А не лепо ли ны бяшеть, братие, начати старыми словесы трудных повестий о дизельном двигателъ. О моторъ осьмицилиндровом V-образном, рекомом же В-8.
В предыдущем материале так и остался неразрешенным один существенней вопрос – почему такой замечательный во всех отношениях танковый мотор М-100Т прожил такую яркую, но несправедливо короткую жизнь. Будучи принят на вооружение в 1939 году. Он уже в 1940 году уступил свое место в МТО уникальнейших танков дизелю В-8. Благодаря искренней и бескорыстной помощи нашего коллеги Юрия 27 этот досадный пробел в интереснейшей истории предвоенного танкостроения был заполнен.
Причины снятия с производства мотора М-100Т.
В процессе обсуждения предыдущего материала с коллегами, и с учетом рекомендаций Юрия 27 о том, как правильно убить адаптировать авиационный двигатель для танка, был построен график мощности танкового двигателя М-100Т. С наложением на него упрощенных графиков реально существовавших танковых моторов.
Графики предельно упрощенные. Кто учился в технических вузах, знает, что реальные точки снимаемых параметров редко ложатся на идеальную линию. Чаще всего они представляют собой замысловатый зигзаг бешено петляющего зайца. Но петляющего вокруг той самой идеальной линии теоретического графика.
А идеальный график зависимости мощности «длинноходного» поршневого двигателя от оборотов в минуту представляет собой графическое отображение логарифмической функции на большей части траектории, представляющей собой практически линейную зависимость. Плавный выгиб графика начинается только при приближении к максимально возможным значениям.
Поэтому в качестве опорных точек выбраны мощности на оборотах меньших максимально возможных для рассматриваемых двигателей. У М-100А согласно учебнику график зависимости мощности на подходе к 2400 об/мин тоже представляет собой прямую линию. Остается соединить начало координат и опорные точки — как известные, так и расчетные. Не айс, но кто может — пусть сделает лучше.
Что характерно – график мощности М-100А без ПЦН лежит в непосредственной близости от графиков дизелей серии В-2. Сказывается их близкое родство. А график дизеля В-2-34, развивающего 450 л.с. при 1750 об/мин ляжет буквально один в один.
К глубокому сожалению не все рекомендации смогли быть использованы.
Так Юрий 27 обоснованно настаивал на ещё большем изменении степени сжатия (Опубликовано Юра 27 в чт, 02/07/2015 — 14:03. " … был М-17 со ст. сж. 6,0 и работал на 70-ом бензе, а со ст. сж. 7,3 уже на 85-ом бензе").
И учета при расчете затрат на центробежный вентилятор, чьи безвозвратные потери мощности на практике доходят до 16% (Опубликовано Юра 27 в Втр, 30/06/2015 — 12:02."…в танке мотор вращает немаленький центробежный вентилятор …).
Но куда уж дальше? Мотор М-100Т и так показал худшие расчетные характеристики в сравнении, как с реальными советскими моторами, так и британским Роллс-Ройсом. Даже древний «Либерти» и убитый «в не хочу» М-17Тд (дросселированный) выглядят на его фоне вполне респектабельно. Тем не менее, он худо-бедно, но смог бы работать. Чисто теоретически. Практика же с обычной бесцеремонностью показала, как далек обычный необразованный народ от лучших своих инженеров-конструкторов.
Оказалось, что зависимость мощности двигателя от оборотов попирает фундаментальные физические законы. Чисто конкретно и в наглую. Максимальная мощность на зависть конструкторам Роллс-Ройса ушла в заоблачные высоты практически вертикально (Опубликовано Юра 27 в чт, 09/07/2015 — 15:55. "…макс. мощность М-100Т известна (915-950 л/с)…").
А картина расхода топлива после снятия ПЦН изменилась настолько причудливым образом, что продолжение разработок в том же направлении грозило составить конкуренцию грозненским нефтепромыслам.
Поговаривали даже, что при определенных условиях М-100Т может переходить в жидкое и. возможно, газообразное состояние – надо только обнаружить «реперную точку» (Опубликовано Юра 27 в чт, 09/07/2015 — 15:55), то есть точку фазового перехода.
Именно поэтому мотор в срочном порядке изъяли танковых частей, а документацию засекретили. Причем настолько серьёзно, что даже стоимость двигателя впоследствии пришлось определять с помощью гадания на кофейной гуще.
Заодно в вековой пыли архивов похоронили и секрет того, «в одну повозку впрячь как можно быка и трепетную лань» – динамика мотора в пару раз превосходила возможности трансмиссии.
На этом фоне совершенно затерялся вздох облегчения обычного пехотного Вани. И то, одно дело ручками и ножками разгонять под горочку относительно легкий БТ, и совершенно иной компот – работать бурлаком при более чем двадцати трех тонном Т-111.
Новое сердце нового танка.
Основным танковым мотором назначили V – образный восьмицилиндровый дизельный двигатель. «Новый дизель получается значительно проще, дешевле (в полтора раза), легче, меньше и экономичнее двенадцатицилиндрового В-2». Ибо если уж в РИ создали V12, то сделать V8 — да как два пальца об асфальт. Тем более, что «при условии производства мотора в СССР тридцатых годов, надёжность V-8, всегда будет выше таковой V-12». Потому, что такое «уменьшение даёт увеличение прочности, которым страдал В-2 в 38г. … за счёт меньшей длины нагруженных частей, ГБЦ, блока, КВ и РВ-ов». Создан на базе задела по дизельному двигателю В-2. Мощность – 340 л.с. при 1800 оборотах в минуту и весе порядка 600 кг. Мотор В-8 «можно легко форсировать до 400 л.с.». В то же время аналогичные мероприятия, проводимые с реальным В-2, приводили «к катастрофическому падению ресурса мотора». А тут имеем «резерв для повышения мощности при сохранении удовлетворительного ресурса в условиях войны». В общем информации о совершенно новом моторе – бездна. Давайте попробуем в неё шагнуть.
Шаг № 1. Возможности производства, дефектации и доводки.
Дизельный двигатель В-2 (он же БД-2) пилили с 1933 года. Под него создали опытовое производство. В 1938 году начали выпускать пробные серии. С подготовкой к развертыванию крупносерийного производства. Рыбинский завод НКАП выпускавший танковые моторы готовился к свертыванию непрофильных заказов – авиации во всевозрастающих количествах требовались моторы серии М-10Х, так как в серию предполагалось запускать истребители Як и ЛаГГ. В 1939 году опытовое производство В-2 разворачивается в отдельный серийный завод. Еще пару лет идет доводка серийного изделия. Из них – более чем полтора года мирного времени при широчайших возможностях набрать статистику при различных режимах эксплуатации на машинах массой от 15 до 50 тонн, от тихоходных тягачей до быстроходных танков, от сухопутной техники до речных судов.
М-100Т сделан на базе мотора с ресурсом 50-100 часов в 1934 году. Не принят к производству. В 1939 году запускается в производство с моторесурсом в 250 часов. Кто, по чьему заказу, на какие средства и на какой технической базе занимался доводкой мотора? Климов? У него с 1934 по 1939 годы – М-100, М-100А, М-103, М-103А, М-105 с модификациями. Где производить? В Рыбинске? Завод зашивается с заказами НКАП. Для танковых моторов остается только бывший цех № 400, с 1939 года завод № 75 – производитель В-2. Так что дизель в чулан и работаем карбюраторный мотор. И забить о нем на года полтора. А через означенный срок с не меньшим итузизизмом возвращаемся к производству дизеля. В общем, завод плющит, колбасит и прет. Печаль. На конец 1940 года по дизелю ни опыта серийного производства и какой-либо статистики по выработке на отказ. Даже если принять за данность, завод в пятницу прекратил выпуск М-100Т, а в понедельник начал производство В-8, потерян целый год мирного времени на доводку двигателя. А июню 1941 года наработка статистики по эксплуатации откровенно убогая, как по времени, так и по режимам – исключительно танки и исключительно массой не выше 25 тонн. Так что при равном уровне «детских болезней» у В-8 намного меньше шансов стать в военные годы нормальным мотором, чем у реального В-2. Хотя может у него существуют конструктивные предпосылки для этого?
Шаг № 2. Такой простой мотор.
Что такое конструктивная простота? Это отсутствие в конструкции мотора элементов осложняющих его расчет, работу и изготовление. Так рядный двигатель всегда проще V-образного даже при одинаковом или большем количестве цилиндров. А дизельный мотор всегда проще карбюраторного – у него принципиально отсутствует целая система, система зажигания. Что имеем в сравнении В-8 с В-2? Оба дизели. Оба V-образные. Все системы идентичны.
Технологическая простота определяется номенклатурой использованного для изготовления изделия оборудования и деталей, а не собственно количеством одноименных элементов.
То есть, при одинаковых условиях принципиальной разницы по простоте-сложности между В-2 и В-8 нет. Но являются ли условия одинаковыми.
Шаг № 3. Опыт.
V-образные восьмерки в СССР перед войной делать пытались. Наиболее яркой попыткой в этом деле был МТ-5. 320 л.с. при весе в 920 кг. И его не менее массивный дизельный вариант ДМ-8(ДМТ-5). И если карбюраторная версия вполне успешно работала, то дизель всей сложности политического момента не осознал и работать нормально отказался наотрез. Видимо он не знал, что раз уж V12 В-2 работает. То ему сам Юра 27 велел. Хотя тут дело видимо попроще – за спиной у В-2 целая линейка серийных советских 12-ти цилиндровых V-образных двигателей, от М-5 до АМ-34. А из восьмерок только давно забытый еще в начале 30-х годов мотор М-6. В результате серийные дизельные V8 для тяжелых грузовиков появились в СССР только в 50-х годах ХХ века. Причем при мощности около 300 л.с. весили они более 1000 кг.
Шаг № 4. Использование задела по В-2.
Если мы вспомним рядную шестерку В-4, то она взяла от своего прародителя максимум возможного. Фактически из крупных деталей новым был только верхний картер, даже коленвал ничем принципиально не отличался от используемого на В-2. От последнего «просто отцепили» поршневую группу прицепных шатунов вместе с цилиндрами, головкой блока и газораспределительным механизмом. И то поимели изрядный геморой.
А вот у В-8 такого простого отцепления не получится. В результате уборки группы цилиндров изменяется длина мотора и соответственно длины обоих картеров, блоков цилиндров, ГРМ и коленчатого вала. Изменяются технологические карты и литьевые формы. Из-за изменения угла развала цилиндров изменяется и форма коленвала. Газораспределительный механизм также имеет меньшую длину и настроен под совершенно иной порядок работы цилиндров. Короче говоря, из задела по В-2 на В-8 можно использовать только вкладыши цилиндров, поршни и шатуны. Да ещё топливную и масленую системы, плюс генератор. Всё остальное придется проектировать заново. И сделать это за один год против пяти лет разработки В-2 несколько оптимистично.
Ну, может хоть с надежностью все в порядке?
Шаг № 5. Надежность.
Начнем с коленчатого вала. Если исходить из того, что коленчатые валы лежат на двух опорах (в начале и конце) – то да, вал V12 легче сломать, чем более короткий V8. Проблема только в малом. В сущем пустяке. Каждое колено вала имеет собственную точку опоры – коренной подшипник. У V8 их пять, а у V12 – уже семь. В результате, что у В-8, что В-2 при идентичном режиме работы нагрузка на каждое колено вала будет абсолютно идентична.
Та же самая история с верхним картером, основной несущей конструкцией мотора. Он имеет секционную структуру из-за поперечных стенок, к которым крепятся упомянутые коренные подшипники коленвала, дополнительно усиленную ребрами жесткости и упорами. В результате каждая секция воспринимает исключительно свою нагрузку.
И трещины, возникавшие в картере БД-2 и повреждения коленчатых валов при работе, совершенно не имели отношения к длине деталей. Причина – вибрации. Причина вибраций – выход из строя коренных подшипников. Причина этой неисправности – плохая работа системы смазки.
Из-за уменьшения длины мотора совершенно не исчезнут и дефекты, отправившие на свалку ни один дизельный мотор, том числе и упоминавшийся ДМ-8.
Так анализ эксплуатационных данных различных видов дизельных двигателей (как рядных, так и V-образных) позволяет считать наиболее уязвимыми узлами: детали ЦПГ, топливную аппаратуру, органы управления выпуском. То есть поломки и износы поршневых колец, приводящие к задирам поршней во втулках; износ и деформация собственно цилиндровых втулок, трещины по перемычкам клапанных гнезд, отверстий под направляющую втулку, пробоины, прогорания; отказы вплоть до разрушения топливных и масленых насосов; выход из строя топливных, масленых и воздушных фильтров.
В общем, проблемы надежности дизельных моторов В-8 и В-2 относятся к категориям одного порядка и не находятся в прямой зависимости от длины этих двигателей.
Однако одно существенное конструкционное различие между этими моторами таки имеется.
На В-8 по неизвестным причинам отказались от коренного и упорного подшипников рабочего конца (носка) коленвала. Соответственно все осевые и радиальные нагрузки от КПП танка принимаются на совершенно не предназначенный для этого пятый коренной подшипник в дополнение к нагрузкам от шатунно-поршневой группы. Как следствие – значительно более быстрый выход этой детали из строя, чем у В-2.
Шаг № 6. Режимы работы.
Поскольку мотор основан на цилиндро-поршневой группе В-2, с той же степенью сжатия, укомплектован теми же топливной, масленой и воздушной системами, работает на оборотах равных номинальному режиму В-2 и выдает мощность кратную уменьшению количества цилиндров – имеем полное основание говорить, что условия работы В-8 в целом идентичны условиям работы реального мотора В-2. То есть по мотору имеем точно такую же нагрузку на кривошипно-шатунный механизм, что и в реальности.
Внешняя нагрузка если и изменилась, то не в лучшую сторону.
Удельная мощность альтернативных танков: Т-10 – 17,17 л.с./т; Т-10М – 15,9 л.с./т; Т-11 – 14,4 л.с./т.
А у Т-34-76 образца 1940 года – 19,5 л.с./т. Для моделей 1941/1942 годов – 17,54 л.с./т.
То есть для дизельмотора В-2 в реальности имели место, хоть и незначительно, но более щадящие условия работы.
Соответственно надежность мотора в строевых частях будет определяться исключительно трудом, вложенным в него в процессе разработки, наладки серийного производства и доводки уже серийного изделия. На июнь 1941 года мотор В-8 в этом отношении безоговорочно проигрывает реальному двигателю В-2 – полтора года против семи с половиной лет затраченного труда конструкторов, технологов, испытателей и строевых механиков.
Шаг № 7. Возможности по форсированию.
Тут вообще печаль. Предпосылок к тому, что на разгоне В-8 будет работать надежнее, чем В-2 нет никаких. Более того для достижения 400 л.с. альтернативный двигатель придется раскручивать до 2100 об/мин с соответственным снижением надежности по элементам кривошипно-шатунного механизма. А достижение мощности в 500 л.с. возможно лишь при раскручивании коленчатого вала до почти 2700 оборотов в минуту. Так все подшипники посыпятся. А поршня начнут снимать с цилиндров стружку.
То есть при той же мощности, в сравнении с В-2, нагрузка на кривошипно-шатунный механизм увеличится в полтора раза. С соответственным снижением моторесурса. В общем, при сопоставимой мощности за то же время, что в РИ ушатывали два В-2, в альтернативе переведут на металлолом три В-8.
Если судить по непонятно как рассчитанной цене – полный паритет в финансовых затратах. А если по весу – то два 750 кг В-2, выгоднее трех 600 кг В-8. Килограммов на триста металлоемкости. А это уже говорит, что уменьшение цены В-8 определено не верно.
И всё это при том, что В-2 по своим габаритам спокойно становится на место убермотра М-100Т.
Вывод:
альтернативный дизельный восьмицилиндровый V-образный двигатель В-8 «создан» банальным масштабированием В-2 без учета элементарных последствий этого «инженерно-конструкторского» шага. Характеристики подвижности основных танков с В-8 хуже, чем в РИ с В-2. Применение по типам машин ограничено. Перспектив сравнимых с В-2 не имеет. В качестве силовой установки средних танков 50-х годов, и перспективных ОБТ не представляет ни какого интереса.
