В отечественном авиадвигателестроении вновь возник интерес к поршневым двигателям. Это связано с тем, что в ряде случаев, когда рассматриваются легкомоторные летательные аппараты, авиационный поршневой двигатель (АПД) оказывается более целесообразным, чем маломощный газотурбинный двигатель. По этой причине многие вопросы развития АПД не потеряли актуальности и в настоящее время, а ряд рассматривавшихся в прошлом идей не получил еще широкого освещения.

Период интенсивного развития АПД в нашей стране (1930-1951 гг.) характеризовался многообразием конструктивных решений, направленных на увеличение агрегатной мощности и достижение высоких показателей: литровой мощности, эффективного к.п.д., низкой удельной массы, малых поперечных размеров и т.п. Большое внимание уделялось также сохранению расчетной мощности двигателя до больших высот полета.

Решение этих задач представляет интерес и в наши дни. Современная технология способна осуществить нереализованные идеи.

Предлагаемый обзор охватывает, главным образом, период с 1930 по 1951 гг., после которого новых разработок отечественных АПД как в опытном, так и исследовательском плане почти не проводилось.

В отличие от наиболее развитых стран Запада (США, Франция, Германия, Англия, Италия), Россия в годы Первой мировой войны не имела сколько-нибудь развитой авиамоторной промышленности, хотя русские конструкторы строили оригинальные моторы.

Так, например, Б.Г. Луцким использовался привод к двум соосным винтам, один из которых мог реверсироваться при посадке. Б.Г. Луцким было также впервые применено верхнее расположение кулачкового валика системы газораспределения на двигателе с рядным расположением цилиндров.

После революции было решено в первую очередь освоить производство двигателей по лучшим иностранным образцам. Такая техническая политика дала положительные результаты - начался серийный выпуск моторов М-5 (типа "Либерти") и М-6 (типа "Испано-Сюиза").

В период 1925-1931 гг. отечественная авиамоторная промышленность достаточно окрепла, что позволило начать подготовку к серийному производству моторов собственной разработки. Этому способствовало развертывание научной исследовательской работы в ряде научных центров (ЦАГИ, НАМИ) и создание, в конце 1930 г., единого научно-исследовательского центра авиадвигателестроения - ЦИАМ.

Перед ЦИАМ помимо исследовательской деятельности была поставлена задача - создать опытные двигатели для серийного производства. Первоначально в тематический план включили разработку 12 типов бензиновых двигателей и 2 типов дизелей. В серийное производство пошли два: бензиновый мотор М-34 (А.А. Микулина) и дизель АН-1 (А.Д. Чаромского). Оба эти двигателя в дальнейшем многократно и успешно модифицировались, образовав семейства "AM" и "АЧ" (по инициалам главных конструкторов).

К 1935 г. консолидация отечественного двигателестроения вокруг ЦИАМ была, в основном, завершена и потребовались новые организационные формы проведения опытно-конструкторских работ. При серийных заводах были созданы самостоятельные опытно-конструкторские бюро (ОКБ).

Основной объем опытного строительства переместился в ОКБ. Для более полного использования зарубежного опыта, а также увеличения номенклатуры авиационных двигателей была произведена покупка лицензий на ряд наиболее совершенных образцов.

Перед ОКБ, которым было поручено внедрение этих двигателей в производство, сразу же вставали и задачи их дальнейшего совершенствования.

Первенец семейства "AM" - двигатель М-34 имел размерность серийного лицензионного двигателя M-17 (ВМW-VI), что позволяло в значительной мере использовать технологию и опыт производства, но радикально отличался от него по своей конструкции.

Блоки цилиндров, верхняя и нижняя половина картера стягивались шпильками в единую силовую схему, свободную от действия растягивающих сил.

На основе этой схемы были созданы все дальнейшие модификации. Многолетний опыт эксплуатации моторов семейства "AM" показал их высокую эффективность.

Первоначальной базой семейства "АШ" (главный конструктор А.Д. Швецов) послужили звездообразные однорядные 9-цилиндровые двигатели воздушного охлаждения фирмы "Райт" (США) мощностью 750 и 1100 л.с., выпускавшиеся по лицензии под маркой М-25, М-62, АШ-62ИР.

Затем были созданы двигатели воздушного охлаждения в виде двухрядной 14-цилиндровой звезды оригинальной конструкции - М-82 и впоследствии ее модификации АШ-82ФН и АШ-83. Начиная с АШ-82ФН, была применена система непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя. Следует отметить, что двигатель АШ-82Т (гражданская модификация АШ-82ФН) многие годы был в эксплуатации (самолет Ил-14 и вертолеты Ми-4 и Як-24) и лишь недавно снят с производства. Был также создан 18-цилиндровый двигатель АШ-73 и его модификация АШ-73ТК, в которой приводной центробежный нагнетатель и турбокомпрессор позволили сохранять мощность 2200 л.с. до высоты 10 500 м.

Последним в этом семействе был 28-цилиндровый турбопоршневой двигатель АШ-2К, представляющий собой четырехрядную звезду с принудительным воздушным охлаждением, взлетной мощностью 4700 л.с. и высотностью 10 000 м. Двигатель был снабжен семью импульсными турбинами, использовавшими кинетическую энергию выхлопных газов и возвращавшими утилизированную энергию на коленчатый вал. Благодаря этому двигатель имел экономичность на 7…8 % лучше, чем наиболее совершенные моторы воздушного охлаждения того времени.

Турбопоршневой двигатель ВД-4К (главный конструктор В.А. Добрынин) представлял собой завершающую ступень развития семейства оригинальных двигателей жидкостного охлаждения, выполненных в виде четырехрядной шестицилиндровой звезды.

Схема этого двигателя была разработана в 1939 г. В.А. Добрыниным и Г.С. Скубачевским в конструкторском бюро при Московском авиационном институте. Двигатель получил обозначение М-250 и имел взлетную мощность 2500 л.с. В 1943 г. работа была продолжена в ОКБ, руководимом В.А. Добрыниным. В 1946 г. в связи с повышением заданной взлетной мощности до 3500 л.с. был заложен по существу новый двигатель ВД-3ТК, сохранивший от М-250 общую схему и оригинальный соосный редуктор.

Большая высотность двигателя обеспечивалась комплексной системой наддува: центробежный нагнетатель и два турбокомпрессора.

Заключительным этапом в развитии авиамотора по этой конструктивной схеме было создание двигателя ВД-4К. Он был снабжен тремя импульсными турбинами, механически связанными с валом двигателя, и свободным турбокомпрессором с регулируемым реактивным соплом.

В этом двигателе был реализован весь положительный опыт и научный задел, накопленный в авиадвигателестроении. Все это привело к созданию лучшего в отечественной и мировой практике образца поршневого авиационного двигателя, работающего на легком топливе.

По своей мощности (4300 л.с.), удельному расходу топлива на крейсерских режимах (0,16…0,175 кг/л.с.·ч) и высотности (11 000 м) этот двигатель при удельной массе (0,51 кг/л.с., включая турбокомпрессор) и сейчас является рекордным. Сверхдальние полеты самолета Ту-85 с такими двигателями подтвердили высокую оценку двигателя ВД-4К.

Для тридцатых годов прошлого века характерным являлось стремление внедрить в авиацию моторы на тяжелом топливе (дизели).

Удельный расход топлива известных авиационных дизелей того времени, например, фирм "Юнкерс" (Германия) и "Паккард" (США), был на 25…30 % ниже, чем у сравниваемых бензиновых моторов. Привлекало также то, что требуемое для дизелей топливо было менее пожароопасным и более дешевым, чем бензин.

Первый опытный отечественный двигатель на тяжелом топливе АН-1 был создан в ЦИАМ под руководством А.Д. Чаромского в 1936 г. По схеме это был четырехтактный 12-цилиндровый V-образный двигатель с непосредственным впрыском топлива. По своей силовой схеме он был аналогичен двигателю М-34, но имел несколько большие диаметр цилиндра (180 мм) и ход поршня (200 мм). Его номинальная мощность составляла 750 л.с. В ходе развития мощность авиадизеля была повышена до 1250 л.с. при удельном расходе топлива 0,175 кг/л.с.·ч. С этими данными он успешно прошел испытания и был принят для серийного производства. В ходе подготовки и развертывания производства продолжилось совершенствование двигателя. Созданный под руководством А.Д. Чаромского серийный двигатель АЧ-30Б имел: взлетную мощность - 1500 л.с., мощность на высоте 6000 м - 1250 л.с., удельный расход топлива - 0,17 кг/л.с.·ч, удельную массу - 0,77 кг/л.с. Это был самый мощный в мире авиационный дизель. Его основные технические данные были на уровне лучших мировых достижений.

Во время Великой Отечественной войны двигатели АЧ-30Б применялись на тяжелых бомбардировщиках, наносивших удары по глубоким тылам противника, в том числе и по Берлину. До настоящего времени находят применение в транспортном машиностроении и на судах дизели, создаваемые на основе АН-1 и его модификаций. Возможности развития этого семейства далеко не исчерпаны.

Базовым в семействе "ВК" (главный конструктор В.Я. Климов) стал лицензионный мотор М-100 ("Испано-Cюиза" 12Ybrs). При дальнейшем модифицировании в конструкцию двигателя были внесены оригинальные конструктивные решения, позволившие более чем вдвое повысить его мощность и значительно увеличить высотность. В частности, начиная с мотора M-105 введена трехклапанная система газораспределения: два впускных клапана и один выпускной вместо двухклапанной системы. В моторе М-105П предусмотрен полый вал редуктора для стрельбы через него из автоматической пушки, установленной в развале блоков цилиндров.

На основе лицензионного мотора М-85 ("Мистраль Мажор" K-14 фирмы "Гном-Рон") под руководством А.С. Назарова были созданы двигатели М-86 и М-87 с более высокой мощностью (950 л.с. по сравнению с 850 л.с. у М-85). Дальнейшее развитие этих двигателей продолжалось под руководством С.К. Туманского. Были созданы двигатели М-88 с взлетной мощностью 1100 л.с. и М-89 мощностью 1300 л.с. на расчетной высоте 6000 м. Значительно улучшило эксплуатацию этих двигателей введение в них системы непосредственного впрыска топлива.

Все указанные двигатели сохраняли исходную конструктивную схему двухрядной 14-цилиндровой звезды.

На основе опыта создания двигателей М-88 и М-89 под руководством Е.В. Урмина был создан 18-цилиндровый двухрядный двигатель М-90 мощностью 2000 л.с. Этот двигатель успешно прошел заводские испытания, но в серийное производство не поступил в связи со свертыванием программы производства поршневых двигателей.

(Продолжение следует).