Валы. колеса и полусферы. Chrysler IV-2220

Продолжаю выкладывать статьи из ЖЖ нашего уважаемого коллеги p_d_m.

Если у нас есть авиадвигатель V8, то логично сделать V12; если есть V12 – то отчего бы не соорудить V16? Первым авиационным мотором в шестнадцать цилиндров был Antoinette V16 мощностью в 100 л.с., созданный в 1907 году пионером авиации Léon Levavasseur. Далее история с V16 вяло перетекла с 10-х в 20-е, в этот период были созданы единичные образцы таких моторов, и далее в 30-е. В 1933 появился самый известный и используемый из авиационных шестнадцатицилиндровых – дизель Daimler-Benz DB 602, по четыре таких мотора стояло на дирижаблях LZ-129 Hindenburg и LZ-130 Graf Zeppelin. Еще можно вспомнить проекты и экспериментальные образцы: советский М-32, интересные итальянские Fiat AS.8 и A.38, Bugatti T67 V16. В 40х немцы с низкой интенсивностью вели работы над перевернутым V16 DB 609. Самым конструктивно интересным из двигателей V16 является последний из реализованных авиамоторов по этой схеме – американский Chrysler IV-2220.

Большое достоинство V16 по сравнению с другими компоновками, с таким же количеством цилиндров (H16, X16) – такой же мидель, как у обычного V12. Недостатки – большая длина. Не только двигателя, но и коленчатого вала, приводов клапанов, патрубков и т.д. А значит, для компенсации вибраций и прочих вредных явлений все эти и прочие элементы двигателя должны быть прочнее и тяжелее. Итогом выходит, что мощность на один цилиндр у V16 будет меньше, чем у V12.

Работы над новым авиационном двигателем на Chrysler начались в мае 40-го, и очень быстро, буквально за несколько месяцев был готов на бумаге проект нового мотора который был представлен ВВС США (тогда еще United States Army Air Corps, но это не суть важно). Военными двигатель был одобрен и был дан старт на его разработку в железе. Что наваяли конструкторы Крайслер? Воистину удивительное! В отличие от прочих V16 на IV-2220 удалось избавиться от длинного коленвала – мощность здесь снималась не с его конца, а с середины – двигатель как бы был разделен на два блока по восемь цилиндров. И уже через огромное центральное зубчатое колесо приводился во вращение винт – к нему шел тяжелый и длинный вал; и нагнетатель с различными прочими приводами – к ним вал был полегче; а еще были впускные-выпускные клапана цилиндров со своими приводами. В общем, избавившись от одной проблемы с коленвалом, на Крайслере решили создать себе кучу других.

1. Кинематика IV-2220

Рабочий объем каждого цилиндра – 2,27 л, общий – 36,36 л, т.е. по общему объему Крайслер был сравним с такими V12, как Rolls-Royce Griffon (36,7 л) или Daimler-Benz DB 605 (35,7 л). Мидель был меньше процентов на 20, чем у этих авиамоторов, но длина при этом в полтора раза больше – три метра против двух, вес 1100 кг, что больше на 200-400 кг. Предполагалось, что Крайслер сумеет выдать 2500 л.с. при очень высоких оборотах – 3400 об/мин. Можно сказать, что по своей идеологии IV-2220 занял промежуточное положение между "объемными" V12 и супервысокооборотистыми 24-цилиндровиками типа Napier Sabre. Последний при общем объеме 36,65 л и объеме каждого из 24 "горшочков" в 1,52 литра развивал более 3000 л.с. на 4000 об/мин, будучи чуть легче американца.

Как следует из обозначения, Крайслер IV-2220 имел схему перевернутого V. Главное достоинство этой схемы – мотор легче закапотировать, учитывая небольшой мидель двигателя такая схема давала дополнительный плюс для аэродинамики самолета, оснащенного им.

Крайслер V16, естественно, был жидкостного охлаждения. Развал цилиндров – 60 градусов, для более сбалансированной работы 90 градусов были бы предпочтительней, но это увеличивало поперечные габариты мотора.

Авиамотор имел турбокомпрессор, который нагнетал воздух через интеркулер с жидкостным охлаждением в односкоростной нагнетатель, воздух из которого дополнительно охлаждался через афтеркулер. Довольно продвинутая система! Первоначально на Крайслере хотели делать турбокомпрессор сами, но не сложилось – использовали продукцию от General Electric.

2.

На этом особенности двигателя не завершаются. На IV-2220 Крайслер впервые применила фишку, которая станет затем особенностью многих двигателей этой фирмы – Hemi. Полусферическая камера сгорания Hemi (от hemispherical, полусферический) не была на начало 40-х новинкой, не была эксклюзивом Крайслер, но ассоциируется именно с этой фирмой из-за высокой известности послевоенных автомобильных двигателей, где применялась эта технология. Ну и потому что Крайслер зарегистрировала Hemi как свою торговую марку. Основные плюсы Hemi: полусферическая камера имеет оптимальное значение в отношении объема к площади поверхности, т.е. потери тепла в головке цилиндра будут минимальными; впускной и выпускной клапаны можно сделать больших размеров, поскольку площадь поверхности больше, чем у обычной плоской головки цилиндра. Недостатки: сложность изготовления (и, отсюда, увеличение стоимости и прочее сопутствующее), сложность организации привода клапанов на каждом цилиндре, поскольку их оси находятся в разных плоскостях, и очень большая сложность создания более эффективных многоклапанных головок, сами клапана на четверть тяжелее и конструкция головок цилиндров получается более массивной, и т.д.

3. Сечение цилиндра

Для компании, которая никогда не занималась авиационными двигателями, создание такого технически рискованного и неоднозначного проекта, как Chrysler IV-2220, выглядит чистой авантюрой. Тем удивительней, что двигатель все таки был изготовлен в железе и даже сумел чуть-чуть полетать.

Первоначальные планы предполагали использовать Chrysler IV-2220 на многострадальном истребителе Curtiss P-60, на модификации Curtiss XP-60C (Model 95C). Его хотели запустить в воздух в 1942 году, но крайслеровский двигатель к этому времени готов не был и самолет полетел с радиальным Wright R-2800. Republic P-47 Thunderbolt выступал дублером творения Кертисс, и когда стало понятно, что дело с P-60 накрылось, Воздушным Корпусом была дана отмашка ставить Крайслер на P-47, случилось это в августе 43-го. Под новый двигатель были сняты с конвейера два P-47D RA-15 (s/n 42-23279 и 42-23298). Объем переделок P-47 под новый мотор был очень большим, только 11 ноября 1944 была проведена инспекция самолета, получившего обозначение XP-47H. Только летом 45-го – 6 июля 1945 – начались первые запуски IV-2220, 26 июля 1945 был наконец совершен первый полет. Испытания проходили совсем не гладко – были проблемы с маслосистемой, с работой турбокомпрессора, вибрациями. 7 ноября 1945 года на 27 полете, после общего налета в 18 часов, на высоте в 5500 на двигателе разрушился коленвал. Пилот каким то образом сумел посадить машину, представители фирмы после изучения аварийного самолета предположили, что произошло внезапное повышение оборотов. Было предложено начать испытания улучшенного двигателя на втором XP-47H, но к этому времени ни крайслеровский мотор, ни "Тандерболт" с ним не представляли уже никакого интереса, программа была окончательно закрыта.

4. Republic XP-47H

Взлетный вес XP-47H составил 6346 кг, пустого 5183 кг, т.е. почти на 600 кг тяжелее стандартного P-47D-30 (вес пустого 4535 кг). Остроносый "Тандерболт" кажется существенно длиннее P-47 с двигателем воздушного охлаждения, но на самом деле разница не так уж и велика – 11,69 м против 11,0 м. На испытаниях XP-47H сумел развить 666 км/ч на высоте 9000 метров, он уступал 30 км/ч тому же P-47D-30. Вероятно, после отладки двигателя (который вроде как в ходе испытаний недодавал мощность) и усовершенствования аэродинамики P-47 с IV-2220 смог бы развить если уж не расчетные (иначе говоря рекламные) 789 км/ч, то хотя бы приблизиться к 700 км/ч. Кстати, еще в июне 44-го фирма Крайслер запатентовала версию своего V16 с соосными винтами – применение такого решения дало бы дополнительные десятки километров в час. И конечно, IV-2220 имел резервы для повышения мощности, якобы самые ответственные узлы были спроектированы с запасом прочности для последующего форсирования мотора.

5. Картинку можно чуть увеличить. 1250×550

ТТХ

Двигатель инвертированный V16 с развалом цилиндров 60°, жидкостного охлаждения, четырех­тактный.

Порядок работы цилиндров: 1R, 4L, 5R, 2L, 7R, 6L, 3R, 1L, 8R, 5L 4R, 7L, 2R, 3L, 6R, 8L. (L — левый ряд, R — правый ряд, нумерация начинается от противоположного винту конца).

Карбюратор один Bendix-Stromberg PD-16D1, магнето два Wico D8LW-1.

Диаметр цилиндра, мм – 147
Ход поршня, мм – 133
Рабочий объем, л – 36,4
Ширина, мм – 850
Высота, мм – 850
Длина, мм – 3101
Вес, кг – 1102
Расход топлива, г/л.с./ч – 190
Расход масла, г/л.с./ч – 2
Топливо, октановое число – 100/130
Мощность взлетная, л.с. – 2500
   при оборотах, об/мин – 3400
максимальная, л.с. – 2500
   при оборотах, об/мин – 3400
   на высоте, м – 9100
нормальная, л.с. – 2150
   при оборотах, об/мин – 3200
   на высоте, м – 9100
крейсерская, л.с. – 1450
   при оборотах, об/мин – 2800
   на высоте, м – 7600
Степень редукции 0,406:1
Степень наддува 6,46:1

6. Каноническая фотография XP-47H

7.

8. Две черные штуковины на носу двигателя — магнето, под двигателем свисает афтеркулер (промежуточный охладитель после нагнетателя). Под капотом XP-47H двигателю было явно очень просторно!

9. Из патента US2468976.

10.

11.

12. Соосный винт, патент US2498767.

источник: http://p-d-m.livejournal.com/491998.html