同的最好的螺旋桨/活塞发动机高2~3倍。
2)燃烧室可以做得足够小以装入发动机舱;而且,在不同的高度上,在不同的速度上,发动机的工作范围很宽。

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世界首架喷气式飞机,亨克尔He 178,由冯·奥海因设计的He S3B涡喷发动机提供动力

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