Семейства авиамоторов на базе М-11
Практически сразу же после запуска мотора М-11 в массовое производство возникла идея создать на его базе унифицированное семейство. Все входящие в него двигатели должны были иметь одну и ту же цилиндро-поршневую группу, но разное количество цилиндров. Унификация снизила бы стоимость производства каждого мотора и упростила бы эксплуатацию и снабжение запасными частями.
Уже в 1931 г. конструкторы завода № 29 в Запорожье, где осуществлялся выпуск М-11, наметили создание целого семейства двигателей на его основе. В него должны были войти М-50 (трехцилиндровый), М-51 (пятицилиндровый, модернизированный М-11), М-48 (семицилиндровый) и М-49 (девятицилиндровый). Проектирование осуществлял опытно-конструкторский отдел завода под руководством А. С. Назарова. В отделе тогда насчитывалось всего 14 человек. Фактически разработкой двигателей малой мощности занималась небольшая группа М. А. Коссова.
С именем этого человека связано большинство попыток создания моторов на базе М-11. Михаил Александрович Коссов (1908–1992) закончил Киевский политехнический институт в 1930 г. и быстро зарекомендовал себя как способный конструктор. Почти полжизни он посвятил именно развитию конструкции М-11.
Конструкторы начали с М-51. Проект его подготовили в феврале-июне 1931 г. За основу взяли М-11В. Высотные характеристики улучшили путем включения в конструкцию приводного центробежного нагнетателя (ПЦН). Это позволило довести максимальную мощность до 145 л.с. Обкатка моторов велась с марта 1932 г., в мае-июне того же года проходили госиспытания с цилиндрами от М-11, а в октябре — со своими оригинальными цилиндрами. Однако в обоих случаях испытания закончились неудачно. В июне 1933 г. М-51 испытывался на самолете У-2.
Семицилиндровый М-48 с мощностью до 210 л.с. отставал от М-51 примерно на полгода. Его проект завершили в августе 1931 г. С июня 1932 г. изготовили три опытных образца М-48, из которых только один был полностью собран и проходил стендовые испытания. Мотор сочли настолько удачным, что в 1934 г. его отправили на выставку в Париж. Авиаконструкторам поручили использовать этот двигатель в проектах новых самолетов. Его, например, закладывали в проект разведчика ЦКБ-9. В 1935 г. М-48 проходил летные испытания на учебном самолете У-3, который, однако, в серию не запустили.
Практически параллельно с М-48 делали маленький трехцилиндровый М-50 (3М-11). В нем тоже использовались узлы и агрегаты М-11В, причем спроектировали два варианта: с цилиндрами от М-11В и оригинальными. Сборку первого опытного образца (с цилиндрами от М-11В) начали в августе 1932 г., а в декабре его уже выставили на госиспытания. Увлечение унификацией привело к применению избыточно тяжелых для выбранной мощности (65 л.с.) деталей. Большинство агрегатов взяли от серийного мотора, что в итоге привело к очень маленькой удельной мощности — около 0,5 л.с./кг. В этом отношении и базовый М-11В был далек от идеала, а уж М-50 вообще «не лез ни в какие ворота». Кроме того, руководство ВВС не интересовалось моторами с мощностью менее 100 л.с., и именно мнение этой инстанции являлось определяющим. Заказчиков на М-50 так и не нашли.
Самый большой мотор из этой четверки, девятицилиндровый М-49 (максимальная мощность 310 л.с.), проходил заводские испытания в сентябре 1933 г. Конструкция его сохраняла все черты меньших «собратьев». Были изготовлены два экземпляра М-49. Использование этого двигателя предусматривалось в оригинальном проекте конструктора Михельсона.
Предполагалось, что три из четырех двигателей семейства (за исключением М-50) будут запущены в серийное производство. Первым планировали освоить М-51 — в 1933 г. он должен был сменить М-11В в цехах завода № 29. Но в установленные сроки запорожский завод не уложился с доводкой моторов до требуемых показателей надежности (с межремонтным ресурсом порядка 200 ч), а в 1934 г. там развернули выпуск моторов М-22. Под этим обозначением у нас по французской лицензии стали делать английский мотор «Юпитер». Ему придавалось гораздо большее значение, чем двигателям на базе М-11, ведь «Юпитер» предназначался для истребителей И-4 и И-5.
Работы по М-51, М-48 и М-49 в Запорожье прекратили. Там всем стало не до них. В 1933 г. группу специалистов, занимавшуюся моторами малой мощности, перевели из Запорожья в Москву в состав Отдела бензиновых двигателей НИИ авиадвигателей ГВФ (НИИ АД ГВФ). Отдел разместили в здании Дирижаблестроительного учебного комбината в подмосковном поселке Тушино. Начальником отдела стал М. А. Коссов. Базовым предприятием определили расположенный рядом завод №82, тоже принадлежавший гражданской авиации; в его составе организовали опытный цех. НИИ АД ГВФ передали всю документацию на М-48, М-49 и М-51. Коссов прихватил с собой и проект М-50; до 1934 г. он несколько раз пытался его усовершенствовать, но так и не получил удовлетворительного результата.
Другим членам семейства повезло больше. На их основе в Тушино спроектировали серию двигателей, сохранявших многие детали и узлы М-11, но отличавшихся от оригинала все больше и больше. М-51 превратился в МГ-11, М-48 – в МГ-21, М-49 – в МГ-31. Буквы «МГ» расшифровывались как «мотор гражданский». Все двигатели, спроектированные в НИИ АД ГВФ, получали обозначение с этим сочетанием. Три мотора имели до 90 % взаимозаменяемых деталей. Мощность их по сравнению с запорожскими вариантами существенно возросла.
Так, МГ-11 уже «от рождения» рассчитывался на максимальную мощность 180 л.с. (номинальная — 150 л.с.). Однако при этом мотор потяжелел, и его удельная мощность лишь немного превышала единицу.
Первые опытные образцы МГ-11 изготовили в 1934–1935 гг. После успешных запусков на стенде в 1935 г. один из них установили на биплане У-2. Коссов создал несколько модификаций МГ-11. Так, на некоторых экземплярах вместо отечественного карбюратора К-11 (от М-11В) устанавливался французский «Зенит» DCL 42, а в 1937 г. — специальные карбюраторы для перевернутого полета. Последовательно появились МГ-11А с увеличенным ресурсом и МГ-11Н с непосредственным впрыском топлива (оба — в 1936 г.), МГ-11Ф, у которого номинальную мощность довели до 165 л.с. (1937 г.), и его модификация МГ-11ФН с впрыском топлива.
Завод изготовил 13 экземпляров МГ-11. Фактически все они были опытными образцами, хотя летали на самолетах У-2, У-5бис и др.
Конструкция МГ-11 вызвала интерес и в других конструкторских бюро. Например, в харьковском УНИАДИ проектировался вариант этого мотора с нагнетателем типа «Рутс».
Одним из требований к конструкторам было использование максимального количества агрегатов, уже находящихся в производстве. Так, семицилиндровый МГ-21 (220 л.с.) оснащался карбюратором К-17 от мотора М-17. Первые два опытных образца МГ-21 изготовили в 1934 г., в 1934–1935 гг. они проходили стендовые испытания и доводку. Летные испытания проводились на самолете КАИ-2 в 1937 г. В следующем году на самолете САМ-5-2бис с МГ-21 установили рекорд высоты. Возможно, что в этом случае использовали усовершенствованный МГ-21А (250 л.с.), изготовленный в 1936 г.
Моторы МГ-31 и МГ-31Ф устанавливались на серийных пассажирских самолетах «Сталь-2», опытных машинах УТИ-5 (НВ-2бис) и др., а позже на вертолете «Омега-II» (2МГ). В последнем случае к двигателю пристроили вентилятор принудительного охлаждения. Использование МГ-31 предусматривалось также проектами самолетов МБР-6 и УТ-3.
Во второй половине 1938 г. завод № 82 передали в ведение НКВД. В составе предприятия организовали «шарагу» — конструкторское бюро из заключенных, занимавшееся разработкой новых дизелей. Впоследствии именно на этом предприятии создали двигатель М-30 (позднее переименованный в АЧ-30). Все работы по моторам семейства «МГ» в Тушино свернули, их производство прекратили. К этому времени в общей сложности изготовили 129 МГ-31 и МГ-31Ф.
Однако от довольно удачного двигателя не торопились отказываться. По постановлению правительства от июля 1939 г. его выпуск должен был освоить завод № 16 в Воронеже. Туда перебрались Коссов и ряд его сотрудников.
На новом месте Коссов выполнил проект нового девятицилиндрового двигателя М-32. Работа над ним шла с декабря 1940 г., хотя официальный статус мотор обрел только после выхода постановления Совнаркома от 19 июня 1941 г. Этот двигатель конструктор предлагал выпускать вместо МГ-31Ф. Мотор представлял собой дальнейшее развитие последнего. Мощность должна была дойти до 450 л.с. Параллельно предлагались сразу несколько модификаций: М-32 авиационный, М-32А дефорсированный до 300 л.с. и работавший на автомобильном бензине для аэросаней, М-32Т танковый с принудительным охлаждением и сдвоенный вариант последнего. В 1941 г. начали изготовлять основные детали и узлы первого опытного образца двигателя — авиационного. В октябре его планировали поставить на стенд. Этот процесс был прерван войной. В начале 1942 г. мотор официально исключили из плана опытных работ.
В 1940 г. завод №16 перевели на выпуск моторов М-105, производство двигателей других типов прекратили. Для первой партии из 10 МГ-31Ф успели изготовить примерно 60 % деталей, но ни одного полностью не собрали.
Всю оснастку и инструмент для изготовления М-11 завод № 16 передал на филиал (завод №154). Коссов работал там, а в октябре 1941 г. вместе с предприятием эвакуировался в Среднюю Азию, в Андижан. Там завод разместили в хлопковых амбарах. В Андижане в 1942 г. Коссов создал пятицилиндровый двигатель М-12, являвшийся дальнейшим развитием МГ-11. На этот раз мотор форсировали не только по частоте вращения вала, но и по степени сжатия (до 6,2) до мощности 190 л.с.
Изготовили два опытных образца. Вес обоих оказался больше предусмотренного заданием. Например, первый вариант весил 215 кг против требуемых 165…175 кг. Оба они с сентября 1942 г. проходили заводские испытания. В начале 1943 г. собирались выставить М-12 на 100-часовые совместные испытания, но они не состоялись. Доводка велась весь год, включая полеты на биплане У-2, а затем на моноплане УТ-1. В марте 1944 г. проводили госиспытания на стенде, прерванные из-за поломки через 30 ч. Всего изготовили шесть-семь опытных экземпляров. Работы по М-12 Коссов вел до осени 1944 г. Впоследствии узлы коссовского М-12 скомбинировали с цилиндровой группой двигателя М-11Д, получив М-11ФР, запущенный в серию.
В сентябре 1944 г. М. А. Коссов предложил проект девятицилиндрового мотора М-13К (мощностью 300 л.с.), скомбинированного из частей М-11Д (поршни), М-11ФМ (цилиндры) и МГ-31Ф (главный шатун и кулачковая шайба). Коленчатый вал был сконструирован заново. Двигатель оснащался ПЦН по типу МГ-31Ф. Но данных о постройке опытного образца этого мотора нет.
В мае 1944 г. большую часть конструкторского коллектива с завода № 154 перевели в Москву на завод № 41. Главным конструктором ОКБ-41 стал Е. В. Урмин. Не согласный с Коссовым в отношении концепции двигателей, Урмин в конце 1944 г. — начале 1945 г. по тем же заданиям спроектировал свои собственные варианты М-12 и М-13, в которых использовалось большее, чем в двигателях Коссова, количество деталей от серийного М-11Д. Большая степень унификации должна была удешевить производство, хотя ограничивала возможности в отношении повышения мощности.
М-12 Урмина сначала именовался М-11Я. Его опытный образец был изготовлен в конце 1945 г. и испытывался с января следующего года. Однако результаты оказались неудовлетворительными. М-12 конструкции Урмина доводился до середины 1946 г., а затем был заброшен.
Девятицилиндровый М-13 (300 л.с.) Урмин начал конструировать в конце 1944 г. Этот двигатель имел цилиндры от М-11Д и новые картер, главный шатун и коленчатый вал. Так же, как на моторе Коссова, предусматривался наддув от ПЦН. Но до изготовления опытного экземпляра дело не дошло.
Моторы МГ-31 и МГ-31Ф, которым замены так и не нашлось, продолжали эксплуатироваться вплоть до конца 1946 г. После окончания войны предлагали восстановить их производство на каком-либо предприятии, но затем от этой идеи отказались.
В 1947 г. на заводе № 41 спроектировали другой мотор под названием М-13. Только он был не «девяткой», а «семеркой».
Самым удачным двигателем семейства МГ считался девятицилиндровый МГ-31. На него возлагали большие надежды военные, намеревавшиеся использовать его на учебно-боевых самолетах. Конструкция его в целом повторяла МГ-11 и МГ-21, но все основные узлы были усилены.
Первые образцы с импортными карбюраторами «Зенит» 60DCL были изготовлены в 1934 г. По расчетам максимальная мощность должна была составить 320 л. с., но на практике больше 310 л.с. получить не удалось. Зато номинальная мощность 270 л.с. соответствовала заданию. В январе 1935 г. МГ-31 впервые выставили на госиспытания, но оба предъявленных экземпляра довольно быстро вышли из строя. Лишь в 1936 г. МГ-31 успешно прошел госиспытания. Новый вариант уже оснащался карбюратором К-17 с расточенным диффузором. В январе-феврале 1937 г. двигатель успешно опробовали в воздухе на самолете «Сталь-2».
С 1936 г. на заводе № 82 освоили серийный выпуск МГ-31. Параллельно в НИИ АД ГВФ спроектировали и построили опытные образцы модификаций МГ-31А, МГ-31Н (с непосредственным впрыском топлива) и МГ-31Ф (форсированной по частоте вращения вала). С конца 1937 г. тип «Ф «внедрили в серию. В опытных образцах существовали модификации МГ-31ФН (с впрыском топлива) и МГ-31Ф2 (о последней нет информации).
Конструкторское бюро ОКБ-41 в это время возглавлял И. А. Мужилов, а ведущим конструктором являлся инженер Аксютин. В двигателе использовались некоторые детали и узлы от моторов М-11К (составлявшие примерно треть) и М-11ФР-1 (около 40 %). Двигатель комплектовался беспоплавковым карбюратором К-12БП. Проектирование было завершено в декабре 1946 г. В феврале следующего года первый опытный образец поставили на стенд. К концу марта успешно провели 50-часовые заводские испытания.
В июне 1947 г. второй экземпляр мотора прошел совместные испытания (тоже продолжительностью 50 ч). В апреле 1948 г. третий образец выставили на государственные испытания, но быстро сняли из-за разрушения картера. Однако в июне того же года М-13 успешно их прошел, показав максимальную мощность 250 л.с. Всего до мая 1948 г. сделали пять опытных образцов этого двигателя. В дальнейшем предполагалось обеспечить максимальную мощность 450 л.с. Этот вариант именовался М-13ФН. В случае удачи «семерка» могла стать основой для девятицилиндрового двигателя. Но никаких данных о постройке образца М-13ФН не нашлось. Возможно, дело было в том, что в конце 1940-х годов завод №41 переориентировали на реактивную технику, а все работы по поршневым моторам свернули.
К этому времени неоднократно модифицировавшийся М-11, созданный еще в 1928 г., сильно устарел, хотя еще находился в серийном производстве. Проектирование новых двигателей на его основе уже казалось нецелесообразным. В Запорожье готовилось новое унифицированное семейство двигателей малой и средней мощности, не имевшее с М-11 ничего общего.
М. А. Коссов еще в 1945 г. перешел в ОКБ-300, которым руководил А. А. Микулин, где участвовал в создании первых турбореактивных двигателей. В 1949 г. он возглавил в НАМИ подразделение, занимавшееся газотурбинными двигателями для автомобилей. Там разработали первые советские автомобильные ГТД НАМИ-053 и НАМИ-053А. М. А. Коссов преподавал в Военно-воздушной академии и МАДИ, затем работал в Институте машиноведения АН СССР.
Таким образом, казавшаяся столь плодотворной идея создания на базе М-11 унифицированного семейства двигателей разной мощности так никогда и не была реализована, по тем или иным причинам остановившись на стадии испытания опытных образцов.
Владимир Ростиславович Котельников, к.т.н.
