ユンカース ユモ 004
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ユンカース・ユモ004（Junkers Jumo 004）は世界で初めて実戦投入されたターボジェットエンジン、かつ世界で初めて実用化した軸流式ターボジェットエンジンである。第2次大戦末期に独ユンカース社で約8000基生産され、世界初のジェット戦闘機メッサーシュミット Me262 と、世界初のジェット爆撃機アラド Ar234 等の文字通り推進力になっただけでなく、戦後にも共産圏でコピー生産された。
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[編集] 前史
1937年夏、ハインケル社の若手研究者ハンス・フォン・オハインが、独自に製作した遠心式ターボジェットエンジンの実験に成功した。
オハインの試作エンジンは非力かつ不安定で、この段階では未だ飛行に適する物ではなく、独空軍省 (Reichsluftfahrtministerium, RLM) の大半の役人から無視されたが、英のフランク・ホイットルら競合者の動きを察知し、高速ジェット機の将来性に確信を抱いていた技官ヘルムート・シェルプ (Helmut Schelp) とハンス・アドルフ・マウフ (Hans Adolph Mauch) は、航空機エンジン製造各社にターボジェットエンジンの開発を非公式に打診した。
この提案に興味を示したユンカース発動機会社のオットー・マーダー (Otto Mader) 社長は、1939年にターボジェットエンジン開発を決断し、シェルプは同社で航空機エンジン用機械式過給機とターボ過給機の開発担当だったアンセルム・フランツ (Anselm Franz) 博士に白羽の矢を立てた。フランツは空軍省の下附で専用設計チームを組織し、開発番号 109-004 の基礎研究に着手した。
[編集] 実用化
フランツはオハインらの遠心式圧縮機を避け、ゲッチンゲン航空技術研究所の協力を得て、ターボジェットエンジン用軸流式圧縮機を敢えて新規開発する困難な途を選んだ。軸流式圧縮機は小径で前面投影面積が少ないため航空機搭載に適し、78%の高効率を実地で発揮したが、遠心式に比べ部品点数が飛躍的に増大し、複雑化した。
004 の試作機は1940年春に初火入れされ、4.2kN(=430kg)の推力を得た。圧縮機の熱振動に起因する排気脈動に手を焼いたが、マックス・ベンテレ (Max Bentele) 博士考案になる新しい静翼が奏功し、8月には推力5.9kN(=600kg)に発展し、12月には9.8kN(=1t)の推力で10時間の連続運転にも成功した。
先に着手された BMW 003 計画は大幅遅延していた。1942年3月15日に改良型 004A を懸架したメッサーシュミット Bf110 によって初の飛行試験が実施され、同年6月18日には最初からジェット推進機として設計されたメッサーシュミット Me262 の試作3号機に 004A が実際に搭載され、試験が行われた結果、未完成状態を脱せぬ 003 を破った 004A は空軍省から80基の発注を受けた。
004A は高温部に高価な耐熱合金を多用し、重量過大で、量産に適した構造ではなかった。生産型の 004B ではロストワックス製法で肉抜中空化された鋼製タービンブレードに多数穿孔し、バイパスした圧縮空気（ブリードエア）を内部から噴出させる事で表面冷却する、後の標準的技法を確立して製造コストを大幅に低減した。004B は 004A と同等の推力を保ちながら約100Kg軽量化され、1943年には定格出力で100時間以上の連続運転に成功した。
004B はリーデル (Riedel) 社の小型オートバイ用7kW(10hp)2ストロークエンジンをインテークコーンに内蔵し、外部電源の支援無しで単独始動を可能にしていた。本体の 004B を始動するためには、先ずコーン先端の穴からケーブルを引き補助エンジンを人力始動する手順を要した。補助エンジンの燃料は主推進剤とは異なる通常のガソリンのため、小容量の燃料タンクが空気取入口上部に別途設置された。
1943年末まで熱振動（排気脈動）は完治せず、ベンテレは音楽家の協力を得て、個々のブレードの固有共振周波数を開放弦で測定し、適切に選別し分散配置する事で、コンプレッサ／タービンユニット全体として共振周波数を持たせないようにする手法を編み出し、併せて最大回転数を毎分9000回転から8700回転へ僅かに下げる等の妥協策を空軍省首脳に示した。これにより熱振動問題は一定の解決を見たが、004B の本格量産開始は1944年初頭までずれ込み、Me262 の実戦配備を遅延させた。
基本的に 004B の設計は高信頼性を目指した堅実なもので、003 のように野心的ではなかったが、戦局の悪化は良質の原材料の入手を困難にし、高温部に用いる耐熱鋼は低品質の物しか得られなくなっていたため、パイロットの技量にも左右されたが、通常の運用では10～25時間程度でオーバーホール（タービンブレード交換）を要した。また初期のターボジェットエンジンに共通する難点として、スロットルレスポンスが緩慢で、特に低空で性急に出力を上げると燃料消費量が急増し、オーバーヒートからタービンブレードが溶解する恐れもあった。しかし Me262, Ar234 の圧倒的優速と上昇力、高空性能は連合国側に多大な脅威と衝撃を与え、航空史上に不滅の金字塔を打ち立てた。
[編集] 発展型
大戦末期には幾つもの発展型が試作、開発中だった。004C はアフターバーナー付、004D は2段式燃料噴射装置を備え、改良型スロットル調整装置と共に燃調の洗練が図られた物で、004B と代替して生産開始間近だったが敗戦により実現しなかった。004E は 004D の発展型で、より高々度・大推力を目指した。
特筆すべきは大型化・2軸化された 012 で、全高度に於いて圧縮機効率を60%以上に向上させ、燃料消費率も劇的に改善される予定だった。012 の縮小版 004H では、004B の1.39kg/kgf/hから1.20kg/kgf/hに15%の改善を見込んでいた。022 は 012 のターボプロップ版。
| 空軍省呼称 | 型式 | 構成 | 推力 | 自重 | 回転数 |
|---|---|---|---|---|---|
| 109-004B | ターボジェット | 8ax 6in 1tu | 8.8 kN (910 kgf) | 745 kg | 8700 rpm |
| 109-004C | ターボジェット | 8ax 6in 1tu | 10.0 kN (1030 kgf) | 720 kg | 8700 rpm |
| 109-004D | ターボジェット | 8ax 6in 1tu | 10.3 kN (1070 kgf) | 745 kg | 10000 rpm |
| 109-004H | ターボジェット | 11ax 8in 2tu | 17.7 kN (1830 kgf) | 1200 kg | 6600 rpm |
| 109-012 | ターボジェット | 11ax 6in 2tu | 27.3 kN (2830 kgf) | 2000 kg | 5300 rpm |
| 109-022 | ターボプロップ | 11ax 8in 2tu | 3.4 MW (4600 ehp) | 2600 kg | 5000 rpm |
構成: ax=軸流圧縮機段数、in=独立（カニュラー）燃焼筒数、tu=タービン段数
[編集] 戦後
チェコスロバキアは接収した Me262 の残存機を Avia S-92, CS-92 と改名して再配備し、その保守用に若干数の 004B をプラハ市の Malesice にあった工廠で M-04 の名で模造した。また開放後の仏では、鹵獲した 004 を用いて国営南西航空機製造 (Société nationale des constructions aéronautiques du sud-ouest, SNCASO) SO.6000 Triton、並びに アルスナル VG-70 を試作した。
更に、ソ連に接収された 004B は、拉致同然に連行した独人技術者達の手によってリューリカ (Люлка) RD-10 (РД-10) の名で、BMW 003 (RD-20, РД-20) と共に再生産された物が Yak-15 (Як-15) 他の初期ジェット機に多用され、更にアフターバーナーを付加される等独自の発展を遂げた。
[編集] 仕様(Jumo 004B)
- 全長=3,860 mm
- 最大径=810 mm
- 重量=719 kg
- コンプレッサ=8段（軸流式）
- 燃焼器=6（カニュラー式）
- タービン=1段
- 推力=8.8 kN (910 kgf) at 8,700 rpm
- 圧縮比=3.14:1
- 燃料消費率=1.39 kg/kgf/h
- 推力重量比=1.25 (12.2 N/kg)
[編集] その他
米のヘビメタバンド＝ブルー・オイスター・カルト (Blue Öyster Cult) の1974年のアルバム"Secret Treaties"に収録された『ME 262』という曲に、「Junkers Jumo 004」という歌詞が出て来る。恐らく世界で唯一、流行歌でその名を唄われたジェットエンジンである。
