В конце 1926 года лейтенант (капитан-лейтенант) Алфорд Джозеф Уильямс обратился в компанию Packard Motor Car Company (Packard) с просьбой создать мощный двигатель для проекта специального самолета. Уильямс был офицером ВМС США и считал, что авиационные гонки вносят существенный вклад в развитие истребительной авиации. К этому времени Соединенные Штаты выиграли двое из трех шнейдеровских гонок и еще одна победа будет означать, что кубок Шнейдера останется в США навсегда. Однако правительство Соединенных Штатов больше не было заинтересовано в поддержке команды, участвовавшей в шнейдеровских гонках.
Алфорд Уильямс собирал группу инвесторов для финансирования разработки и изготовления гидросамолета для участия в шнейдеровских гонках. Кроме того, ВМС США были готовы косвенно поддержать частную инициативу. Поскольку американские ВМС были готовы финансировать разработку двигателя, компания Packard согласилась создать мощный двигатель для самолета, создаваемого Уильямсом для участия в шнейдеровских гонках. 9 февраля 1927 года правительство США официально объявило, что не будет отправлять команду для участия в гонках на кубок Шнейдера 1927 года, проходивших в Венеции, Италия. 24 марта 1927 года было объявлено, что частная группа спортсменов-патриотов основала компанию Mercury Flying Corporation (MFC) для создания гоночного самолета, который должен будет принять участие в шнейдеровских гонках и который будет пилотировать Алфорд Уильямс. Самолет был изготовлен компанией Kirkham Products Corporation и был известен как Kirkham-Williams Racer.
Компания Packard приступила к эскизному проектированию двигателя вскоре после того, как согласилась на его постройку, хотя контракт еще не был заключен. Как только у американских ВМС появились средства, был заключен контракт № 3224 на покрытие стоимости двигателя. Чтобы ускорить разработку мощного двигателя, компания Packard объединила компоненты двух проверенных моторов V-1500 в новый 24-цилиндровый двигатель. Новый двигатель получил обозначение Packard 1A-2775, но его также часто называли по обозначению, которое было присвоено мотору в ВМС США – X-2775.
Двигатель Packard X-2775 был разработан Лайонелом Мелвиллом Вулсоном (Lionel Melville Woolson). Двигатель имел Х-образную конфигурацию, с четырьмя блоками по шесть цилиндров в каждом. Верхний и нижний блоки цилиндров сохранили углы развала в 60 градусов, характерные для V-1500. В результате угол развала между боковыми блоками цилиндров составлял 120 градусов. В конструкции нового двигателя было сохранено как можно больше компонентов V-1500, включая поршни, основной клапанный механизм и систему впуска. В передней части двигателя X-2775 вал воздушного винта размещался в удлиненном корпусе и соединялся непосредственно с коленчатым валом без какого-либо редуктора. Удлиненный корпус вала воздушного винта позволил сделать переднюю часть самолета более обтекаемой.
В конструкции двигателя использовался цельнолитой алюминиевый шестигранный неразъемный картер. На каждой стороне картера были предусмотрены две установочные площадки двигателя, в то время как третья установочная площадка была встроена в боковую часть корпуса распределительных шестерен, который крепился к задней части двигателя. Картер был сконструирован для крепления шасси или поплавков, соединенных с самой передней установочной площадкой двигателя. Внутри картера были установлены семь цельнолитых перегородок. Перегородки были полыми в центре и использовались в качестве опор коленчатого вала. Семь неразъемных коренных подшипников были изготовлены из залитых баббитом стальных колец, зажаты в перегородки картера и закреплены винтами с внешней стороны фланцевой перегородки. Перегородки имели ряд отверстий по периметру, которые обеспечивали внутренний поток масла, а также позволяли устанавливать шатуны двигателя.
оригинальный безредукторный двигатель Packard X-2775 (1A-2775), установленный на гоночный гидросамолет Kirkham-Williams Racer. Удлиненный корпус вала воздушного винта позволил сделать переднюю часть самолета более обтекаемой. Две установочные площадки были встроены в картер, а третья установочная площадка была встроена в боковую часть корпуса распределительных шестерен в задней части двигателя. Обратите внимание на вертикальный воздухозаборник в центре верхней V-образной секции двигателя
Коленчатый вал располагался примерно на 1,5 дюйма (38 мм) выше центральной линии картера и имел шесть шатунных шеек. Щеки коленчатого вала выполняли роль коренных шеек. Щеки коленчатого вала были идеально круглыми и имели диаметр 7,75 дюйма (197 мм). Такая конструкция увеличила площадь поверхности коренного подшипника для поддержания мощности двигателя, но сохранила общую длину коленчатого вала такой же, как у коленчатого вала двигателя V-1500. Более длинный коленчатый вал привел бы к увеличению длины и массы двигателя, а также к необходимости разработки и изготовления новых клапанных коробок и распределительных валов. Масса коленчатого вала составляла 161 фунт (73 кг), что было примерно вдвое больше массы коленчатого вала двигателя V-1500. Коленчатый вал двигателя X-2775 при сборке вставлялся через центр картера.
шестигранный неразъемный картер, привод и корпус шестерней распределительного вала, шатуны и коленчатый вал двигателя Packard X-2775. Обратите внимание на стенки внутри картера и большие щеки коленчатого вала, которые выполняли роль коренных шеек
Каждый шатун в сборе состоял из главного шатуна и трех шарнирных тяг. Торцевая крышка с двумя выступами для шарнирных тяг крепилась к главному шатуну четырьмя шпильками. Шарнирные тяги имели вильчатые концы, которые соединялись с выступами большой головки главного шатуна. На вильчатый конец каждой шарнирной тяги была нанесена резьба и с ее помощью, а также с помощью шпильки с резьбой шарнирная тяга соединялась с главным шатуном. После сборки два болта проходили через шатун в сборе и для дальнейшего закрепления двух его половин, а также для фиксации штифтов шарнирных тяг. Чтобы коленчатый вал находился примерно на 1,5 дюйма (38 мм) выше центра картера, нижние шарнирные тяги были на 1,5 дюйма (38 мм) длиннее, чем другие тяги. Если смотреть на двигатель сзади, то главные шатуны были прикреплены к поршням в верхнем левом блоке цилиндров.
Отдельные стальные цилиндры сварной конструкции с приваренными стальными кожухами водяного охлаждения крепились к картеру с помощью 10 шпилек. Камера сгорания цилиндра имела механически обработанные клапанные отверстия и была приварена к верхней части цилиндра. Пять шпилек выступали над камерой сгорания каждого цилиндра и использовались для крепления клапана из литого алюминия и картера распределительного вала. Каждый блок из шести цилиндров имел по одному клапану и картер распределительного вала.
Каждый цилиндр имел по два впускных и два выпускных клапана. Клапаны были расположены таким образом, что один впускной и один выпускной находились на внутренней стороне V-образного развала блоков цилиндров и были продублированы на другой стороне цилиндра. Клапан и картер распределительного вала собирали выхлопные газы из двух соседних цилиндров и выпускали их через одно из трех выпускных отверстий. Клапан и картер распределительного вала также имели встроенный впускной коллектор, который питал три цилиндра. Клапаны каждого блока цилиндров приводились в действие одним верхним распределительным валом, который в свою очередь приводился наклонным валом в задней части двигателя. Два наклонных вала каждой V-образной секции двигателя приводились в движение вертикальным валом, соединенным с коленчатым валом. Нижний вертикальный вал был удлинен для привода одного топливного, одного водяного и четырех масляных насосов. Валы были заключены в корпус распределительных шестерен, который крепился к задней части двигателя. Клапанные крышки нижних цилиндров также образовывали также образовывали поддоны для сбора моторного масла. Помимо полого коленчатого вала и полого распределительного вала масло циркулировало через различные каналы. Выпускной клапан имел полый шток для охлаждения масла.
поперечное сечение двигателя X-2775. Слева показано крепление двигателя, справа элемент колесного или поплавкового шасси. Обратите внимание на положение свечи зажигания. В переработанном двигателе было предусмотрено по четыре свечи зажигания на цилиндр – по свечи две с каждой стороны цилиндра
Клапанные пружины были разработаны компанией Woolson и имели уникальную конструкцию. Вместо того, чтобы шток клапана проходил через центр одной или двух пружин клапана, шток клапана окружал набор из семи пружин меньшего размера. Каждая из семи пружин была установлена на направляющей, а сам комплект находился в специальном фиксаторе. Семь направляющих пружин были слегка закручены по спирали. Специальный комплект клапанных пружин равномерно распределял нагрузку на шток клапана, снижал вероятность выхода клапана из строя из-за поломки пружины, предотвращал срабатывание пружин клапана, а также поворачивал клапан во время работы двигателя. Примерно на каждые 40 оборотов коленчатого вала клапан совершал один оборот.
на верхнем рисунке показано расположение клапанных отверстий, которые были объединены с клапаном и картером распределительного вала. На чертеже показаны отверстия для циркуляции горячих выхлопных газов вокруг впускного коллектора для обеспечения испарения топлива. На нижнем изображении показана уникальная конструкция клапанной пружины, разработанная Лайонелом Вулсоном. Спирально закрученные направляющие (слева) удерживали семь маленьких пружин (в центре), образуя полный комплект пружин (справа)
Камера сгорания каждого цилиндра имела плоскую крышу со свечами зажигания на каждой стороне цилиндра. Свечи зажигания приводились в действие системой зажигания с батарейным питанием через четыре распределителя, которые в свою очередь приводились в действие в задней части двигателя. Два распределителя были расположены позади каждой V-образной секции двигателя. В каждом цилиндре одна свеча зажигания приводилась в действие от верхнего распределителя, а одна свеча зажигания – от нижнего распределителя. Отдельные системы впуска располагались в верхней и нижней V-образной секциях двигателя. Каждая система состояла из центрального впускного отверстия, которое разветвлялось на переднюю и заднюю секции. Каждая секция оснащалась карбюратором и питала шесть цилиндров. Это дало двигателю в общей сложности четыре карбюратора – по два в каждой V-образной секции двигателя. Тяги управления соединяли карбюраторы с распределителями таим образом, что установка опережения зажигания изменялась в зависимости от положения дроссельной заслонки. Отверстие в клапане и картере распределительного вала обеспечивало подачу выхлопных газов через кожух, окружавший коллектор, к которому крепится карбюратор. Выхлопные газы нагревали впускной коллектор для лучшего испарения поступающей порции топлива.
Двигатель Packard V-1500 имел диаметр цилиндра 5,375 дюйма (137 мм) и ход поршня 5,5 дюйма (140 мм). Двигатель X-2775 имел тот же диаметр цилиндра 5,375 дюйма (137 мм), но ход поршня был укорочен до 5,0 дюйма (127 мм). Однако три шарнирные тяги имели немного больший ход – 5,125 дюйма (130 мм). Каждый из шести цилиндров, с которым взаимодействует главный шатун, имел рабочий объем 113,5 кубических дюймов (1,86 л), а каждый из 18 цилиндров, которые взаимодействовали с шарнирными тягами, имели рабочий объем 116,3 кубических дюймов (1,91 л). Общий рабочий объем двигателя составлял 2774 кубических дюйма (45,5 л). Двигатель X-2775 развивал максимальную мощность 1250 л.с. (932 кВт) при 2780 оборотах в минуту и был рассчитан на достижение мощности 1200 л.с. (895 кВт) при 2600 оборотах в минуту. При 2000 оборотах в минуту двигатель развивал мощность 800 л.с. (597 кВт). Двигатель X-2775 имел длину 77,5 дюймов (1,97 м), ширину 28,3 дюймов (0,72 м) и высоту 45,2 дюймов (1,15 м). Масса первоначального варианта двигателя X-2775 составляла 1402 фунта (636 кг).
виды спереди и сзади оригинального двигателя X-2775 показывают, что двигатель был узким, но довольно высоким. Кольцо вокруг вала воздушного винта неподвижной точкой крепления капота двигателя
Изготовление двигателя X-2775 было завершено в июне 1927 года и впоследствии этот авиамотор прошел приемочные испытания, в ходе которых он на полной мощности проработал в течение одного часа. Уильямс участвовал в испытаниях двигателя X-2775, проходивших в компании Packard, с целью получить опыт эксплуатации этого авиамотора. Затем двигатель был отправлен для установки на изготовленный гоночный гидросамолет Kirkham-Williams Racer. Первый полет гидросамолет с двигателем X-2775 был совершен 25 августа. Несмотря на достижение скорости примерно 270 миль в час (435 км/ч) у гидросамолета возникли проблемы, которые не удалось устранить до шнейдеровских гонок, которые должны были начаться 23 сентября 1927 года. Впоследствии гоночный гидросамолет Kirkham-Williams Racer был лишен поплавков и получил колесное шасси. 6 ноября 1927 года Kirkham-Williams Racer под управлением Алфорда Уильямса пролетел мерную трассу 3 километра (1,9 мили) з с неофициальной скоростью 322,42 миль в час (518,88 км/ч). Однако полет был выполнен при сильном попутном ветре, и позднее Уильямс заявил, что истинная скорость составляла приблизительно 287 миль в час (462 км/ч). Ожидалось, что скорость будет выше. Затем самолет был отправлен на авиазавод ВМС (Navy Aircraft Factory – NAF), расположенный в Филадельфии, штат Пенсильвания.
Примерно в конце июня 1927 года появились слухи о том, что гидросамолеты, которые примут участие в шнейдеровских гонках, будет развивать большую скорость, чем Kirkham-Williams Racer. В результате американские ВМС к своему существующему контракту с компанией Packard добавили изготовление второго двигателя X-2775. Второй двигатель был оснащен нагнетателем для увеличения мощности. За 10 недель компания Packard спроектировала, изготовила и испытала новый двигатель. Второй двигатель X-2775 также не имел редуктора воздушного винта. Однако вал воздушного винта приводил в движение нагнетатель типа Roots с тремя роторами (крыльчатками). Центральный ротор был соосен с валом воздушного винта и взаимодействовал с верхним и нижним роторами, которые обеспечивали принудительную подачу воздуха к соответствующим верхнему и нижнему блокам цилиндров. Для верхней V-образной секции двигателя воздух подавался в правую сторону корпуса нагнетателя и выходил из левой стороны, попадая в коллектор, проходящий между верхними блоками цилиндров. Для нижней V-образной секции двигателя направление потока воздуха было обратным: он входил в левую часть нагнетателя и выходил из правой. Масса двигателя с наддувом составляла 1635 фунтов (742 кг).
второй двигатель X-2775 был оснащен нагнетателем типа Roots, который приводился в действие от вала воздушного винта. В результате возникли проблемы с дозированием топлива, поскольку карбюраторы были расположены на стороне нагнетания. Двигатель с наддувом никогда не устанавливался на самолет
Из-за очень сжатых сроков разработки роторам были предоставлены большие допуски. Это уменьшило величину создаваемого нагнетателем наддува до всего лишь 3,78 фунтов на квадратный дюйм (0,26 бар; 26 кПа), что увеличило мощность X-2775 до 1300 л.с. (696 кВт) при 2700 оборотах в минуту. Более жесткие допуски роторов создавали наддув 4,72 фунта на квадратный дюйм (0,33 бар; 32,5 кПа), увеличивая мощность двигателя до 1500 л.с. (1119 кВт) при 2700 оборотах в минуту. Однако неизвестно, были ли когда-либо изготовлены улучшенные роторы. Несмотря на то, что работы по двигателю с наддувом были завершены в августе 1927 года, он так и не был установлен на гидросамолет Kirkham-Williams Racer.
В ВМС США посчитали, что добавление к двигателю редуктора воздушного винта будет более выгодным, чем использование нагнетателя. С этой целью примерно в начале 1928 года, когда самолет Kirkham-Williams Racer был разобран в NAF, двигатель без наддува был снят с машины. Двигатель был возвращен компании Packard для проведения модификации. Предлагалось изготовить новый гоночный самолет Williams Mercury Racer, который должен был быть оснащен первым двигателем X-2775 с новым редуктором и другими изменениями конструкции.
Планетарный (эпициклический) редуктор был разработан и изготовлен компанией Allison Engineering Company, Индианаполис, штат Индиана. Этот редуктор был установлен в передней части двигателя и вращал воздушный винт с частотой, которая составляла 0,677 частоты вращения коленчатого вала. Другие модификации двигателя X-2775 включали в себя использование цилиндров и клапанных коробок инвертированного двигателя 3A-1500 (новейшая версия V-1500), а также доработку систем впуска и зажигания.
первый двигатель X-2775 был переработан с использованием редуктора воздушного винта, новых цилиндров, новых клапанных коробок и новой системы впуска. Этот двигатель устанавливался на гоночном гидросамолете Williams Mercury Racer (снимок NASM)
Новые цилиндры увеличили степень сжатия двигателя (скорее всего, до 7,0 к 1) и предусматривалось использование по две свечи зажигания с каждой стороны цилиндра. Тем не менее, в конструкции двигателя использовались не четыре, а две свечи зажигания – по одной с каждой стороны цилиндра. Новая система впуска представляла собой систему инерционного наддува с воздухозаборниками, расположенными непосредственно за пропеллером. Воздух поступал в коллектор, расположенный в глубине V-образного развала блока цилиндров. На коллекторе были установлены две группы карбюраторов. Каждый карбюратор распределял топливно-воздушную смесь в короткий коллектор, питавший три цилиндра. В обновленной системе зажигания использовались два магнето, что позволило отказаться от питания с помощью аккумуляторной батареи. Магнето были установлены в задней части двигателя и приводились в действие от основной распределительной шестерни. Усовершенствованный двигатель X-2775, который также назывался 2A-2775, в основном он сохранял то же обозначение Packard 1A-2775, что и его исходная конфигурация. Редукторный двигатель X-2775 массой около 1513 фунтов (686 кг) развивал мощность 1300 л.с. (969 кВт) при 2700 оборотах в минуту. Редуктор увеличил длину двигателя примерно на 3 дюйма (76 мм), в результате чего его общая длина составила 80,5 дюймов (2,04 м). Ширина осталась неизменной и составила 28,3 дюйма (0,72 м), но переработанная впуска немного уменьшила высоту двигателя до 43,25 дюймов (1,10 м).
в доработанном двигателе X-2775 были использованы преимущества системы инерционного наддува. Воздухозаборники, расположенные непосредственно обтекателем втулки винта двигателя гидросамолета Williams Mercury Racer, воздух в коллекторы в основании цилиндров -образных секций двигателя. Обратите внимание на свечи зажигания с обеих сторон цилиндров (снимок NASM)
доработанный двигатель X-2775, вид сверху. На данном снимке можно увидеть два комплекта по два карбюратора, каждый из которых был присоединен к коллектору для трех цилиндров. Под карбюраторами можно увидеть впускной коллектор (снимок NASM)
В июле 1929 года модернизированный двигатель X-2775 был установлен на гоночный самолет Williams Mercury Racer. В начале августа были предприняты попытки летных испытаний в Чесапикском заливе недалеко от Военно-морской академии в Аннаполисе, штат Мэриленд. Хотя гидросамолет во время рулежек по воде смог разогнаться до скорости 106 миль в час (171 км/ч), он не смог взлететь. Было известно, что масса гидросамолета Williams Mercury Racer была избыточной, и возникли вопросы относительно конструкции его поплавков. Проблемы вычеркнули Williams Mercury Racer из числа участников шнейдеровских гонок, которые должны были стартовать в Калшоте 6 сентября 1929 года. Позднее выяснилось, что гидросамолет Williams Mercury Racer имел перегруз примерно 880 фунтов (399 кг), или 21%. С самолетом были проведены некоторые дополнительные работы, но дальнейших попыток подняться в воздух предпринято не было.
Что касается первоначального двигателя X-2775, то Вулсон заявил, что двигатель проработал около 30 часов и что и ни разу не возникало никаких механических неисправностей и не было необходимости в каких-либо регулировках. Уильямс сделал несколько замечаний по поводу потери двигателем X-2775 мощности, но в остальном он, похоже, остался доволен авиамотором и не сообщал о каких-либо конкретных проблемах. Помощник министра военно-морских сил по аэронавтике Дэвид С. Ингаллс (David S. Ingalls) не высказывал никаких негативных замечаний по поводу двигателя, но он отметил, что по мнению коммандера (капитана 2 ранга) Ральф Даунс Вейербахер из NAF двигатель был неудовлетворительным. Однако обоснования для мнения Вейербахера не были найдены.
Испытательных двигателей для отработки конструкции X-2775 практически не было. Было изготовлено всего два двигателя, причем второй двигатель так и не был установлен ни на одном самолете. Самый первый изготовленный двигатель X-2775 был установлен на гидросамолете Kirkham-Williams Racer, и большинство возникших проблем, похоже, было связано с самолетом, а не с двигателем. Этот сценарий повторился два года спустя с гидросамолетом Williams Mercury Racer. У двигателя X-2775 не было никаких проблем с разгоном Williams Mercury Racer до скорости более 100 миль в час (161 км/ч), но гидросамолет был перегружен и не мог взлететь. Если бы двигатель имел существенные недостатки, он бы не смог проработать, будучи установленным на Kirkham-Williams Racer, а затем его бы не стали модифицировать и устанавливать на Williams Mercury Racer. Этот же двигатель, серийный № 1, дожил до наших дней и находится на хранении в Национальном музее авиации и космонавтики при Смитсоновском институте.
Компания Packard предложила построить дополнительные двигатели X-2775 для всех, кто готов потратить 35000 долларов, но никаких заказов размещено не было. В конце 1930-х годов компания Packard исследовала возможность создания обновленного X-2775 под обозначением 2A-2775. Новый авиамотор был указан как двигатель с наддувом, который развивал мощность 1900 л.с. (1417 кВт) при 2800 оборотах в минуту и имел массу 1722 фунта (781 кг). Некоторые источники указывают на то, что двигатель был изготовлен, но никаких изображений или данных результатов испытаний найдено не было.
Источники:
-
-
- “The Packard X 24-Cylinder 1500-Hp. Water-Cooled Aircraft Engine” by L. M. Woolson S.A.E. Transactions 1928 Part II. (1928)
- “Internal Combustion Engine” US patent 1,889,583 by Lionel M, Woolson (granted 29 November 1932)
- “Valve-Operating Mechanism” US patent 1,695,726 by Lionel M, Woolson (granted 18 December 1928)
- “Lieut. Alford J. Williams, Jr.—Fast Pursuit and Bombing Planes” Hearings Before a Subcommittee of the Committee on Naval Affairs, United States Senate, Seventy-first Congress, second session, on S. Res. 235 (8, 9, and 10 April 1930)
- “Packard “X” Type Aircraft Engine is Largest in World” Automotive Industries (8 October 1927)
- Master Motor Builders by Robert J. Neal (2000)
- Packards at Speed by Robert J. Neal (1995)
- Jane’s All the World’s Aircraft 1929 by C. G. Gray (1929)
- https://airandspace.si.edu/collection-objects/packard-1a-2775-x-24-engine
-
источник: https://oldmachinepress.com/2018/09/05/packard-x-2775-24-cylinder-aircraft-engine/
перевод впервые опубликован – https://vk.com/@710541705-packard-x-2775-24-cylinder-aircraft-engine
