|
ПОРШНЕВЫЕ АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ
Опубликовано iaadm в Пт, 07/17/2009 - 12:29
-
Номер журнала "Истринский авиатор"
Картинка:
При проектировании лёгкого самолёта конструктору приходится решать множество проблем. Основная из них – выбор силовой установки.
Весь мировой авиационный опыт говорит о том, что количество марок моторов гораздо меньше количества марок самолётов. Связано это с тем, что моторостроение очень наукоёмкая область машиностроения, требующая больших капитальных затрат на освоение производства конкретного типа мотора.
В отечественной истории есть множество подтверждений этому факту. Так, например, мотор М-11 устанавливался на 88 типов самолётов. Во время Великой Отечественной войны в производстве находилось всего три типа моторов: ВК-105, АМ – 38, АШ – 82, которые устанавливались на 12 типов самолётов.
Конструктор самолёта, за редчайшим исключением, не имеет возможности «заказать» мотор для своего проекта, а вынужден выбирать мотор из того, что есть в его распоряжении на данный момент.
Именно от этого выбора зависит жизненный цикл конструкции, её надёжность, эксплуатационная пригодность. Множество самолётов сошли с производства по причине того, что прекратился выпуск того или иного мотора, а замены ему так и не нашлось.
Цель данной работы – разобраться с состоянием мирового моторостроения на современном этапе (весна 2008 года), проанализировать существующие конструкции, наметить тенденции и перспективы.
Все рассуждения будут вестись в отношении применяемости моторов в России (а также в Африке и Азии), так как российские условия эксплуатации самолётов резко отличаются от европейских и американских (канадских).
Основные отличия таковы:
- Полное отсутствие сети небольших аэродромов с искусственным покрытием. Это приводит к тому, что самолёты вынуждены базироваться на неподготовленных, либо слабо подготовленных площадках с низкой прочностью грунта (не более 2,5 кг/см ) с травяной растительностью.
Это обстоятельство, в свою очередь, приводит к тому, что:
- необходимо обеспечить требуемый зазор между поверхностью аэродрома и концом лопасти воздушного винта,
- применять колёса большого диаметра и ширины,
- очень высокое сопротивление качению самолёта по грунту (в три – пять раз выше, чем на асфальтобетонной ВПП) высокой стартовой тяговооружённости, что можно обеспечить лишь применением силовой установки с большим диаметром воздушного винта (не менее 2500мм).
Именно этот фактор сдерживает появление в России самолётов «секонд – хенд» из США, ибо никакая CESSNA – 172 не взлетит с русского поля.
- Грунтовые площадки базирования лёгких самолётов находятся вдали на неудобьях и бросовых землях, удалённых также и от ремонтных баз и центров снабжения горюче-смазочными материалами.
- Очень большой диапазон среднесуточных и межсезонных колебаний температур от – 30 С зимой до + 40 С летом на юге России. Не каждый импортный мотор может выдержать такие температуры эксплуатации.
- Чрезвычайная дороговизна и малораспространённость специальных авиабензинов вынуждает эксплуатировать моторы на низкосортных отечественных автомобильных бензинах.
Разберём этот вопрос подробнее.
Исходным сырьём для получения бензинов в России является отечественная нефть марки URALS, добывающаяся на северо-востоке России. Это регион новых геологических разломов земной коры богат всевозможными минеральными месторождениями. Эти элементы в запредельных концентрациях присутствуют в российской нефти (особенно сера). Именно из этой нефти и получается российский бензин.
Авиабензины – бензины прямой перегонки нефти – имеют выход 5% – 7%, подвергаются рафинированию (очистке) и этилированию этиловой жидкостью. Поэтому они имеют высокую стоимость.
Они высокостабильны и имеют высокую антидетонационную стойкость, низкое давление насыщенных паров, содержат пусковые фракции. Авиабензины находятся на снабжении крупных эксплуатантов авиатехники, имеющих бензовозы, бензохранилища и прочие службы ГСМ.
Авиабензины практически недоступны для мелкого эксплуатанта.
Именно на авиабензине и должны эксплуатироваться российские авиамоторы АИ – 14, М – 14П, М – 9, АШ – 62.
Автомобильные бензины выгоняют из нефти после отгонки авиабензинов. Бензины прямой перегонки тоже имеют небольшой выход – примерно 10% - 15% и также дороги, поэтому широко не используются. На бензоколонках продаётся только бодяженный малостабильный крекинг – бензин.
Крекинг – бензин получают с помощью крекинг – процесса (пиролиза) нефтяных остатков. Для этого производится нагрев нефти в специальных колоннах без доступа воздуха (температура примерно 400 С) в течение нескольких часов. В результате этого длинные молекулы углеводородов «разламываются» на несколько частей, следовательно, получаются лёгкие фракции.
Но вся беда в том, что длинная углеродная цепочка исходной молекулы была до предела насыщена водородом (все природные углеводороды предельные), а вновь образованные «обломки» молекул имеют с концов незамкнутые углеродные связи. Это приводит к тому, что крекинг – бензин нестабилен. С течением времени обломки молекул вновь собираются в углеродные цепи, восстанавливая разорванные связи. Образуются также как очень короткие молекулы с «заглушенными» торцами, так и сверхдлинные, превышающие по массе во много раз исходные нефтяные молекулы.
Теоретически, новые молекулы могут собираться в цепи огромной длины и кристаллы. Этот процесс называется полимеризацией (осмолением) бензина.
На практике это приводит к осмолению деталей топливной аппаратуры – фильтров,
топливных насосов, карбюраторов, жиклёров, эмульсионных колодцев и т. д., образованию сильнейшего «нагара» (таковым не является) на впускных трубопроводах и особенно на впускных клапанах.
В процессе сгорания бензовоздушной смеси в цилиндре эти молекулы не «успокаиваются» и образуют нагар на днище поршня, стенках камеры сгорания, выхлопных клапанах. Этому нагару ошибочно приписывают масляное происхождение
(якобы масло проникает в камеру сгорания и там сгорает).
Автор имел возможность наблюдать состояние цилиндра мотора LICOMING, эксплуатировавшегося на бензине прямой перегонки L – 100 после 2000 часов и цилиндра такого же мотора, эксплуатировавшегося на бензине Аи – 98. Как говорят в Одессе, это «две большие разницы».
Отложившийся нагар препятствует нормальному газообмену мотора, ухудшает работу свечей зажигания (свечи необходимо периодически очищать от нагара), нагретые частички отложений провоцируют калильное зажигание и детонацию мотора. Происходит закоксовывание колец, осмоление моторного масла.
Поэтому авиамотор LICOMING , работавший на бензине L – 100, не требует очистки в течение всего своего ресурса, равного 2200 часам, а моторы, работавшие на бензинах Аи, требуют капитальной очистки через 400 – 500 часов наработки.
Чтобы улучшить эксплуатационные свойства крекинг – бензина его подвергают процессам ароматизации и гидрогенизации.
Ароматизация – попытка «свернуть молекулу в бублик», т.е. замкнуть связи внутри молекулы и получить ароматические углеводороды (бензол и пр.). Процесс происходит при повышенной температуре на платиновых катализаторах. Но сера, содержащаяся в бензине, «отравляет» катализаторы и делает процесс малоэффективным.
Гидрогенизация – насыщение водородом.
Это сложный процесс, идущий при повышенной температуре и требующий сложного оборудования (необходимо получить атомарный водород).
На современных нефтеперегонных заводах в условиях рынка, процессы гидрогенизации, ароматизации и рафинирования нефтепродуктов игнорируются. Крекинг – бензин сразу идёт в продажу.
Не каждый импортный мотор сможет выдержать такое издевательство в течение заявленного ресурса.
Бодяжение – смешивание крекинг – бензина с прочими отходами нефтеперегонки.
При бодяжении бензин насыщается лёгкими фракциями. Пусковые фракции обеспечивают более лёгкий запуск мотора, но повышают давление насыщенных паров. При этом, бензин вскипает в бензонасосах, мембранных полостях, эмульсионных колодцах, поплавковых камерах карбюратора, в результате чего поплавок тонет, что, в свою очередь однозначно ведёт к отказу мотора.
Теперь разберёмся с производителями авиационных моторов.
Чтобы рассортировать эту разношёрстную компанию, введём условную классификацию:
-Непрофессионалы (дилетанты, любители и т.д. неизвестного происхождения – мотоциклисты, газонокосильщики и пр.).
- Автомобилисты: доморощенные,
- Автомобилисты со стажем (немцы),
- Изобретатели РПД,
- Профессионалы - поршневики,
- Профессионалы – газотурбинщики.
Чтобы усилить наглядность изложения, введём в текст значки (иероглифы), обозначающие следующее:
- мотор жив, находится в производстве.
- мотор либо мёртв, либо скоро умрёт.
- мотор умер навсегда, и его производство не может быть восстановлено.
- мотор мёртв, но его производство может быть восстановлено.
Итак, начнём по порядку.
1.НЕПРОФЕССИОНАЛЫ
Мотоциклисты, газонокосильщики и пр., кто занялся производством псевдоавиамоторов в надежде заполнить какой-нибудь сектор рынка.
К ним относятся Rotax, BMW, Jabiru, Rotec, Hirt, Verner, Mistral UL и РМЗ – 640.
Ярчайшим представителем этой группы является австрийская фирма Rotax.
Наиболее мощными двухтактными моторами этой фирмы являются Rotax 532, Rotax 582, Rotax 618, из них R 532 с одинарной системой зажигания, склонный к частым поломкам, из-за чего снят с производства (), R 618 чрезмерно перефорсирован, R 582 – разумный компромисс, самый лучший из всех двухтактных двухцилиндровых моторов
(), имеет правильную конструктивную схему, правильные материалы гильзы и поршня, более или менее правильную цену. Основной недостаток – маленькая мощность, всего 55 – 60 л.с.
Хотя этот мотор и оборудован редуктором, сделать на его базе хороший двухместный самолёт с приемлемыми характеристиками скороподъёмности и максимальной скоростью больше минимальной не представляется возможным . Эти моторы прочно заняли своё место на моторамах мотодельтапланов.
Rotax 912 S имеет тяжелейшую мотоциклетную наследственность. Остановимся на этом моторе подробнее, т.к. он получил широкое распространение в России.
Rotax – фирма газонокосильщиков, гидроциклистов, снегоходчиков. На эти рынки и поставляется её основная продукция. Авиационный же рынок – узкая щель между этими секторами. В связи с этим, на этой фирме никто и никогда не будет изготавливать поршни, кольца, цилиндры и т.п. тех размеров, которые требуются для авиамотора.
Берут только то, что есть на конвейере. Нужного оборудования для изготовления цилиндропоршневой группы (ЦПГ) нет даже в опытном цехе фирмы. Поэтому Rotax навсегда ограничен диаметром цилиндра (не более 82 мм). Так как ход поршня находится в довольно жёсткой пропорции к диаметру цилиндра, то ограничивается и максимальный рабочий объём одного цилиндра и его мощность.
Каким образом создать хоть сколько-нибудь мощный мотор для двухместного самолёта? Необходимо увеличить количество цилиндров и повысить обороты, а, значит, применить редуктор.
Понятно, что для оппозитной схемы число цилиндров может быть 2, 4, 6, 8 и т.д.
Но в жизни не всё так просто. Два цилиндра слишком мало, четыре – хорошо, шесть – хотелось бы.
Rotax пытался создать шестицилиндровый мотор Big Boys, но ничего из этого у него не получилось. Слишком непрочным оказался коленчатый вал. Фирма так и не смогла просунуть верблюда через игольное ушко, потому что невозможно создать коленчатый вал такой длины с ограниченным диаметром коренных и шатунных шеек, какая бы немецкая сталь для этого ни применялась.
Остаётся четыре цилиндра. В результате, при умеренной частоте вращения примерно 5000 оборотов в минуту получено 80 л.с., а при максимальной (из условий прочности шатуна) 5800 оборотов в минуту – 100 л.с.
Это и есть Rotax 912 S ().
Что делать дальше? Дальше можно увеличить наддув мотора. Каким образом? Rotax не в состоянии изготовит приводной центробежный нагнетатель (ПЦН), значит, нужно установить автомобильный турбокомпрессор, который подходит к авиамотору так же, как корове седло. В результате получился Rotax 914 ().
Дальше этого предела фирма Rotax не продвинется никогда. Итак, имеем 115 л.с. на весьма дорогом и очень ненадёжном моторе.
Какие ещё «прелести» обнаруживаются внутри мотора? Устаревшая форма камеры сгорания с параллельными клапанами, алюминиевый цилиндр с никасиловым покрытием, отсутствие баббитовых вкладышей между коленчатым валом и картером, отсутствие откачивающей секции маслонасоса, электронная (китайская) система зажигания, хронический перегрев бензонасоса.
Алюминиевый цилиндр с никасилом – очень хорошая вещь для гидроциклов и снегоходов, но не очень хорошая для авиамоторов. Дело в том, что не исключена следующая цепь событий:
1. Применение взлётного режима в течение длительного времени при тяжелых аэродромных условиях (плохое состояние ВПП, перегруз, необходимость набора безопасной высоты),
2. Работа на высоких оборотах истоньшает и разрывает масляную плёнку на зеркале цилиндра,
3. Плохой обдув на малой скорости при наборе высоты приводит к увеличению температуры стенки цилиндра,
4. При комбинации 2 и 3 факторов и температуре цилиндра 190 градусов по Цельсию никасиловое покрытие отслаивается, обнажая алюминиевую поверхность цилиндра (срыв никасила),
5. Разогретый поршень сваривается со стенкой цилиндра.
Перечисленные выше процессы происходят чрезвычайно быстро. Это и есть «внезапный отказ» мотора.
Приведём цитату из руководства по эксплуатации Rotax:
«Летать на аппаратах, оснащённых моторами Rotax, можно только в условиях, когда после внезапной остановки двигателя возможна безопасная посадка. При этом, ваш ЛА должен иметь возможность безопасно планировать и совершить посадку с остановленным мотором…
… Двигатель может заклинить или внезапно остановиться в любой момент времени.
… Двигатель непригоден для установки на винтокрылые ЛА». И т.д.
Двигатель дорогой в ремонте потому, что у него чрезвычайно перегружены коренные подшипники коленчатого вала, т.к. применить классические баббитовые вкладыши нельзя, они такую нагрузку не потянут, перегреются и сгорят. Коленчатый вал укладывается непосредственно в расточку алюминиевого картера.
Такое решение распространено в мощных малоресурсных гоночных моторах автомобилей Формулы – 1 и на фирме Альфа-Ромео.
Но всему есть предел, в том числе и сопряжению коленчатый вал – картер.
Если при ремонте классического мотора производят шлифовку коленчатого вала и устанавливают новые ремонтные вкладыши (ремонтных картеров ещё не изобрели), что обходится не очень дорого, то фирма Rotax предлагает своим клиентам насладиться покупкой нового коленчатого вала и нового картера с новыми номерами и выписать новый формуляр.
Итак, R 912 / 914 ().
Далее по списку BMW R 1150 RS - «Бавариен Моторен Веерке» Всё то же самое, в более плохом варианте.
Тяжелейшая мотоциклетная наследственность – снят прямо с мотоцикла. Прилеплен редуктор с демпфером. Всего два цилиндра. Никасил. Выжали 95 л.с. Не годится даже для двухместного самолёта. ().
HIRTН - Хирт Моторен Веерке. Полная дисквалификация. Только двухтактные моторы любых конфигураций. Постоянные поломки коленчатого вала, задиры гильз и т.д. ()
Verner 133 MK. В конструкции мотора встречаются такие «перлы», которых нигде более не сыщешь.
Взять хотя бы центральную щеку коленчатого вала толщиной 2 мм! В общем, собрно в одну кучу все имеющиеся под рукою автомобильные запчасти и названо сие авиационным мотором. Этот шедевр выдаёт 84 л.с. на 3300оборотах в минуту.
Рассчитать диаметр винта читатель может самостоятельно.
Такой мотор стыдно ставить даже на дельтаплан. ()
РМЗ – 640 «Тайга» - Рыбинский моторостроительный завод, Россия. Вечная попытка подражать Rotaxу на свой азиатский манер.
Не рассматривается ввиду полной безнадёжности. ()
Австралийские призводители - Jabiru и Rotec.
Jabiru - Jabiru Aircraft Pty Ltd – модификации от 80 л.с. до 200 л.с..
Всё было бы очень хорошо, если бы не японская фирма «Hоndа», которая влезла в процесс создания мотора, чтобы получить доступ к авиационному рынку.
Ничего хорошего в том, что автомобилисты вмешиваются в процесс создания авиамоторов нет. Очень скудное мышление, вечное желание навязать всем свои поршни диаметром 82 мм, которые в своём развитии недалеко ушли от мотоциклетных.
Далее, читатель, можешь перечитать историю Rotax 912 S (см. выше).
Всё то же самое, только поршень Honda на несколько миллиметров больше, чем у Rotax. Одно, правда, радует: применение автомобильных шатунов даёт возможность создать коленчатый вал для шестицилиндрового мотора.
Но это предел.
И одно огорчает: Jabiru не способна создать редуктор к своему мотору (нет соответствующего оборудования), но это и к лучшему, т.к. редуктор всё равно бы разваливался, ибо мотор малоцилиндровый ( 4 - 6 вместо 12).
Чтобы не ударить в грязь лицом и показать хоть какую-нибудь мощность приходится форсировать мотор повышением оборотов коленчатого вала до 3000 – 3500 оборотов в минуту, что накладывает ограничения на максимальный диаметр винта 1750 – 1800 мм.
К чему это приводит см. выше.
В общем, Jabiru стоит на одной ступени развития с фирмой Rotax, а моторы стоят тех же денег.()
Особый разговор о фирме Rotec. Она прошла максимально близко от цели.
Конструкторы из Австралии поклонники американского мотора Kinner B-5 ( любимый мотор Эмили Эрхарт) захотели сделать себе точно такой же. Да вот беда – нет подходящих поршней диаметром 120 мм. Ладно, решили взять поршни от Honda и посмотреть, что получится. А получилась пятицилиндровая безредукторная звезда мощностью 50 л.с. ().
Понятно, что такой мотор за такие деньги никому не нужен. Нужно срочно искать выход.
Следующий шаг - поднять обороты коленчатого вала и сделать планетарный редуктор.
Но, видимо, они никогда не держали в руках книги «Масленников, Раппопорт. Конструкция авиационных поршневых двигателей. СССР, 1957г.», в которой чёрным по белому написано, что редукторы могут устанавливаться только на многоцилиндровые моторы: на радиальные 9 цилиндров, и на рядные V – образные 10 – 12 цилиндров.
Сделали, запустили. Редуктор развалился. ().
Добавили ещё два цилиндра и получили семицилиндровый мотор R – 2800 мощностью 110 л.с. ни то, ни сё. (), почти как Rotax и Jabiru.
Добавили ещё два цилиндра. Получился R – 3600 мощностью 150 л.с. – пик эволюционного развития Rotec ().
Мотор хороший, если бы не два «но»:
!. Цена 26000 евро.
2. Работает на бензине L – 100. Эдакий маленький М 14 П, сделанный для Америки.
11. А В Т О М О Б И Л И С Т Ы
Это вторая группа непрофессионалов.
Эволюционно развивается, только в ошибочном направлении. Ни один конструктор автомобильного мотора никогда не думает о том, что его мотор когда–нибудь установят на самолёт, а наоборот, делает всё от него зависящее, чтобы этого не случилось.
Чтобы не утомлять читателя, разберёмся со всякими Subaru, Suzuki, Honda разом.
Отдельно с РПД и Thielert.
Надо понимать, что Subaru, Suzuki, Honda – автомобильные моторы экономкласса. 4-х цилиндровая компоновка – дешевле некуда Немного круче – горизонтальный 6-ти цилиндровый оппозитный Subaru – но и это очень мало для авиамотора.
При конвертировании мотора пытаются его облегчить и выбросить маховик. Затем на мотор ставят редуктор и демпфер, что вновь его утяжеляет. В результате получается запрещённая комбинация – малоцилиндровый мотор с механическим редуктором ().
Единственный выход – создать эластичный фрикционный редуктор с ремённой передачей. Но это достаточно сложная задача. Редуктор получается тяжелым и громоздким (), а самолёт – перетяжелённым.
Номинальный режим любого автомобильного мотора составляет 35 – 40% от максимального, но об этом вообще никто и никогда не вспоминает. Да и как можно о чём – нибудь забыть, если этого никогда и не знал? А ведь для любого авиационного мотора номинал составляет 75% от максимала (для М-11 - 90%).
До того, как одни горячие головы пытались поставить автомобильный мотор на самолёт, другие не менее горячие головы пытались поставить их на лодки и аэросани (читай книгу В.А.Лазарев. «Автомобильные двигатели в катеростроении»).
Сегодня, в марте 2008 года, можно наблюдать последствия этой бурной деятельности на катерах и лодках не осталось ни одного автомобильного мотора. Не выдержали высоких номинальных режимов. Выжил только дизель ЮМЗ (трактор «Беларусь») на тяжёлых речных баркасах в устье Енисея.
Но дизель ЮМЗ на самолёт не поставишь…
При конверсии автомобильного мотора возникает огромное количество дополнительных проблем:
- радиаторы системы охлаждения трудно компонуются на ЛА,
- выхлопная система тяжела и громоздка ,
- стартёры запуска очень тяжелы,
- стартёрные аккумуляторы тяжелы,
- отсутствуют удобные точки крепления,
- мотор плохо капотируется,
- ненадёжный редуктор и т.д.
Автомобильные моторы прижились на очень тихоходных ЛА с малой потребной мощностью полёта (мотодельтапланы, самолёты с большой площадью крыла) ().
Отдельно хочется рассказать о турбодизеле Thielert Centurion 4.0.
Не надо учить немцев делать авиационные моторы. Не надо учить фирму Мерседес делать хорошие автомобильные моторы. Наоборот, надо у них поучиться самим.
Во-первых, Centurion – мотор схемы V – 8, а восемь цилиндров не так уж мало.
Во-вторых, Centurion – дизель, а это значит, что он имеет очень прочный и тяжелый коленчатый вал с большим собственным моментом инерции.
В третьих. Немцы не забыли про маховик.
В четвёртых, впрыск керосина в цилиндры происходит под контролем сложнейшей электронной системы, которая следит за быстротой нарастания давления в цилиндре и тем самым «срезает» пик и «добавляет» давление в конце хода поршня. Так происходит выравнивание крутящего момента по углу поворота коленчатого вала.
Если учесть правильные фазы газораспределения и продувку цилиндра под давлением от турбокомпрессора, то дизель V – 8 работает также равномерно, как и бензиновый V – 12 (шуршит бесшумно, как старенькая бабушкина швейная машинка «Зингер»).
При этом, 4-х литровый мотор развивает мощность 310 л.с. И всё это чудо немецкой техники работает на керосине Jet Fuel и потребляет на семидесяти процентах мощности 44 литра на час.
Одно не радует – цена.
Голый мотор стоит 77 122 евро, а мотор плюс комплект для установки на самолёт, включающий мотораму, радиаторы, маслобаки, патрубки и специально разработанный под мотор воздушный винт «Михль Бауэр» - 141 610 евро. Цифры приведены из журнала Flieger Magazine за март 2008 года.
Как известно, при покупке мотора реально придётся заплатить намного больше,
На круг этот мотор обойдётся вам в 200 000 евро. Это цена немецкого качества. ()
Экзотика РПД (французская фирма Mistral) – это вечно неразрешимые проблемы:
- отвратительная форма камеры сгорания – клиновая – хуже вообще не бывает.
- вечные проблемы с охлаждением поршня, т.к. он практически не касается стенок цилиндра,
- проблемы с уплотнением камеры сгорания,
- проблемы со смазкой цилиндра,
- проблемы прохода уплотнения и прорыв газов через камеру установки свечей,
- при постоянном термоциклировании происходит изменение геометрии эпитрохоиды цилиндра,
- отслоение износоустойчивого покрытия от стенок цилиндра,
- необходимость собирать мотор из нескольких моноблоков, что усложняет и удорожает конструкцию, и т.д.()
Переходим к центральной части работы.
П Р О Ф Е С С И О Н А Л Ы - П О Р Ш Н Е В И К И
Для удобства анализа информации разделим всех моторостроителей по группам, причём в расчёт будем принимать лишь тех, кто имеет какое-нибудь производство моторов на данный момент, либо прекратил производство, но моторы находятся в эксплуатации либо находились в эксплуатации до недавнего времени и есть живые свидетели применения этих моторов. Ибо анализ всех конструкций не представляется возможным.
- Дальнее зарубежье – США, Канада, Япония.
- Ближнее зарубежье – Чехия, Румыния.
- СССР до 1991 года.
- Россия после 1991 года.
С Ш А
Много чего хорошего было в США и много чего нет на данный момент. Нет фирмы «Райт», нет «Паккарда», «Кертисса», нет Аллисона, зато есть Licoming. Вот о нём и поговорим.
Когда-то Licoming имел твёрдый военный заказ и делал очень хорошие моторы для учебной авиации. Вспомним, к примеру, Licoming 220 НР – девятицилиндровую безредукторную звезду, которая устанавливалась на учебный биплан «Боинг – Стирман». Именно с этого самолёта и начался современный «Боинг».
Но время идет, всё изменяется, изменился и облик учебного самолёта ВВС США. Учат сразу на реактивных. Licoming навсегда потерял военный заказ, а вместе с ним и возможность производить хорошие моторы.
Чтобы не умереть с голоду, Licoming стал работать на рынке гражданских авиамоторов для частного пользования. Такая «конверсия» не прошла бескровно. От мотора пришлось отсечь всё лишнее, перейти на более дешёвые технологии, заменить дорогие материалы более дешёвыми, отказаться от производства собственных магнето, генераторв, поршневых колец и т.д.
Для гражданского самолёта не важна большая мощность и весовое совершенство мотора. Важнее другие его свойства:
- мотор должен легко компоноваться на самолёт,
- капот мотора должен быть красивым,
- удобный обзор вперёд через мотор,
- отсутствие «нижних» цилиндров, необходимости выворачивать свечи, прокручивать коленчатый вал и т.д. во избежание гидроудара,
- электрический запуск,
- простая маслосистема,
- эффективный глушитель, простой выхлопной коллектор и многое другое.
Этим требованиям может отвечать только мотор горизонтальной оппозитной компоновки. 4-х, 6-ти, 8-ми цилиндровый, безредукторный.
Чтобы носовая часть самолёта не выглядела массивной, мотор максимально обжимается по габаритам. От этого в первую очередь страдает радиус кривошипа коленчатого вала, так как именно он и определяет поперечные габариты мотора. Мотор получается короткоходным. Чтобы сохранить приемлемую мощность, приходится непропорционально увеличивать диаметр цилиндра, растёт продольный размер мотора. Очень сложно уменьшить межцилиндровое расстояние при большом диаметре поршня. Приходится срезать все рёбра с боковой поверхности головки цилиндра. Начинаются проблемы с охлаждением.
Восьмицилиндровые моторы ненадёжны – длинный и нежёсткий коленчатый вал склонен к частым поломкам из-за крутильных колебаний.
Попытка установить на Н–8 редуктор – провалилась, так как число цилиндров 8 гораздо меньше 12.
В результате всех этих компромисов и получились современные Licoming 320, 360, 540 серий с различными системами топливопитания.
О применимости к российским условиям скажем следующее:
- Отсутствие редуктора плюс короткий ход поршня приводят к тому, что свою мощность мотор выдаёт на 2750 оборотах в минуту. Это, в сою очередь, приводит к тому, что диаметр винта не может быть больше 1900 мм.
- При таких оборотах необходимо использовать дорогие металлические воздушные винты.
- Работает только на американском (либо финском) бензине L – 100, американском масле EXXON – ELIT.
- Проблемы с охлаждением на малоскоростном самолёте.
- Малая тяга силовой установки.
- Высокая стоимость нового мотора.
LICOMING секонд-хенд.
В Америке есть огромное количество моторов, отработавших свой ресурс, либо снятых с неисправных самолётов. Есть местные умельцы, которые их ремонтируют в своих гаражах. Затем этот мотор, не имеющий никаких гарантий, поступает в продажу на дикий рынок под каким-нибудь новым названием (брендом) «Mattituk», «Rad Gold», «ХР-360» и т.д. Стоят эти изделия народных американских промыслов 18000 – 24000$.
Чтобы легче было преодолеть таможню, мотор разбирают на запчасти (главное, чтобы хватило деталей, чтобы позже собрать его вновь). Но всё равно транспортировка и таможня удорожают мотор до 28000 – 30000$.
Всё то же самое плюс-минус 5% можно сказать и о Канадской фирме «Теледайн Континентал Моторс» - сокращённо CONTINENTAL. Хотя качество и конструкция мотора гораздо выше, чем у LICOMING.
Всё-таки «Континентал» произошёл от «Роллс–Ройса».
Американская фирма Cessna всегда ставила на свои самолёты моторы «Континентал». До тех пор, пока разрешал Конгресс США.
В Россию моторы «Контнентал» попали на самолёты Ил–103 и Як–112.
Яковлевцы были просто поражены малой тягой мотора (после нашего М-14П). Як-112 не летал, а просто безвольно мотался в воздухе. На сегодняшний день из-за отсутствия заказов фирма прекратила своё существование ().(CONTINENTAL)
П Р А Т Т э н д У И Т Н Е Й (Канада)
Пратт энд Уитней тоже имеет английское происхождение. Специализация – радиальные моторы воздушного охлаждения. В 1946 году, опираясь на немецкие разработки (ЮМО-004), полностью перешёл на производство газотурбинных моторов и с 1946 не выпустил ни одного поршневого. Зато до 1946 года фирма выпустила их очень много.
После окончания Второй Мировой войны всем стало очевидно, что эпоха поршневых боевых самолётов безвозвратно ушла. На складах авиации Военно-Морского флота США
(NAVY) хранилось огромное количество P&W.
Практичные американцы попытались продать все эти моторы в частные руки. Цены упали до цены металлолома.
Какое-то количество моторов забрали любители и коллекционеры, часть пошла на переплавку.
Фирма GRUMMAN «положила глаз» на мотор P&W660НР, который применялся на учебном самолёте Т-5. Выкупив всю партию моторов (около 1600 шт), фирма спроектировала под него сельскохозяйственный самолёт GRUMMAN - AG CAT, который стал основным самолётом сельскохозяйственной авиации США (Эдакий маленький американский Ан-2)
Когда все закупленные моторы были использованы, выпуск самолётов этого типа был прекращён ().
О газотурбинных P&W читай ниже.
Я П О Н И Я
Япония исторически сильна своим моторостроением. Боевые самолёты Второй Мировой войны имели современные авиационные моторы, ничем не уступавшие ни немецким, ни американским, ни английским (Накаджива, Кавасаки, Мицубиши и т.д.).
После поражения в войне Япония подверглась тотальному ограблению со стороны США. «Победители» отобрали у Японии весь торговый и военный флот, все японские самолёты пошли на переплавку в американские печи, из Японии вывезли всё тяжёлое машиностроительное оборудование.
Америка также «выковырнула» все авиационные мозги из черепной коробки Японии.
Япония в короткий срок восстановила разрушенное хозяйство страны, однако, авиацией больше не занималась.
Внутренние авиалинии Японии микроскопической длины, к тому же японцы быстро научились выпускать автомобили и делать хорошие дороги. В Китай летать было незачем, а до развитых цивилизованных центров Европы слишком далеко.
Природное трудолюбие Японцев плюс дешёвый морской транспорт плюс удобное расположение промышленных центров вблизи морских портов привело к тому, что страна, не имеющая своих запасов железной руды, занялась машиностроением.
Бурное развитие получило и моторостроение, в том числе, для автомобилей и мотоциклов.
США стали присматриваться к своему трудолюбивому соседу по Тихому океану. «А почему бы не отдать авиационное моторостроение Японии?» - подумали американцы. – «Пусть работают. Тем более, что Honda пытается прорваться и на авиационный рынок».
И вот Licoming и Honda совместно приступили к проектированию нового авиамотора для американского рынка, причём контрольный пакет акций принадлежал США.
Японцы быстро создали отличный мотор, лишённый всех недостатков Licoming. Мотор прошёл заводские испытания и рекламировался в журнале Sport Аviation.
Но в самый последний момент, возможно, опасаясь что японцы завалят все рынки моторами нового поколения и Licoming останется без работы, американцы дали «полный назад» и проект рухнул ().
Г Е Р М А Н И Я
Никакого профессионального авиамоторостроения на сегодняшний день нет.
Б Л И Ж Н Е Е З А Р У Б Е Ж Ь Е
Ч Е Х И Я
Чехи – вечные гастарбайтеры Германии. Всему, что умеют делать, чехи научились либо в Германии (до 1945 года), либо в СССР в составе СЭВ. Поэтому Чешское моторостроение подразделяется на три этапа: немецкий, советский и постперестроечный.
После поражения в Первой Мировой войне Германия была вынуждена какое-то время выполнять условия Версальского договора, который ограничивал развитие её Военно-промышленного комплекса. Германии запрещалось строить корабли водоизмещением более 10000 тонн, подводные лодки, дирижабли, тяжелые танки, самолёты., а также авиационные моторы мощностью более 100 л.с.
Что делать? Вывести моторостроение на сопредельные территории! Но не во Францию же, и не в дикую Польшу. А в самый развитый промышленный центр Чехии – Прагу.
Профессор Хельмут Вальтер чтобы не терять времени даром приступил к проектированию мотора мощностью 160 л.с.для будущей учебной авиации.
Это была шестицилиндровая рядная машина воздушного охлаждения, спроектированная по всем правилам высочайшего инженерного искусства тех лет. Производство начали с усечённой до четырёх цилиндров версии мотора мощностью 105 л.с. (100 плюс-минус 5 л.с. – разброс параметров серийных моторов).
Моторы нарекли именами «Вальтер–минор-4» и «Вальтер-минор-6», а завод в Праге получил название «Завод Вальтера».
Именно с этими моторами полетел «Клемм», после него был «Мессершмит-108, дедушка и отец легендарного Вf – 109.
Но неизлечимой болезнью всех «Вальтеров» стал маленький диаметр цилиндра (105мм), который сохранился и по сей день в моторах М332, М337, Аи-14RА, М14П.
Не связанные никакими договорами англичане в то же самое время делали для учебной авиации 4-х цилиндровые моторы с диаметром цилиндра 140 мм. Именно этот мотор «Джипси мейджер» и обеспечил успех английскому самолёту первоначального обучения «Тайгер-Мотс», эдакому По-2 на английский манер.
В России до сих пор можно найти «Вальтеры», т.к. они выпускались некоторое время по инерции после восстановления производства в послевоенный период до раскола «Завода Вальтер» на две части.
Эти моторы устанавливались на самолёты «Аэро», «Супер Аэро», «Тренер» Z126, Z226,Z326, которые поставлялись в СССР, а также в ремонтные фонды аэроклубов.
На базе этих моторов был создан лёгкий самолёт для аэродромного базирования ().
С О В Е Т С К И Й П Е Р И О Д .
После Второй Мировой войны встал вопрос о политическом устройстве Европы. Здесь столкнулись интересы двух противоборствующих сил. С одной стороны блок НАТО, с другой – СССР. Каждая из них стремилась обеспечить своё политическое и экономическое влияние на контролируемой территории. СССР организовал Совет экономической взаимопомощи (СЭВ).
Задачей СЭВ было развить сеть экономической кооперации и наладить связи СССР с Восточной Европой. В этой связи СССР выступил донором и вынес часть своих предприятий на неосвоенные промышленные территории Чехии, Польши, Румынии, Югославии.
Было решено передать этим странам технологии производства тепловозов (Ченстохов), судостроения (Гданьск), авиастроения (Водоходы) и пр.
В области самолётостроения – передать производство лёгких учебных самолётов Як-18У и самолётов Ан-2 в Польшу, моторов М14П в Румынию, Чехам оставить производство самолётов Zlin Z226, Z326 и Morava.
Чешская фирма LET начала разработку самолёта L-410 – ухудшенного варианта Ан-28. Требовался мотор.
Совместно с русскими конструкторами чехи разработали газотурбинный мотор «Walter М601» и приступили к его производству на «Заводе Walter». Так как руководство «Вальтера» не пожелало сохранить на своём заводе производство поршневиков, мотивируя это нехваткой производственных мощностей, то встал вопрос о создании отдельного предприятия для производства поршневых моторов LOM PRAGA.
Решено было также приурочить к этому процессу глубокую модернизацию моторов «Walter-Minor-4» и «Walter-Minor-6».
Изменениям подверглись: конструкция головок цилиндров, Механизм газораспределения, система питания топливом. Вместо швейцарских магнето «Сцинтилла-Вертекс» были установлены чешские магнето PAL. Моторы получили также приводные центробежные нагнетатели
В наследство от старых «вальтеров» достался только неизменный диаметр цилиндра 105мм. Потому что если увеличить диаметр цилиндра, то придётся увеличивать межцилиндровое расстояние, делать новый коленчатый вал, новый картер и т.д. Иными
словами, делать новый мотор, под который придётся создавать новое технологическое оборудование. И на это не пошли.
В результате компромисса получились довольно необычные моторы: М332 мощностью 140 л.с. и М337 мощностью 210 л.с. при 2750 оборотах в минуту на воздушном винте.
При таких оборотах коленчатого вала необходимо применять металлические винты диаметром не более 1900 мм. Эти винты не развивают большой тяги на малых скоростях, а область применения названных моторов – лёгкие учебные самолёты и пятиместная Morava (2 х 210 л.с. на 5 человек).
Эти самолёты имеют затяжной взлёт и должны базироваться на аэродромах с искусственным покрытием взлётно-посадочной полосы.
В постперестроечный период завод LOM-PRAGA находится в глубоком экономическом кризисе, так как основной потребитель его продукции - СССР – перестал существовать, а Россия находится ещё в более глубоком кризисе.
Хотя в Москве есть дилер «LOM-PRAGA», количество продаж в Россию микроскопическое, всего несколько моторов в год. Завод обречён на смерть ().
С С С Р - Р О С С И Я
В СССР авиамоторостроение было одним из приоритетных направлений в экономике. Справочник «Энциклопедия авиадвигателестроения» (1999г.) содержит 297 страниц. Огромное количество проектно-конструкторских организаций создали мощную научную школу. До сих пор российские моторы для боевых самолётов считаются лучшими в мире.
В области поршневого моторостроения наша страна прошла долгий и тяжёлый путь развития. Начинали с того, что на первые отечественные моторы устанавливалось до 60% импортных деталей.
Некоторое время закупались: магнето, свечи, провода зажигания, бензошланги, карбюраторы, генераторы, поршневые кольца, системы запуска, подшипники, маслонасосы и т.д. (1926 год).
За сравнительно короткий период времени в условиях надвигавшейся мировой войны было налажено производство всего необходимого. В стране была создана целая сеть авиаагрегатных заводов. Советские магнето, карбюраторы, подшипники находились на самом высоком мировом уровне.
В настоящий момент времени Россия по научному потенциалу – мировой лидер поршневого авиамоторостроения. Объясняется это тем, что во всём мире в послевоенное время с переходом авиации на реактивную тягу спрос на поршневые моторы упал. Упал спрос, упало и предложение.
Уже в 1946 году прекратилось производство поршневых моторов на заводах P&W, Rolls- Roys, Allison. Всё было забыто и выброшено на помойку истории.
В СССР же до 1991 года сохранилось производство мотора АШ-62ИР для народного хозяйства, а производство мотора М-14П – лучшего в мире мотора для спортивных самолётов – продолжается и в наши дни.
В СССР было издано огромное количество научной литературы, собран большой статистический материал, разработаны руководства по проектированию моторов. Всё это составляет национальное богатство страны. К сожалению, в «новое время» всё это очень мало ценится. Разбазариваются архивные материалы, помещения заводских библиотек освобождаются под склады парфюмерной продукции. Безвозвратно теряются научные и производственные школы, когда старшее поколение передаёт приходящим ему на смену знания и производственный опыт, которым невозможно научить ни в одном учебном заведении. Это невосполнимые потери.
Из всего многообразия выберем интересующую нас эволюционную цепочку моторов.
1.М-11, М-11В, М-11Д, М-11ФР-1, М-11ФР, М-11ФРН.
2.МГ-11.
3.МГ-21.
4.МГ-31.
5.АИ-14RA.
6.М-14П.
М-11
Мотор воздушного охлаждения разработан А.Д.Швецовым в содружестве с Н.В. Окромешко. По своим характеристикам был лучшим на то время мотором этого класса.
Мощность мотра на номинальном режиме 100-140 л.с., на максимальном – до 160 л.с.. Модификации: М-11Е, М-11Д и М-11ФР. Серийно выпускался за Запорожском моторостроительном заводе с 1927 года по 1959 год. Общее число изготовленных моторов составило 120000шт. Мотор устанавливался на 88 типах самолётов, среди которых По-2, УТ-1, УТ-2, АИР-6, Як-6, Як-12, Як-18, Ш-2 и многие другие. (Энциклопедия авиадвигателестроения. 1996г.)
Основные данные мотора М-11: пятицилиндровый, звездообразный, четырёхтактный, безредукторный, невысотный, воздушного охлаждения, работающий на лёгком топливе – бензине.
Основные параметры:
Тип мотора – однорядный звездообразный,
Число цилиндров - 5,
Диаметр цилиндра - 125мм,
Ход поршня - 140мм,
Степень сжатия - 5-5,5
Рабочий объём всех цилиндров - 8,6 литра
Передача на винт - прямая,
Высотность - невысотный,
Максимальная мощность - 100-160 л.с.,
Число оборотов коленчатого вала - 1560-1900 об/мин,
Удельный расход топлива - 250-270 г /л.с.час
Октановое число бензина - не ниже 70,
Сухой вес мотора - 160 кг.
Проведём анализ приведенных параметров. Всё ли было сделано правильно?
Техническое задание на разработку мотора было выдано НТК УВВС в августе 1925 года:
1.Мотор должен быть номинальной мощностью около 100 л.с.ротативного или стационарного типа, воздушного охлаждения.
2. Число оборотов винта не выше 1800 об/мин.
3. Максимально дешёвая конструкция.
4. Простая эксплуатация и ремонт.
5. Возможность массового производства, и т.д.
Швецов, опираясь на мировой опыт (своего тогда ещё не было), выбрал стационарную схему мотора. В те времена редукторы на моторы не устанавливались, передача на воздушный винт была прямая. Надёжные редукторы появились позже на моторах «Райт», «Роллс-Ройс», «Испано-Сюиза» и «Нэпир-Лайон» схемы V-10 и V-12 в 1930-1936 годах. К тому же, редукторы были необычайно дороги.
Какое выбрать количество цилиндров? Исходя из соображений максимальной дешевизны – минимально возможное. В те времена уже было известно, что двух и трёхцилиндровые четырёхтактные моторы чрезвычайно ненадёжны из-за высокого уровня вибраций и неравномерности хода ( «Бристоль-Черуб111, «Сальмсон АД-3» и пр.).
Четыре, пять или шесть цилиндров? Хорошо известно, что чётное число цилиндров имеют рядные моторы, нечётное – звездообразные. Производство рядного четырёхцилиндрового мотора сталкивается с большими технологическими трудностями, а именно: С необходимостью делать длинный четырёхколенный коленчатый вал, изготавливаемый путём обработки точной поковки из легированной стали, и сложностью отливки многополостного алюминиевого картера. Таких технологий в 1926 году в России не было.
В звездообразном моторе всё гораздо проще. Коленчатый вал – одноколенный, разборный, состоит из двух достаточно простых деталей, которые обрабатываются на токарных станках. Картер сборный, состоит из трёх однополостных отливок.
Из этого следует, что пятицилиндровая безредукторная звезда – единственно правильное решение. К этому можно добавить, что для звезды проще решается вопрос организации воздушного охлаждения цилиндров, а для рядных многоцилиндровых моторов обеспечение равномерного охлаждения – серьёзная проблема.
Итак, однозначно, схема мотора R-5. Теперь необходимо определить геометрические параметры мотора. Начнём с определения степени сжатия.
В то время понятие «авиационный бензин» отсутствовало как таковое. Был просто «бензин» двух сортов: грозненский и Бакинский. Бакинский был лучше. О существовании антидетонаторов не знали вообще. Октановое число неизвестно. По косвенным данным, у грозненского – 66, у Бакинского – 68 единиц. (Моторы BMW, поставлявшиеся из Германии, работали тогда на чистом бензоле (синтетическом).
Экспериментально было установлено, что отечественные бензины допускают работу в моторах со степенью сжатия не более 5,0 единиц. Именно эта цифра и была заложена в термодинамический расчёт мотора. При такой низкой степени сжатия, низких оборотах коленчатого вала (1650 оборотов в минуту для обеспечения работы с воздушным винтом диаметром 2500мм) необходимо было максимально увеличить объём цилиндров.
Каким образом? Во-первых, максимально увеличить диаметр цилиндра, во-вторых –ход поршня.
Диаметр цилиндра М-11 равен 125 мм. Почему? Дело в том, что на увеличение диаметра цилиндра накладываются жёсткие ограничения по прочности поршня. В 1926 году применение алюминиевых поршней было новинкой. Предшественник М-11 –го мотор М-2 имел чугунные поршни диаметром 120 мм. Чугун, как известно, в три раза тяжелее алюминия. М-2 спасало то, что он был ротативным и поршни в нём двигались по окружности, испытывая лишь небольшую нагрузку от центробежных сил.
М-11 – стационарный мотор, в котором поршни совершают возвратно-поступательное движение (28 раз в секунду), поэтому поршни должны быть лёгкими.
Единственным технологическим приёмом производства алюминиевых поршней был способ свободного литья в земляные формы. Этот способ не обеспечивал высоких прочностных характеристик поршней.
В Англии и Германии к тому времени уже были освоены методы литья под давлением в металлические формы и центробежное литьё.
Поэтому, предельный диаметр цилиндра 125 мм для России и 140 мм для Англии и Германии ( 4-х цилиндровый английский рядный аналог М-11 – го «Джипси Мэйджер» имел диаметр цилиндра 140 мм).
Ход поршня М-11 равен 140 мм. Почему?
А потому, что больше нельзя. Это предел, т.к. при дальнейшем увеличении этого размера нарушается правильная пропорция цилиндра и снижается термический КПД, а также не обеспечивается проходимость шатуна в нижней части цилиндра без чрезмерного
увеличения диаметра мотора, а, значит, и его массы.
При таких размерах диаметра цилиндра и хода поршня получается рабочий объём мотора 8,6 литра.
На 1650 оборотах в минуту имеем 7100 литров газового расхода. Из статистики хорошо известно, что для степени сжатия 5,0 единиц мы можем получить мощность 0, 0155 л.с. с одного литра в минуту. Отсюда следует:
7100 х 0,0155 = 110 л.с. – максимальная мощность.
Так как звездообразный мотор не испытывает проблем с охлаждением, можно получить очень большой номинальный режим – 90%.
Можно констатировать, что техническое задание образцово выполнено по всем пунктам!
Пройдя стендовые испытания, мотор сразу же был запущен в массовое производство. Ни один мотор в мире никогда не выпускался в количестве 120000шт. Для сравнения скажем, что известная американская фирма Licoming, имея производство с 1920 года по март 2008 года, выпустила 54000 моторов всех типов и модификаций вместе взятых.
По мере накопления опыта эксплуатации и оснащения производства современными технологическими процессами мотор М-11 постоянно совершенствовался:
М-11А, М-11Б – изменение технологии производства головок и гильз цилиндров, М-11-В – переход от шарикоподшипников на подшипник скольжения в нижней головке главного шатуна, изменение конструкции коленчатого вала, М-11-Г – технологические улучшения литья, переход с немецких карбюраторов «Клодель»(2 карбюратора на мотор) на один отечественный карбюратор К-11, М-11-Д – самый массовый предвоенный мотор.
В связи с переходом на более качественные материалы для коленчатого вала, пальцев, шатунов повысились обороты коленчатого вала до 1750 об/мин, повысился ресурс мотора между переборками из-за перехода с касторового масла на минеральное МК-20.
Вместо магнето «Сцинтилла» установили отечественные БСМ-5.
Мощность мотора М-11-Д достигла 125 л.с.
Именно М-11-Д прошёл всю Великую отечественную войну на самолётах По-2ВС, По-2НШ, Як-6, Ут-1, Ут-2, Ш-2.
По окончании войны в середине 1947 года мотор вновь был модифицирован. Степень сжатия была увеличена до 5,5 в связи с появлением новых бензинов (Б-70), установлена система воздушного запуска, вместо карбюратора К-11 установлен карбюратор К-11БП (безпоплавковый), установлен аэромеханический воздушный винт изменяемого шага В-501, а также воздушный компрессор, вакуум-насос, генератор, экранированная система зажигания.
Новый мотор получил обозначение М-11ФР-1.
На самолётах Як-18 с этими моторами были установлены мировые рекорды скорости на дистанциях 500 и 1000 километров (сентябрь 1947г., лётчики Н. Форостенко и М. Чечнева).
Дальнейшие работы по улучшению мотора М-11ФР-1 привели к выпуску М-11ФР На мотор установили регулятор оборотов Р-2. С 1948 года этот мотор стал выпускаться серийно.
Он устанавливался на учебные самолёты Як-18У – пик эволюционного развития «яков» с моторами М-11ФР, Як-12, Ш-2 послевоенного выпуска. Мотор позволял выполнять акробатические полёты.
Мощность М-11ФР cоставляет 160л.с. на 1900 оборотах в минуту.
Дальнейшая модернизация мотора М-11ФРН с установкой центробежного нагнетателя уже не имела успеха, потому что нагнетатель не имел мультипликатора (чтобы не усложнять конструкцию) для повышения оборотов крыльчатки. Наддув оказался невысоким, добавка мощности составила всего 10 л.с. при утяжелении и усложнении мотора.
М-11ФРН в серию не пошёл. В 1956 году М-11ФР был снят с производства в связи с переходом на выпуск мотора АИ-14R.
На этом закончилась славная история мотора М-11ФР ().
М О Т О Р Ы М Г – 11 , М Г – 21 , М Г – 31
Начнём с МГ-11. Что это за мотор? Что обозначает буква «Г» и чем он отличается от М-11? Из справочника: мотор М-11Г разработан в 1933 году (на семь лет позже М-11) на Тушинском моторостроительном заводе «Красный октябрь конструкторами А.Швецовым, А.Назаровым, М. Косовым.
Мотор выпускался на заводе с 1933 по 1937 год, устанавливался на лёгкие гражданские самолёты «Сталь 7», а также на самолёты Н.В.Никитина и А,С,Москалёва.
Дело в том, что по законам того времени мотор М-11 считался военным, так как в основном устанавливался на «военные» учебные самолёты У-2. На У-2 летали в лётных училищах, аэроклубах Осовиахима, которые находились на военном снабжении ГСМ. Качество бензина обязательно проверялось в лабораториях баз снабжения.
В те времена с этим было очень строго.
Назрела необходимость создать мотор для гражданского сектора экономики: для пассажирских, санитарных, сельскохозяйственных, исполкомовских, связных. почтовых самолётов, для самолётов ледовой и рыбной разведки, лесоохраны, аэросева лесов, геологоразведки.
Понятно, что эти типы самолётов не могут снабжаться через центральные базы ГСМ. Топливом для них должен послужить широко распространённый автомобильный бензин неизвестной марки. Короче говоря, моторы должны надёжно работать на «всём, что горит».
Как решить эту проблему? Во-первых, снизить степень сжатия до 4,9, во-вторых, увеличить диаметр цилиндра и ход поршня для того, чтобы компенсировать потерянную из-за снижения степени сжатия мощность мотора, потому что перечисленные самолёты не были просто учебными, а несли ещё коммерческую нагрузку, и снижение мощности было недопустимым.
К 1933 году завод «Красный Октябрь» уже был прекрасно оснащён новейшим американским и немецким оборудованием. Технологических проблем не было. За основу был взят проверенный мотор М-11, но всего лишь немного увеличили в размерах. В честь него в обозначении нового мотора оставили цифру 11.
Поэтому, обозначение МГ-11 расшифровывается так: мотор гражданский, похожий на М-11. МГ-11 развивал мощность 150 л.с. ().
Но время требовало большей мощности.
Наиболее простое решение – увеличить количество цилиндров в одном блоке до 7. Так появился мотор МГ-21 – семицилиндровая машина мощность 240 л.с.! (Пусть читатель сравнит его с Аи-14R разработки 1955 года).
Дальнейшая модификация МГ-11 – девятицилиндровая звезда МГ-31 мощностью 330 л.с. (сравните с М-14П!)
МГ-31 устанавливался на самолёты Калинина, Никитина и на последний самолёт Шаврова Ш-7.
Был также разработан проект двойной звезды мощностью 600 л.с.! Но в 1937 году стало ясно, что война неизбежна. Производство гражданских самолётов прекратилось. Прекратилось и производство моторов к ним. Завод «Красный Октябрь перешёл на выпуск только военной продукции.
Во время войны про моторы МГ не вспоминали. Не вспомнили о них, и после её окончания. А жаль. ().
П О С Л Е В О Е Н Н Ы Й Э Т А П . М О Т О Р А Ш – 6 2 И Р
Аш-62ИР – дальнейшее развитие семейства моторов, начиная с М-25. Разработан в конструкторском бюро А.Швецова в 1938 году в городе Пермь. Мощность мотора 1000 л.с.. Такая мощность не даётся даром. Поэтому пришлось применить кованые поршни
диаметром 160 мм из специально разработанного сплава АК-4-1, установить приводной центробежный нагнетатель высокого наддува, редуктор с фланкированным зубом неподвижной шестерни и т.д.
Излишне напоминать, что этот мотор проектировался для эксплуатации на высокооктановом высококачественном бензине Б95/115.
Варианты этого мотора устанавливались на самолёты И-16, И-153.Во время войны мотор устанавливался также на военно-транспортный самолёт Ли-2, выпускавшийся с 1938 года по 1960 год.
Технология производства мотора была «отшлифована», мотор излечился от всех болезней.
После войны из-за перехода авиации на реактивные и газотурбинные моторы, самолёт Ли-2 быстро устарел и был снят с производства.
Поэтому, когда О.К.Антонов приступил к проектированию широкоуниверсального самолёта Ан-2 для народного хозяйства, у него просто не было выбора. Мотор АШ-21 снимался с производства потому, что устанавливался только на одном типе самолёта (Як-11), который, к тому же, выпускался малой серией.
Антонов был поставлен перед выбором – или М-11ФР мощностью 160 л.с., или АШ-62ИР мощностью 1000 л.с.
АШ-62ИР - прекрасный мотор своего класса, вершина развития всего семейства радиальных однорядных звёзд. «Ахиллесовой пятой» этого мотора была его цена. Сколько он стоил на самом деле, до сих пор не знает никто. Его производство было возможно либо в условиях военного времени, когда люди, приближая Победу, работали за хлебную карточку, либо в условиях жёсткой плановой экономики.
Мотор начинал выпускаться на моторостроительном заводе в Перми, после 1949 года – на Запорожском моторостроительном заводе, где выпускался до 1952 года. Затем выпуск мотора прекратили окончательно ().
При списании самолётов Ли-2 моторы возвращались на ремонтные заводы. Именно ремонт АШ-62ИР поддерживал выпуск самолётов Ан-2.
Ремонт проводился на Уральском ремонтном заводе гражданской авиации и на Киевском авиамоторном заводе N410.
Количество отремонтированных моторов около 9000 шт.. Надо отметить, что ремонт в те годы производился с выбраковкой и заменой изношенных деталей – коленчатых валов, редукторов, поршней, цилиндров и т.д. Так что можно считать, что из ремонта выходили практически новые моторы.
В 1991 году в результате распада СССР и развала экономики полностью прекратился выпуск всех новых деталей, а Запорожский моторный завод достался Украине.
Поэтому ремонт моторов после 1991 года превратился в переборку изношенного мотора с выписыванием новых документов.
Выпуск мотора АШ-62Ир больше никогда не может быть восстановлен ().
АИ-14R
Появление мотора АИ-14R имеет характерную историю, т.к. при его создании никакие экономические соображения не принимались в расчёт. Всё решала политическая ситуация того времени. Хорошо известно, что товарищу Сталину спортивные результаты наших спортсменов нужны были так же, как собаке пятая нога. Товарищ Сталин любил массовую авиацию. В своё время через аэроклубы Осовиахима прошло более 15 миллионов человек
Именно тогда была отшлифована до зеркального блеска система подготовки лётного состава на самолётах с моторами М-11Д:
По-2 - первоначальное обучение, Як-18 – учебно-тренировочные полёты
Затем Як -18У с мотором М-11ФР и убирающимися шасси с носовой опорой для подготовки лётчиков-реактивщиков. Всем был хорош Як-18У – «дёшево и сердито» решал сложную задачу.
Одно плохо – на этом самолёте невозможно было устанавливать мировые рекорды по самолётному спорту.
В 1953 году к власти в СССР пришёл Н.С.Хрущёв. Хрущёв на свой манер понимал цели и задачи, стоявшие перед авиацией. Хрущёв сломал старую систему и создал новую – ДОСААФ. Задача ДОСААФ – установление мировых рекордов и сбор золотых медалей в копилку СССР.
Требовалась срочная модификация Як -18. Решение этой задачи поручили Ивченко А.Г.. Он уже имел опыт проектирования маломощных моторов Аи-10 и Аи-12 не пошедших в серию. Теперь же следовало создать «спортивно-боевой мотор». Как подойти к делу?
Да очень просто! Нужно взять за основу АШ-62ИР и уменьшить его в размерах! Сказано – сделано. Таким образом и родился АИ-14R – девятицилиндровая звезда с рабочим объёмом 10,16 литра и мощностью 240 л.с.
Конечно же, на нём был установлен редуктор, компрессор (ПЦН), регулятор винта, акробатический карбюратор, система запуска сжатым воздухом.
После замены «устаревшего» М-11ФР на АИ-14R, Як-18 стали называться Як-18П, Як-18ПС, Як-18ПМ. Выступая на этих самолётах, сборная СССР «наголову разгромила» всех соперников.
Под этот мотор были также разработаны самолёты Ан-14, вертолёты Ка-15, Ка-18, Ка-26.
Но почему же в1968 году мотор Аи-14R был снят с производства? ().
М-14П
Дело в том, что американцы, французы и немцы тоже не сидели, сложа руки.
В конце 60-х годов они стали создавать специальные пилотажные самолёты для топ-спортсменов. На эти машины устанавливались шестицилиндровые версии моторов Licoming и Continental мощностью в 300л.с. Появились самолёты фирм CAP, EXTRA, LAZER, ZLIN-50 и проч. Конечно, дизайн этих самолётов был более современным, чем у Як-18ПС, да и мотор был на 60 л.с. мощнее. Удача отвернулась от наших спортсменов.
После Н.С.Хрущёва к руководству страной пришёл уважаемый Л.И.Брежнев. Брежнев тоже любил мировую славу. Необходимо было поправлять дела и в авиационном спорте.
Дожиманием АИ-14R занялся конструктор ОКБМ в г.Воронеж Веденеев. Он пошёл проверенным путём: изменение формы головки цилиндра, установка увеличенных клапанов, повышение наддува, повышение частоты вращения коленчатого вала, новый редуктор с новым фланцем воздушного винта, изменение фаз газораспределения и т.п. привели к увеличению мощности мотора с 240 л.с. до 360 л.с. при тех же габаритах.
Это позволило заменять АИ-14R на м-14П без переделок самолёта. М-14П навсегда обогнал Licoming.
История повторилась. Советские спортсмены на самолётах Як-50 и Як-52 вновь собрали всё золото.
На базе этого мотора появились самолёты Як-55, Су-26М, Су-29, Су-31 – шедевры, непревзойдённые до сих пор.
Всем стало очевидно, что победить, а не просто выступить, на чемпионате мира можно только на советских самолётах
Превзойти параметры мотора М-14П невозможно. Все современные попытки «дожать» мотор приводят к катастрофическому снижению ресурса. Так, мотор М-9Ф мощностью 400 л.с. – современная версия М-14П – имеет ресурс всего 50 часов.
Сколько стоит один час эксплуатации этого мотора, посчитать несложно: следует стоимость мотора разделить на 50 и … удивиться полученной цифре.
Теперь о цене. Опять, как и с мотором АШ-62ИР, правильную цену мотора М-14П не знает никто. Надо сказать, что ВМЗ (г.Воронеж) занимается производством ЖРД, вертолётных редукторов ВР126, ВР226, Р-26, ВР-60. Р-35, Р-36, а так же ремонтом главных и хвостовых редукторов вертолётов. Работы хватает. Производство моторов М-14 шло в нагрузку, как производство товаров народного потребления. Заводу спускался план, и он этот план выполнял.
На моторы назначалась необоснованно низкая цена. Расходы покрывались из других секторов экономики страны.
Авиационный мотор – очень сложный агрегат, который производится в кооперации со множество других предприятий. Для производства М-14 ВМЗ получал в качестве комплектующих следующие агрегаты: карбюраторы, магнето, провода высокого напряжения, свечи, топливные насосы, генераторы, маслонасосы, регулятор Р-2, воздухораспределители, клапаны запуска, компрессоры АК-50 и т.д.
Всё это изготавливалось на специализированных авиаагрегатных заводах, разбросанных по всей территории России.
В 1991 году всё резко изменилось. В результате «перестройки» и «приватизации» разрушились все налаженные годами связи. Уничтожены авиаагрегатные заводы. В сложившихся условиях производить новые моторы М-14П практически невозможно (), можно только ремонтировать старые.
Подводя краткий итог вышесказанному о производстве поршневых моторов, можно сказать следующее:
Экономический подход к вопросу проектирования мотора был осуществлён лишь применительно к моторам М-11, МГ-11, МГ-21, МГ-31 в 1926 – 1933 годах.
Что изменилось с тех пор за 75 лет? Да ничего не изменилось. В 2008 году Россия стоит в тех же условиях постперестроечной разрухи, как стояла в 1926 году после разрухи Гражданской войны
Так что если авиация и моторостроение в нашей стране и будут развиваться, то всё пойдёт уже пройденным однажды путём, а именно: создание мотора типа М-11ФР в современном «прочтении» работ мастеров прошлого, создание современных МГ-21 и МГ-31. На их базе будут создаваться современные По-2, Ш-2, Як-6, Як-18У, Ш-7 и др.
Другого пути нет. Другой путь – это процесс вечного творчества, бессмысленного метания из стороны в сторону.
Как сказал Аристотель ещё в третьем веке до новой эры, «всякая вещь во Вселенной появляется дважды, первый раз виде потенции (условий) своего появления (идеи), второй раз она появляется в виде вещи – материального воплощения идеи».
Нам остаётся «всего лишь» воплотить эти идеи в жизнь.
А В И А Ц И О Н Н Ы Е Г А З О Т У Р Б И Н Н Ы Е
Д В И Г А Т Е Л И
Газотурбинные моторы обладают значительно большей мощностью, чем поршневые – до 20000 л.с.
Рассмотрим лишь самые «слабые» моторы: WALTER М601/ 603, РТ-6А, ТВД-20.
WALTER М601 – проектировался для установки на самолёт L-410, устанавливался на самолёт «Турбофинист». Мощность мотора составляет 780-850 л.с.
Мотор интересен ещё и тем, что применялся на чешском сельскохозяйственном самолёте Z-137 «турбочмелак». Надо сказать, что все газотурбинные моторы страдают одним недостатком – очень высокой ценой. Цена значительно снижается после выработки части ресурса и проведения капитального ремонта. Но и после этого WALTER стоит 120000$. ().
ТВД-20 разработан на Омском авиадвигателестроительном комплексе специально для замены выходящих из эксплуатации АШ-62ИР. Предназначался для самолёта Ан-3. Мощность мотора составляет 1100л.с., при этом, АШ-62ИР потреблял 200-220 литров бензина на час полёта, то ТВД-20 сожжет 400-450 литров керосина за час полёта. Ан-3 имеет вдвое больший объем баков. Цена ТВД-20 - 660000$. ().
Из сказанного выше следует, что в диапазоне малых мощностей примерно до 800л.с. поршневые моторы более выгодны, чем газотурбинные. Собственная цена поршневого мотора значительно ниже газотурбинного, а при эксплуатации он потребляет в 2-2,5 раза меньше топлива. Цены на авиабезин и авиакеросин примерно равны.
Газотурбинные моторы в коммерческой лёгкой авиации могут применяться лишь в том случае, если мотор достался вам почти даром.
А Л Ь Т Е Р Н А Т И В Н Ы Е Д В И Г А Т Е Л И
(РТ-6А и пр.)
Термин «альтернативный двигатель» придумали американцы. Что содержит это понятие? Чему есть альтернатива?
Всё объясняется достаточно просто. В Америке много газотурбинных двигателей, от которых отказались предыдущие эксплуатанты «в пользу бедных». Происходит это в результате частичной выработки ресурса двигателей, эксплуатирующихся на вертолётах ВВС США. Как известно, требования к надёжности вертолётного двигателя выше, чем к самолётному. А по мере выработки ресурса или превышения параметров эксплуатации (заброс температуры газов перед турбиной, зарегистрированный бортовым самописцем, перекрут по оборотам и т.п.) надёжность двигателя снижается. Может случиться так, что мотор непригоден к эксплуатации на вертолёте, но ещё годится для установки на самолёт.
Снятые с вертолётов моторы поступают на склады, а оттуда распределяются (не продаются!) на авиационные фирмы. Очевидно, что такие моторы нельзя ставить на пассажирские самолёты. Зато они прекрасно подходят для самолётов сельхозавиации.
Именно благодаря поставкам таких «альтернативных» моторов РТ-6А и держится на плаву единственный на сегодняшний день производитель американских сельскохозяйственных самолётов фирма TRUSH.
Альтернативные двигатели объявляются национальным достоянием Америки и не подлежат коммерческой продаже. Не продаются они и в составе самолёта, поэтому американские самолёты, оснащённые альтернативными двигателями, эксплуатируются только в США. Их больше нет нигде в мире (своего рода «железный занавес»).
Иногда они появляются на короткое время в Европе, но это всего лишь аренда. Отработавший ресурс двигатель должен быть возвращён в ВВС США для утилизации согласно действующим инструкциям, чтобы не попал в руки других «любителей авиации».
РТ-6А даже в альтернативном варианте в России не появится никогда.
Бабенко Э.Б.
|