主题:【原创翻译】纳粹德国喷气发动机研发始末(1) -- adrupal

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2014-11-22 05:11:40adrupal
1 【原创翻译】纳粹德国喷气发动机研发始末(1)

【本文译自德国喷气发动机之父奥海因在美国的“交待材料”。当然我是在开玩笑,美国空天实验室的杰克-马丁雷出版了一本书,叫做《燃气涡轮与火箭推进基础》,奥海因为这本书写了一个长达36页的序言,本文节译了其中一部分。译者 】

我对飞机推进技术的兴趣始于1933年秋天,那时我还是个学生,在哥廷根的乔治-奥古斯特大学师从波尔教授学习物理学,同时跟着路德维希-普朗特教授辅修应用力学。那年我21岁,开始写物理学方面的博士论文,我的论文与喷气推进毫无关系。

螺旋桨活塞发动机强烈的振动和噪音激起了我对飞机推进技术的兴趣。我觉得自然流畅并且优美的飞行被推动螺旋桨的往复式活塞发动机彻底毁掉了。我认为需要一种稳定的热动力流动过程。这种过程将不会引起振动。同时,与螺旋桨活塞发动机相比,基于这种过程的发动机也许会更轻更强劲,因为稳定的流动状况将允许单位横截面上通过更大的工质质量流。我认为,为了达到更高的飞行速度,这些特性似乎更重要。我对几种稳定流场发动机做了性能估算,最终选择了一种特殊的燃气涡轮配置,我认为作为一种轻量级的简单推进系统,它的开发风险比较低。直叶片径向出气的压气机与直叶片径向进气的涡轮背靠背,共同组成转子。压气机和涡轮转子的直径几乎相等,这样它们之间的匹配较好。

1935年初,我搞了个燃气涡轮的专利,说明了它的各种特点,它由径向流出的压气机转子、燃烧室、径向进气的涡轮和一个中央排气推进喷嘴组成。在我的专利律师威甘德博士的帮助下,我们做了一次彻底的专利搜索,找到了不少有趣的螺旋桨航空推进系统,但那时候我们没有发现洛林、纪尧姆和弗兰克-惠特尔【惠特尔是英国喷气发动机之父,译注】的早期专利。(我第一次见到弗兰克-惠特尔的专利是在1937年初,那时德国专利办公室交给我一份惠特尔的专利,以及瑞典米洛公司的一份专利,与我的一些专利请求有冲突。)

我的首要问题是为我的涡轮喷气的想法寻找支持。在我看来,最好的方法是先制造一个模型。这个模型运行性能可以很低,但要能够展示空气动力功能。这个模型的叶尖速度只有500英尺每秒多一点。当然,我从未考虑过大功率的演示,有两方面的原因。制造大功率装置的成本很可能会比制造低速模型高10-20倍。另外,高性能的测试或演示运行需要试验设施。我认识一家汽车修理厂的主管机械师马克斯-汉,我把我的模型的草图拿给他看。他做了多处修改以简化制造,他的修改大大降低了成本。1935年,由我出钱,马克斯-汉制造了模型。

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马克斯-汉与发动机模型

1935年中,我完成了博士论文和答辩,1935年11月拿到了学位。我继续在波尔教授的研究所工作,并与他讨论了我的“飞机推进”项目。他对我的理论报告很感兴趣。虽然我的项目并不适合波尔的研究所,他仍为我提供了极大的帮助。他让我在研究所的后院测试发动机模型,并为我提供了仪器和启动电机。因为燃烧室不能正常工作,在没有启动电机的情况下,模型不能正常工作。涡轮后面喷出长长的黄色火焰。它看起来更像喷火机,而不像飞机的燃气涡轮发动机。

我请波尔教授写了一封推荐信给恩斯特-亨克尔【德国著名飞机设计师,译注】,他是著名的高速飞机先驱,也是他的公司的唯一所有人。波尔教授确实写了一封很好的推荐信。我选择亨克尔是因为他痴迷于高速飞机,而且并不墨守成规。直觉上,我感觉若是一个飞机发动机公司,可能不会接受我的涡轮项目。后来我知道,我的直觉非常准确。今时今日,我更加确信在那个时代除了亨克尔不会有人支持我的喷气式的想法。1936年3月17日,亨克尔要请我到他家为他解释喷气机的原理。他转而让我了解了他的计划。他想把喷气机的开发从飞机制造厂分离出来。为达此目的,他打算在瓦尔诺河附近建设一个小型的临时建筑。我对这个主意热忱满腔,因为它给了我一种自由的感觉,独立于公司的其它部门,而且我确信亨克尔对我充满信心。另外,他着重强调了他将为整个喷气机开发计划提供资金支持,不会牵扯德国空军部。最后,他告诉我,他为我安排了一次会议,第二天早晨与他的顶级工程师们会面。

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恩斯特-亨克尔(左)与冯-奥海因(右)

1936年3月18日,我和亨克尔的工程师们开了个会,有8到10个人,我解释了我的喷气推进的想法。虽然他们指出很多问题,特别是在燃烧室方面,但他们并未全盘否定。3月底,亨克尔打电话叫我出席会议。他指出了几种不确定性,特别指出必须在燃气涡轮开发启动之前解决燃烧室的问题。他想让我着手解决这个问题,并向他报告可能遇到的任何困难。他为我提供了一种顾问合同,合同中说明初步工作(燃烧室开发)应在大约两个月之内完成。如果成功,将启动涡轮喷气开发,而且我将得到正式的雇佣合同。1936年4月3日,我签下了这份合约,我将在4月15日开始在亨克尔公司工作。

1936年初用模型做的开始几次试验,使我确信燃烧室的体积太小了,无法达成稳定的燃烧。随后在一次工业展览会上与燃烧工程师的讨论进一步证明了这一点。我找到了改正这个问题的一种简单方法。对我的模型的循环分析清楚地表明,为了达到较高的涡轮入口温度,比如700℃或更高,应该采用一种带有径向进气涡轮的离心压气机作为燃烧室开发的基础。我最大的难题是如何在几个月之内开发一个能工作的燃烧室。据我判断,开发这样的装置至少需要六个月,很可能需要一年,但亨克尔却只给了我两个月的时间。我很疑虑,在看不到进展的情况下,亨克尔能否忍受那么长的开发周期,至少我应该让他能看到一台可以工作的试验性的喷气发动机。不过,为了避开燃烧室难题,我考虑制造一套氢燃烧室系统,这套系统具有近乎均匀的涡轮进气温度分布。设计制造这种氢燃烧室系统时,不应冒任何风险,也不需要进行初步测试。

我的想法是用一根轴把转子上的压气机和涡轮分开,采用环形的导管连接压气机扩压器的出口与涡轮的入口。我想在这个环形导管中布置一排中空叶片(大约60个)。这些中空叶片后缘较钝,上面有很多小孔,氢气从小孔中喷出,与叶片后面的空气流混合。这样,氢燃烧室固定在中空叶片的钝后缘处。我敢保证这种燃烧室系统能够成功工作,不需要进一步研发或初步测试。我还确信这种简单的涡轮机械不需要进行预先测试或研发。最终,对氢演示发动机的测试表明,我的两个判断都是正确的。

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奥海因的氢演示发动机

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开发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)预料之中的渐进式开发方式: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,而不是直接试图开发液体燃料燃烧室?当然,按照我的合同,我本应着手开发液体燃料燃烧室,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。

土鳖扛铁牛

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主题:4071887
2014-11-25 07:07:34adrupal
2 纳粹德国喷气发动机研发始末(3)

这些开发项目表明,德国的航空发动机业界并非主动开始开发喷气引擎,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,德国航空发动机界进行了两型重要的涡喷引擎研发,分别在容克发动机分部和BMW。

Jumo 004是在安塞姆-弗兰茨领导下开发的,它也许可以算是早期喷气推进研发历史上真正独特的成就,对最终的量产功不可没,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空冷中空涡轮叶片,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嘴,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,最低的开发风险、最短的开发时间、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,为了避免开发风险和延宕,Jumo004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,Jumo004代表了发动机性能、由于材料短缺造成的设计约束、缩短开发时间的需求、与尽早量产几个方面的杰出的工程妥协。

Jumo004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-奥斯特里奇领导下开发的BMW 003涡喷发动机也取得了极大的成功。因为其推力比Jumo004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。

现在我回到1939年末,那时亨克尔开始为收购发动机公司制定计划。1939年8月27日He-178首飞之后,亨克尔邀请空军部的高级官员来看He-178的飞行表演。表演是在1939年11月1日进行的。那次,亨克尔提出要开发喷气式战斗机He-280,采用两台外置翼吊发动机。亨克尔1940年初拿到了这型飞机的合同。另外,我相信乌德特【德国一战王牌飞行员,一级上将,二战初德国空军总监,因不列颠空战失败受到指责,1941年11月自杀,译注】与亨克尔达成了一致,如果H2-280能在1941年4月前首飞,亨克尔就将获得收购赫斯发动机公司的官方许可。

在发动机吊舱与地面间的距离方面,He-280受限严重。它实际上是为轴流发动机He.S30(瓦格纳式涡喷发动机)设计的。但是,看起来He.S30不可能及时就绪。另一方面,它也不能采用He-178的He.S3B型发动机,因为这种发动机的直径太大了。我认为在此条件下,要想在时限内取得成功,只有一种可能的方案,但这种方案太冒险了。我采用了与He.S3B相似的径向转子,把它与轴向(可调)叶片扩压器和直流式环形燃烧室组合起来。

公司把这种发动机命名为He.S8A。我们只有14个月用于研发,但我们很幸运——它工作得相当好,这让亨克尔得以在1941年4月2日进行了He-280的首飞。政府委派的飞行员是恩格聂耳-贝德。三月底进行的前期试飞是亨克尔的试飞员弗里茨-谢福尔完成的。

这次试飞的数日之后,亨克尔拿到了收购斯图加特的赫斯发动机公司的许可,这家公司以其卓越的小型飞机发动机著称。这家公司有着杰出的工程师、科学家、机械师、精密机床、和测试台站。亨克尔把He.S30的开发迁移到新公司亨克尔-汉斯发动机公司,以利用那里优异的测试制造设施。1942年夏,He.S30完工开始测试。其性能相当出色。持续推力达到1650磅。从技术角度看,其推重比远超同时代其它公司的发动机。He.S30的优异性在很大程度上是因为它先进的50%反力轴流式压气机,由弗里德里希博士设计。然而,He.S30的成功来得太晚了。He-280进行了全面的试飞。尽管它显然比同时代的螺旋桨活塞式战斗机优异,但与Me-262相比,无论是速度、高度还是航程都低不少。因为这些原因,He.S8和He.S30在1942年秋下马了;1943年初,He-280正式下马。Me-262进而成为首款正式服役的喷气式战斗机,由两台Jumo004B涡喷发动机提供动力。空军部认可了50%反力压气机的优异性能,认为其最适合未来的涡喷研发计划。

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梅塞施密特Me-262喷气式战斗机

因此,1942年秋,亨克尔失去了在喷气式飞机和涡喷引擎上起初的领导地位。讽刺的是,那时他刚刚达成了拥有自己的飞机发动机公司、组织优秀的科学家和工程师团队的目标。这个团队是由原来的赫斯团队、亨克尔的团队、以及瓦格纳的团队整合而成的。这些软硬件条件使亨克尔完全有能力与既有航空发动机工业竞争。空军部认可亨克尔新团队的优秀。赫尔穆特-夏尔普,那时已成为汉斯-毛奇的继任者,支持亨克尔-汉斯公司接受新的涡喷发动机开发合同。他清楚地预见到,Me-262、Arado-234、容克287等先进飞机都需要更强劲的发动机。这种新发动机的指标是推力接近3000磅并有增长到4000磅的潜力,还要有较高的压比以提高燃油经济性。1942年秋,我们开始研制He.S011。He.S011采用轴流式设计,具有50%反力的压气机叶片,与弗里德里希博士的设计相仿,而且还有两级轴流式空冷涡轮。要知道,赫尔穆特-夏尔普不仅建立了性能规范,还对总体设计有着绝佳的技术投入和建议,比如先进对角导流级、两级空冷涡轮、可变排气喷嘴系统等方面。

我负责He.S011的研发,亨克尔-赫斯工厂的当地领导科特-希弗负责He.S011的生产。赫斯公司的首席工程师是马克斯-本特勒博士。他以其杰出的处理叶片振动问题的知识而著称。1943年夏,应空军部的特别请求,他解决了Jumo004的严重的涡轮叶片振动问题。

本特勒博士负责He.S011的元组件研发。初期遇到了相当大的困难,1944年末他终于制成了性能绝佳的压气机和涡轮,进而有望达到甚至超过011的最初的性能指标(感谢章紫蔷网友指正,此句译文有调整)。他还为011的量产准备做出了很大贡献,原计划1945年6月开始量产。当然,二战的结束使量产计划胎死腹中。只有数台He.S011现存于世,它们静静地躺在美国和大不列颠的博物馆里。

全文完

——————

译后记

查了一下本文几个主要人物的命运:

战后,汉斯-奥海因被纳入“曲别针行动”计划并被带到美国,在怀特-帕特森空军基地工作,1956年担任空军航空实验室主管,1975年成为航空推进实验室首席科学家,1979年退休。退休后在附近的代顿大学担任教授。1998年去世。

战后盟军禁止德国制造飞机,亨克尔用他的工厂设备制造私人交通工具。1958年,恩斯特-亨克尔在斯图加特去世。

汉斯-毛奇战后被带到海德尔堡的美国空军基地撰写交待材料。1946年,毛奇被带到美国,在代顿的美国空军航空医学实验室工作。1955年毛奇获得美国国籍。1957年离开航空医学实验室,创办了自己的咨询公司——毛奇实验室。1984年去世。

夏尔普战后被带到伦敦,要求他24小时候命,随时准备被空军部叫去问话。但基本上没人找他,他发现自己可以随意在伦敦闲逛。有一次他发现格洛斯特E28(英国第一架喷气机,1941年5月15日首飞)背着一块儿匾,说它自己是世界上第一架涡轮喷气飞机,夏尔普挖苦道,亨克尔He-178比它早一年多。英国人后来偷偷改掉了。夏尔普卒年不详。

通宝推:然后203,北纬42度,
帖:4072690 复 4071887
2014-12-02 00:41:38章紫蔷
3 有劳楼主再推敲一下这句译文

“he achieved excellent performance characteristics of compressor and turbine that made it possible, by the end of 1944, for the performance requirements of the 011 to be met or surpassed.”

翻译成

他最终制成了性能绝佳的压气机和涡轮,得益于此,1944年末达到甚至超过了011的性能要求。

真的OK吗?

帖:4074491 复 4072690
2014-12-02 06:04:45adrupal
4 “要求”改成“指标”似乎好些

他最终制成了性能绝佳的压气机和涡轮,正是得益于此,1944年末达到甚至超过了011的性能指标。

帖:4074550 复 4074491
2014-12-02 22:10:52章紫蔷
5 个人认为,重点是这个

that made it 【possible】 for the performance requirements of the 011 【to be】 met or surpassed.

帖:4074848 复 4074550
2014-11-26 01:27:44衣笠山麓
3 德国缺乏的镍就是硬币上使用的镍吗?

在今天似乎也不是珍贵稀有的金属啊,不然也不会用于制造毛币分币

怎么当年德国那么缺乏呢?

帖:4072934 复 4072690
2014-11-26 02:33:03adrupal
4 镍是制造高温合金的基础

硬币上只是镀了薄薄的一层,防锈用的。现代的高温合金,80%都是镍,所以叫做镍基高温合金。

德国不出产镍,只能依靠进口,但二战后期进口来源都被英美切断了。不光是镍,还有钨,甚至是铁矿石,羊皮都被禁运了。

世界上没有几个国家有毛子、鹰、和兔子“地大物博”的禀赋。汉斯缺乏资源,所以汉斯的武器追求“精”,但最终拼不过毛子的“量大从简”,在武器生产上也败下阵来了。

话说回来,这个世界其实没有那个国家能够独处,即便是地大物博的毛子也一样要进口物资,二战时,苏联从英美那里进口了大量的钢铁和有色金属,三巨头每次开会,斯大林都是手心朝上地要东西,一点儿也不客气。

帖:4072955 复 4072934
2014-11-25 13:45:42北纬42度
3 咋落后的看来作者不好意思说出来啊

从技术角度看,其推重比远超同时代其它公司的发动机。He.S30的优异性在很大程度上是因为它先进的50%反作用度轴流式压气机,由弗里德里希博士设计。然而,He.S30的成功来得太晚了。He-280进行了全面的试飞。尽管它显然比同时代的螺旋桨活塞式战斗机优异,但与Me-262相比,无论是速度、高度还是航程都低不少。

亨克尔的东西远没有BMW003和Jumo004成功,无论在战时还是战后。

法国人战后一直在BMW003的基础上折腾

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。

法国人把BMW003的潜力给挖尽了,终极版是幻影2000的涡扇发动机M53,M53最后的型号是80年代的事情。这之后才换了美国人的核心机。

苏联人对仿制的BMW003和Jumo004性能都不满意,后来又引进了英国技术,苏联喷气发动机是在这些技术的基础上另起炉灶自己发展的。不过Jumo004有个涡桨型号,苏联人在这个的基础上放大,弄出来NK12涡桨发动机,可以说是Jumo004的直系后代,这款发动机用在Tu95战略轰炸机上,几天前Tu95还飞出来转了一圈。。。

帖:4072752 复 4072690
2014-11-25 15:57:41adrupal
4 亨克儿收购发动机公司太晚了

奥海因搞了世界首台涡喷He.S3, 1939年8月装机对象He-178首飞。随后又开发了He.S8A, 装机对象He-280首飞是在1941年4月。这两型发动机都是在亨克儿的主机厂研制的,主机厂没有发动机领域的制造专家和相关生产试验设备,因此性能都不太好。He-280首飞之后,亨克儿才拿到发动机公司的收购许可,开始研制He.S30,同时用老型号He.S8A试飞He-280,所以才出现竞争不过Me-262,项目下马的情况。

帖:4072773 复 4072752
2014-11-24 01:09:35kales
2 这位奥海因博士的出身太牛了

跟着波尔教授学物理学,跟着普朗特教授学应用力学。两位老师都是各自领域的大牛,这样算起来他是钱学森的同门师叔了,钱老的导师冯.卡门是普朗特的学生。他23岁居然就拿到博士学位了,那可是在德国!然后“不务正业”去玩涡喷发动机。不过看(2)里面,亨克尔公司做了第一架喷气动力的飞机,后来的HE-280应该是竞争不过ME-262,可是发动机部门也没有然后了么?……

帖:4072352 复 4071887
2014-11-23 23:48:15以一敌七
2 人和人的差距咋这么大泥?

那时我还是个学生,在哥廷根的乔治-奥古斯特大学师从波尔教授学习物理学,同时跟着路德维希-普朗特教授辅修应用力学。那年我21岁,开始写物理学方面的博士论文,我的论文与喷气推进毫无关系。

帖:4072308 复 4071887
2014-11-24 02:24:15做回自己
3 大概跟着大牛最不济也该能弄上几根牛毛

说明人生还是应该跟着最牛的人混啊,以前看冯卡门传就是这种感觉,钱学生也是啊,一路名校牛人走过来,当然自己用功那也是不必说的。大牛人脉资源确实不一样。

帖:4072366 复 4072308
2014-11-23 01:29:38adrupal
2 纳粹德国喷气发动机研发始末(2)

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:“不大到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径向气流的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

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/活塞引擎高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

在亨克尔的飞机公司研发演示飞行的喷气机有独特的优势。优势之一是完全的技术自由,没有资金方面的重大压力,没有政府方面的要求,没有拖延;可以说,是飞机在等着发动机。这些巨大优势只是在喷气引擎研发的初始阶段发挥了作用。但是,对于量产型的发动机,却有着巨大的劣势,其中包括缺乏制造方面(涡轮机械等)的专家、材料、研究(涡轮)、附件驱动、控制系统,没有机床或原件测试架等等。亨克尔对这种状况一清二楚。他计划雇佣飞机引擎领域的工程师,并购买一家飞机发动机公司。

与此同时,在德国还进行着一些其它的早期喷气机研发工作,下列事件是齐头并进的,它们对喷气机演进的早期阶段极为重要:

1)赫伯特-瓦格纳教授私人启动了一项燃气涡轮研发计划。

2)1938年空军部了解到亨克尔的涡轮喷气计划,并对发动机工业施加了强大的影响力,让他们启动涡轮研发计划。

3)亨克尔购买了一家飞机发动机公司,并拿到了一个研发生产高性能涡轮喷气发动机的合同。

1934年,瓦格纳提出了一种轴流式螺旋桨燃气涡轮的设想,那时他在柏林当航空学教授,他创立了一家公司以实现这个设想。(我第一次听说瓦格纳的项目是在1939年春。)他引入了一个设计参数,即螺旋桨的输入功率与总的净输出功率之比,他设想出一种燃气涡轮引擎,属于涡轮喷气与螺桨燃气涡轮的某种交叉。

瓦格纳首先研究,如果螺桨输入功率为总输出功率的50%将会发生什么。这种条件对于长途运输十分有利。随后在1936年,他发现螺桨输入功率为0的“极限情况”即为涡轮喷气。这种引擎对高速飞机极具吸引力,因为它的重量很轻。

瓦格纳的设计的独特性在于利用了涡轮机械(或对称叶片装置)50%的反作用力。对于给定的叶片临界马赫数,带有50%反作用叶片装置的压气机的压比和效率最高,但由于内在的强大三维流现象,这种设计很困难。这个问题呗瓦格纳的一个同事鲁道夫-弗里德里希解决了。

大约是在1936年,当瓦格纳研究涡轮喷气引擎的时候,他成了位于德绍的容克飞机公司的技术指导。喷气引擎的研制由容克机械厂进行,那个厂在马格德堡。他的涡轮喷气研发项目由马克斯-A-穆勒领导,穆勒是他的前“第一助手”。

1938年晚秋,瓦格纳决定离开容克公司,但他希望从空军部获得资金以继续他的涡轮喷气机研发工作。空军部同意了瓦格纳的请求,条件是喷气机的开发继续在德绍的容克飞机发动机公司进行。对于赫伯特-瓦格纳来说这似乎是可以接受的。但是,他的团队中大约12名杰出的科学家和工程师(其中包括团队领导马克斯-A-穆勒,以及极受尊敬的弗里德里希博士)却拒绝在提出的工作条件下加入容克飞机发动机公司。亨克尔给他们提供了更具吸引力的工作offer,以确保瓦格纳的前团队加入亨克尔公司。亨克尔在研制计划中加入了瓦格纳的轴流涡轮喷气设想(指定为He.S30)。因此,在1939年初,亨克尔达成了一个目标——吸纳出色的工程师加入他的涡轮喷气研发。

1938年初,空军部了解到亨克尔的私人喷气推进研发计划。空军部的发动机开发部门有一个小组,研究不使用螺旋桨和活塞发动机的特殊推进系统,但仅仅是使用特殊的火箭以提升短期性能或辅助起飞。这个小组的头儿是汉斯-毛奇。1938年初夏,他要求亨克尔给他看涡轮喷气研发,那是在He-178首飞前一年。他看了亨克尔的氢涡喷演示机的运作以及飞机发动机的设计计划,他对此印象深刻。他感谢了亨克尔的演示,并指出对他来说,涡喷推进是完全未知的新概念。他很快就确信涡喷是高速飞行的关键。但他却做出结论,说亨克尔作为一家飞机主机公司没有能力开发量产型发动机,因为公司缺乏引擎测试与制造设施,而且最重要的是,它缺少有引擎开发经验和测试技术的工程师。他希望亨克尔的团队加入一家飞机发动机公司(戴姆勒-奔驰)并作为涡喷推进研发的核心。另外,他说恩斯特-亨克尔可以得到完全补偿并承认他伟大的开拓性成就。亨克尔拒绝了。

1938年夏,毛奇与赫尔穆特-夏尔普会面,夏尔普在空军部的研发部负责喷气推进计划。毛奇邀请夏尔普加入他的引擎开发部。夏尔普接受了调动,因为他看到与研发部相比,引擎开发部的机会多多。与毛奇相比,夏尔普更了解涡喷推进,而且对其可行性深信不疑。他通晓轴向和径向涡轮装置,并且精通涡轮喷气、冲压发动机和脉动式喷气的航空热动力性能计算。与毛奇一样,他认为有必要让飞机发动机公司进行涡喷引擎的开发。但是夏尔普并不认为亨克尔必须中断其喷气引擎开发。他认为亨克尔的进展对说服发动机业界也加入涡喷开发很有助益,也有助于向空军部的更高层证明,在整个飞机发动机业界启动涡喷开发计划的必要性。

夏尔普为喷气推进系统制定了计划和程序,决定了其最适宜的任务,并选择了相关的飞机类型。夏尔普的目标是为整个德国飞机发动机工业建立完整的喷气推进计划。他还与空军部飞机开发部的汉斯-安茨探讨尽快启动涡喷战斗机开发。这就是Me-262。为实现这一目标,毛奇和夏尔普决定访问飞机发动机制造商——容克发动机(Jumo)、戴姆勒-奔驰、BMW飞机发动机公司、勃兰登堡发动机公司(Bramo)。毛奇和夏尔普为每家公司提供了一份研发合同,以确定最佳的喷气发动机类型及其最适合的任务。在每项研究完成并评估后,再考虑是否授予主要的发动机开发合同。

施莱佛在《飞机发动机与燃料开发》一书中总结了业界对这些建议的反应:“发动机公司对对毛奇的建议的反映远远谈不上乐观,但也不能说是完全反对”。

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马的技术总监,译注】显然是赞同开发燃气涡轮发动机的。奥托-梅德尔,Jumo的发动机开发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的工人没有开发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,梅德尔接受了喷气引擎研发合同,并让弗兰茨负责涡喷项目。那时候,安塞姆-弗兰茨博士是增压器小组的主任。那时,戴姆勒-笨死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。

土鳖扛铁牛

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帖:4072079 复 4071887
2014-11-25 21:51:26liy41
3 奔驰哪里来的底气?

当时就和梅博士关系不好,马达各种问题各种拖拉,

然后在喷气发动机又直接甩手不干?

帖:4072852 复 4072079
2014-11-24 13:41:10
北纬42度
3 楼主一定是故意滴

FFF

戴姆勒-笨死完全拒绝研发燃气涡轮发动机

帖:4072519 复 4072079
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