Авиационный дизель: тупиковая ветвь или...?
Во время нашего эфира по самолетам был задан вопрос насчет авиационных дизельных двигателей. Тема совершенно не эфирная, поскольку спорить там особо не о чем, но интересные моменты, получившие продолжение в наши дни, имеются.
Потому – вот он, авиационный дизель.
Вообще, до толкового использования дизеля в авиации дошли всего две страны. Германия и Советский Союз. Первым сам бог велел, поскольку Дизель был немцем и все разработки после его смерти остались в Германии, а вот СССР – это отдельный и сложный вопрос.
На самом деле дизельную тему обе страны начали разрабатывать не от хорошей жизни. С моторами были проблемы, у немцев еще дефицит нефти, у нас – отсутствие технологий для нормальной ее переработки. Высокооктановые бензины были для СССР несбывшейся мечтой, всю войну провоевали на импортном высокооктановом топливе.
Собственно, разные по сути проблемы нефтяного плана породили интерес к дизелям. И было от чего.
Огромным плюсом дизеля считалась возможность работать не на бензине, а, как сейчас бы сказали, на альтернативных видах топлива. То есть керосине и дизтопливе. Да, керосин того времени нормально можно было заряжать в дизель, и мотор его прекрасно пережевывал. Даже современные дизели вполне могут использовать керосин как зимнее топливо в условиях очень низких температур, надо только цетаноповышающие присадки добавлять.
Керосин был не столь пожароопасен, как авиационный бензин, и с его выгонкой из нефти проблем не было с 1746 года.
Минусом считаем большую массу дизельного двигателя по сравнению с бензиновым собратом.
Получилась ситуация, в которой грех было не попробовать разработать моторы для самолетов, которые будут работать на том топливе, которое проще выгнать. Логично, не так ли? Тем более когда есть разработки. Немцы вполне по-дружески поделились рецептами приготовления, и в СССР работа тоже закипела.
Каждая страна пошла своим путем.
По мере продвижения работ стало понятно, что дизель – двигатель не для истребителя. Слишком он вышел неспешным, не умеющим реагировать на требование быстро повысить обороты. Впрочем, это и сейчас актуально.
Потому советские (начнем с нас) конструкторы сразу отвели для авиадизеля нишу дальних и тяжелых бомбардировщиков. Во-первых, сами по себе самолеты были большими и не пугались массы двигателя, во-вторых, экономичность, а значит, дальность действия были определяющими факторами.
В отличие от немцев, нашим конструкторам была поставлена задача снять с дизельных двигателей максимально возможную мощность в 1300-1500 л.с., что было цифрой несколько фантастической. В стране не могли на тот момент создать бензиновый мотор такой мощности, а тут дизель…
Но именно на моторы такой мощности, которые будут способны разогнать бомбардировщик весом 13-15 тонн до приемлемой скорости в 400 км/ч и обеспечить дальность в 2500-3000 км, были ориентированы советские конструкторы.
Главным дизелистом страны безоговорочно надо считать Андрея Дмитриевича Чаромского.
Под его руководством коллектив ЦИАМ (Центральный институт авиационного моторостроения имени П. И. Баранова) разработал дизель АН-1А мощностью 900 л.с., который на низких (до 2500 м) высотах совершенно не уступал бензиновым двигателям. АН-1А стал основой для дальнейших разработок этих моторов, весьма успешно пройдя испытания на бомбардировщике ТБ-3Д.
Потом Чаромского арестовали как вредителя, а на базе АН-1А разработали два мотора, М-40 (работы велись на Кировском заводе в Ленинграде под руководством В. М. Яковлева) и М-30 («Шарага» при заводе №82 в Москве под руководством С. И. Жилина и А. Г. Таканаева).
Работы велись в режиме «совершенно секретно», доходило до маразма: военные представители, будучи из другого ведомства, не могли получить доступ к моторам для контроля качества продукции. Допуски выдавал лично нарком авиапромышленности А. И. Шахурин.
Развитие обеих моделей двигателей велось в направлении сохранения рабочего объема, диаметра цилиндра и хода поршня в сторону повышения взлетной мощности и высотности мотора. Высотность моторов должны были обеспечивать двухступенчатые турбокомпрессоры, ТК-88 на М-40 и ТК-82 на М-30. На каждом двигателе устанавливались по четыре турбокомпрессора.
К 1940 году двигатели не были закончены, но и в них не было особой нужды. Дизель рассматривался исключительно как политический мотор, способный обеспечить кругосветный перелет рекордного самолета под управлением М. М. Громова. Был такой проект.
Перелет не состоялся, поскольку не смогли добиться от обоих двигателей необходимого моторесурса в 100 часов. Заводам и конструкторам было дано задание к августу 1940 года провести стендовые испытания, а к осени установить моторы на самолеты ТБ-7 и ДБ-240 (будущий Ер-2) для летных испытаний.
ТБ-7 с дизелями М-30
Скажем честно, дизели переоценили. Создается впечатление, что советское авиационное руководство ждало от двигателей какого-то чуда, поскольку в 1941 году в НИИ ВВС заседала комиссия, определившая требования для нового самолета под форсированные дизели М-40Ф бомбовую нагрузку аж в 6 000 кг!!!
Разрабатываемый самолет должен был, по мнению комиссии (руководил генерал-майор Филин), нести одну бомбу ФАБ-2000 в бомбовом отсеке, а две (!) на внешней подвеске!
Сложно сказать, что творилось в душе у конструктора Еромолаева, но не думаю, что там счастьем все лучилось. Ибо только когда на Пе-8 в 1944 году установили 4 двигателя АШ-82Ф (1700 л.с.), только тогда Пе-8 в исключительных случаях и на небольшие расстояния смог брать 6 000 кг бомб.
А тут 1941 год…
Плюс ко всему, не дожидаясь начала испытаний, ведомство Шахурина (НКАП) выдало задание воронежскому авиазаводу №18 заказ на строительство 90 самолетов Ер-2 с дизелями М-40Ф в 1941 году, и 800 машин – в 1942-м.
Понятно, что все эти планы были уничтожены войной. Но лучше так, потому что моторы до летного состояния довести смогли перед самым началом войны.
Только 23 июля 1941 г. начальник ЛИИ НКАП М. М. Громов утвердил акт об испытании самолета Ер-2 с моторами М-40Ф. На испытаниях самолет с дизелями показал скорость 448 км/ч при расчетной 480 км/ч. После устранения многочисленных недостатков машинам дали «зеленый свет», но началась война, принесшая с собой конец дизельной авиации.
Речь идет о знаменитых налетах на Берлин в августе 1941 года. В операции 10 августа должны были принимать участие 8 самолетов ТБ-7 с моторами М-30. По факту в налете принимали участие семь машин, так как восьмая разбилась при взлете. Из оставшихся семи на свой аэродром в Пушкине вернулся ОДИН (!) самолет. Остальные, увы, вынужденно сели в разных местах именно из-за отказов двигателей М-30.
Ну и, как обычно у нас, все недостатки дизелей, на которые руководство НКАП охотно закрывало глаза до берлинского фиаско, «вдруг» выявились и стали достаточным основанием для почти полного свертывания дизельной программы. Правда, поначалу решили забраковать именно М-40Ф, а М-30 «забанили» несколько позже.
Ермолаев бился за свой самолет до последнего. 5 августа 1941 г. он обратился с письмом к наркому авиапромышленности Шахурину:
«Учитывая особую нужду нашей обороны в дальних бомбардировщиках, считаем необходимым продолжить работу нашего завода по созданию самолетов — дальних бомбардировщиков и просим Вас... дать возможность коллективу нашего завода закончить доводку самолета Ер-2 2М-40Ф».
Однако судьбу М-40Ф практически решил неудачный налет ТБ-7 на Берлин. Кроме того, Харьков был потерян, но даже до потери города Харьковский тракторный завод был переведен на выпуск дизелей В-2 и танков Т-34. А осенью 1941 года стало невозможно проводить работы по М-40Ф в Ленинграде, так как немцы начали блокаду.
Если обратиться к историческим документам, то можно увидеть, что полный комплект документации по дизелям ОКБ Ермолаева еще в первой половине 1941 г. передали в Воронеж. Однако завод №18 собирал самолеты, а не строил двигатели. Потому быстро наладить производство М-40Ф в Воронеже было просто нереально. А в 1942 году началась эвакуация и этого завода.
В целом к началу войны в СССР было произведено около 200 авиадизелей обеих марок. В первую очередь моторы ставили на ТБ-7, во вторую – на Ер-2. Результаты были неутешительными: в ходе испытаний только 22% моторов М-40 и 10% моторов М-30 смогли наработать более 50 ч, при этом примерно каждый третий дизель выходил из строя, не отслужив и 10 моточасов.
Фактически программа авиадизелей была свернута, выпущенные Ер-2 переводили на АМ-35 и АМ-37.
Но Ермолаев и Чаромский не сдались. Они очень хотели, чтобы ВВС получили дальний бомбардировщик. И в 1943 году ими был представлен на суд Ер-2 с моторами М-30Б.
Буква «Б» в названии мотора означала, что наддув осуществлялся комбинированным способом: в дополнение к двум оставленным турбокомпрессорам Чаромский снабдил дизель приводным нагнетателем, заимствованным от мотора АМ-38. Это обеспечило устойчивую работу мотора на больших высотах полета.
Масса пустой машины увеличилась до 10325 кг (что почти на полторы тонны больше, чем у Ер-2 2АМ-37), а максимальная взлетная (расчетная) — до 17650 кг. Состав экипажа не изменился и включал пилота, штурмана, стрелка и стрелка-радиста.
Испытания провели в феврале 1943 года силами НИИ ВВС. Самолет испытывали инженер-подполковник Н. К. Кокорин и летчики полковник Алексеев и майор Лисицин. По оценкам летчиков, самолет был прост в пилотировании почти на всех режимах. Его максимальная скорость по сравнению с вариантом с АМ-37 уменьшилась до 429 км/ч, зато расчетная максимальная дальность полета превысила первоначально заданную для Ер-2 и достигла фантастических 5500 км.
Бомбардировщик стал более живучим, ведь керосин загорался в холодном воздухе крайне неохотно. Общая масса брони достигла 180 кг, при этом пилот получил 15-мм бронеспинку. Верхняя турель оснастили электроприводом, что облегчило работу стрелку. Теперь поворот на 360° осуществлялся всего за 6 секунд.
В письме начальнику НИИ ВВС генерал-лейтенанту П. А. Лоскутову, датированном 1 июня 1943 г., Ермолаев указывал, что новый вариант его бомбардировщика по количеству доставляемых к цели бомб вдвое превосходит Ил-4. Кроме того, Ер-2 имел преимущество перед самолетом Ильюшина по скорости полета — как у земли, так и на высоте. В частности, при дальности полета 3 000 км Ил-4 мог взять на борт 1000 кг бомб, а Ер-2 2М-30Б — 2000 кг.
Были, правда, и минусы. Малая скороподъемность, большая взлетная дистанция, неспособность лететь без потери высоты на одном моторе. Машина получилась перетяжеленной, мощности двигателей опять не хватало.
Однако было и такое замечание:
«Обслуживание моторов М-ЗОБ наземным персоналом зимой и летом проще, нежели обслуживание бензиновых моторов ввиду отсутствия системы зажигания и карбюраторов при наличии надежно работающей впрыскивающей аппаратуры. Топливная аппаратура (топливный насос ТН-12 и форсунки ТФ-1), установленная на М-ЗОБ, за все время испытаний работала надежно и дефектов не имела».
В общем и целом следует признать, что нормально работающий авиационный дизель в СССР сделать не смогли. Ер-2 так и не занял место в строю боевых самолетов, поскольку несколько десятков оснащенных М-30 Ер-2 за войну совершили не так уж и много боевых вылетов.
Нельзя сказать, что все труды пошли впустую, поскольку последователем М-30 стал двигатель М400 (М-50Ф-3) мощностью 800 л. с. и М-401 (с турбонаддувом) мощностью 1000 л. с. Эти двигатели переместились с небес на воду и устанавливались на скоростных судах «Заря», «Ракета», «Восход» и «Метеор».
Дизельный двигатель на советских бомбардировщиках, увы, не сыграл сколько-нибудь значительной роли.
Теперь посмотрим, что было у немцев.
А у немцев был Юнкерс. Профессор Хуго Юнкерс.
По окончании Первой мировой Юнкерс переключился на работу по транспортным и пассажирским самолетам. С расширением производства на «Юнкерсе» в 1923 г была создана «Юнкерс моторенбау» ГмбХ, где начались работы по созданию и выпуску авиационных двигателей, в том числе дизелей.
Фирма "Юнкерс" работала над созданием авиационного дизеля в течение 20 лет и наилучших результатов добилась с двигателем Jumo.205.
Но первым реальным авиационным дизелем стал Jumo 204, двенадцатицилиндровый дизельный двигатель мощностью 740 л.с. Этот дизель был установлен на самолеты марки «Юнкерс» G24 и успешно эксплуатировался до 1929 года.
Дизель Jumo 204 оказался успешным двигателем, который стали использовать и на других самолетах. Список состоит из весьма известных моделей: Junkers F.24kay, Junkers Ju.52, Junkers Ju.86, Junkers G.38, Blohm & Voss BV.138.
Но лучшим дизельным авиадвигателем действительно можно считать Jumo.205, разработка которого началась в 1932 году. Это был один из немногих удачных дизельных авиационных двигателей в мире. Jumo.205 стал базой для создания целого семейства дизельных двигателей.
Двигатель отлично показал себя при постоянной нагрузке, однако на резкое увеличение или падение оборотов реагировал, как и советские моторы, падением мощности или даже мог заглохнуть. Плюс Jumo.205 нельзя было назвать высотным мотором: свыше 5000 метров резко падала мощность двигателя на 20-22% и даже больше.
Двигатель использовался на следующих моделях самолетов: Blohm & Voss BV.138, Blohm & Voss Ha.139, Blohm & Voss BV.222, Dornier Do.18, Dornier Do.26, Junkers Ju.86.
По факту дизели Юнкерса устанавливали на те самолеты, которые были гарантированы от встреч с истребителями противника. Патрульные океанские и морские летающие лодки, разведчики и так далее. То есть самолеты, которым энергичное маневрирование не требовалось, зато требовалась максимальная дальность полета.
Однако, несмотря на отличную экономичность и, соответственно, прекрасную дальность, дизели Jumo.205 не оправдали надежд. Они хорошо работали при постоянной и длительной нагрузке, но плохо переносили изменение оборотов, что требовалось при боевом маневрировании. Этот недостаток так и не удалось в полной мере преодолеть.
Плюс двигатели Jumo.205 требовали чрезвычайно квалифицированного обслуживания специально подготовленным персоналом. И если в Люфтваффе это еще можно было решить, то попытки «приземлить» Jumo.205 и сделать двигатель танковым потерпел полную неудачу. Именно потому, что двигатель был излишне требовательным в плане обслуживания.
Несмотря на приличный список самолетов, оборудовались дизелями несколько десятков от общего числа. И хотя в итоге интерес у Люфтваффе к дизелям поугас, «Юнкерс» продолжал работу по усовершенствованию авиадизеля Jumo.205 и в 1939 г. выпустил высотную версию – Jumo.207 с двумя центробежными нагнетателями: первый с приводом от выхлопа, второй — с механическим приводом и с промежуточным охладителем.
Пиком развития авиационных дизелей фирмы «Юнкерс» стало поистине чудовищная штука, именуемая Jumo.224. Данный двигатель, по сути, представлял ромб из четырех двигателей Jumo.207. 24-цилиндровый 48-поршневой двухтактный дизель жидкостного охлаждения со встречным движением поршней.
Весил этот кошмар 2 600 кг и по расчетам должен был выдать 4 400 л.с. на взлете и 3 500 л.с. на высоте 15 км. Двигатель не был собран даже для испытаний, не успели. Фото, дошедшие до нас, – это макетные разработки.
Эта, с позволения сказать, конструкция очень заинтересовала наших инженеров после окончания войны. Были проведены исследования и испытания, но Jumo.224 — это предмет отдельной статьи, здесь же скажу только, что на имя заместителя министра авиационной промышленности генерал-майора ИАС М. М. Лукина была подана докладная, в которой после описания двигателя и анализа возможностей были сделаны следующие выводы:
1. Авиадизель ЮМО-224, построенный в виде ромба по схеме Юнкерса, обладает принципиальными крупными дефектами, как то: большой удельный лоб, исключительная сложность конструкции, требующая многолетней работы по доводке.
За несколько лет постройки и доводки ЮМО-224 его данные будут резко отставать от все развивающихся бензиновых двигателей.
2. Конструктивные недостатки проекта ЮМО-224 вытекают из принятой принципиальной силовой схемы. Такие узкие места, как посадка и уплотнительные гильзы, работа одного поршня только на выхлоп, отсутствие доступа к 48 форсункам, сложность картера и т.д. не могут быть устранены без коренной ломки выбранной принципиальной схемы.
3. Производственно и технологически двигатель исключительно сложен. Увеличение числа цилиндров в 4 раза приводит к производственному браку на производстве, создает многодетальную машину, делая ее малонадежной в эксплуатации.
4. Согласно выводов пп. 1, 2, 3 авиадизель ЮМО-224 не может быть внедрен в серийное производство в условиях СССР.
5. Для решения вопроса о постройке авиадизелей ЮМО-224 считаем необходимым привлечь к работе высокоавторитетных специалистов, как-то гл. конструктора завода № 500 А.Д. Чаромского, гл. конструктора з-да N 45 В.М. Яковлева и нач. дизельного отдела ЦИАМ А.И.Толстого.
Нач. ОКО з-да N 45 Маликов И.Н
Нач. КБ дизельного отдела ЦИАМ Яковлев И.В.
Ведущий конструктор ОКБ з-да N 45 Гришин Б.М.
С предтечами Jumo.224 советские инженеры были знакомы, так как Jumo.4 и Jumo.205 закупались и изучались в 30-е годы в СССР, поэтому наши специалисты прекрасно понимали и трезво оценивали свои силы в производстве таких моторов.
Так получилось, что дизель все-таки перекочевал с небес на землю. Но виной тому был элементарный технический прогресс, который породил турбореактивные двигатели, заменившие в итоге и бензиновые, и дизельные моторы.
Две страны смогли строить авиационные дизельные двигатели, каждой есть чем гордиться. Дизель был интересным мотором для самолетов дальней авиации, вполне мог таскать транспортные и пассажирские самолеты. Возможно, это была изначальная ошибка – устанавливать дизельные моторы на боевые самолеты, но тут уже ничего не поделать.
Сказать, что мы достигли таких же успехов, как и немцы, нельзя. Конструкторы двух стран шли по разным маршрутам, немецкие инженеры, пожалуй, достигли больших успехов, но: Дизель оставил им в наследство все. Наши инженеры шли своим путем, и Чаромский с учениками прошли его более чем достойно.
Информация