Опытный авиационный двигатель Lycoming XH-2470. США

Опытный авиационный двигатель Lycoming XH-2470. США

Подразделение Lycoming корпорации Aviation Manufacturing Corporation располагалось в городе Уильямспорт, округ Лайкоминг, штат Пенсильвания. Компания начала производить авиационные двигатели в конце 1920-х годов. В 1937 году компании Lycoming стало известно, что ее самый мощный двигатель на тот момент двигатель – 12-цилиндровый авиамотор O-1230 – не сможет развивать мощность, необходимую для перспективных боевых самолетов. Разработка двигателя O-1230 началась в 1933 году, но ожидаемые потребности перспективных самолетов в мощности силовых установок превышали то, что мог предоставить 1200-сильный (895 кВт) авиамотор. Инженеры компании Lycoming быстро применили опыт, полученный при создании O-1230, в разработке нового авиационного двигателя.

Компания Lycoming приступил к эскизному проектированию своего нового двигателя в 1938 году, а в середине 1939 года начались работы по детальному проектированию. 24-цилиндровый двигатель имел H-образную конфигурацию и состоял из компонентов двух двигателей O-1230, объединенных с новым картером. Новый двухкомпонентный алюминиевый картер двигателя был горизонтально разделен на две части и вмещал левый и правый коленчатые валы. Каждый коленчатый вал обслуживал два блока по шесть цилиндров, один из которых находился на верхней части двигателя, а другой на нижней. В конструкции двигателя использовались вильчатые и внутренние шатуны, причем вилочные шатуны взаимодействовали с нижними цилиндрами. Двигатель получил официальное обозначение XH-2470 (также этот 24-цилиндровый авиамотор нес обозначение MX-211 [Materiel, Experimental 211 – экспериментальная материальная часть №211]). Первоначально командование авиационного корпуса армии США сочло этот двигатель слишком маленьким, но управление аэронавтики ВМС США поддержало проект. 11 декабря 1939 года управление аэронавтики ВМС США заказало один прототип двигателя, а в 1940 году к двигателю некоторый интерес стал проявлять авиакорпус армии США.

конструкция двигателя Lycoming XH-2470 началась с концепции установки двух двигателей O-1230 в общем картере. Обратите внимание на то, что вал воздушного винта приподнят над средней линией двигателя

В двигателе Lycoming XH-2470 использовались отдельные цилиндры, каждый из которых состоял из стальной гильзы, привинченной и усаженной в горячем состоянии на алюминиевую головку. Цилиндр с жидкостным охлаждением был окружен стальным кожухом водяного охлаждения. Алюминиевая головка имела полусферическую камеру сгорания с одним впускным клапаном и одним выпускным клапаном, которое имело натриевое охлаждение. Кулачковые механизмы были установлены в верхних частях каждого блока цилиндров, и каждый кулачковый механизм включал в свой состав один распределительный вал, который приводился во вращение валом с задней части двигателя.

Карбюратор с нисходящим потоком воздуха подавал топливо в крыльчатку нагнетателя диаметром 12 дюймов (305 мм), установленного в задней части двигателя. В компании Lycoming экспериментировали с непосредственным впрыском топлива в испытательные цилиндры и планировали внедрить данную систему в двигатель XH-2470, но маловероятно, то какой-либо из двигателей данного типа непосредственный впрыск был внедрен. Двигатели XH-2470-1, XH-2470-3 и XH-2470-7 были оснащены односкоростными одноступенчатыми нагнетателями. Крыльчатка нагнетателя приводилась в движение с частотой вращения, которая в 6,142 раз превышала частоту вращения коленчатого вала двигателя. Двигатель XH-2470-5 был оснащен двухступенчатым нагнетателем, крыльчатка которого вращалась с частотами, которые в 6,06 и 7,88 раз превышали частоту вращения коленчатого вала двигателя. Впускные коллекторы проходили между верхними и нижними блоками цилиндров. В зависимости от установки выхлопные газы либо выводились с внешней стороны цилиндров через отдельные патрубки, либо собирались в коллекторы, общие для каждого блока цилиндров. Были предусмотрены условия для размещения в двигателе турбонагнетателя.

двигатели XH-2470-2 и XH-2470-4 предназначались для ВМС США. Двигатель XH-2470-2 был похож на двигатель для армейских ВВС и имел вал воздушного винта одиночного вращения. Двигатель XH-2470-4 имел валы винтов противоположного вращения и был похож на XH-2470-7

Двигатели XH-2470-1, XH-2470-3 и XH-2470-7 были оснащены валом одиночного вращения и шлицевым валом SAE #60. У двигателей XH-2470-1 и XH-2470-3 редуктор воздушного винта имел передаточное число 0,38. Указывалось, что авиамотор XH-2470-5 имел редуктор воздушного винта с двумя передаточными числами, но их значения нигде указаны не были. Двигатель XH-2470-7 был оснащен валами для установки соосных винтов противоположного вращения и редуктором воздушных винтов с двумя передаточными числами – 0,433 и 0,321. Валы противоположного вращения были шлицевыми валами SAE #40-60; внутренний вал вращался против часовой стрелки, а внешний вал – по часовой стрелке. Передачи в редукторах воздушных винтов всех двигателей осуществлялись посредством прямозубых шестерен, и в самом авиамоторе вал пропеллера был расположен выше центральной линии двигателя. Двигатель мог быть установлен как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях.

Двигатель H-2470 имел диаметр цилиндров 5,25 дюймов (133 мм) и длину хода поршня 4,75 дюймов (121 мм). Полный рабочий объем двигателя составлял 2468 кубических дюйма (40,2 л), а степень сжатия составляла 6,5 к 1. На взлете при 3300 об/мин двигатель H-2470 развивал мощность 2300 л.с. (1715 кВт), в штатном режиме на высоте 3500 футов (1067 м) при 3100 об/мин развивал мощность 2000 л.с. (1491 кВт) и в крейсерском полете на высоте 15000 футов (4572 м) при 2400 об/мин – 1300 л.с. (969 кВт). Помимо этого, с двухскоростным нагнетателем двигатель на высоте 15000 футов (4572 м) в режиме предельной мощности при 3300 об/мин развивал 1900 л.с. (1417 кВт) и в штатном режиме на той же высоте при 3100 об/мин развивал мощность 1750 л.с. (1305 кВт). Для полета в пикировании двигатель XH-2470 имел ограничение частоты вращения вала 3720 об/мин. Авиамотор XH-2470 с валом воздушного винта одиночного вращения имел длину 89,9 дюймов (2,28 м), ширину 50,3 дюймов (1,28 м) и массу 2430 фунтов (1102 кг). Двигатель XH-2470-7, оснащенный соосными винтами противоположного вращения, имел приблизительную длину 114 дюймов (2,90 м) и массу 2600 фунтов (1179 кг).

Еще до того, как начались испытания XH-2470, компания Lycoming предложила вариант двигателя в качестве ответа на сделанный авиационным корпусом армии США запрос на получение данных R40-D, который был выпущен 6 марта 1940 года. Спецификация R40-D требовала создания авиационного двигателя мощностью от 4000 до 5500 л.с. (от 2983 до 4101 кВт) для использования в силовых установках дальних бомбардировщиков. В компании Лайкоминг предложили соединить два двигателя H-2470 вместе, создав 48-цилиндровый авиамотор XH-4940. С помощью односкоростного одноступенчатого нагнетателя двигатель XH-4940 на высоте 8500 футов (2591 м) при 3100 об/мин должен был развивать 4800 л.с. (3579 кВт). Расчетная максимальная частота вращения вала двигателя XH-4940 составляла 3400 об/мин, а масса авиамотора составляла бы 6200 фунтов (2812 кг). Спецификация R40-D не привела к положительным результатам и в середине 1940 года была отменена.

Двигатель XH-2470 был впервые испытан в июле 1940 года. Данный авиамотор был выбран в качестве силовой установки палубного истребителя Curtiss XF14C и армейского истребителя Vultee XP-54 Swoose Goose. Первоначально в XP-54 планировалось использовать двигатель Pratt & Whitney X-1800 (XH-2240/XH-2600), но в октябре 1940 года разработка этого двигателю была прекращена. Отмена X-1800 привела к интересу командования авиационного корпуса армии США к XH-2470, и в октябре 1940 года были заказаны 25 экземпляров данного двигателя (позже заказ был увеличен до 50 экземпляров). В авиационном корпусе армии США были заинтересованы в использовании двигателей XH-2470 в качестве силовой установки тяжелого истребителя Lockheed XP-58 Chain Lightning. Компании Bell и Northrop также выразили заинтересованность в двигателе для своих будущих проектов.

на виде сверху двигателя показан XH-2470 впускной коллектор, расположенный между рядами цилиндров. Узкий двигатель мог устанавливаться горизонтально (на боку) в крыле самолета. Авиастроительные компании Bell и Northrop использовали двигатель XH-2470 в проектах своих самолетов, но эти машины в металле реализованы не были

В апреле 1941 года двигатель XH-2470 завершил приемо-сдаточные испытания ВМС США. На тот момент истребители XF14C и XP-54 находились на стадии разработки рабочих чертежей. Тем не менее, ВВС армии США (в июне 1941 года американская армейская авиация изменила свое название) в течение всего 1941 года продолжали изменять требования к истребителю XP-54. В проект компании Vultee были добавлены турбонагнетатели, герметичная кабина и возможность установки двигателя Wright R-2160 Tornado. Только в 1942 году, когда разработка R-2160 серьезно отставала от графика, от установки двигателя Tornado на XP-54 было решено отказаться, и XH-2470 стал серьезно рассматриваться в качестве силовой установки этого истребителя. На XP-54 планировали установить двигатель XH-2470-7 с соосными винтами противоположного вращения, но из-за задержек с разработкой редуктора воздушных винтов на прототип был установлен двигатель с пропеллером одиночного вращения. В соответствии с требованиями ВВС армии США на первый прототип XP-54 должны были быть установлены два турбонагнетателя Wright TSBB и на второй самолет – один экспериментальный турбонагнетатель General Electric (GE) XCM. Согласно ряда сообщений в мае 1942 года ВМС США заказали 100 двигателей XH-2470. Таким образом, общее число заказанных двигателей XH-2470 должно было составлять 100 экземпляров, по 50 авиамоторов для армейской авиации и авиации флота.

установленный на испытательном стенде двигатель XH-2470 с тянущим воздушным винтом. Двигатель, установленный на прототип истребителя XP-54, был оснащен толкающим винтом. Лопасти винта двигателя XH-2470 имели систему реверсирования. Обратите внимание на индивидуальные выхлопные патрубки

Первый прототип XP-54 (41-1210) совершил свой первый полет 15 января 1943 года с авиабазы ВВС армии США Мюрок (ныне Эдвардс), штат Калифорния. За исключением первого полета установленный на прототипе XP-54 двигатель XH-2470 вращал воздушный винт Hamilton Standard диаметром 12 футов 2 дюйма (3,71 м). Хотя самолет продемонстрировал хорошую управляемость, его разработка сопровождалась постоянными изменениями в конструкции и назначении машины. Самолет демонстрировал недостаточные летные характеристики, а двигатель XH-2470 имел некоторые проблемы, такие как вспенивание масла при высоких оборотах вала двигателя или на высотах выше 20000 футов (6096 м).

опытный истребитель Vultee XP-54 был очень большим самолетом. Даже в этом случае установка двигателя XH-2470 в фюзеляже машины кажется довольно тесной. Обратите внимание на большой выпускной коллектор, соединяющий двигатель с турбонагнетателем, который был расположен за кабиной пилота

Первый XP-54 был доставлен на авиабазу Райт-филд, штат Огайо, и совершил свой первый полет 28 октября 1943 года. После следующего полета тщательный осмотр XH-2470 выявил некоторые незначительные проблемы, а также повреждение крыльчатки нагнетателя. Двигатель был снят и отправлен компании Lycoming для ремонта. Стоимость ремонта двигателя была больше, чем ВВС армии США были готовы заплатить, что показало отсутствие интереса со стороны армейских ВВС к программе XH-2470. Первый прототип XP-54 был лишен статуса пригодного для полетов самолета и использовался в качестве источника запчастей для второго прототипа XP-54. Первый прототип XP-54 выполнил 86 полетов и налетал в общей сложности 63,2 часа.

Гораздо хуже было то, что в декабре 1943 года ВМС США отменили свой заказ на двигатели XH-2470, решив оснастить опытные палубные истребители XF14C оснащенными турбокомпрессорами двигателями Wright R-3350. Факторами, повлиявшими на это изменение, были давнее предпочтение американского флота двигателям воздушного охлаждения, изменение приоритетов в использовании XF14C (высотный истребитель), проблемы с разработкой двигателя XH-2470 и сомнения в том, что двигатель будет готов вовремя и что оснащенным им самолеты примут участие во Второй Мировой войне. В то же время компания Lycoming сконцентрировала свои усилия на программе создания 36-цилиндрового авиадвигателя XR-7755. Компания Lycoming вложила более миллиона долларов собственных средств в разработку двигателя XH-2470.

два выпускных отверстия турбонагнетателя довольно заметно выступают за кабиной пилота. Пластина, расположенная под выпускными отверстиями, изготовлена из нержавеющей стали, и во время первых полетов горячие выхлопы выжгли краску с капота

Позднее обшивка верхней части капота была заменена неокрашенный элемент из нержавеющей стали, и примерно в то же время были окрашены рули направления (снимок архива Фонда аэрокосмического наследия)

Второй прототип XP-54 (42-108994, но на машину был нанесен неправильный номер 41-1211) совершил свой первый полет 24 мая 1944 года с аэродрома Валти-филд. После как минимум трех полетов турбонагнетатель GE XCM и двигатель XH-2470 были сняты с самолета поскольку некоторая несовместимость турбонагнетателя и двигателя вызвала повреждение обоих агрегатов. Были установлены новый двигатель и турбонагнетатель, и в декабре 1944 года XP-54 снова поднялся в воздух. Второй прототип XP-54 совершил не менее 10 полетов; последний полет, совершенный 2 апреля 1945 года, закончился отказом двигателя. К этому времени налет прототипа составил 10,7 часов.

До нашего времени сохранился как минимум один экземпляр двигателя XH-2470. Авиамотор XH-2470-7 находится на хранении в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики Смитсоновского института (Smithsonian National Air and Space Museum). Данный двигатель никогда не устанавливался ни на одном самолете и имел соосные винты противоположного вращения и двухступенчатый редуктор воздушного винта. В описи своего имущества Смитсоновский институт указывает двигатель XH-2470-1, устанавливавшийся на прототип XP-54. Однако никаких дополнительных доказательств существования этого двигателя найдено не было.

сохранившийся двигатель XH-2470-7 находится на хранении в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики Смитсоновского института. Хотя двигатель никогда не устанавливался ни на одном самолете, по крайней мере, он в один прекрасный день может быть выставлен на всеобщее обозрение (снимок Национального музея воздухоплавания и астронавтики Смитсоновского института)

Источники:

1. 1. 1. Aircraft Engines of the World 1947 by Paul Wilkinson (1947)
      2. American Secret Pusher Fighters of World War II by Gerald H. Balzer (2008)
      3. Development of Aircraft Engines and Fuels by Robert Schlaifer and S. D. Heron (1950)
      4. U.S. Experimental & Prototype Aircraft Projects Fighters 1939–1945 by Bill Norton (2008)
      5. Experimental & Prototype U.S. Air Force Jet Fighters by Dennis R. Jenkins and Tony R. Landis (2008)
      6. The History of North American Small Gas Turbine Aircraft Engines by Richard A. Leyes II and William A. Fleming (1999)
      7. Studebaker’s XH-9350 and Their Other Aircraft Engines by William Pearce (2018)
      8. Preliminary Model Specification for Engine Aircraft Model XH-2470-4 for Opposite Rotating Propellers by Aviation Manufacturing Corporation Lycoming Division (18 April 1940)
      9. “The Evolution of Reciprocating Engines at Lycoming” by A. E. Light, AIAA: Evolution of Aircraft/Aerospace Structures and Materials Symposium (24–25 April 1985)
      10. https://airandspace.si.edu/collection-objects/lycoming-xh-2470-7-h-24-engine
      11. https://airandspace.si.edu/collection-objects/lycoming-xh-2470-1-h-24-h-type-engine

источник: https://oldmachinepress.com/2018/05/05/lycoming-xh-2470-24-cylinder-aircraft-engine/