Hans von Ohain

Hans Joachim Pabst von Ohain (14 de diciembre de 1911 - 13 de marzo de 1998) fue un físico e ingeniero alemán, y el diseñador del primer avión en utilizar un motor turborreactor . ^{[ 1 ]} Junto con Frank Whittle y Anselm Franz , se le ha descrito como el coinventor del motor turborreactor. Además, antes de construir su motor y presentar su propia patente en 1935, von Ohain había leído y criticado las patentes de Whittle. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} Von Ohain afirmó en su biografía que «Mi interés por la propulsión a chorro comenzó en el otoño de 1933, cuando estaba en mi séptimo semestre en la Universidad de Göttingen. No sabía que muchas personas antes que yo habían tenido la misma idea». ^{[ 3 ]} A diferencia de Whittle, von Ohain tuvo la importante ventaja de contar con el apoyo de un fabricante de aviones, Heinkel, que financió su trabajo. 

Cuando en 1935 von Ohain diseñó la disposición general de su motor, la basó, para lograr compacidad, en un impulsor centrífugo (compresor centrífugo o radial) y una turbina de entrada radial. ^{[ 9 ]}

En definitiva, esta configuración tenía demasiadas deficiencias como para llegar a la producción; sin embargo, gracias a los enormes recursos de la compañía aeronáutica Heinkel, una versión mejorada fue suficiente para propulsar el He 178 , y el 27 de agosto de 1939, von Ohain entró en la historia como el diseñador de la primera turbina de gas del mundo para propulsar una aeronave.

Von Ohain se mantuvo fiel a los diseños centrífugos, contribuyendo con su investigación a otros proyectos de Heinkel, como los motores combinados centrífugo/axial HeS8 y 011, ^{[ 10 ]} pero finalmente ninguno de sus diseños llegó a producirse. Otros diseñadores alemanes de Junkers y BMW, que seguían el diseño axial, lograron que sus motores se fabricaran, aunque nunca resolvieron algunos de los problemas básicos de potencia y durabilidad. Sin embargo, Von Ohain fundó la primera industria mundial de motores a reacción en su Alemania natal, con numerosos prototipos y producciones en serie hasta 1945 .

Von Ohain, quien se inició en el diseño de turborreactores algún tiempo después que Whittle, comenzó a trabajar en sus primeros diseños de motores turborreactores durante el mismo período en que Whittle construía su motor WU en Gran Bretaña. Algunos han dicho que sus diseños de turborreactores son un ejemplo de invención simultánea. ^{[ 11 ]} Sin embargo, von Ohain explica en su biografía que, en 1935, mientras se preparaba su propia patente (y antes de que hubiera comenzado la construcción de un motor), su abogado le entregó una copia de la patente de Whittle, la cual leyó y criticó. Como resultado, se vio obligado a modificar su propia solicitud para no infringir el diseño de Whittle. ^{[ 12 ]}

El núcleo del primer motor a reacción de Ohain, el Heinkel HeS 1 , que él describió como su "motor de prueba de hidrógeno", se puso en marcha "en marzo o principios de abril" según Ohain (aunque los diarios de Ernst Heinkel registran que fue en septiembre de 1937). ^{[ 13 ] [ 14 ]}

El trabajo en el motor de prueba de hidrógeno continuó, pero el motor requirió modificaciones para solucionar problemas de sobretemperatura y para instalar un sistema de combustible que le permitiera funcionar de forma autónoma con combustible líquido, lo cual se logró en septiembre de 1937. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Con el fuerte respaldo de Heinkel, el motor a reacción de Ohain fue el primero en impulsar una aeronave, el Heinkel He 178 en 1939, al que siguió el motor de Whittle en el Gloster E.28/39 en 1941. ^{[ 17 ]} Los aviones de combate propulsados ​​por turborreactores de Alemania y Gran Bretaña entraron en servicio operativo prácticamente al mismo tiempo en julio de 1944: el Me 262 el 26 de julio y el Gloster Meteor el 27 de julio de 1944. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} El Me 262 fue el primer avión de combate a reacción operativo y participó en combate aéreo con cientos de máquinas, mientras que las pocas docenas de Meteors tuvieron una acción limitada.

Aunque Von Ohain y Whittle conocían los compresores de flujo axial, se dedicaron a mejorar los motores de compresor centrífugo para propulsar respectivamente el Heinkel He 178 y el Gloster E.28/39 hasta el final de la Segunda Guerra Mundial. En cambio, Anselm Franz (Junkers) y Hermann Oestrich (BMW) desarrollaron en paralelo motores a reacción con compresor de flujo axial para diseñar los motores similares Jumo 004 y BMW 003 , ^{[ 22 ] [ 23 ]} diseños que finalmente fueron adoptados por la mayoría de los fabricantes en la década de 1950. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

Después de la guerra, los dos hombres se conocieron, se hicieron amigos y recibieron el Premio Charles Stark Draper de Ingeniería "por su desarrollo independiente del motor turborreactor". ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Nacido en Dessau , Alemania, ^{[ 28 ]} Ohain terminó la escuela secundaria en 1930 en el Arndt-Gymnasium de Dahlem y obtuvo un doctorado en física en 1935 en la Universidad de Göttingen , con su tesis titulada Un relé de luz de interferencia para luz blanca en un micrófono óptico para grabar sonido directamente en película, que dio lugar a su primera patente. ^{[ 29 ]} La Universidad de Göttingen era entonces uno de los principales centros de investigación aeronáutica, y Ohain había asistido a conferencias de Ludwig Prandtl . ^{[ 30 ]} En 1933, siendo aún estudiante, concibió lo que llamó "un motor que no requería hélice ". ^{[ 28 ]}

Tras obtener su doctorado en 1935, Ohain se convirtió en asistente adjunto de Robert Wichard Pohl , entonces director del Instituto de Física de la universidad. En 1936, mientras trabajaba para Pohl, Ohain registró una patente para su versión de un motor a reacción, Proceso y aparato para producir corrientes de aire para propulsar aviones . ^{[ 31 ]} A diferencia del diseño Power Jets WU de Frank Whittle con su turbina de flujo axial, Ohain utilizó una turbina de flujo radial para acompañar a un compresor centrífugo , colocándolos espalda con espalda con un espacio de combustión anular que envolvía el rotor.

Mientras trabajaba en la universidad, Ohain solía llevar su coche deportivo a reparar a un taller local, Bartles and Becker. Allí conoció a un mecánico de automóviles, Max Hahn, y finalmente consiguió que le construyera un modelo de demostración de su motor por 500 ℛ ︁ ℳ ︁ . El modelo terminado tenía un diámetro mayor que el motor completamente funcional de Whittle de 1937, aunque era mucho más corto. Ohain llevó el modelo a la universidad para probarlo, pero tuvo problemas con la combustión de la gasolina, que se producía principalmente después de la turbina, provocando que salieran llamas del conducto de escape. La falta de combustión antes de la turbina contribuyó a que el motor no pudiera funcionar sin la ayuda del motor eléctrico, que posteriormente se sobrecalentó. 

Según von Ohain, «Mi interés por los motores a reacción comenzó alrededor de 1933. Descubrí que la elegancia del vuelo se veía empañada por las enormes vibraciones y el ruido de la combinación motor de pistón/hélice. Llegué a la conclusión de que un proceso de trabajo constante, es decir, compresión, combustión y expansión constantes, tendría grandes ventajas. Por lo tanto, elegí un motor bastante simple: un compresor radial con una turbina radial».

Sin embargo, el modelo que él y Max Hahn construyeron y probaron en el patio del Instituto demostró que la cámara de combustión necesitaba un mayor desarrollo. En consecuencia, Pohl y von Ohain decidieron acercarse a Heinkel como alguien que "no se acobarda ante las nuevas ideas". ^{[ 32 ]}

En febrero de 1936, Pohl escribió a Ernst Heinkel , contándole sobre el diseño de Ohain y sus posibilidades. Heinkel organizó una reunión entre sus ingenieros y Ohain, durante la cual argumentó que el motor de taller actual nunca funcionaría, pero que el concepto en el que se basaba era sólido. Los ingenieros se convencieron y, en abril, Ohain y Hahn comenzaron a trabajar para Heinkel ^{[ 33 ]} en el aeródromo de Marienehe, en las afueras de Rostock , en Warnemünde.

Trabajando con el ingeniero Gundermann y Hahn en Desarrollo Especial, von Ohain afirma: "Bajo la presión de lograr que una cámara de combustión de autonomía desconocida estuviera lista para el vuelo, se me ocurrió la idea de separar el problema de la turbina del problema de la cámara de combustión utilizando combustible de hidrógeno. Como físico, sabía, por supuesto, que la velocidad de difusión y combustión del hidrógeno gaseoso era sustancialmente mayor que la de la gasolina". ^{[ 32 ]}

Un estudio del flujo de aire del modelo dio como resultado varias mejoras en un período de dos meses. Animado por estos hallazgos, Ohain produjo un nuevo prototipo que funcionaría con hidrógeno suministrado por una fuente externa presurizada. El Heinkel-Strahltriebwerk 1 (HeS 1), que en alemán significa Motor a Reacción Heinkel 1, fue construido seleccionando cuidadosamente a algunos de los mejores maquinistas de la empresa, para disgusto de los supervisores de planta. Mientras tanto, Hahn trabajó en el problema de la combustión, un área en la que tenía cierta experiencia.

El motor era extremadamente simple, fabricado principalmente con chapa metálica. Su construcción, a cargo del herrero de su pueblo, comenzó a finales del verano de 1936 y se completó en marzo de 1937. Dos semanas después, el motor funcionaba con hidrógeno, pero los gases de escape a alta temperatura provocaron una considerable "quemadura" del metal. Las pruebas fueron, por lo demás, exitosas, y en septiembre se reemplazó la cámara de combustión y el motor se probó con gasolina por primera vez. El funcionamiento con gasolina causó la obstrucción de la cámara de combustión. Si bien el motor nunca se concibió como un diseño apto para vuelo, demostró sin lugar a dudas que el concepto básico era viable, y Ohain finalmente había alcanzado a Whittle. Con mucha más financiación y apoyo de la industria, Ohain pronto superaría a Whittle y seguiría adelante.

Desarrollando el motor

En febrero de 1937, la sección de la turbina estaba funcionando en un banco de pruebas. Según von Ohain, «Estábamos trabajando en una máquina capaz de propulsar un avión, la precursora del He-S3B. Mi intención era colocar la cámara de combustión entre el compresor y la turbina, como habíamos hecho con la unidad de hidrógeno, pero Hahn sugirió colocarla delante, lo cual fue una excelente idea». La turbina He-S3 fue probada en vuelo por Erich Warsitz y Walter Künzel en un Heinkel He 118 , proporcionando empuje adicional controlado al motor convencional. ^{[ 32 ] : 120}

Mientras continuaba el trabajo en el HeS 1, el equipo de Pohl-Ohain ya había comenzado el diseño de un motor apto para vuelo, el HeS 3. Las principales diferencias radicaban en el uso de etapas de compresor y turbina mecanizadas, en sustitución de las piezas de chapa metálica dobladas y plegadas, y una reorganización del diseño para reducir la sección transversal del motor mediante la colocación de la cámara de combustión anular en un espacio extendido entre el compresor y la turbina. La turbina original era demasiado pequeña para funcionar de manera eficiente.

A principios de 1939, el He-S3A se instaló en la estructura del He 178 para una exhibición estática en Roggentin el 3 de julio de 1939. Sin embargo, esta turbina aún no era lo suficientemente potente para volar. Según von Ohain, «Experimentamos con varias combinaciones para modificar el difusor del compresor y los álabes de la tobera de la turbina con el fin de aumentar el empuje lo suficiente como para que la aeronave pudiera realizar la primera demostración de vuelo. Descubrimos que un pequeño difusor detrás del motor con un collar y un divisor para desviar los flujos funcionaba mejor que un flujo de alta velocidad a través de todo el tubo. El resultado final de las modificaciones fue el He-S3B». ^{[ 32 ] : 122–123}

Se propuso un nuevo diseño, el HeS 3b , ^{[ 33 ]} que alargaba la cámara de combustión colocando su parte delantera delante del borde exterior del compresor. Aunque no era tan pequeño como el diseño original HeS 3, el 3b era bastante compacto. El 3b se puso en marcha por primera vez en julio de 1939 (algunas referencias dicen que en mayo) y se probó en vuelo con el prototipo del bombardero en picado Heinkel He 118. El motor 3b original pronto se averió, pero un segundo estaba a punto de completarse casi al mismo tiempo que un nuevo fuselaje de prueba, el Heinkel He 178 , que voló por primera vez el 27 de agosto de 1939, el primer avión a reacción en volar pilotado por el piloto de pruebas Erich Warsitz . Heinkel había solicitado, el 31 de mayo de 1939, una patente: US2256198 Espacenet - Documento original , una 'planta motriz de aeronave', inventor Max Hahn. La primera solicitud de esta patente en Alemania fue en mayo de 1938.

El trabajo comenzó de inmediato con versiones más grandes, primero el HeS 6, que era simplemente un HeS 3b de mayor tamaño, y luego con un nuevo diseño conocido como HeS 8 , que nuevamente reorganizó la disposición general. El compresor y la turbina estaban conectados por un tambor de gran diámetro, lo suficientemente largo como para albergar una cámara de combustión anular entre ellos. Se pretendía instalar el motor en el caza Heinkel He 280 , pero el desarrollo de la estructura del avión progresó mucho más rápido que el del motor, y tuvo que utilizarse en pruebas de planeo mientras continuaba el trabajo en el motor. Un HeS 8 apto para el vuelo se instaló a finales de marzo de 1941, seguido del primer vuelo el 2 de abril. Tres días después, la aeronave fue demostrada ante un grupo de funcionarios nazis y del RLM , quienes quedaron impresionados. Pronto se consiguieron los fondos completos para el desarrollo.

En ese momento, en Alemania se estaban desarrollando varios motores turborreactores. Heinkel quedó tan impresionado con el concepto que gestionó la incorporación al proyecto de Adolph Müller, procedente de Junkers , quien estaba desarrollando un diseño con compresor axial , rebautizado como Heinkel HeS 30. Müller dejó Junkers tras la adquisición de Junkers Motoren , empresa que tenía su propio proyecto en marcha, conocido entonces como Junkers Jumo 004. Mientras tanto, BMW avanzaba a buen ritmo con su propio diseño, el BMW 003 .

A principios de 1942, el HeS 8, oficialmente el 109-001 (HeS 001), aún no progresaba adecuadamente. Mientras tanto, el HeS 30 de Müller, oficialmente el 109-006 (HeS 006), se desarrollaba mucho más rápidamente. Sin embargo, ambos motores aún tardarían en estar listos para la producción, mientras que el 003 y el 004 parecían estarlo. A principios de 1942, el director de desarrollo de reactores del RLM, Helmut Schelp , rechazó más financiación para ambos diseños y ordenó a Heinkel que trabajara en un nuevo proyecto propio, que finalmente se convertiría en el Heinkel HeS 011. Aunque este fue el primero de los motores de "Clase II" de Schelp en funcionar correctamente, la producción aún no había comenzado cuando terminó la guerra. El trabajo en el HeS 8 continuó durante algún tiempo, pero finalmente se abandonó en la primavera de 1943.

En 1947, Ohain fue llevado a Estados Unidos por la Operación Paperclip y comenzó a trabajar para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson . ^{[ 28 ]} En 1956 fue nombrado Director del Laboratorio de Investigación Aeronáutica de la Fuerza Aérea y para 1975 era el Científico Jefe del Laboratorio de Aeropropulsión allí. ^{[ 28 ]}

Durante su trabajo en Wright-Patterson, Ohain continuó con su trabajo personal en diversos temas. A principios de la década de 1960, trabajó considerablemente en el diseño de cohetes con reactor de núcleo de gas que retendrían el combustible nuclear, permitiendo que la masa de trabajo se utilizara como escape. La ingeniería necesaria para esta función también se aplicó a otros fines más prácticos, como centrifugadoras y bombas. Posteriormente, Ohain utilizó las técnicas básicas de flujo másico de estos diseños para crear un fascinante motor a reacción sin partes móviles, ^{[ 40 ]} en el que el flujo de aire a través del motor creaba un vórtice estable que actuaba como compresor y turbina.

Este interés en el flujo másico llevó a Ohain a investigar la magnetohidrodinámica (MHD) para la generación de energía, ^{[ 41 ]} observando que los gases calientes de una central eléctrica de carbón podrían utilizarse para extraer energía de su velocidad al salir de la cámara de combustión, manteniéndose lo suficientemente calientes como para alimentar una turbina de vapor convencional . Por lo tanto, un generador MHD podría extraer más energía del carbón y conducir a una mayor eficiencia. Desafortunadamente, este diseño ha resultado difícil de construir debido a la falta de materiales adecuados, concretamente materiales no magnéticos de alta temperatura que también sean capaces de soportar los gases de escape químicamente activos. Ohain también investigó otros conceptos relacionados con la energía. ^{[ 42 ]}

También inventó ^{[ 43 ]} la idea del "ala a reacción", en la que el aire del compresor de un motor a reacción se extrae hacia grandes orificios "aumentados" en las alas para proporcionar sustentación a las aeronaves VTOL . Una pequeña cantidad de aire a alta presión se inyecta en un venturi , que a su vez aspira un volumen de aire mucho mayor, lo que produce un "aumento del empuje". El concepto se utilizó en la aeronave experimental Rockwell XFV-12 , aunque el interés del mercado por las aeronaves VTOL fue efímero. Participó en varias otras patentes. ^{[ 44 ]}

Ohain influyó en el cambio de mentalidad de Paul Bevilaqua , uno de sus alumnos en WP-AFB , pasando de las matemáticas a la ingeniería, ^{[ 45 ]} lo que posteriormente permitió a Bevilaqua inventar el sistema de elevación Rolls-Royce para el JSF F35B STOVL : "en la escuela aprendí a mover las piezas, y Hans me enseñó a jugar al ajedrez". ^{[ 46 ]} Ohain también le mostró a Bevilaqua "qué significan realmente esos diagramas TS ". ^{[ 47 ]}

Ohain se jubiló de Wright-Patterson en 1979 y asumió un puesto de profesor asociado impartiendo clases de propulsión y termodinámica en la cercana Universidad de Dayton , ^{[ 33 ]} pasando los semestres de invierno de 1981 a 1983 enseñando las mismas materias en la Universidad de Florida . Ohain continuó en la Universidad de Dayton hasta 1992, cuando preocupaciones sobre su salud lo llevaron a mudarse con su esposa, Hanny, a Melbourne, Florida . ^{[ 48 ]}

Durante su carrera, Ohain ganó numerosos premios de ingeniería y gestión, entre ellos el Premio Goddard de Astronáutica del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA), el Premio al Servicio Civil Excepcional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , el Premio del Comando de Sistemas al Servicio Civil Excepcional, el Premio de Gestión Eugene M. Zuckert, el Premio al Logro Especial de la Fuerza Aérea y, justo antes de su jubilación, la Mención Honorífica. En 1984-85, Ohain ocupó la Cátedra Charles A. Lindbergh de Historia Aeroespacial , una beca sénior competitiva en el Museo Nacional del Aire y el Espacio . ^{[ 49 ]} En 1991, Ohain y Whittle recibieron conjuntamente el Premio Charles Stark Draper por su trabajo en motores turborreactores. Ohain fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ingeniería de los Estados Unidos (NAE). ^{[ 28 ]}

Ohain recibió el Anillo Ludwig-Prandtl de la Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (Sociedad Alemana de Aeronáutica y Astronáutica) por su "destacada contribución en el campo de la ingeniería aeroespacial " en 1992. ^{[ 50 ]}

En 1982, Ohain fue incorporado al Salón Internacional de la Fama del Aire y el Espacio en el Museo del Aire y el Espacio de San Diego . ^{[ 51 ]}

En 1990, Ohain fue incorporado al Salón Nacional de la Fama de la Aviación . ^{[ 52 ]}

Ohain falleció en Melbourne, Florida, en 1998, a los 86 años. ^{[ 53 ]} Le sobrevivieron su esposa y cuatro hijos. ^{[ 54 ]} Uno de sus hijos, Christopher von Ohain, se unió al Cuerpo de Marines de los Estados Unidos (USMC). El hijo de Christopher, Hans Christopher von Ohain, también se unió al USMC; murió en un accidente automovilístico en 2022. ^{[ 55 ]}

• Lista de inventores y descubridores alemanes
• Nathan C. Price
• Frank Whittle
• Arkhip Lyulka

• Dorr, Robert F. (2013). Luchando contra los aviones de Hitler . Prensa Voyageur. ISBN 978-0-7603-4398-2.
• Listemann, Phil H. (2016). The Gloster Meteor FI & F.III . Philedition. ISBN 978-2-918590-95-8.
• Neufeld, Jacob (1997). Tecnología y la Fuerza Aérea: una evaluación retrospectiva . DIANE Publishing. págs. 7–8 . ISBN  1-4289-1358-0.

• Hans von Ohain , Comisión del Centenario del Vuelo de EE. UU.
• entrada de Hans von Ohain en Rostock Matrikelportal
• Hans von Ohain en Find a Grave