Война авиационных моторов

Более чем столетняя история отечественной авиации вписала в российский актив немало инноваций мирового уровня, таких, как самолет АНТ-25, интегральная аэродинамическая схема Су-27, соосный вертолет Ка-52 «Аллигатор», самолет-амфибия А-40 «Альбатрос», самый большой транспортный самолет Ан-124 «Руслан», самый грузоподъемный вертолет Ми-26, самолет-перехватчик МиГ-31, стратегический бомбардировщик Ту-160. На всех этих изделиях стоят авиационные двигатели. Их значение в авиации — тема необъятная. Поэтому мы ограничимся поршневыми авиационными моторами.
13 января 1941 года И. В. Сталин сказал: «Современная война будет войной моторов. Моторы на земле, моторы в воздухе, моторы на воде и под водой. В этих условиях победит тот, у кого будет больше моторов и больший запас мощностей».
Развитое авиамоторостроение в стране­ означало успех авиации. Война авиационных моторов — это соревнование технологий в контексте уровня мощностей. Ведь мощность связана со скоростью самолета и его вооруженностью: чем больше мощность мотора, тем эти характеристики выше. При этом авиамотор должен быть легким. Третий параметр — надежность, она измеряется сроком эксплуатации до ремонта.
В 1939 году в отечественных ВВС эксплуатировались приведенные в таблице авиационные моторы.
Бросается в глаза, что американский авиамотор «Райт-Циклон» имеет межремонтный ресурс значительно больший, чем отечественные авиамоторы. Почему это так?
До революции в России строились аэропланы выше мирового уровня: «Илья Муромец», гидросамолеты М-5, М-9 и М-15. Однако моторы на всех отечественных самолетах, включая выдающиеся, стояли иностранные. На то были две основные причины:
1) отсутствие в стране автомобилестроения и, как следствие, отсутствие двигателей внутреннего сгорания; 2) непонимание правительством своей роли в ликвидации отставания в авиации. Так, 15 декабря 1909 года правительство постановило, что «усовершенствование способов передвижения в воздушном пространстве и практические испытания новых изобретений должны составлять преимущественно предмет частной деятельности». А между тем требовалась широкая государственная программа.
История русской авиации начинается с Александра Фёдоровича Можайского. В 1880 году он приобрел в Англии две паровые установки (двигатели внутреннего сгорания тогда были слишком тяжелыми) и в 1883 году построил первый русский самолет. Но дальше история отечественной авиации развивалась по формуле «нет мотора — нет самолета». Отсюда пошла поговорка: «Был бы мотор — полетит и забор!»
С началом Первой мировой войны в России на самолетах стали устанавливать иностранные моторы. Из 166 тысяч авиадвигателей, построенных за время войны странами Антанты, Россия получила по импорту немногим более 4 тысяч — около 2,5 %. Почти 50 % построенных в России самолетов остались без моторов. Могла ли с такими показателями наша страна называться великой державой?
После Гражданской войны СССР имел 20 лет, чтобы ликвидировать отставание в авиации.
Большевики поняли, что без науки в деле развития авиации не обойтись. Уже в 1918 году открылся Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). В 1930 году создали Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ), а в 1932 году — Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов.
Двигатель на самолете в то время составлял 80 % стоимости самолета. Дороговизна обусловливалась сложностью конструирования и изготовления и использованием особых материалов.
Мотор имеет две основные части: вращающуюся и неподвижную. Величина зазора между ними определяет эффективность двигателя. Зазор зависит от теплового расширения деталей. Возникает проблема поддержания зазора постоянным при больших механических нагрузках, иначе — разрушение двигателя. С этой технологической проблемой советские инженеры справились. Вместе с тем они убедились, что для создания хороших моторов у нас нет времени. Тогда встали на путь копирования.
Первый шаг копировальщика — разборка и обмер деталей. Следующий шаг — определение материалов. Их структура имела сложную кристаллическую решетку с вкрап­лением редких металлов. Для воспроизведения таких материалов нужна технология, а она оставалась за рубежом.
Поверхностный слой основных деталей предопределяет долговечность двигателя. Создание слоя требует определенных режимов обработки и режущего инструмента неизвестной конфигурации. Кроме того, возник вопрос, как осуществляется сварка и пайка деталей и какова точность их изготовления.
Вынужденная замена материалов, упрощение технологических процессов тянули зa собой изменение конструкций разрабатываемых двигателей.
Для примера рассмотрим историю создания одного из самых известных и удачных советских авиамоторов воздушного охлаждения АШ-82, который устанавливался, например, на истребитель Ла-5.
Прототипом его был американский мотор «Циклон» мощностью 625 л. с., разработанный на фирме «Райт», выполненный в виде однорядной девятицилиндровой звезды. Советский мотор, ставший копией «Циклона» в 1935 году, получил обозначение М-25. Главным конструктором на Пермском заводе, где собирались М-25, был Аркадий Дмитриевич Швецов (1892 — 1953).
В 1936 году создали мотор М-25А мощностью 715 л. с. В 1937 году мотор довели до мощности 775 л. с., и он стал именоваться М-25В. Но тут началась тряска мотора. Было над чем задуматься. Выяснилось, что при расчете моментов инерции надо было учитывать добавленную массу масла. Из М-25В появился М-62, построенный в 1937 году (1000 л. с.), который установили на истребитель И-153 «Чайка». Кстати, М-62 до сих пор эксплуатируется на самолете Ан-2.
Двигатели воздушного охлаждения имеют большое лобовое сопротивление, так как цилиндры мотора в сборе имеют форму звезды. Поэтому их конструирование идет по оси мотора. Тупой нос самолета Ла-5 — это первая звезда цилиндров, которые нужно охлаждать набегающим потоком воздуха. За первой звездой идет по оси самолета вторая. Охлаждение ее проблематично из-за удаленности от потока воздуха, но она нужна для увеличения мощности.
Швецов настойчиво разрабатывал вторую звезду. Только в 1941 году удалось создать двухрядный двигатель М-62/АШ-62. Далее шло создание двухрядных двигателей АШ-82 (1800 л. с.) с уменьшением числа цилиндров с 18 (М-62/АШ-82) до 14 и уменьшением хода поршня. Соответственно уменьшился диаметр мотора (1260 мм) и снизилось лобовое сопротивление. Это было уже выше мирового уровня.
Двигатели АШ-82 стали устанавливать на бомбардировщики. Далее был построен мотор АШ-82ФН с непосредственным впрыском топлива с еще более лучшими характеристиками.
По характеристикам АШ-82 превосходил немецкий мотор BMW-801, устанавливаемый на «Фокке-Вульф-190», запущенный в серию в 1942 году и имевший меньшую мощность (1600 л. с.) и больший вес, чем АШ-82.
После войны наступила эра газотурбинных двигателей, и поршневые моторы ушли на второй план. Нужны ли они сейчас, не рано ли мы стали уповать на турбовинтовые двигатели и прочить их на учебные самолеты, а также и на те самолеты, которые приходят на смену Ан-2?
К примеру, прекратить в начале 2000-х годов производство отечественного мотора МП-14 для малой авиации в Воронеже могли, на мой взгляд, только некомпетентные люди. Теперь МП-14 выпускается в КНР и США, а мы уже более десяти лет ждем, когда для учебных самолетов Як-152, УВС-800, СР-10, а также для нового Ан-2 появится отечественный турбовинтовой двигатель (например, ВК-800). Неужели в области поршневых авиационных моторов Запад «тихой сапой» выиграл войну у России?
Сергей Елисеев.