Silniki myśliwskie firmy Junkers w okresie II wojny światowej

Junkers swymi korzeniami silników lotniczych przeznaczony dla myśliwców sięga znacznie głębiej niż firmy BMW i Daimler-Benz((Jeszcze w 1927 roku zaczęto prace nad pierwszą 12 cylindrową jednostką o mocy powyżej 600KM. Oczywiście zastosowano sprytny wybieg montując go w wyprodukowanej w Szwecji maszynie. Tyle mniej więcej znaczyły ustalenia Traktatu Wersalskiego dla odradzających się Niemiec. )). Prace nad motorami lotniczymi zaczęły się w tej firmie jeszcze przed pierwszą wojną, a biuro projektowe prof. Junkersa poza konstrukcją silników produkowało też samoloty w przeciwieństwie do BMW i Daimlr-Benza. Gdy zapadła decyzja o przesunięciu BMW na produkcję motorów gwiazdowych Junkers sprytnie wskoczył w powstałą na niemieckim rynku lukę i zaproponował silniki, które napędzały pierwsze modele myśliwców niemieckich. Firma Junkers dostarczała silniki dla wczesnych modeli samolotów Bf 109 oraz dla późnych konstrukcji pochodzących w zakładów Focke Wulfa takich jak Fw 190 D-9 czy tez Ta-152 niejako spinając klamrą historię napędów niemieckich myśliwców. Główna linia produktów firmy nosiła oznaczenie Junkers Jumo 2XY Z gdzie X,Y to cyfry, a Z oznaczenie literowe. Junkers sukcesywnie rozwijał swoją linię silników począwszy od Jumo 210, poprzez Jumo 211 i na Jumo 213 skończywszy.
W Niemczech panował trend do jak największych osiągów przy jak najmniejszej masie i jak najmniejszych gabarytach silnika pozwalających zmniejszyć opór powietrza samolotu. W związku z tym silniki z linii 210 były w sumie niewielkimi i kompaktowymi jednostkami o pojemności 20 litrów. Prace nad motorami z linii 210 rozpoczęły się pod kierunkiem prof. Madera.
Pierwsze modele silników Jumo nie były gotowe na czas i projekt myśliwca Messerschmitt Bf 109 został uratowany dzięki zakupowi motorów Rolls-Royce Kestrel V o moc 695 KM i co ważniejsze podobnych wymiarach. Taki manewr dał nieco czasu firmie i pozwolił doprowadzić silniki Jumo 210 do stanu używalności((Prace nad nim rozpoczęły się w 1931 roku. Silnik czerpał z najnowszych technologii i na swoje czas była całkiem sprawną jednostką. W wersji G silnik stał się pierwszym motorem na świecie z bezpośrednim wtryskiem i automatyczną regulacją mieszanki. Wtrysk był przez długi czas utrzymywany w ścisłej tajemnicy i sprzedaż np. Bf 109 do Szwajcarii odbyła się jeszcze ze starymi silnikami gaźnikowymi. Dawał on zdecydowaną przewagę podczas niektórych manewrów powietrznych, stąd chęć jak najdłuższego utrzymania ścisłej tajemnicy w tej sprawie. K. von Gersdorff, H. Schubert, S. Ebert.., s. 82.)). Gdy uporano się już z problemami w 1935 roku wprowadzono motor Jumo 210 A o mocy 680 KM przy obrotach rzędu 2700 obr/min(( Był to pierwszy silnik, który mógł przekraczać granice 2000 obr/min bez problemu. )).
Wraz z wersją B Messerschmitta wprowadzano silnik Jumo 210 B z zainstalowany regulatorem ciśnienia doładowania. Motory C i D to niewielki wzrost mocy do 720 KM. Później do użytku wszedł nieco wzmocniony motor G((Był to pierwszy na świecie silnik z automatyczną kontrolą ciśnienia doładowania i wtrysku paliwa. Automatyzacja kontroli mieszanki zwalniała pilota myśliwskiego z zajmowania się tą niezwykle ważną dla pracy silnika kwestią. Pozwalało to skupić się w kluczowym momencie jedynie na walce z przeciwnikiem bez konieczności martwienia się o właściwe nastawy.)). Silnik otrzymał już wtrysk benzyny i moc 730KM((R. Müller, Junkers Flugtriebwerke, Oberchaching 2006, s. 155. Również firmy BMW i Daimler pracowały nad wtryskiem, ale Junkers na tym polu wyraźnie przodował. Trzeba również przyznać, że wprowadzenie wtrysku było swego rodzaju rozwiązaniem na niezbyt zaawansowany stopień rozwoju gaźników w Niemczech. Zamiast rozbudowywać system gaźnikowy i niwelować jego wady zdecydowano się pójść o krok dalej w stronę wtrysków. Wadą układu była większa masa i konieczność posiadania wyspecjalizowanego personelu, ale z czasem podniesiono okresy miedzy-przeglądowe w pompach wtryskowych. Wtrysk miał jeszcze jedna ogromna zaletę. Był mniej wrażliwy na paliwa gorszej jakości.)). Jak widać dodanie wtrysku nie przyniosło oszałamiającego wzrostu mocy, ale podobnie jak we współczesnych motorach sprawa rozbijała się o efektywność podawania mieszanki co z kolei przełożyło się na spadek zużycia paliwa o znaczące 8,5 % w porównaniu z silnikami gaźnikowymi. Dodatkowymi atutami była lepsza sprawność silnika na wysokich pułapach i przytaczana już wielokrotnie możliwość wykonywania gwałtownych manewrów bez przerw w pracy silnika.
Modyfikacje w pierwszy wersjach silników były zazwyczaj niewielkie i sprowadzały się do zmiany przełożenia sprężarki czy też ustawienia reduktora. W sumie między 1934, a 1938 wyprodukowano 6500 silników Jumo 210 stosowanych w różnych samolotach. Silniki Jumo 210 posiadły kilka rozwiązań nowoczesnych jak na owe czasy wśród których wymienić należy odwrócenie silnika i wprowadzenie układu z wiszącymi cylindrami. Blok silnika był monolityczny i wykonany z metali lekkich. W głowicy instalowano po dwa zawory dolotowe i jeden wylotowy na każdy cylinder. Jednostopniowa dwubiegowa sprężarka mechaniczna zapewniała wzrost ciśnienia o 30%. We wczesnych modelach stosowano nadciśnieniowe gaźniki zastąpione później poprzez wtrysk paliwa. Dla pilota ważniejsza była jednak raczkująca wtedy powoli automatyzacja obsługi silnika polegająca na ułatwieniach w ustawianiu mieszanki, obrotów, sprężarki, ciśnienia ładowania i ustawienia skoku śmigła.
Wysokie wymagania wobec nowego silnika wymusiły na konstruktorach zastosowanie kilku sztuczek by móc je spełnić. Podniesienie obrotów było niebezpieczne ponieważ zagrażało procesowi smarowania. By temu zaradzić zdecydowano się zmniejszyć skok. Kolejna kwestia to dostarczenie powietrza. Wyższe obroty, to mniejszy czas otwarcia zaworów, co z kolei utrudnia doprowadzenie powietrza do komory spalania. By temu zaradzić zdecydowano się na już wspomniane dwa zawory dolotowe. By dostosować obroty śmigła do odpowiednich zastosowano stosowną przekładnię. Dwustopniowa sprężarka zapewniała odpowiednią moc w szerszym zakresie pułapów. Kolejnym novum był układ chłodzenia- zamknięty, ciśnieniowy połączony z oddzielną chłodnicą. System zapobiegał ryzyku zagotowania się płynu dzięki separatorowi pary. Efektem tego była stosunkowo mała chłodnica oraz niewielka ilość płynu niezbędna w układzie. Wszystko razem pomagało w obniżeniu masy oraz zmniejszało opór czołowy samolotu((A.L. Kay, Junkers Aircraft and Engines 1913-1945, Londyn 2004, s. 266-267.)).
Wszystkie te czynniki powodowały, że w latach 30 Niemcy wysunęły się na czoło w dziedzinie konstrukcji silników lotniczych. Warto mieć w pamięci, że przez wiele lat w wyniku ograniczeń postpierwszowojennych prace rozwojowe nie mogły przebiegać normalnym trybem.
Gdy na horyzoncie pojawił się motor DB 600, a później DB 601 Junkers przestał być dostawcą motorów dla Bf 109. Jego silniki dostarczały zbyt małą moc, a by poprawić osiągi potrzeba było mocnego motoru dostępnego od zaraz i w dużej ilości. Junkers pracował nad większa jednostką oznaczona jako Jumo 211. Pojemność powiększona do 35 litrów miała pomóc w uzyskaniu większej mocy wymaganej przez kolejne wersje rozwojowe produkowanych samolotów. Do maszyn myśliwskich Ju 211 nie trafił(( Z 68248 wyprodukowanymi jednostkami Jumo 211 jest na pierwszym miejscu wśród wszystkich silników używanych w III Rzeszy.)).
Wraz z pracami projektowymi w biurze Focke Wulfa i wprowadzeniem do produkcji maszyn Fw 190 D Junkers znowu znalazł się w czołówce dostawców mysliwskich tłokowych silników lotniczych. Będący daleką wersją rozwojową Jumo 210, Jumo 213 A użyty w seryjnych samolotach D-9 legitymował się mocą 1750 KM((Szybko moc podniesiono do 1900 KM dzięki wprowadzonemu przez Junkersa Ladedrucksteigerungs-Rüstsatz, który można było wdrożyć na lotnisku polowym i moc ta mogła się utrzymywać do 5000 metrów. Poprawka ta podnosiła ciśnienie doładowania i wprowadzała udoskonalenia w sterowaniu silnika. System można było stosować z MW-50, ale trzeba było przestrzegać wspomnianego pułapu maksymalnego.)), którą można było czasowo podnieść do 2240 KM przy pomocy instalacji MW 50. W maszynie Ta 152 H będącej kolejnym krokiem rozwojowym użyto również silnika Junkersa, a mianowicie Jumo213 E. Należy jednak zwrócić uwagę na to, że Deimler-Benz nie chciał łatwo oddać pola i wersjach C samolotu Ta 152 rozważano rozwojowe wersje motorów DB 603.
Jumo 213 to absolutny szczyt niemieckich silników tłokowych w układzie V produkowanych przez Junkersa, ale można zaryzykować twierdzenie że był najlepszy motorem pośród wszystkich niemieckich silników tego typu. I w tym przypadku napotkano początkowe problemy co wcale nie dziwi. Jednym z nich były ogromne wibracje, które powodowały że cały samolot się im poddawał. Pierwsze próby rozpoczęły się w 1940 kiedy to platformą testowa był samolot Ju 52(( R. Müller, Junkers…, s. 167.)). Pomimo początkowych obietnic rozwój silnika przeciągał się i napotykał na problemy i dopiero w 1944 roku udało się uruchomić produkcję na wielka skalę. Powstałe opóźnienia można uznać za normalne w toku opracowywania zaawansowanych konstrukcji, ale w przypadku państwa zaangażowanego w wojnę, która w 1943 zaczynała przybierać zły obrót sytuacja ta nie mogła spotkać się z wyrozumiałością kierownictwa III Rzeszy i powodowała pewną presję na producenta(( G. Hentschel, Die Geheimen Konferenzen des Generalluftzeugmeisters, Koblenz 1989, s. 73-76.)).
Za produkcję silnika odpowiadał od początku dr August Lichte. Firma dostarczyła ponad 9000 silników tego typu, a o jego jakości świadczy stosunek mocy do masy i mocy do pojemności. (odpowiednio 0,41 kg/KM i 60KM/l). Jumo 213 charakteryzował się znaczącym wzrostem obrotów maksymalnych w porównaniu z dotychczas produkowanymi silnikami do niebotycznych 3250((Już Jumo 210 przekraczając 2000 obrotów wykonał poważny skok naprzód.)). Niemcy opierali wiele przyszłościowych konstrukcji na tym silniku, ale na szczęście został on wprowadzony za późno i w 1944 roku nie mógł już pomóc w przynajmniej częściowym odwróceniu kolei wojny.
W modelu F wprowadzono dwustopniową trzybiegową sprężarkę pozwalającą na osiągnięcie maksymalnej mocy na pułapie 9600 metrów. Był to silnik który mógł sprostać wyzwaniom związanym z nalotami dywanowymi prowadzonymi na wysokich pułapach pod eskortą P-51. Za obsługę nastawów silnika odpowiadał Motor-Bedingerät pozwalający na zmianę ustawień przy pomocy jednej dźwigni. By wspomóc działanie silnika zastosowano połączenie systemów GM-1 i MW-50 co przełożyło się na osiągnięcie Ta 152 H na pułapie 12500 m prędkości 760 km/h.
Do najważniejszych innowacji silnika 213 należała m.in. chłodzone cieczą głowice cylindrów, przekonstruowane wałki rozrządu, wał korbowy pozwalający na osiąganie wyższych prędkości obrotowych, nowy rodzaj przestawnego mechanizmu śmigła, sprężarka wysokościowa o jednym lub dwóch stopniach z dwoma lub trzema biegami, udoskonalony system wtrysku paliwa, system chłodzenia, regulację parametrów silnik przy pomocy jednej dźwigni((System podobny do Komandogerat stosowanego w BMW.)).

Myśliwskie silniki lotnicze firmy Junkers należały do jednych z najbardziej innowacyjnych konstrukcji. Legitymowały się dobrymi osiągami i pozwalały na nawiązanie równorzędnej walki z maszynami alianckimi wyposażanymi w jedne z najlepszych motorów swoich czasów.

dr Krzysztof Kuska

Bibliografia:

– K. von Gersdorff, H. Schubert, S. Ebert, Flugmotoren und Strahltriebwerke, Bonn 2007.
– R. Müller, Junkers Flugtriebwerke, Oberchaching 2006.
– A.L. Kay, Junkers Aircraft and Engines 1913-1945, Londyn 2004.
– G. Hentschel, Die Geheimen Konferenzen des Generalluftzeugmeisters, Koblenz 1989.

Zdjęcie: Wikimedia Commons