BMW 003
BMW 003
ドイツ連邦軍博物館にある BMW 003 エンジン。 LからRへのエアフロー。
タイプターボジェット
国籍ドイツ
メーカーBMW
最初の実行1940年8月
主な用途ハインケル He 162
建造数3,500
開発されて

BMW 003（RLMの正式名称は109-003 ）は、第二次世界大戦中にドイツのBMW AGが製造した初期の軸流ターボジェットエンジンです。003とユンカース ユモ004は、第二次世界大戦中に生産された唯一のドイツ製ターボジェットエンジンでした。

BMW 003の設計は同時代のユモ004よりも早く開始されていたが、開発上の問題が長引いたため、BMW 003の生産開始は大幅に遅れ、この機体を念頭に設計された航空機プロジェクトは、ユモエンジンに換装された。最も有名な事例はメッサーシュミットMe 262で、Vシリーズの試作機2機と実験機A-1b 2機に003が搭載された。BMW 003を搭載した量産機は、ハインケルHe 162と、後期のCシリーズ（アラドAr 234の4発機版）のみであった。

BMW 003エンジンはドイツで約3,500基製造されましたが、航空機に搭載されたのはごくわずかでした。[ 1 ]このエンジンは、戦時中の日本、そして戦後のソ連におけるターボジェットエンジン開発の基礎となりました。より大型の派生型としてBMW 018がありましたが、終戦までに試作機はわずか3機しか製造されませんでした。

設計と開発

ジェット推進の実用性は、1937年初頭、ドイツでハインケル社と共同研究を行っていたハンス・フォン・オハインによって実証されていました。この発明の可能性を認識したドイツ航空省（ドイツ語：Reichsluftfahrtministerium 、略称RLM）は、ドイツの航空エンジンメーカーに対し、独自のジェットエンジン開発プログラムを開始するよう奨励し、ユンカース社とBMW社に静推力1,520ポンド（690kg）のエンジン開発契約を提示しました。[ 2 ]

BMW 003は、ヘルマン・エストリッヒの指揮の下、ブランデンブルク自動車工場（Brandenburgische Motorenwerke、通称「ブラモ」）のプロジェクトとして開発が開始され、RLMの名称109-003（ジェットエンジンおよびロケットエンジンのプロジェクトすべてに共通するRLMの接頭辞「109-」を使用）が付与されました。ブラモは、109-002という別のターボジェットエンジンも開発していました。1939年、BMWはブラモを買収し、その買収により両方のエンジンプロジェクトを獲得しました。109-002は、トルクを削減することを目的とした非常に高度な二重反転圧縮機設計を採用していましたが、よりシンプルなエンジンに置き換えられたため、開発は中止されました。しかし、最終的には、このエンジン自体にも開発上の問題が数多く存在することが判明しました。

建造は同年末に始まり、エンジンは1940年8月に初稼働したが[ 3 ] 、推力はわずか330ポンド（150 kg）で、目標の半分に過ぎなかった。[ 4 ]最初の飛行試験は1941年半ば、メッサーシュミット Bf 110試験機の機体の下に搭載されて行われた。しかし、問題は続き、プログラムは遅延した。Me 262 V1試作機の機体（このエンジンを使用する最初の航空機）は飛行試験の準備ができていたが、動力装置が用意できず、実際には機首に補助的な従来型のユンカース Jumo 210ピストンエンジンを搭載した状態で飛行試験が開始された。1941年11月になってようやく Me 262 V1 に BMW エンジンが搭載されて飛行したが、このエンジンは両方とも試験中に故障した。[ 5 ]試作機は、まだ搭載されていたピストンエンジンの動力で飛行場に戻らなければならなかった。[ 6 ] [ 7 ]

BMW製エンジンの一般的な使用は、Me 262 A-1bとして知られる2機の試験機を除いて、Me 262では断念された。少数のメッサーシュミット Me 262 A-1b試験機では、003ジェット機のより発展型が使用され、公式の最高速度は500 mph (800 km/h)を記録した。Me 262A-1a量産型では競合機のユモ 004が使用され、その重量により、重心を正しい位置に移動させるために主翼を後退させる必要があった。003の開発はいずれにせよ続行され、1942年後半までにははるかに強力で信頼性の高いものになった。改良されたエンジンは1943年10月にユンカース Ju 88で飛行テストされ、1944年8月にようやく量産準備が整いました。完成したエンジンは信頼性が低いという評判を得、主要なオーバーホール (厳密にはTBOではない) 間の時間は約50時間であった。[ 8 ]（競合したユモ004は30機から50機で、10機ほどしかなかったかもしれない。）[ 8 ] 1944年を通じて003の信頼性は向上し、イェーガーノートプログラムの軽戦闘機生産契約を競う機体設計に適した動力装置となった。この契約はハインケルHe162スパッツの設計が勝ち取った。

このエンジンの開発には、競合するユモ004Bと同じ推力クラスだが重量が約136kg（300ポンド）軽い、推力を900kg（2,000ポンド）まで上げた003Cと、推力をほぼ1,100kg（2,400ポンド）まで上げた003D [ 9 ]があり、初期設計の7段に加えて1段の圧縮機と1段のタービンを追加し、[ 10 ]推力重量比は003Dで1,431ポンド（649kg）で16.58N/kgとなり、950キログラム（2,090ポンド）のハインケルHeS011Aの1.288lb f /lb（12.63N/kg）の数値より約30％大きくなった。

ドイツで生産された航空機のうち、003エンジンを搭載したのはわずか2機のみだった。1機目はハインケルHe 162 Aスパッツ（フォルクスイェーガー軽戦闘機設計コンペティションで使用が義務付けられたため）[ 11 ] 。スパッツは003E型を搭載し、胴体上部への搭載を可能にするために腹部に取り付け口を設けた。もう1機は4発エンジンのアラドAr 234 C偵察爆撃機型で、主にHe 162Aに割り当てられたにもかかわらず、 より「入手しやすい」エンジンを搭載するように設計された[ 12 ] 。

BMW 003 は、同社の801星型エンジンよりも材料費が12,000 シンプソンから 40,000 シンプソン安く、ユンカース ユモ 213倒立 V12 ピストン エンジンの 35,000 シンプソンよりも安価でしたが、競合製品のユンカース ユモ 004 の 10,000 シンプソンよりは若干高価でした。[ 13 ]さらに、004の完成には製造、組み立て、出荷を含めてわずか375時間しかかからなかったのに対し、801では1,400時間を要した。[ 14 ]ハインケル・ヒルトエンジン工場があるコルベルモアでは、ロイ・フェデン卿率いるフェデンミッションが、ジェットエンジンの製造はピストンエンジンの製造よりも単純で、労働力もそれほど熟練しておらず、工具もそれほど複雑ではないことを発見した。実際、ジェット機の中空タービンブレードや板金加工のほとんどは、自動車のボディパネルの製造に使用される工具で行うことができる。[ 15 ]燃焼室の寿命は200時間と推定された。[ 8 ]

リーデル製フラットツイン機械式APUを搭載した保存状態のBMW 003

BMW 003は、やや出力の高い競合機であるユモ004とほぼ同じ始動方法を採用していた。ノーバート・リーデル社製の10PS水平対向2ストロークエンジンを、エンジンの吸気切替弁内に機械式補助動力装置（APU）として搭載し、003の中央シャフトを回転させて作動させる方式である。戦後、アメリカ軍が執筆したBMW 003の報告書には、何らかの電動スターターがリーデル製APUを「始動」するために使用されたと記されており、戦時中または復元されたBMW 003の写真には、博物館に保存されている多くのユモ004の吸気切替弁の先端部に見られる「D字型」のハンドルは写っていない。[ 16 ]

「混合パワー」アップグレード

このエンジンの後期型の一つでは、後方、通常はエンジンの排気口の真上に小型ロケットモーター（BMW 109-718 ）が追加され、離陸や短距離ダッシュ時に3～5分間、1回あたり約1,250 kg（2,760ポンド）の推力を追加した。 [ 17 ]この構成ではBMW 003Rとして知られ、信頼性に重​​大な問題があったものの、Me 262の発展型（Me 262C-2bハイマチュッツァー II [ホームディフェンダー II]）、[ 18 ]およびHe 162（He 162E）の試作機1機でテストされた。両試作機は1945年3月にジェット/ロケットのハイブリッド動力で飛行したが、[ 18 ]記録には162Eでのテストの結果は示されていない。

BMW 003は約500台しか製造されなかったが[ 13 ]、戦後のフェッデンミッションは、1946年半ばまでにドイツのジェットエンジンの総生産量は年間10万台以上に達した可能性があると推定した[ 8 ] 。

003は日本への輸出が予定されていたが、実機は供給されなかった。代わりに、日本の技術者たちは断面図を用いて国産ターボジェットエンジン「石川島Ne-20 」を設計した。[ 19 ]

ターボシャフト開発

003は、今日では多目的用途のターボシャフト動力装置と呼ばれているものに対するドイツ軍の予測されたニーズを満たすガスタービン開発プロジェクトのベースとして選ばれました。このプロジェクトはGT 101と呼ばれ、1944年11月中旬に003軸流ターボジェットを出発点として使用しました。その本来の目的は、パンター戦車のエンジンを、最大1,150 PSの使用可能な軸馬力定格が可能なターボシャフトベースの動力システムでAFVのドライブトレインに交換することでした。エンジンの重量はわずか990ポンド（450 kg）で、27 hp/トンのパワーウェイトレシオを実現しました。これは、パンターの元のガソリン燃料のマイバッハV12ピストンエンジンの2倍強です。[ 20 ]

戦後の使用

戦後、鹵獲された2機の003エンジンが、ソ連初のジェット機であるミコヤン・グレヴィチMiG-9の試作機に搭載された。BMWエンジンの設計図は、ベルリン近郊のバスドルフ＝チュールスドルフ工場と、ノルトハウゼン近郊の悪名高い奴隷労働施設ミッテルヴェルクの両方からソ連軍に押収された。003エンジンの生産は、レニングラードの「赤い十月」GAZ 466（ゴーリキー自動車工場、通称「赤い十月」）とKMPO沿いのクズネツォフで行われ、1947年からRD-20（「ジェット推進」）の名称で量産された。[ 21 ]

連合軍によるドイツ占領後、マルセル・ダッソーはヘルマン・エストリッチが占領下ドイツのアメリカ占領地域からフランス占領地域へ移動する際に支援を行った。数年後、彼はフランスの国営航空機エンジン会社SNECMAの部門であるヴォワザン社で働くようになった。003の基本設計を基に、ダッソーのウーラガン、ミラージュIII、ミステール戦闘機に搭載された、より大型のアタールジェットエンジンを開発した。 [ 22 ]

変種

データ出典： 1946年世界の航空機エンジン[ 23 ]およびBMW 003ターボジェットの設計分析、ルドルフ・C・シュルテ少佐（米国空軍本部ターボジェットおよびガスタービン開発プロジェクトオフィサー） [ 24 ]

BMW 003A-1 (TL 109–003)
プロトタイプ、5.87 kN (1,320 lbf) / 8,000 rpm / 海面、重量 609 kg (1,343 lb)。
BMW 003A-2 (TL 109–003)
初期生産型、7.83 kN (1,760 lbf) / 9,500 rpm / 海面。
BMW 003C (TL 109–003)
改良設計、軽量化 A-2、8.81 kN (1,980 lbf)、ユモ004Bと同等) / 9,500 rpm / 海面
BMW 003D (TL 109–003)
改良設計003C、10.76 kN (2,420 lbf) / 10,000 rpm / 海面、重量649 kg (1,431 lb) [HeS 011より301 kg (664 lb)軽量]、より高い推力を得るために1つの追加の圧縮機とタービンステージが追加され、エンジンの長さは303 mm ( 11+ A-2 と比較して、全長が15 ⁄ 16インチ長くなっています。
BMW 003E
ハインケル He 162およびヘンシェル Hs 132の胴体上部に使用するための腹部取り付けポイントを備えています。
BMW 003R（TLR 109–003）
003A-2型ターボジェットエンジン。ジェット排気ノズル上に固定されたBMW 109-718（RLMエンジン番号109-718）液体燃料ロケットを搭載し、燃料としてR-ストフ（別名トンカまたはTONKA-250、トリエチルアミン50%、キシリジン50% ）と酸化剤としてSV-ストフ（別名RFNA推進剤、硝酸94% 、 N 2 O 4 6% ）のハイパーゴリック混合液を使用し、コードネーム「サルベイ（賢者）」が付けられていた。003Rは3分間、20.06 kN（4,510 lbf）の総合推力を発揮した。

アプリケーション

仕様（BMW 003A-2）

1946年の世界航空機エンジンデータ[ 23 ]

一般的な特徴

コンポーネント

パフォーマンス

  • 最大推力：離陸時海面で9,500 rpmで7.8 kN（1,760 lbf）
  • 総圧力比：3.1：1
  • 空気質量流量: 9,500 rpmで19.3 kg/s (42.5 lb/s)
  • タービン入口温度: 770 °C (1,418 °F)
  • 比燃料消費量：40 g/(kN⋅s) (1.4 lb/(lbf⋅h))
  • 推力重量比：1.13
  • 通常、静的: 6.89 kN (1,550 lbf) / 9,000 rpm / 海面
  • 軍用飛行: 6.23 kN (1,400 lbf) / 9,500 rpm / 2,500 m (8,202 ft) / 900 km/h (559 mph; 486 kn)
  • 通常飛行時: 2.85 kN (640 lbf) / 11,500 rpm / 11,000 m (36,089 ft) / 900 km/h (559 mph; 486 kn)

参照

関連開発

同等のエンジン

関連リスト

注記

  1. ^ 「BMW 003 ターボジェットエンジン」airandspace.si.edu . 2021年11月10日閲覧。
  2. ^クリストファー・ジョン著『 ヒトラーのXプレーンズ争奪戦』（ザ・ミル、グロスターシャー：ヒストリー・プレス、2013年）、60ページ。
  3. ^ガンストン 1989、27ページ。
  4. ^クリストファー、60ページ。
  5. ^クリストファー、61ページ。
  6. ^パヴェレック、スターリング・マイケル（2007年）『ジェット競争と第二次世界大戦』グリーンウッド出版グループ、ISBN 978-0-275-99355-9。
  7. ^ウィル・レーダー;シック、ウォルター (1996)。Me262 (ドイツ語)。ベルリン: Avantic Verlag GmbH。 p. 23.ISBN​ 978-3-925505-21-8。
  8. ^ a b c dクリストファー、p.76。
  9. ^シュルテ、ルドルフ・C. (1946). 「BMW 003ターボジェットの設計分析 - BMWが開発したガスタービンユニット - 型式：BMW 003D」「 . legendsintheirowntime.com . アメリカ陸軍航空隊 - ターボジェットおよびガスタービン開発本部、AAF。2018年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年9月3日閲覧。静SL推力2,420ポンド@10,000rpm
  10. ^クリストファー、73ページ。
  11. ^クリストファー・ジョン著『 ヒトラーのXプレーンズ争奪戦』（ザ・ミル、グロスターシャー：ヒストリー・プレス、2013年）、145ページ。
  12. ^クリストファー、73～74ページ。
  13. ^ a bクリストファー、p.74。
  14. ^クリストファー、75ページ。
  15. ^クリストファー、74～75ページ。
  16. ^シュルテ、ルドルフ・C. (1946). 「BMW 003ターボジェットの設計分析 - 「エンジンの始動」" . legendsintheirowntime.com . アメリカ陸軍航空隊 - ターボジェットおよびガスタービン開発本部、AAF。2018年9月29日アーカイブ。 2016年9月3日閲覧。始動手順は以下のとおりです。始動エンジンは、電動プライマースイッチを閉じてプライミングし、次にターボジェットの点火装置とリーデルエンジンの点火装置および電動始動モーターをオンにします（このエンジンは、ケーブルを引っ張って手動で始動することもできます）。リーデルユニットが約300 rpmの速度に達すると、ターボジェットのコンプレッサーシャフトに自動的に接続されます。始動エンジンが約800 rpmで始動燃料ポンプがオンになり、1,200 rpmでメイン（J-2）燃料がオンになります。スターターエンジンは、ターボジェットが2,000 rpmに達するまで接続されたままになり、2,000 rpmでスターターエンジンと始動燃料がオフになります。ターボジェットはJ-2燃料で定格速度9,500rpmまで急速に加速する。
  17. ^クリストファー、124ページ。
  18. ^ a bクリストファー、p.125。
  19. ^エドウィン2009、312-314ページ。
  20. ^ケイ、アントニー（2002年）『ドイツのジェットエンジンとガスタービンの開発 1930-1945』シュルーズベリー、英国：エアライフ・パブリッシング、ISBN 9781840372946。
  21. ^アルブレヒト、ウルリッヒ（1994年）『ソビエト軍備産業』ラウトレッジ、ISBN 978-3-7186-5313-3。
  22. ^ von Wogau, Karl (2004). The Path to European Defence . Maklu. ISBN 978-90-6215-923-9。
  23. ^ a bウィルキンソン、ポール・H. (1946). 『世界の航空機エンジン 1946』 ロンドン: サー・アイザック・ピットマン・アンド・サンズ. pp.  300– 301.
  24. ^ Schulte, Rudolph C. (1946). 「BMW 003 ターボジェットの設計分析」 . legendsintheirowntime.com . アメリカ陸軍航空隊 - ターボジェットおよびガスタービン開発本部、AAF. 2018年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年9月3日閲覧。

参考文献

  • ウィルキンソン、ポール・H. (1946). 『世界の航空機エンジン 1946』 ロンドン: サー・アイザック・ピットマン・アンド・サンズ. pp.  300– 301.
  • ダイアー、エドウィン・M（2009年）『日本の秘密計画：大日本帝国陸軍と海軍の実験機 1939-1945』ミッドランド出版、2009年、ISBN 9781857803174
  • ガンストン、ビル著『世界航空エンジン百科事典』ケンブリッジ、イギリス、パトリック・スティーブンス社、1989年、ISBN 1-85260-163-9
  • ジェーンの第二次世界大戦の戦闘機. ロンドン. Studio Editions Ltd., 1989. ISBN 0-517-67964-7
  • ケイ、アントニー『ドイツのジェットエンジンとガスタービンの開発 1930–1945』エアライフ・パブリッシング、2002年、ISBN 9781840372946
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