Британские H-образные. Часть 3. Napier Sabre

Еще одна статья из ЖЖ нашего уважаемого коллеги p_d_m.

Начало работ над Napier Sabre — поздний 1935, целью было построить мотор с небывалой для того времени мощностью в 2000л.с. В январе 1938го года 17го числа двигатель был готов в "железе", запущен и показал мощность 1350л.с. В марте Sabre выдал 2050л.с. став первым в мире авиамотором, преодолевшем двухтысячный рубеж.

1. Автор H-образных двигателей Napier майор Frank B. Halford и Sir Harry Ricardo, виднейший теоретик и конструктор ДВС

Кроме H-компоновки и 24цилиндровости Sabre почти не имел ничего общего со своим предшественником Napier Dagger: цилиндры располагаются горизонтально; распределение гильзовое, а не с помощью традиционных тарельчатых клапанов; охлаждение жидкостное; нагнетатель одноступенчатый двухскоростной; объем цилиндров более чем в два раза больше, иная конструкция трансмиссии и т.д.

Переход на горизонтальное "H" объясняется так: This arrangement enables all auxiliary components to be grouped accessibly above and below the cylinders instead of at the front and rear. В чем преимущество расположения вспомогательных компонентов сверху и снизу цилиндров, а не спереди и сзади к сожалению не комментируется.

Гильзовое газораспределение — один из козырей британского авиастроения, в период Второй Мировой все английские мощные двигатели (кроме RR Merlin и Griffon) были с "гильзами", пионером в освоении этого ноу-хау стала фирма Bristol которая еще всплывет в истории с "Сейбром". 
О плюсах гильзового распределения рассказывает известный дока по этому вопросу:
Г.Р.Рикардо. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания 

…было найдено, что гильзовое газораспределение, ввиду отсутствия горячих выпускных клапанов, отсутствия отравления выхлопа свинцом и компактной формы каморы сгорания с центральным расположенном свечи зажигания, может обеспечить получение более высокой мощности в пределах, устанавливаемых бездетанационной работой. Гильзовое распределение имеет также то важное преимущество, что при наличии у двигателя меньшей высоты над поршнем чем лобовая поверхность его может быть существенно уменьшена. Был сделан тщательный анализ различных возможных форм гильзового газораспределения и наиболее подходящей была признана система газораспределения с одной гильзой, имеющей комбинированное возвратно-поступательное и вращательное движение, как это было запатентовано Бертом и Мак-Колумом почти полвека назад. Предварительные испытания показали, что на топливе с тем же самым октановым числом двигатель с гильзовым газораспределением работал со степенью сжатия на единицу большей, чем двигатель с тарельчатыми клапанами, или допускал соответственно более высокий наддув; при необходимости он мог также допустить наличие значительно более высокого относительного содержания свинца в топливе. В то время октановое число топлива было очень низким, а свинец был почти единственным средством заметного его повышения, так что получаемые преимущества были очень существенными.

Как доказано ниже, гильзовое распределение имеет ряд других второстепенных преимуществ, которые рассмотрены в главах, относящиеся к развитию гильзового распределения.
Для полноты картины взгляд из 40х на гильзовое распределение.

Зарубежная авиапромышленность и авиация в 1940 году

Бесклапанные авиационные моторы.. Двигатели с гильзовым распределением, называемые часто бесклапанными, отличаются простотой и малым числом деталей газораспределения. По этой причине они весьма удобны для крупносерийного производства. В этом отношении они выгодно отличаются от обычных авиамоторов (головка цилиндра обычного мотора имеет .свыше 110 деталей, а головка цилиндра бесклапанного мотора — только 50 деталей). 

Другие преимущества авиационных двигателей с бесклапанным распределением заключаются в следующем:
1) экономичность (расход горючего составляет 170-200 г/л.с.ч);
2) простота ухода (уход сводится к смене свечей и проверке магнето);
3) бесшумность (звук выхлопа много мягче).

2. Завод Napier, Ливерпуль, 1943 год. Слева коленвалы Сейбров, справа — Си Леонов.

В марте 1940 года "Сабля" прошла 100 часовые испытания Министерства Авиации. Производство авиамотора развернулось на заводе Napier в Acton (пригород Лондона), позже прибавился "теневой" завод в Walton, около Ливерпуля. Производство Сейбра налаживалось тяжело, это было весьма высокотехнологичное изделие, требующее приложения высококвалифицированного труда. Фактически первые двигатели вообще были "штучным товаром". Естественно в реалиях войны такая организация производственного процесса не годилась, и как только началась работа на количество пошел брак, пошли проблемы с двигателем в частях. Положение усугублялось устаревшей производственной базой фирмы, проблемам в контроле качества, сложностью в обслуживании в боевых частях, непривычности пилотов к особенностям работы мотора и т.д. В декабре 1942 года фирма Napier влилась в English Electric Group, после этого начались энергичная работа по повышению качества производства в условиях войны. Главной проблемой было изготовление гильз, требовалась высокая точность. Как ни странно для Сейбров замечательно подходили гильзы бристолевских двигателей, обратились в фирму Bristol, однако там ответили отказом на предложение передать технологии Napier'у ссылаясь на конфиденциальность. Судя по упоминанию этой истории случай для британцев нехарактерный и возмутительный, настоящие джентельмены так не поступают!

3,4. Napier Sabre II

5. Система охлаждения (жидкость для охлаждения — смесь из 70% воды и 30% гликоля) и механизм привода винта и вспомогательных частей двигателя от двух коленчатых валов.

6. Полная схема передач в двигателе Sabre II.

К 1944 году все проблемы в основном удалось решить (по-видимому не в последнюю очередь помогло расширение выпуска гильз фирмой "Бристоль", которая начала передавать продукт "Нэперу"), Sabre стал надежным и относительно массовым двигателем. К концу войны даже образовался большой переизбыток "Сейбров". 

После окончания войны век "Сейбров" оказался недолог — он не нашел применения в гражданской авиации, в военной нишу мощного H-образного мотора занял Rolls-Royce Eagle. Время "Игла" впрочем тоже быстро закончилось, его заменили реактивные турбовинтовые двигатели.

Первый самолет с "Саблей" — рекордный Napier-Heston Racer. Он сразу создавался под "Сейбр" и вокруг "Сейбра". Деревянно-фанерный "рейсер" должен был по замыслу перебить недавние немецкие рекорды скорости. К началу Второй Мировой первый из двух самолетов был почти готов, 6 декабря 1939 состоялись первые запуски специальной форсированной версии двигателя, но первый полет прошел только 12 июня следующего года и прошел неудачно. К тому времени уже летал Hawker Typhoon — первый полет 24 февраля 1940 (двигатель был поставлен фирмой Нэпир 30 декабря 1939 года), вероятно и Folland Fo.108 и Fairey Battle с "Сейбром" взлетели также раньше "Рейсера".

7. Napier-Heston Racer

8. Первый прототип Hawker Typhoon (еще с "ванной")

С Napier Sabre летали:
         Napier-Heston Racer — построен 1 самолет (второй недостроен)
         Fairey Battle — 2, переоборудовано два самолета для испытаний Sabre II в 1940 году
         Folland Fo.108. Для тестов Sabre разных модификаций использовали пять (в некоторых источниках четыре) летающих испытательных стендов 
         Blackburn Firebrand, 21 (19 ?) самолетов модификаций F.I и TF.II. Двигатель Sabre III
         Martin-Baker M.B.3 — 1.
         Vickers Warwick — 1, второй прототип испытывался с Sabre VI.
Ну и конечно
         Hawker Typhoon. Выпущено 3317 штук.
         Hawker Tempest I, V и VI. 543 (?) самолета.
         Hawker Fury — под Sabre VII построен четвертый прототип и позже переоборудован второй (LA610).

Модификации двигателя:
         Sabre Special. Два экземпляра для рекордного Napier-Heston Racer. 1940
         Sabre I — базовая версия, устанавливался на Folland 43/37 и прототип Hawker Typhoon. 1941
         Sabre II — производственная серия для Hawker Typhoon Mk.I 
         Sabre IIA, Sabre IIB, Sabre IIC. Последовательное увеличение степени сжатия и, отсюда, повышение мощности. Повышение технологичности, надежности и т.д.
         Sabre III — вариант для Blackburn Firebrand. Произведено 25 двигателей. Аналогичен варианту IIA. 
         Sabre IV (E.107). Новый карбюратор, изменена конструкция нагнетателя. Предназначался для Hawker Tempest I (и устанавливался на нем), для Blackburn B44. Стал прототипом для следующей модификации. 1943 год.
         Sabre V. Развитие Mk II с новым карбюратором и нагнетателем (подобно Mk IV). 1944
         Sabre VA — вариант для Hawker Tempest VI, 1945
         Sabre VI. Вариант VA с кольцевым маслорадиатором и его принудительным охлаждением вентилятором. 1945 год
         Sabre VII (E.121) Вспрыск водно-метаноловой смеси.
         Sabre E.118 — трехскоростной двухступенчатый нагнетатель, соосные винты, тестировался на Fo.108, в серии не был. 1941г.
         Sabre E.122 (Sabre VIII ?) — 3350 л.с. на 3750об/мин. Экспериментальный, 1946г.

9. Мощность некоторых модификаций Napier Sabre

10. ТТХ

Как видно из ТТХ Sabre был низко-средневысотным двигателем. Работы над высотными вариантами велись (Sabre E.118 с трехскоростным нагнетателем), но в 1942 после слияния с English Electric упор был сделан на повышение надежности и технологичности. 

11. Зависимость мощности от высоты для Sabre VII

Napier Sabre имеет устойчивый налет былинности и легендарности. Определения типа "шедевр инженерной мысли", "самый продвинутый авиамотор Второй Мировой" и т.д. вполне применимы. Упоминается о тестовых испытаниях в послевоенное время, в которых Sabre работал 175 часов на чрезвычайном режиме (т.е. со вспрыском водо-метаноловой смеси) или развил мощность в 5000л.с. Авторитетными источниками однако оба этих случая не подтверждаются.

12. Сравнение Napier Sabre с некоторыми современными ему британскими авиадвигателями

Поскольку значения в таблицах были взяты из разных источников разных лет некоторые параметры могут отличаться

В качестве звукового сопровождения: Napier Sabre на Tempest V, звук работы двигателя. 

http://tempest.nerdnet.nl/tempest.wav

источник: http://p-d-m.livejournal.com/149380.html