Авиационный двигатель: воздушного или водяного охлаждения?
Итак, рассмотрев лучших представителей моторов Второй мировой войны, сам бог моторов велит поразмыслить над тем, кто из героев был выгоднее и круче. Здесь мнений много, но попробуем посмотреть на двигатели беспристрастно и с некоторым вожделением.
Рассматривать станем на примерах истребителей, просто потому, что бомбардировщику с его задачами, в принципе, без разницы, на каком двигателе лететь. Летим и летим, долетели, высыпали бомбы, летим назад. У истребителей все было несколько сложнее в плане задач.
Итак, кто был лучше: двигатель воздушного охлаждения или водяного?
Да, будем называть двигатель жидкостного охлаждения по привычке водяным, поскольку ну какие там антифризы были в 30-40 годах прошлого века? В лучшем случае – вода с этиленгликолем. В худшем – вода с солью или просто вода.
От винта!
Противостояние «жидких» и «воздушных» двигателей началось тогда, когда появились эти моторы. Точнее, когда инженеры додумались до того, что стоит прекратить вращать цилиндры роторного мотора вокруг коленвала. И так появилась «воздушная звезда». Вполне нормальный двигатель, без закидонов и проблем. Но к концу Первой мировой инженеры вполне смогли уже адаптировать автомобильный двигатель водяного охлаждения, так что соревнование началось уже тогда.
И на протяжении всего существования конкурировали друг с другом V-образные двигатели жидкостного охлаждения и звездообразные двигатели воздушного охлаждения.
Каждый из этих типов двигателей имеет свои достоинства и недостатки. Для того чтобы сравнить, возьмем несколько моторов из обеих категорий. Скажем так, лучшие из лучших.
За «воздушников» сыграют АШ-82 и Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp, за «водяных» — «Роллс-Ройс» «Мерлин Х», «Даймлер-Бенц» DB 605, Климов ВК-105.
В таблице есть одна несправедливость. Знатоки сразу поймут, о чем речь: конечно, это вес. У «водяных» в ТТХ всегда дается так называемый «сухой» вес, то есть без воды/антифриза. Соответственно, они будут за кадром, то есть на ВПП, тяжелее. Где-то на 10-12%, а это немало.
А теперь пойдем сравнивать.
Конструкция
Конструктивно, конечно, проще воздушные. Не нужна рубашка охлаждения, не нужен радиатор, не нужна броня, защищающая радиатор, трубопроводы, жалюзи радиатора.
Воздушный двигатель проще, а значит, дешевле в производстве и обслуживании. И надежнее в бою. Известно, что двигатели воздушного охлаждения выдерживали несколько попаданий и продолжали работать, лишившись двух и даже трех цилиндров. А вот водяной двигатель запросто выходил из строя в случае одного попадания в радиатор.
1:0 в пользу воздушных двигателей.
Охлаждение
Эффективнее, в общем, воздушные. Главной проблемой двойных звезд был отвод тепла от второго ряда цилиндров. Если конструкторы с этим справлялись, все было просто прекрасно.
В полете самолет спокойно предоставлял необходимый объем воздуха для охлаждения головок цилиндров. А у водяного двигателя существовало ограничение в виде температуры жидкости, которую ограничивала точка кипения воды/антифриза. Температура головок цилиндров воздушного двигателя в любом случае выше, чем температура охлаждающей жидкости, так что при одном объеме воздуха, проходящем через головки цилиндров воздушного и радиатор водяного двигателей, эффективнее был воздушный, поскольку площадь радиатора явно уступала площади звезды. И на отвод одной единицы тепла требовался больший объем воздуха, чем от головок цилиндров.
Тем более тогда, когда со временем радиаторы упрятали в тоннели.
2:0 в пользу воздушных.
Аэродинамика
Да, здесь однозначно водяные двигатели имели преимущество. Более тонкий и острый нос, более узкий фюзеляж – самолеты с водяными двигателями были заметно быстрее своих конкурентов с воздушными двигателями.
Толстый лоб самолета с воздушным двигателем – это серьезный удар по аэродинамике самолета. А в начале пути и вообще кольцо Тауненда считалось верхом аэродинамических изобретений.
И в начале 40-х получилось некое такое разделение: самолеты с водяными двигателями были более скоростными, самолеты с воздушными – более маневренными.
Тут стоит отметить, что более легкие И-16, А6М, «Рок» действительно были весьма маневренными машинами. Но уступавшими в скорости своим водяным конкурентам.
Тут лучший пример — наш И-16.
Фактически с «Циклоном» от фирмы «Райт» И-16 запросто лупил в Испании Bf-109B. Однако, как только у немцев появился DB-600, давший «Эмилю» преимущество в скорости и вертикали, роли поменялись тут же, и вчерашний охотник стал дичью.
Реально дело было не только в более мощном поколении моторов, дело было и в аэродинамике. Самолеты стали более тонкими и гладкими, радиаторы стали утапливать в крылья и фюзеляжи, а применение антифризов позволило улучшить теплоотдачу и уменьшить размер и – немаловажно – вес радиаторов и охлаждающей жидкости, которую надо было заливать в систему.
Так что 2:1 в пользу воздушных.
Вооружение
А тут нюансов очень много.
Водяной двигатель был просто создан для настоящих авиаснайперов, поскольку позволял использовать такую замечательную вещь, как мотор-пушку. Наводилась пушка точно по носу самолета, никаких проблем. Плюс вокруг блока цилиндров можно было разместить пару пулеметов.
Все это давало очень неплохой секундный залп с минимальным рассеиванием. Очень важный момент.
Здесь сразу нужно давать балл водяным. 2:2.
Однако кто сказал, что у истребителей с воздушным охлаждением все обстояло печально? Совершенно нет!
Начнем с того, что были два уникальных истребителя, Ла-5 и Ла-7, которым мотор АШ-82 позволил разместить две и три синхронных пушки ШВАК. Да, боекомплект был вполне приличный, около 120 снарядов на пушку, этого выше крыши хватало, чтобы провести бой и разнести любой бомбардировщик противника.
Но истребители Лавочкина – это очень интересное исключение из правил.
А вот все остальные, немцы, японцы, американцы, предпочли воспользоваться тем, что в крыле и около него не стоят громоздкие радиаторы охлаждения, и разместили в крыльях целые батареи.
Плюсов, кстати, тоже достаточно. Проще обслуживать… нет, не оружие. Как раз двигатель, вокруг которого не натыкано пушек, пулеметов и патронов/снарядов. В крыле места больше, соответственно, можно разметить больший боезапас и большее количество стволов.
«Фокке-Вульф» 190А-2, обладатель одно из самых впечатляющих секундных залпов, нес в крыльях четыре 20-мм пушки. Правда, был «секрет». Корневые (расположенные ближе к фюзеляжу) пушки имели боезапас 200 снарядов, а дальние – всего 55. Но все равно внушительно. Плюс два синхронных пулемета.
Японцы на Ki-84 «Хаяте» обошлись меньшим боекомплектом для крыльевых пушек, всего 150 снарядов и 350 патронов для синхронных пулеметов.
Но наиболее весомых успехов в плане размещения оружия добились, на мой взгляд, американцы. Р-47 с восемью 12,7-мм «Браунингами» и F4U «Корсар» с шестью – это весьма. Плюс боекомплект из 400-440 патронов на ствол. У крайних от фюзеляжа крыла б/к мог быть уменьшен до 280 патронов, но это реально несущественно.
Можно долго говорить на тему, что лучше, две пушки или шесть крупнокалиберных пулеметов, но это тема отдельного исследования. Есть и плюсы, и минусы. В любом случае, 3 000 патронов против 300-400 снарядов – есть о чем говорить.
Так что в количественном плане размещения вооружения истребители с воздушными двигателями оказались ничуть не хуже коллег. Более того, так как воздушные двигатели были мощнее водяных, то, соответственно, позволяли брать на борт больше всего. Логично.
А если взять в качестве сравнения Як-9 с одной 20-мм пушкой и одним 12,7-мм пулеметом против американского истребителя с батареей из восьми 12,7-мм «Браунингов», то очень сложно сказать, кто станет победителем. Асу-снайперу, конечно, потребуется всего десяток-другой снарядов, а вот если речь пойдет о летчиках среднего плана… Там пулеметы будут поинтереснее, потому что хоть что-то да попадет.
Балл воздушным. 3:2.
Защита
Здесь все совершенно по-разному. Водяной двигатель надо было защищать. Защищать сам двигатель от прострела, защищать радиатор, защищать всю арматуру. Ибо одно-два попадания в рубашку двигателя или радиатор – и все, прилетели. Да, какое-то время до того момента, как двигатель заклинит от перегрева, имеется. И можно попробовать дотянуть до удобного места либо на свою территорию, либо – парашют. Не очень надежно, не очень удобно.
Воздушной звездой можно было просто защищаться, как бронеплитой. Прострелов эти двигатели, конечно, боялись, но отмечались случаи, когда «Фокке-Вульфы» без пары цилиндров дымили, но летели. А наши «Ла» вполне нормально доползали до аэродромов с тремя выбитыми цилиндрами. В истории зафиксировано множество таких случаев.
Потому и «Ла», и «Тандерболт», и «Фокке-Вульф» очень неплохо зарекомендовали себя именно как штурмовики. Воздушным двигателем можно было прикрыться от малокалиберных зениток и разносить все на своем пути. И бомбы более мощные двигатели запросто позволяли взять на борт. Ла-5 – 200 кг, «Фокке-Вульф» 190 серии F – до 700 кг, а «Тандерболт» серии Д – до 1135 кг.
Сейчас некоторые скажут, что лучший штурмовик Второй мировой войны летал на водяном моторе, и будут правы.
Однако Ил-2 – это штурмовик, который был рожден штурмовиком. А выше шла речь о истребителях, которые стали штурмовиками. Разница есть, и в первую очередь именно в плане защиты.
А в плане защиты однозначно впереди двигатели воздушного охлаждения. 4:2.
Вот такая картина получается. Виной тому, конечно, появившиеся в начале 1940-х двухрядные звёзды. И они затмили водяные двигатели, которые сделали большой шаг вперед с самого начала своего появления.
Главным шагом в развитии двигателей воздушного охлаждения стал момент, когда конструкторы справились с проблемой охлаждения второго ряда цилиндров. Для этого было сделано много: раздвигали ряды цилиндров, чтобы дать воздуху возможность лучше обтекать головки цилиндров, увеличивали площадь маслорадиаторов, так как большая часть тепла отводилась именно через масло, увеличивали оребрение цилиндров.
Именно решение проблемы охлаждения вывело звезды вперед в плане мощности и массы. Это было просто: двойная звезда имела больший литраж по сравнению с водяным двигателем. Отсюда и большая мощность.
Если сравнить удельную мощность наших моторов на уровне 1943 года, то АШ-82Ф имел показатель 1,95 л.с./кг, а ВК-105П – 2,21 л.с./кг массы двигателя. Вроде бы ВК-105П был лучше. И любой самолет с ним должен был иметь преимущество.
Однако если мы возьмем самолет, который летал и на ВК-105, и на АШ-82 и сравним, то без удивления увидим, что ЛаГГ-3 с ВК-105П в плане ЛТХ проигрывал Ла-5 с АШ-82 по всем параметрам. И это несмотря на то, что Ла-5, скажем так, не блистал аэродинамически.
Мощность двойной звезды АШ-82 решила все проблемы аэродинамики, просто вытащив самолет за счет «лишних» 500 л.с.
Конечно, конструкторы водяных двигателей не собирались сдаваться и попробовали догнать воздушников. Были попытки спарить двигатели, чтобы два двигателя работали через редуктор на один винт. В реальности не получилось ни у кого.
Более умным был проект Н- и Х-образных двигателей, когда несколько блоков цилиндров работали бы на один коленвал. Такой двигатель получился у британцев, Нэпир «Сейбр», 24-цилиндровый монстр. «Тайфун», конечно, с ним полетал, но как только британцы довели до ума свой воздушный Бристоль «Центавр», то и про «Сейбр» благополучно забыли.
В самом конце Второй мировой войны появились водяные двигатели нового поколения, с увеличенным литражом в основном за счет увеличения диаметра поршня и утончения стенок блоков. Это с одной стороны, сказалось на ресурсе, с другой – дало необходимую мощность. АМ-42, «Гриффон», DB-603, Юмо-213 – все они были хороши в этом плане, но опоздали на войну.
Для того чтобы поставить последнюю точку в соревновании поршневых двигателей, стоит посмотреть на окончание их карьеры.
Когда появились турбореактивные двигатели, поршневым пришлось уйти на заслуженный покой.
Уделом двигателей внутреннего сгорания стала лёгкая и спортивная авиация, где были свои требования к двигателям.
Воздушные двигатели оккупировали спортивную авиацию, а вот водяным просто пришлось уйти совсем. Правда, в последние годы намечается тенденция по возвращению в авиацию дизелей, но в любом случае это не столько авиационные, сколько автомобильные двигатели.
Так что, подытоживая все сказанное, я бы взял на себя ответственность по утверждению того, что авиационные двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением были более эффективны, чем их коллеги с жидкостным охлаждением сразу по нескольким параметрам.
То, что чудо-двигатель АШ-82 работает до сих пор как в самолетах, так и в вертолетах, только подтверждает это утверждение.
Так что если кто-то считает иначе, есть где высказаться и оставить свой голос в соответствующей форме.
Информация