2021. máj 24.

A Harmadik Birodalom rakétameghajtású repülőinek hajtóművei

írta: Wilson52
A Harmadik Birodalom rakétameghajtású repülőinek hajtóművei

Német repülőgépeken alkalmazott rakétahajtómű fejlesztések a második világháború alatt és előtt

Az előző írásban igyekeztem bemutatni a Szovjetunióban a második világháború alatt és előtt megvalósult rakéta kísérleteket amelyeknél a "főszerepet" a repülőgépek játszották.És nem lenne teljes a kép ha nem térnénk ki a az ugyanebben az időszakban lezajlott (a repülőgépeken alkalmazott) német  rakéta fejlesztésekre és kísérletekre.Már csak azért is érdemes, a német rakéta fejlesztéseknek kiemelt figyelmet szentelni,mert világosan kirajzolódik,hogy a rakéták alkalmazásának ebben a szegmensében is (a tárgyalt időszakban) mennyivel a világ előtt jártak.

Az indításhoz és a repüléshez használt rakétahajtóművek első tényleges használatára 1928 márciusában került sor Németországban az Alexander Martin Lippisch német  tervező által tervezett vitorlázó repülőgépben, amely az Ente nevet kapta. Ami németül annyit jelent, hogy "kacsa".

                  Ente vitorlázó repülőgép szilárd hajtóanyagú gyorsítórakétával.

 A vitorlázó repülőgép két szilárd rakétahajtóművel volt felszerelve, amelyek mindegyike 30 másodpercig működött. A gyújtás elektromos volt. Két repülést hajtottak végre. Az elsőben a rakétahajtóművek felváltva működtek. A vitorlázó repülőgép sikeresen felszállt, és miután egy perc alatt 1500 métert repült, sikeresen leszállt. A második repülés a két egység egyidejű aktiválásánál az egyik rakéta robbanása miatt kudarccal végződött. De az első lépés a rakéták alkalmazásával kapcsolatban már megtörtént.

                                         Gotha Go242 vitorlázó repülőgép repülés közben.

 Később, a második világháború elején, és különösen annak második felében, amikor számos német repülőteret tettek tönkre a bombázások, a rakétahajtóműveket széles körben használták a repülőgépek felszállásának elősegítésére ebben a szerepkörben mind a szilárd hajtóanyagon alapuló, mind a folyékony hajtóanyagú rakétákat használták , annál is inkább, mert a német ipar elég nagy "választékban" gyártotta őket.

Messerschmitt Me 321 Gigant szállítórepülőgép. A szárny alatt láthatóak a rakétahajtóművek .

Előszeretettel használták őket, bombázók indítására ,beleértve az újonnan épített, sugárhajtóművekkel felszerelt bombázókat is, amelyek hajtóművei még nem tudtak elegendő tolóerőt biztosítani, vagy a nagy méretű, nehéz katonai vitorlázó repülőgépeknél, mint a Gotha Go 242 vagy a Messerschmitt Me 321 Gigant indításakor.

A szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéták között például igen gyakori és elterjedt volt a Rheinmetall-Borsig cég 109-502 (RI.502 volt a cégmegjelölés) nevű rakétahajtóműve. Ezek egyszerű egykamrás rakéta hajtóművek voltak, diglikol porral és elektromos gyújtással. Egy ilyen rakéta hajtómű működési ideje körülbelül hat másodperc volt, körülbelül 600 kgf tolóerővel. Rövidebb üzemidővel a maximális tolóerő elérhette a 900 kgf-t.

              Rheinmetall-Borsig RI 502 szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta.          

Rheinmetall-Borsig RI 502 rakétahajtómű a Gotha 242A-1 törzsének hátsó részén

RI.502 rakétahajtóművek a Me-262 V5 törzse alatt. Rakétahajtóművek a Me-262-esre történő felszerelés előtt, vezérlőszervek a Me-262-es pilótafülkéjében.

                    Szilárd hajtóanyagú rakétahajtómű Me-262-es repülőgépen. ( modell)

Ilyen gyorsítórakétákat helyeztek el a vitorlázórepülőkön (a törzs farokrészében) és néhány repülőgépen is, például a Me-262-es sugárhajtású gépen (a törzs alatt, a futómű mögött), amelyek viszonylag rövid (1400 m alatti) és betonozatlan kifutópályákon szinte  nélkülözhetetlenek voltak . Később más vállalatok is gyártottak szilárd hajtóanyagú gyorsítórakétákat pl: WASAG 109-522 típusok 532/543 és Schmidding 109-563/593 típusok.

És el is érkeztünk a következő lépcsőfokhoz a folyékony hajtóanyagú rakéta hajtóművekhez,Németországban már 1937-ben megkezdődött a fejlesztés ebben a szegmensben, 1939-ben pedig további technológiákat vásároltak az Egyesült Államokból, ami felgyorsította a folyamatot.

Az első jól használható folyékony hajtóanyagú német rakétahajtómű a Hellmuth Walter Kommanditgesellschaft (HWK) által HWK-109-500 (RII.201/202b) néven kifejlesztett rakéta hajtómű volt, amit széles körben használtak. A HWK-109-500 család (később megjelent egy másik 501-es is) a Starthilfe nevet kapta, ami németül lényegében "indítássegítést" jelent.

                                            HWK 109-500 rakéta múzeumi kiállításon

A HWK-109-500 fő jellemzője, hogy egykomponensű, folyékony hajtóanyagú rakétahajtómű volt. Ez egy úgynevezett "hideg rendszer", amelyben nincs égés, és nincs égéstér sem. Van egy úgynevezett bomlási kamra. Maga a folyamat meglehetősen egyszerű és hatékony. A motor a T-Stoff jelölésű üzemanyagot használta.

Néhány szó erről a nem teljesen érthető elnevezésről és annak eredetéről....

A különböző rendszerű rakétahajtóművek a működésük során, számos különböző vegyi anyagot, összetételt és összetevőt használnak. Ezek üzemanyagok, oxidálószerek, katalizátorok, monofuelek, stabilizátorok stb. Ezeknek az anyagoknak a listája  általánosan ismert. Az egyszerűség kedvéért a második világháború előtt a rakétatechnikával foglalkozó német tudósok és mérnökök a listájukban szereplő minden egyes elemnek külön nevet adtak, amely egy betűből és a "stoff" szóból állt.Ez a szó németül "anyagot" jelent. Például a hidrogén németül Wasserstoff, az oxigén Sauerstoff stb. Az eredmény egy meglehetősen jól használható kódolás lett, amelynek egyes elemeit még a mai napig is használják.

                              HWK 109-500 rakétahajtómű gyártása.

 A HWK-109-500 rakétahajtómű T-Stoff és Z-Stoff elemeket használt. Az első elem a hidrogén-peroxid (H2O2) magas koncentrációja (általában 80%). A második egy katalizátor. Katalizátorként permanganátokat használtak: kálium (mangán) - KMnO4 vagy kalcium - Ca(MnO4)2.

Maga a folyamat a következő. A hidrogén-peroxid katalizátor jelenlétében intenzíven bomlik vízre és oxigénre. Ezzel egyidejűleg a hőmérséklet jelentősen megemelkedik (akár 600 °С-ig). Mindez egy speciális kamrában (bomlasztókamra) történik.Ahová a hajtóanyagot sűrített levegő segítségével juttatják be.

Az így keletkező felmelegített "gőz-gáz keverék" egy fúvókán keresztül távozik a kamrából, sugárhajtást generálva. A pilóta a pilótafülkéből a sűrített levegőellátást szabályozó elektromos szelep nyitásával vagy zárásával szabályozhatta a tolóerőt.

HWK-109-500 (RII.202b) folyékony hajtóanyagú gyorsítórakéta, belső elrendezés.

A HWK 109-500 gyorsító szerkezetének vázlata. 1. - tartályok sűrített levegővel. 2,3 - nyomástartó szelepek  4. -  T-stoff.tartály  5. - Z-stoff tartály. 6. - bomlási kamra.

 A gyorsító rakétákat a repülőgépekre és a vitorlázórepülőkre egy (vagy több) szárnykonzol alá szerelték. A HWK 109-500 üzemideje kb. 30 mp volt, tolóereje 500 kgf, saját tömege 125 kg.

     A HWK-109-500 (RII.202b) gyorsító a Gotha 242A-1 vitorlázórepülőgép szárnya alatt.

A rakéta  nagyon megbízhatónak bizonyult.Összesen mintegy 3000 repülőgép- és vitorlázórepülőgép-indítást hajtottak végre ilyen rakétahajtóművekkel, és nem jegyeztek fel komolyabb meghibásodást.

Előkészületek a HWK 109-500 rakétahajtóművek Arado Ar 234-re történő felszereléséhez.

                                         Egy HWK 109-500 felszerelése egy Arado Ar 234-re.

    Kiégett HWK-109-500 rakétahajtóművek ledobása egy Arado Ar 234-es repülőgépről.

A HWK 109-500-ast számos repülőgépen és vitorlázórepülőgépen alkalmazták, leggyakrabban az Arado Ar 234 " repülőgépen, ahol a motor tolóereje (Jumo 004) egyértelműen elégtelen volt. A boosterek szinte állandó jellegzetességei lettek ennek a repülőgépnek.

Kezdetben a gyorsítórakéták a működésük után is a repülőgépen maradtak, de később a rendszert továbbfejlesztették, és lehetővé vált, hogy ledobják őket ejtőernyők segítségével. Az ejtőernyő összecsomagolt állapotban a rakéta  elülső részen volt elhelyezve (a képen látható). Más szóval, a gyorsító rakétákat az ejtőernyő alkalmazásával több alkalommal is fel lehetett használni. Összesen több mint 6000 darab ilyen egységet gyártottak a háború alatt.

Egy Arado 234B-1 repülőgép HWK-109-500 rakétahajtóművekkel .

                           Az Arado Ar 234 indítása a HWK 109-500-as hordozórakétával.

 A némileg tovább fejlesztett de kis sorozatban gyártott HWK 109-501 rakétahajtómű nem sokban különbözött elődjétől, de ez a rakéta hajtómű már kétkomponensű folyékony hajtóanyagú rakétahajtómű volt,Hajtóanyagként kerozin és hidrazin keverékét (Br-Stoff + B-Stoff - kb. 20 kg), oxidálószerként 80%-os hidrogén-peroxidot (T-Stoff - 220 kg), reakciókatalizátorként kalcium-permanganátot (Z-Stoff - kb. 12 kg) használtak.

Itt már volt egy égéstér, amelybe a hajtóanyagot  és az oxidálószert (sűrített levegővel) táplálták be, és az egész folyamat "forró" volt. A hidrogén-peroxid még  hűtötte is az égésteret a folyamat során.

A HWK 109-501 30 másodperc alatt 1500 kgf, 42 másodperc alatt pedig 1000 kgf tolóerőt tudott leadni. A nagy tolóerő ellenére ez a rakétahajtómű a bonyolult tervezés és az üzemanyag-összetevők miatt nem bizonyult népszerűnek. A hidrazin közismerten nagyon mérgező. Főleg a Ju-287-es  repülőgépen használták, mivel a saját hajtóműveinek tolóereje alacsony volt.

HWK 109-501.

          Ju-287 HWK 109-501 rakétahajtóművel.

 Érdemes megemlíteni, hogy a "hideg" elvet egykomponensű üzemanyaggal egy másik HWK hajtóműnél is alkalmazták . Bár ez a hajtómű is a "hideg" elvet alkalmazta  azonban az ennél a hajtóműnél használt C-Stoff (0% hidrazin-hidrát + 57% metanol + 13% víz keveréke)hajtóanyag miatt "forró" hajtóműként vált ismerté.Érdekessége még ennek a hajtóműnek,hogy  a turbószivattyú egységét, amely a hajtóanyag-összetevőket az égéstérbe juttatta, a T-Stoff (hidrogén-peroxid) segítségével működtették, .Ez az a (HWK 109-509 (RII.211)) hajtómű, amelyet a háború végén a híres Messerschmitt Me 163B Komet rakétahajtású vadászgépre szereltek. Továbbfejlesztett és könnyebb változatát, a HWK 109-509.S-2-t a tervek szerint rakétahajtóműként szerelték volna a Me 262 C-3a Heimatschützer IV-re egy speciális keret segítségével a törzs alá.

A HWK109-509 folyékony hajtóanyagú rakétahajtómű.

HWK 109-509.S-2 folyékony hajtóanyagú rakétahajtómű Me 262 C-3a repülőgépre történő felszerelésre szánt keretben.

Me 262 C-3a Heimatschützer IV repülőgép vázlata a HWK 109-509.S-2 gyorsító rakétával a törzs alatt.

A HWK 109-509 (RII.211) motor a Messerschmitt Me 163B Komet repülőgépekhez.

A hajtóműnek 2000 kgf tolóerőt kellett volna produkálnia. Voltak olyan tervek is, hogy a Jumo 004-es szabványos hajtóműveket két HWK 109-509 (RII.211) hajtóművel helyettesítik a kísérleti Me-262 C-3 Heimatschützer III-on. Azonban ezekre már nem került sor, mivel a háború véget ért.

Messerschmitt Me 163B Komet.


Me-262-es repülőgép.

A HWK 109-509 (RII.211) hajtómű mindig gyorsító rakéta hajtóműként használták. 1945. február 27-én emelkedett a levegőbe a Me 262 C-1a Heimatschützer I, amelynek farokrészébe egy 109-509.S-1 változatát építették be.

A Me 262 C-1a Heimatschützer I felszállás közben, a farokrészben működő HWK 109-509.S1-gyel.

A hajtómű üzemanyaga egy C-stoff keverék volt (57% metil-alkohol (metanol), 30% hidrazin, 13% víz, valamint 431-es nevű katalizátor amely elnevezés K3Cu(CN)4-et kálium kupa cianidot jelentett  .Oxidálószerként T-stoffot (hidrogén-peroxid) használtak. A gyújtás spontán történik

            A Me 262 C-1a Heimatschützer I sémája HWK 109-509.S1 gyorsítóval.

A hajtómű maximális tolóereje körülbelül 1700 kgf volt, és a pilótafülkéből lehetett beállítani. A földön és a levegőben is be lehetett kapcsolni. Segítségével a repülőgép 4,5 perc alatt érte el a 11700 méteres magasságot

Egy másik érdekes projektet a Bayerische Motoren Werke AG (BMW AG) valósított meg egy folyékony hajtóanyagú rakétahajtóművel. Lényegében egy kombinált meghajtórendszer volt, amelynek alapja egy BMW 003-as turbó sugárhajtómű volt, amelynek kimeneti része fölé egy korlátozott üzemidejű gyorsító rakétát szereltek.

A kombinált motor a BMW 003 R (TLR 109-003) nevet kapta, és a Me-262-es repülőgép, az Me 262 C-2b Heimatschützer II, valamint a Heinkel He 162 Volksjäger vadászgép, a He 162E-hez készült. A Me-262-esen a gyorsítórakétát csak egyszer próbálták ki repülés közben, 1945. március 26-án, nagyjából ugyanabban az időben, amikor a He-162E-t repülték. több alaklomra már nem került sor.

A "segédmotort" BMW 718 (109-718) névvel. R-Stoffot technikai trimetilamin és xilidin keverékét (50/50, erősen mérgező folyadék) használt. Ezt az üzemanyagot   TG-02 néven tovább használták a Szovjetunióban a rakéta fejlesztéseik során.


                BMW 003 R sugárhajtóómű BMW 718-as gyorsítórakétával

  Me 262 C-2b Heimatschützer II repülőgép.

Heinkel He 162 Volksjäger repülőgép.

Az ennél a hajtóműnél  alkalmazott oxidálószer egy folyékony SV-Stoff vegyület volt. Oroszul "vörös füstölgő salétromsavnak" (vagy burdinamikus savnak) nevezik. Angolul az RFNA (Red fuming nitric acid) rövidítésnek felel meg. Salétromsav és dinitrogén-tetraoxid keveréke. Az SV-Stoff esetében az RFNA összetétele Németországban a háború alatt HNO3 + N2O4 (salétromsav és dinitrogén-tetroxid,94%+6%) volt.

A BMW 003 R motor a BMW 718-assal kombinálva 3 percig kb. 2 tonna tolóerőt tudott produkálni (a gyorsító rakéta saját tömege nem volt több mint 80 kg, a saját tolóerő kb. 1259 kgf). Egyes jelentések szerint ez a tolóerő lehetővé tette a Me 262 C-2b (két BMW 718-as hajtóművel) számára, hogy 3 perc alatt 9000 m magasságba emelkedjen.

Mint látható a náci Németország főként a háború alatt ezen rakétahajtóművek fejlesztése és alkalmazása területén bámulatos fejlődést ért el és messze a világ előtt járt minden tekintetben.

 

 

Szólj hozzá

Németország Történelem Rakéta hajtómű