Идет Великая война, и в небе вовсю летают аэропланы. Летают они низко, потому что хотя известно уже и о приводных нагнетателях для авиамоторов, и даже о турбокомпрессорах, на двигателях они не применяются, да и смысла в них на тот момент особо нет. Но всем очень хочется залезть повыше! Чтобы залезть повыше без систем нагнетания нам надо дать в цилиндры побольше воздуха. Элементарное решение - увеличить объем цилиндра. Но в таком случае увеличивается вес двигателя и его габариты. Можно ли избежать этого? Можно! Можно поставить на "обычный" двигатель цилиндры увеличенного объема ограничив поступление воздуха с помощью дросселя. Тот же волшебный дроссель поможет с еще одним моментом. Мощность двигателя зависит от степени сжатия - чем она больше, тем больше снимаемая мощность. Но тем выше вероятность детонации топлива. Но мы можем "отложить" этот вредный процесс, ограничив поступление воздуха в цилиндры там, где его много - на низких высотах. С помощью дросселя. Двигатель, реализующий первую идею называется "переразмеренным", вторую - "пересжатым", карбюратор (с дросселем) переразмеренного пересжатого мотора - "высотным".
Британский Vickers VC.1 Viking ладный симпатичный самолетик. Очередной ответ на DC-3, еще военного времени, начал создаваться по программе развития послевоенной гражданской авиации, подготовленной комитетом лорда Брабазона. Главная фишка "Викинга" - крыло и хвостовое оперение геодезической конструкции при цельнометаллическом фюзеляже, этот самолет стал последним "геодезиком". От которых правда отказались после выпуска девятнадцати самолетов модификации Viking 1A. Следующий, довольно занимательный и не слишком затертый в рунете, случай произошел с Viking 1B, который стал уже полностью цельнометаллическим самолетом. Считается что это одно из наиболее таинственных воздушных происшествий в истории британской гражданской авиации.
Четыре картинки из архива SDASM. Дата одного из снимков - 1926, подписи невнятные, что-то типа "anphibian hook" и "axle arrest hooks". Что это? Зачем это? - непонятно.
Если вы не знакомы с мистером Calum Douglas то можете с ним познакомится в его блоге на фейсбуке The Secret Horsepower Race или на форуме ww2aircraft.net. Он специализируется по авиадвигателям ВМВ, рыщет по архивам в т.ч. германским, и вроде как совсем скоро выйдет его 400страничная книга про авиационные моторы. Иногда он подкидывает интересные документы. Вот например фрагмент результатов испытаний DB 600 в двух вариантах: стандартном, с двумя карбюраторами DB (сдвоенными), и экспериментальном, с системой непосредственного впрыска топлива фирмы Bosh. Во фрагменте мы видим разницу в расходе бензина и масла для обоих вариантов, и экономичность впрыска тут очевидна:
205 против 240 грамм на л.с. в час на максимальной мощности;
193 против 215 грамм на л.с. в час на крейсерской.
17 и 11%% экономии авиабензина - очень приятные цифры! По расходу масла картина обратная:
8-11 против 5-8 грамм на л.с. в час
Такой расход масла не органический недостаток впрыска, это недоведенность конструкции маслосистемы. Проблемы с которой как известно будут преследовать моторы DB еще долгое время. В отличие от "перевертышей" ЮМО которые были тоже с впрыском Bosh. [Жми] "Kraftstoffverbrauch" - расход топлива "Doppelvergaser" - сдвоенный карбюратор "Einspritz" - впрыск
Может быть не очень корректно, но более патриотично проверить достоинства впрыска в важном деле экономии топлива будет при сравнении советских АШ-82Ф и АШ-82ФН. Не очень корректно потому, что двигатель АШ-82 воздушного, а не жидкостного охлаждения. И потому что на версии ФН помимо введения впрыска внесли и другие изменения. Обычно после впрыска вторым пунктом идет "увеличение наддува". Третьим - увеличение числа оборотов. Но тем не менее...
Число оборотов подняли с 2400 до 2500 об.мин, но только на взлетном режиме, и его можно было задействовать на 10 (на 5 в некоторых источниках) минут максимум. Наддув работы двигателя на взлетном режиме увеличился с 1140 мм.рт.ст до 1200 мм.рт.ст. Мне лично привычней британские фунты на квадратный дюйм т.е. с 22 до 23,2 psi. Да ну! Странные значения, должно быть существенно меньше по аналогии с аналогичными иностранными моторами... Тем не менее пойдем далее. Мощность увеличилась с 1700л.с. до 1850л.с., а расход топлива с 280-300 до 285-315 г/л.с. в час. На остальных режимах рост в мощности составил 6-10%%, а расход топлива увеличился на 2-5%%.
Как видим на советском моторе такой огромной экономии топлива как на немецком совсем не вышло. Расход масла для АШ-82Ф и АШ-82ФН между прочим одинаков - 12 грамм на л.с. в час.
Кстати, параметры нагнетателя на АШ-82Ф и АШ-82ФН совсем одинаковые: передаточные числа, диаметр крыльчатки и пр. одни и те же, и прирост давления наддува произошел исключительно из-за введения непосредственного впрыска - нагнетатель теперь сжимал не топливо-воздушную смесь, а только воздух, воздуха в цилиндры поступало больше, значит чтобы обогатить смесь, надо было подать и больше топлива. Отсюда и рост мощности, и снижение высоты, на которой достигнуты пики её максимума. И если и была какая-то экономия топлива от введения впрыска на авиамоторе Швецова, то она была очень небольшой и ее компенсировал увеличившийся наддув.
Лжет ли тогда отчет по DB600, процитированный Дугласом? Конечно нет! Мы же не знаем условий тестирования, возможна масса вариантов "законного" получения таких значений. Однако же на следующих немецких моторах со впрыском расход топлива был вполне на уровне современников, до реальной экономии топлива на поршневых двигателях с впрыском должно будет пройти еще этак лет пятьдесят...
Еще немного занимательного (или как получится) авиационного материаловедения.
К подшипникам в поршневых авиадвигателях предъявляются высокие требования. Большие мощности, большие обороты, большие вибрации, напряженный режим работы, воздействие машинных масел и пр. заставляют обратить пристальное внимание на конструкцию подшипников. Особенно тех, на которые приходятся наибольшие нагрузки: от вращающегося коленвала, установленных в редукторе и т.д. В США скорее всего Норманом Гилмором (Norman Gilmor), инженером и вице-президентом Allison, был придуман способ продлить жизнь подшипника покрыв его особо ответственные места тонким (1 мм и менее) слоем медно-свинцового сплава. Медь отводила тепло, свинец придавал эластичность поверхности. Следующий этап это середина 30х: Leonard S. "Luke" Hobbs, инженер Pratt & Whitney, заменил медь серебром. Что в общем-то логично, хотя и дорого. На этом Люк Хоббс не останавливается. Свинец может весьма губительно для себя взаимодействовать с машинным маслом - как ни странно и этот стойкий к химическим воздействиям металл может коррозировать. И от этого вредного явления его спасет экзотический индий. Окончательный рецепт чудо-подшиника от P&W был таков: на рабочую поверхность гальваническим способом наносят слой серебра в 0,5-0,75 мм, затем слой свинца 0,03-0,07мм, и слой индия в количестве 4% от веса свинца т.е. около 0,002 мм. Такой "бутерброд" делал его практически вечным, в особенности учитывая время жизни самолета и его двигателя в условиях войны. Понятно что на разработку такого рецепта у Хоббса ушло много сил и средств, но он давал большие преимущества повышая надежность авиамотора. И его тщательно хранили в тайне от противников в войне, особенно роль индия в технологии - его использование было не самым очевидным решением. От P&W "серебрянный" подшипник к концу 43го разошелся и по другим фирмам, вскоре его стали применять на моторах Аллисон, на Паккардах, на Райтах, где ему долго и упрямо сопротивлялись отчего-то сомневаясь в его эффективности. Британцам вроде как секрет чудо-подшипника тоже передали, и поздние британские "Мерлины" летали с ним. Но это неточно. Факт что все американские "быстроходные" авиамоторы Второй мировой были с таким подшипником. Использовали его в силу дороговизны в самых ответственных местах - в конструкции коленвала, привода редуктора и т.д.
Известно что Хоббс очень переживал, как бы его секрет не попал в руки немцев и перестал быть секретом. Конечно же в Германию авиамоторы США военного времени попадали, и там очень-очень тщательно исследовались. Но к счастью противник не сумел разгадать тайну вечного подшипника - к американцем через агентурную сеть попал результат испытаний авиамотора и его деталей в том числе, где индий упоминается только как посторонняя примесь в металле подшипника. И у мистера Хоббса свалился камень с души. ( Collapse )
В 30е года в качестве авиационного конструкционного материала дерево и полотно уступило место алюминию, который робко подпирали сталь и магниевые сплавы. И, конечно, пытливые умы уже задумывались что заменит алюминий. И вот в американской книге за 1943 год под названием: Aircraft Construction Handbook мы читаем о... Да, вы совершенно правы, о перспективном авиационном металле бериллии!
В книге рассказывается о том, что бериллию не уделяли много внимания в американском авиапроме, но успехи Германии и Японии в освоении бериллия заставляют отечественных ученых наверстывать упущенное. О том что металл на 30% легче алюминия, температура плавления в два раза выше чем у Al или Mg, при этом он обладает высокой пластичностью и не подвержен коррозии. Руду бериллия привозят из Аргентины и Бразилии, но ее уже нашли в значительных количествах в США и Канаде. Да и вообще этого металла везде завались - в каждой кубической миле земли ни много ни мало, а 144000 тонн бериллия! Сейчас этот металл доступен в виде брусков и листов, легированных алюминием. А еще пружины из бериллиево-алюминиевых сплавов сжимаются-разжимаются в два раза больше стальных. Еще есть отличный сплав бериллия с медью, но он слишком тяжел для авиации. Но вообще-то все сегодняшние работы с бериллием - военная тайна, но настоящие авиаконструкторы, смотрящие в будущее, должны помнить о нем!
Даже на сегодняшний день цена килограмма бериллия 857USD, для сравнения: серебра - 521USD, алюминия - 1,79USD [x]. Дороговато! Но если в вашем будущем шедевре дизельпанка остро необходим новейший супербомбардировщик для Капитана Америка или сверхзвуковые высокопропеллерные истребители Особой гвардейской триждысталинской эскадрильи Красных соколов - то бериллий вполне подойдет.
В Германии получили развитие двигатели жидкостного охлаждения «Мерседес-Бенц» фирмы Даймлер-Бенц с марками DB и Юнкерес марками ЮМО. В ходе войны были разработаны и стали применяться также двигатели воздушного охлаждения фирмы БМВ. Характерным для всех этих двигателей является то, что все они выполнены с непосредственным впрыском топлива в цилиндры. Непосредственный впрыск был отработан незадолго до войны и принят как стандартное оборудование для всех мощных немецких двигателей. В первые 2-2½ года войны единственным двигателем для истребительной авиации и частично для бомбардировочной был постепенно форсируемый двигатель DB-601. Это 12-цилиндровый Λ-образный двигатель с большой размерностью (диаметр цилиндра 150 мм и ход 160 мм) с взлетной мощностью в 1175 л. с.(DB-601A) при оборотах 2560 об/мин и высотностью 4100 м; конструкция этого двигателя неоднократно описывалась в нашей технической литературе. Дальнейшая его модификация DB-605 при той же размерности за счет числа оборотов развивала взлетную мощность 1350 л. с. при 2700 об/мин и имела номинальную мощность 1200 л. с. на высоте 5100 м. ( Collapse )
Первый "Мустанг" залетел в Швейцарию и достался аборигенам в летающем состоянии в июле 44го, это был американский P-51B-10-NA из 4-й истребительной группы 335-й истребительной эскадрильи. Машина была принята в состав швейцарских ВВС как J-900, была перекрашена в обычную яркую ливрею с белыми крестами и зачислена в Überwachungsgeschwader (разведывательную эскадрилью). После окончания Второй мировой, в 1946 году, швейцарцы решили расстаться со своим древним аэропарком и шикануть, купив в Великобритании партию новомодных реактивных истребителей de Havilland DH.100 Vampire и лицензию на их производство. Пока реализовывалась это радикальное обновление Швейцарские ВВС захотели временно пополниться подержанными американскими "Мустангами", что хранились на базах в Западной Германии. Первые планы говорили о покупке ста самолетов, из них три под разборку на запасные части, им даже выделили бортовые номера от J-901 до J-997, по расчетам прослужить в Schweizer Luftwaffe они должны были три года. Чуть позже планы поменялись, решили брать сто летающих машин и уже тридцать под разборку. В декабре 1947 швейцарцы и американцы заключили сделку на поставку P-51'ых, кроме 130 аэропланов она включала большую партию нужных инструментов, дополнительных авиамоторов, запчастей... Каждый из летающей сотни самолетов обошелся казне в $4000, покупка была признана очень удачной.
