Серийные советские авиационные двигатели периода Великой Отечественной войны
Автор: Александр Николаевич Медведь. к.т.н.
На рубеже двадцатых и тридцатых годов ХХ века в мировом авиамоторостроении начался своеобразный бум, золотой век, когда технические характеристики двигателей стремительно улучшались. При общей тенденции к росту мощности моторов их удельная масса заметно снижалась, а высотность увеличивалась. Все это обеспечивалось совершенствованием все более изощренных технологий; уже тогда стало приходить понимание, что по наукоемкости авиамотор сложнее современного ему самолета.
Мощность двигателя определяется средним эффективным давлением газов, рабочим объемом цилиндра (диаметром и ходом поршня), числом цилиндров и частотой вращения коленвала. В процессе совершенствования авиамоторов к началу тридцатых годов ХХ века были найдены наиболее оптимальные комбинации указанных параметров, что привело к появлению нескольких типовых конструктивных схем моторов для боевых самолетов:
- радиальный (звездообразный) семи- или девятицилиндровый однорядный мотор воздушного охлаждения;
- радиальный 14- или 18-цилиндровый двухрядный мотор воздушного охлаждения;
- V-образный (двухблочный) 12-цилиндровый мотор жидкостного охлаждения.
Для учебных и транспортных машин разрабатывались маломощные звездообразные однорядные моторы с числом цилиндров менее семи, а также рядные четырех- и шестицилиндровые моторы воздушного охлаждения.
Увеличение высотности моторов позволяло поднять рабочую высоту самолетов, исключив или уменьшив воздействие наземных средств ПВО. На высоте в несколько километров плотность воздуха заметно падает, а вместе с ней уменьшается и сила лобового сопротивления, что позволяло увеличить скорость полета самолета при неизменной мощности мотора. С другой стороны, снижение плотности воздуха не позволяет сжигать в цилиндрах мотора то же количество топлива, что и у земли, поэтому мощность двигателя внутреннего сгорания без принятия соответствующих мер падает с ростом высоты.
Повышения высотности авиамоторов добивались несколькими путями. Один из них заключался в «переразмеривании» двигателя, который рассчитывался по прочности для нормального функционирования в режиме максимальной мощности на определенной высоте, а ниже этой высоты его режим работы дросселировался чтобы избежать разрушения конструкции. Разумеется, при этом мотор получался перетяжеленным, а большой высотности достичь все же не удавалось. Другим способом повышения высотности стало дополнение конструкции авиамотора приводным центробежным нагнетателем (ПЦН) – воздушным компрессором, связанным через трансмиссию с вращающимся коленвалом. В ПЦН засасываемый воздух или карбюрированная смесь воздуха с топливом сжималась перед подачей в цилиндры до определенного давления, которое поддерживалось постоянным от уровня земли до так называемой «границы высотности». Третий способ был связан с применением турбокомпрессора (ТК), турбина которого приводилась во вращение отработанными газами мотора и была механически связана со рабочим колесом, сжимавшем засасываемый воздух.
Автор: Александр Николаевич Медведь. к.т.н.
На рубеже двадцатых и тридцатых годов ХХ века в мировом авиамоторостроении начался своеобразный бум, золотой век, когда технические характеристики двигателей стремительно улучшались. При общей тенденции к росту мощности моторов их удельная масса заметно снижалась, а высотность увеличивалась. Все это обеспечивалось совершенствованием все более изощренных технологий; уже тогда стало приходить понимание, что по наукоемкости авиамотор сложнее современного ему самолета.
Мощность двигателя определяется средним эффективным давлением газов, рабочим объемом цилиндра (диаметром и ходом поршня), числом цилиндров и частотой вращения коленвала. В процессе совершенствования авиамоторов к началу тридцатых годов ХХ века были найдены наиболее оптимальные комбинации указанных параметров, что привело к появлению нескольких типовых конструктивных схем моторов для боевых самолетов:
- радиальный (звездообразный) семи- или девятицилиндровый однорядный мотор воздушного охлаждения;
- радиальный 14- или 18-цилиндровый двухрядный мотор воздушного охлаждения;
- V-образный (двухблочный) 12-цилиндровый мотор жидкостного охлаждения.
Для учебных и транспортных машин разрабатывались маломощные звездообразные однорядные моторы с числом цилиндров менее семи, а также рядные четырех- и шестицилиндровые моторы воздушного охлаждения.
Увеличение высотности моторов позволяло поднять рабочую высоту самолетов, исключив или уменьшив воздействие наземных средств ПВО. На высоте в несколько километров плотность воздуха заметно падает, а вместе с ней уменьшается и сила лобового сопротивления, что позволяло увеличить скорость полета самолета при неизменной мощности мотора. С другой стороны, снижение плотности воздуха не позволяет сжигать в цилиндрах мотора то же количество топлива, что и у земли, поэтому мощность двигателя внутреннего сгорания без принятия соответствующих мер падает с ростом высоты.
Повышения высотности авиамоторов добивались несколькими путями. Один из них заключался в «переразмеривании» двигателя, который рассчитывался по прочности для нормального функционирования в режиме максимальной мощности на определенной высоте, а ниже этой высоты его режим работы дросселировался чтобы избежать разрушения конструкции. Разумеется, при этом мотор получался перетяжеленным, а большой высотности достичь все же не удавалось. Другим способом повышения высотности стало дополнение конструкции авиамотора приводным центробежным нагнетателем (ПЦН) – воздушным компрессором, связанным через трансмиссию с вращающимся коленвалом. В ПЦН засасываемый воздух или карбюрированная смесь воздуха с топливом сжималась перед подачей в цилиндры до определенного давления, которое поддерживалось постоянным от уровня земли до так называемой «границы высотности». Третий способ был связан с применением турбокомпрессора (ТК), турбина которого приводилась во вращение отработанными газами мотора и была механически связана со рабочим колесом, сжимавшем засасываемый воздух.
Схемы включения приводного центробежного нагнетателя и турбонагнетателя
Устройство редуктора рядного двигателя
Возросшая мощность моторов закономерно потребовала увеличения диаметра винтов. Однако при высокой частоте вращения концы их лопастей двигались с неприемлемо высокой скоростью, около- или даже сверхзвуковой. Резко увеличивались потери и падал к.п.д. винта. Чтобы этого избежать, в конструкцию авиамоторов стали вводить редуктор, понижавший частоту вращения вала винта по сравнению с частотой вращения коленвала.
Читать полностью...
Читать полностью...