Идет Великая война, и в небе вовсю летают аэропланы. Летают они низко, потому что хотя известно уже и о приводных нагнетателях для авиамоторов, и даже о турбокомпрессорах, на двигателях они не применяются, да и смысла в них на тот момент особо нет. Но всем очень хочется залезть повыше! Чтобы залезть повыше без систем нагнетания, нам надо дать в цилиндры побольше воздуха. Элементарное решение – увеличить объем цилиндра. Но в таком случае увеличивается вес двигателя и его габариты. Можно ли избежать этого? Можно! Можно поставить на «обычный» двигатель цилиндры увеличенного объема, ограничив поступление воздуха с помощью дросселя.
Тот же волшебный дроссель поможет с еще одним моментом. Мощность двигателя зависит от степени сжатия – чем она больше, тем больше снимаемая мощность. Но тем выше вероятность детонации топлива. Но мы можем «отложить» этот вредный процесс, ограничив поступление воздуха в цилиндры там, где его много – на низких высотах. С помощью дросселя.
Двигатель, реализующий первую идею, называется «переразмеренным», вторую – «пересжатым», карбюратор (с дросселем) переразмеренного пересжатого мотора – «высотным».
Fokker D.VII(F) c BMW IIIa, Ил-20 c АМ-47
Автором этих двух концепций является немец Wilhelm Maybach, претворивший их в авиамоторе Maybach Mb.IVa (1916 год). Но благодаря крайне удачной реализации более всего они связываются с Max Friz, на момент начала нашей истории он был инженером Daimler-Motoren-Gesellschaft. Его попытки предложить новый двигатель Полу Даймлеру (сыну основателя фирмы, который унаследовал бизнес отца) оказались безуспешными, Даймлер считает идею неосуществимой, да и вообще он вроде был за нагнетатель. Фриц рассказывает о своем моторе своему знакомому Раппу (Karl Rapp), и со второй попытки тот соглашается взять его в свою фирму. В 1917 году Макс уходит из Даймлер, переходит в Rapp Motorenwerke. Где создает первый авиадвигатель по своей концепции: Rapp Rp III. Это шестицилиндровый рядный двигатель жидкостного охлаждения впечатляющего объема 19,1 литров, параметры цилиндров — 150×180 мм, мощность 185 л.с. при 1300 об/мин. Открыв дроссель, можно было кратковременно увеличить мощность на низких высотах до 240 л.с. Большой мотор – тяжелый мотор, дабы облегчить конструкцию Фриц делает обе половинки картера (нижнюю и верхнюю) алюминиевыми. И даже поршни цилиндров сделаны из него же! Большой мотор – это габаритный мотор, но Фриц умудряется очень компактно расположить все агрегаты. Если не считать цилиндров большего объема и широкого применения алюминия, мотор повторял самый массовый германский двигатель ПМВ Mercedes D III (объем 14,8 литров, 140×160 мм). В это время Раппа устраняют от управления фирмой, и переименовывают её сначала в Bayerische Flugzeugwerke AG (BFW), а позже в Bayerische Motorenwerke AG (BMW). И если бы не мотор нашего героя, который оказался очень удачным, то, возможно, эти три известные сейчас всему миру буквы канули бы в лету. Новый авиамотор создается, испытывается, и ставится в производство какими-то космическими, по более поздним временам, темпами: испытания на стенде в сентябре 1917 года, октябрь 17го – заказ на 600 моторов, февраль 18го – начало серийного производства, апрель – лицензионное производство на Opel. Вариант IIIa полностью реализует задумку переразмеренного мотора как высотного благодаря новому карбюратору – трехкамерному, с подачей воздуха и топлива к каждой, и аж с пятью дроселями. Май 18го – лучший истребитель немцев в ПМВ – биплан Fokker D.VII, взлетает с BMW IIIa. Эта модификация самолета получает постфикс «F» – Friz, D.VII(F). Если сравнивать «Фоккер» (F) со стандартным, оснащенным Mercedes D IIIa, то первый имел более чем в два раза лучшую скороподъемность – на 1000 м за 1 минуту 40 секунд против 4’15», на 5 километров за 14’0″ против 38’5″. Впечатляющая разница!
Весной 1918 Фриц начинает разработку преемника «тройки» – BMW IV. Поражение Германии отложило появление этого мотора на свет, но уже в июне 1919го ставится неофициальный рекорд высоты на самолете с этим мотором. На четвертой модели еще больше увеличили объем: 22,9 литров, 160×190 мм, мощность возросла до 250 л.с. при 1400 об/мин, кратковременно до 300 л.с. Следующая модель двигателя из Баварии BMW VI – классический V12 с классическим углом развала цилиндров 60 градусов: представлял собой сблоченную «четверку». Объем стал огромным — 46,9 литров. Выпускались разные варианты мотора: со степенью сжатия 5,5, 6,0 или 7,3, с карбюратором BMW или Zenith, с коленвалом из алюминия или магниевых сплавов (!). С карбюратором «Зенит» и со степенью сжатия 7,3 мощность на «чрезвычайном режиме» достигала 750 л.с. при 1700 об/мин, максимальная — 500 л.с. при 1485 об/мин. Для 1925 года, когда появились первые образцы мотора, очень неплохо. И к тому же «шестерка» считалась надежной.
Все три двигателя в 20х – начале 30х годов были очень популярны как в Германии, так и за ее пределами. Прочие «переразмеренные» модели: шестицилиндровые BMW V и VIII, 12-цилиндровые BMW VII и IX, были или малосерийными или опытными. Несмотря на успех Фрица, к концу 20х стало ясно что его концепция не имеет будущего. Прогресс в металлургии, повышение октанового числа топлива привели к торжеству приводного нагнетателя как средства повышения мощности и высотности авиамоторов, застой 20х годов сменился наступлением эры «скоростных» двигателей – компактных, высокооборотистых, с цилиндрами небольшого объема. Когда в 1929ом был объявлен конкурс на новые авиамоторы для армии и флота Веймарской Германии, речь шла про объем 20 и 30 литров. BMW представила модели BMW XII и BMW XV (после 1933го – BMW 116 и 117 соответственно), младший из которых долго и неудачно доводился, а старший не появился на свет вовсе. В результате этой эпопеи RLM попросило BMW больше не заниматься моторами жидкостного охлаждения. BMW VI (после 33го – BMW 106) в Германии производился до 1937 года, до массового внедрения моторов нового поколения. И, насколько знаю, в 30х каких-то серьезных изменений в его конструкцию не вносилось.
В октябре 1927 был подписан договор между советской делегацией и БМВ на лицензионный выпуск BMW VI в СССР. Так появился М-17, массовое производство которого началось в 1930ом и закончилось (как авиадвигателя) в 1939(40?) году. Оригинальной советской модификацией стал М-17Ф, со степенью сжатия 6,0, карбюратором К-17а, изменениями в механической (например, исчезли роликовые подшипники в месте соединения главного и прицепного шатуна, их заменили подшипники скольжения) и электрической частях. Появился он в 1934 году и развивал 730 л.с. у земли при полностью открытом дросселе на 1665 оборотах, и 500 л.с. в дросселированном состоянии на 1450 об/мин.
Далее история BMW в СССР сделала интересный и странный поворот.
Как уже говорилось BMW III грубо говоря есть «переразмеренный» Mercedes D III, а история того уходит к 1910 году к Austro-Daimler 6. К тридцатым двигатели Фрица устарели не только концептуально, но и технологически. Главная претензия была к отдельно выполненным цилиндрам, изготовленным из стали с помощью сварки – тяжелая конструкция, которая еще и не обеспечивала требования к все возрастающим нагрузкам. На двигателях нового поколения (Curtiss D-12, Rolls-Royce Kestrel,…) цилиндры каждого ряда выполнялись в виде единого блока из алюминиевых сплавов. А. А. Микулин, главный конструктор НАМИ, еще в 1927-28, с началом переговоров с немцами, или в 1930, с началом серийного производства, задумал крупную модификацию М-17. В отечественной литературе обычно пишут «начал работать над проектом нового двигателя», параметры которого то ли лишь совершенно случайно совпали с BMW IV, то ли совпали, потому что был большой парк специальных станков, приспособленных на производство двигателя с параметрами БМВ. И вот на новом авиамоторе с обозначением М-34 внедрили эту новинку – единый блок цилиндров. А еще: удвоили количество клапанов впуска и выпуска – очень логично для цилиндра такого большого объема; выхлопные клапаны теперь охлаждаются маслом; введены подшипники скольжения, те самые, которые перекочевали потом на М-17Ф.
Эти изменения на М-34 привели к тому, что двигатель стал прочнее, мог выдерживать большие нагрузки. Смысла в дросселировании на малых высотах и земле теперь уже не было – и новый советский мотор перестал быть переразмеренным и передросселированным. Микулинский М-34 стал тем, от чего уходил когда-то Макс Фриц – просто здоровеннейшим моторищем. В марте 31го закончена его разработка, ноябрь 31го – окончание государственных испытаний на стенде, 1932 год – испытания в воздухе на Р-5, конец 1933 – серийный выпуск. Максимальная мощность мотора на уровне земли – 800 л.с. на 1800 оборотах в минуту, 750 л.с. на 1760 об/мин на 500 м. Обороты существенно выросли по сравнению с М-17 и «немцами»! Степень сжатия – 6,0. Кажется, М-34 был единственным серийным мощным мотором 30х без редуктора и приводного нагнетателя. Первое было исправлено уже в 1934 году выпуском модификации М-34Р с редуктором, второе – со второй попытки после неудачи с доводкой двухскоростного нагнетателя – в конце 35го–начале 36го, это был вариант М-34РНА с односкоростным ПЦН.
Давайте теперь вернемся лет на десять назад. Ниже был упомянут шестицилиндровый BMV V, впервые он был запущен в 1926. На нем применялся алюминиевый блок цилиндров [13]. Благодаря которому удалось увеличить обороты до 1650 максимум, 1580 об/мин на номинале. На V и на Va было по два впускных/выпускных клапана на цилиндр, роликовый подшипник в месте соединения главного и прицепного шатуна заменил подшипник скольжения. Про BMW VII, VIII и IX к сожалению известно мало, факт что VII (1928 год) и IX были с приводным нагнетателем, последний развивал 800 л.с. при 1780 об/мин и был он сырой и недоведенный. (Кстати, лицензию на двигатели BMW начиная с IV и заканчивая IX купили японцы с фирмы Kawasaki).
Ну и тут возникает законный вопрос: разрабатывал ли Микулин М-34 с нуля? Известно что немецкая сторона ответственно подходила к вопросу сопровождения лицензионного выпуска М-17, оперативно передавая информацию по свежим наработкам, пока длился пятилетний контракт. Не встречал нигде информации, что СССР закупал лицензии, или получал какую то подробную информацию, или готовые поздние баварские моторы-«переразмеры», но зная, насколько внимательно в СССР следили за импортными новинками и насколько плохо изучен вопрос отечественного двигателестроения, лично я не исключал бы возможность доступа Микулина к немецким разработкам с последующим их внедрением на М-34. В любом случае Микулин шел по уже проторенной тропе.
Интересная фишка. У немцев переразмеренный двигатель определяется как нормальный авиамотор с большими цилиндрами: Die Bezeichnung „Überbemessen“ ergibt sich aus dem im Verhältnis zu den anderen Triebwerkskomponenten übergroßen Hubraum [7]. В советской специальной литературе от обратного: переразмеренный двигатель – это облегченный большой [1][2]. В СССР эта концепция, видимо, прожила дольше всего – работы над настоящим монстром М-44, двенадцатицилиндровым безнаддувным мотором для самолетов-гигантов ТБ-4 и ТБ-6 объемом 132,8 литров и весом в 1800 кг завершились только в середине 1936 года. Ну да, нигде не указывается, что он дросселировался на земле, но иное сложно представить.
О том, есть ли плюсы у «переразмера» перед наддувом, и хорошо ли наддувать большой мотор, и о «а вот ДБ603 и «Гриффон» тоже ведь большие моторы» наверное позже.
1. BMW IIIa
2. BMW IIIa
3. BMW IIIa
4. Карбюратор BMW IIIa
5. Изготовление цилиндров BMW IIIa
6. BMW Va
7. BMW VI
8. BMW VI
9. BMW VI с карбюратором BMW
10. BMW VI с карбюратором Zenith
11. BMW VI
12. Шатун и прицепной шатун BMW VI
13. Цилиндр и картер «шестерки».
14. BMW VIIa
15. BMW IX. Виден нагнетатель, не видно единого блока цилиндров.
16. М-17Ф
17. М-34
18. М-34РНБ.
Интересно сравнить с М-34 и М-17. Видно что ось винта благодаря редуктору сместилась вверх, а сзади мотора появился нагнетатель.
19. М-34РНБ
20. Блок цилиндров М-34РНБ.
21. Кривые М-17 и М-34.[14]
Источники:
1. Теория поршневых двигателей под ред. А. А. Добрынина, 1951
2. Орлов П. И. Конструкция и расчет деталей авиационных двигателей, 1940
3. Сорокин В. Н. История конструкций аиационных двигателей в России и СССР 1878-1946, 1994
4. Котельников В. Р. Отечественные авиационные поршневые моторы (1910-2009), 2010
5. Мотор М-34 (РНА РНБ НБ), 1936
6. Альбом по технической эксплоатации Р-5 и ТБ-3, 1933
7. BMW als Flugmotorenhersteller 1926-1940: Staatliche Lenkungsmaßnahmen und unternehmerische Handlungsspielräume. Im Auftrag von MTU Aero Engines und BMW Group
8. Modern aviation engines; design—construction—operation and repair… 1929
9. Bayern-Flugmotor Type BMW IIIa 185 PS, 1925
10. Bayern-Flugmotor BMW VI, 1932
11. Die deutschen Flugmotoren BMW 6. Dr.Karl Krieger. 1940
12. www.autowallpaper.de
13. de.wikipedia.org
14. Flugzeuge Sovjetischen Luftwaffe. 1942
