BMW III -> АМ-47
Идет Великая война, и в небе вовсю летают аэропланы. Летают они низко, потому что хотя известно уже и о приводных нагнетателях для авиамоторов, и даже о турбокомпрессорах, на двигателях они не применяются, да и смысла в них на тот момент особо нет. Но всем очень хочется залезть повыше! Чтобы залезть повыше без систем нагнетания нам надо дать в
( Read more... )
Но по конструкции - это настолько разные двигатели, что их даже сравнивать трудно. В "старой немецкой школе" цилиндр-моноблок (т.е. не имеющий отделяемой головки) с приваренной сильфонной рубашкой из листовой стали (кстати, легкая конструкция, но очень дорогая) - это общее место. Что у "Бенцев", что у "Даймлеров", что у чешского (австро-венгерского) "Хиеронимуса" (Hiero). А вот единый блок цилиндров со съемной головкой - это для 1932 (год начала разработки М-34) у авиадвигателей все еще новье и модерн. Например у "Испано-Сюиза" 12Y выпуск которой начался в этом же году, была такая же конструкция, в отличии от моноблочной (но другой конструкции, не как у немцев) у 12X.
Собственно, Микулинский двигатель тем и отличается от остальных двигателей СССР, что иностранного там - только идеи.:-)) В отличии от Климова и Шевцова, которые поначалу занимались усовершенствованием забугорных "Испано-Сюиза" 12Y и "Райт-Циклон" 1820-F3. А вот для "Мистраль Мажор" такого конструктора не нашлось, в этом смысле сиротой в СССР был, и ничем хорошим это не закончилось.
Reply
Как первый абзац о том что БМВ VI был прототипом М-34 согласуется с этим утверждением? :) Конечно это были разные двигатели, после шестерки и перед М-34 баварцы выпустили V, VII и IX, и мне видится что М-34 это "кумулятивное обновление", вобравшее опыт всех двигателей БМВ.
К сожалению я пока не видел весомых доводов о том что М-34 самостоятельная разработка Микулина и новый двигатель. На примере BMW V и Va видим что внедрение блока цилиндров это вопрос модификации, а не разработки с ноля. Можно вспомнить и "Мерлин", который постоянно делили по разному на разные части.
Ну и конечно если бы М-34 был новым, он был бы как минимум на треть меньшего объема.
Reply
>> Как первый абзац о том что БМВ VI был прототипом М-34 согласуется с этим утверждением? :)
У М-34 был блок цилиндров, а у БМВ - нет.
Тут очень четко видно, что блока нет - картер отдельно (белый), 12 цилиндров-моноблоков отдельно (черные).
А вот "Испано-Сюиза" 12X
Тут четко видно, что картер - отдельно, два блока цилиндров (хоть цилиндры по прежнему моноблоки, головки еще нет) - отдельно.
А вот "Мерлин"
Тут на разрезе хорошо видно устройство блока цилиндров, головку цилиндра, газовый стык. Т.е. цилиндры уже не моноблоки.
К сожалению, я не нашел ни фотографий, ни чертежей "семерки" и "девятки", но все двигатели БМВ до "шестерки" включительно без блока цилиндров. Даже Va. На приведенной вами фотографии это четко видно.
Переход от конструкции без блока к конструкции с блоком - это не вопрос модификации, это надо заново проектировать конструкцию + изготовление и испытание нескольких опытных конструкций. Какую толщину стенок, какие силовые связи надо заложить в блок, из каких материалов его надо изготавливать, как обрабатывать? Если вкратце, то отдельные моноблоки-цилиндры никак не участвуют в силовой схеме картера, все нагрузки от коленвала приходятся только на него. Со схемой с блоком, нагрузки от коленвала воспринимает не только картер, но и блок тоже. Собственно поэтому двигатели с блоком легче, чем с отдельными цилиндрами. Какой бы цилиндр с рубашкой не был легким, картер, которому нужно "сопротивляться" коленвалу, "съедает" всю экономию веса. В приведенной вами литературе по авиационному двигателестроению это очень четко описано.
Кстати "Мерлин" изначально проектировался с блоком цилиндров, поэтому как пример он не корректен.
>> Ну и конечно если бы М-34 был новым, он был бы как минимум на треть меньшего объема.
Извините, но с чего бы? В 1932 году нужен был не "полупридушенный" двигатель в 500 л.с., а полноценный в 750 л.с. Плюс резервы для модернизации
Reply
С блоком цилиндров был BMW V, без "a". См.: Der BMW V erschien 1926 als Nachfolger des BMW IV und besaß als Besonderheit für die sechs einzeln hintereinander angeordneten Zylinder einen gemeinsamen Zylinderkopf aus Leichtmetall mit einem Wassermantel gleichen Materials. Там же его ТТХ.
Кстати "Мерлин" изначально проектировался с блоком цилиндров, поэтому как пример он не корректен.
Конечно с блоком цилиндров. Но, допустим, на Mk.22 блок цилиндров кжадого ряда был выполнен единым, а на Mk.22A и Mk.28 он делился на блок цилиндров и блок головок цилиндров. И это далеко не единственный пример с "Мерлином".
Извините, но с чего бы?
Выбранный для BMW III объем цилиндра объясняется только одной причиной: этот двигатель был переразмеренным. М-34 таковым не являлся и такой объем цилиндра не требовался. Как известно: при уменьшении объема цилиндра (и соответственно количества топливной смеси и следовательно, количества тепла, выделяемого при сгорании) уменьшается тепловой поток через поршень и головку цилиндра. Соответственно головка и поршень имеют меньшую температуру и поэтому у таких двигателей меньше склонность к детонации, и следовательно, можно поднять степень сжатия, а это увеличивает КПД двигателя.
Например, у цилиндров с объемом 400 куб. см максимально степень сжатия можно поднять до 9-10 (на 95 бензине), а на мотоциклетных двигателях, с объемом цилиндра до 100 куб.см степень сжатия 16 не редкость.
Тут еще один аспект надо иметь ввиду: при использовании наддува, что бы двигатель не детонировал, приходится степень сжатия снижать. Есть даже специальная формула Помероя, для определения во сколько раз нужно снизить степень сжатия при увеличении давления наддува.
Ну и снижение сил инерции тоже очень хорошо - меньше поршень, меньше его вес, можно увеличивать обороты двигателя без опасения возникновения резонансных явлений в коленчатом валу.
Поэтому двигатель с цилиндрами сравнительно небольшого объема может иметь гораздо более высокую мощность при меньших габаритах и большей экономичности, нежели двигатель с большим объемом цилиндров
:)
Reply
Итак, судя по вашей же ссылке "пятерка" не имела блока цилиндров, а имела общую головку. "...sechs einzeln hintereinander angeordneten Zylinder" однозначно переводится, как "шесть индивидуально расположенных цилиндров", что и показано на фотографии, приведенной вами.
Общая головка на прочность двигателя влияет очень мало. В этом смысле "пятерка" мало чем отличается о "тройки".
Приведу отвлеченный пример: возьмем квадратный брусок дерева и через отдельные вертикальные дощечки сверху приколотим тонкий брусок. Получится что-то вроде лестницы, лежащей на боку с одной очень толстой нижней стойкой и тонкой верхней. Сломать такую конструкцию, положив ее края на камни и нагрузив центр, будет труднее, чем, если бы лежала просто нижняя стойка, но не на много. А теперь заменим дощечки одним толстым, раза в два высоким брусом, чем нижний. И приколотим мы верхнюю тонкий брусок или на приколотим - разницы уже будет никакой - общая большая высота двух нижних брусьев не даст сломаться конструкции.
Так и тут - в отсутствие блока цилиндров у "пятерки" вся прочность двигателя обеспечивается только одним картером. Тяжелым.
Теперь про "Мерлин". У разных модификаций либо была головка блока, либо был моноблок. Но никогда не было отдельно стоящих цилиндров, как на двигателях "старой немецкой школы". Отъемная головка блока очень мало влияет на прочность двигателя (см. пример с деревяшками:-)), т.е. комплекса картер-блок. Поэтому даже сравнивать "Мерлин" с БМВ нельзя - разные конструкции. Как у автомобиль с рамой и с несущим кузовом (аналогия, конечно хромает).
>>Выбранный для BMW III объем цилиндра объясняется только одной причиной: этот двигатель был переразмеренным.
Не совсем так. Объем "переразмеренного" двигателя выбирается так, чтобы он выдавал заданную мощность на заданной высоте. В случае с "трешкой" это 185 л.с. на высоте 3000 метров. Соответственно, он проектируется под то атмосферное давление, которое существует на этих 3 тысячах. И термодинамически, и на прочность. А чтобы он не развалился от превышения допустимых оборотов более низких высотах, в том числе и на высоте земли (т.к. мощность будет увеличиваться), его "придушивают" карбюратором.
А теперь смотрим, что сделал Микулин. Для сокращения времени работы над двигателем он берет кривошипно-шатунную группу BMW VI (именно ее, так как динамика шестицилиндровых рядных весьма отличается от динамики 12-цилидровых). Смотрит по расчетам, как надо ее усилить (т.к. среднее давление в цилиндре больше, чем у "шестерки"), проверяет все на стендах и опытном образце - и экономит время. А соновную работу посвящает блоку с картером, которые надо делать с нуля, т.к. блок на "шестерке" отсутствует, как явление.
Теперь что касается моей цитаты. Она была посвящена "Нэпирам", как я помню. Так вот, все это правильно, но чтобы получить с меньшего объема мощность соизмеримую, как на двигателя большего, надо увеличивать обороты коленчатого вала.
Формула
W = ( p * V * n) / 900
где W мощность (в л.с.), р - среднее давление цикла, V- объем в литрах, n - обороты в об/мин.
Итак, чтобы Микулину снять мощность в 750 л.с. с объема меньше на треть, нужно на ту же треть увеличить обороты, т.е. с 1760 об/мин до 2340 об/мин. М-34 не имел редуктора, значит, чтобы воздушный винт нормально работал, надо ставить редуктор и утяжелять мотор. И не факт, что мотор с редуктором будет легче, чем увеличенного объема, но без редуктора. Для справки: оптимальная работа воздушного винта с диаметром около трех метров - 1500-1800 об/мин.
Итак, чем меньше объем, тем больше обороты коленвала. Чем больше обороты - тем с меньшим передаточным числом нужен редуктор. Чем меньше передаточное число - тем редуктор тяжелее. Можно сделать авиадвигатель с 4000 об/мин, но редуктор уже будет настолько тяжелым, что "съест" весь выигрыш веса от уменьшения размеров двигателя.
Reply
Точно. Посыпаю голову пеплом и признаю, мой и гуглопереводчика косяк %)
Теперь про "Мерлин"...никогда не было отдельно стоящих цилиндров, как на двигателях "старой немецкой школы".
Еще раз подтверждаю что не было. Однако переделка с единого блока цилиндров и головок цилиндров на два раздельных блока достаточно радикальна не только в плане производства, но (в нескольких случаях) и в плане изменения ТТХ двигателя. И наверняка британцы сидели и пересчитывали конструкцию, и конечно же изготавливали опытные образцы, и считали толщину стенок и все прочее тоже проделывали :) И это не говоря про все остальные изменения в "Мерлине". Если к нему применить тот же подход что в советской авиаистории в отношении к М-17/М-34 то на R-R и Паккарде выпустили как минимум штук сто совершенно оригинальных и новых моторов :) То же можно сказать про Аллисон, DB, ЮМО, P&W...
Не совсем так.
Именно так потому что я об этом же :)
Итак, чтобы Микулину снять мощность в 750 л.с. с объема меньше на треть, нужно на ту же треть увеличить обороты, т.е. с 1760 об/мин до 2340 об/мин.
Интересно, как по вашему развивалась бы дальнейшая эволюция М-34 как безредукторного и безнаддувного двигателя? К чему бы пришло его совершенствование в таком качестве допустим к 1940 году?
Reply
Вот тут у вас ошибка. То, что вы считаете двумя блоками - это блок + головка цилиндров.
У авиационных двигателей, в отличии от большинства автомобильных, нет единого блок-картера. У рядных авиадвигателей 30-40-х годов это две детали - блок + картер, скрепленных шпильками. У V-образных того же периода - соответственно три.
Делать ли блок с отъемной головкой или зацело ("моноблок") - тут зависит от того, держит ли прокладка (газовый стык) максимальное давление цикла. Например, дизель В-2 вполне мог быть с моноблоком, были такие опытные конструкции в 1937 году, не держал тогда он давление. Но потом эту беду победили, и у дизеля осталась съемная головка.
Так и с "Мерлинами" - давление наддува увеличили, газовый стык перестал держать давление в цилиндре, головку заменили моноблоком.
Аналогия (хромающая) - на "жигулевском" двигателе взяли и приварили головку, потому, что потеряли гайки. Сильно это повлияет на работу двигателя?:-))
>> Если к нему применить тот же подход что в советской авиаистории в отношении к М-17/М-34 то на R-R и Паккарде выпустили как минимум штук сто совершенно оригинальных и новых моторов
У "Мерлина" и его паккардовских клонов конструкция в своей основе не менялась.
А вот М-17 и М-34 - разные.
Приведу аналогию. Взял я болгарку и отфигачил у "жигулевского" двигателя блок цилиндров. А вместо него на токарном станке выточил 4 цилиндра и поставил их на осиротевший картер. Будет ли этот монстрик у меня работать так же, как и прежний. Нет. Прочности оставшегося куска оригинального блок-картера у меня не хватит, у меня коленвал так будет гнуться при работе, что шатуны поотрывает. И я беру верную болгарку, сварку и иду мастырить новый картер, например, из трубы. Будет ли мой получившийся двигатель модификацией "жигулевского"? Хотя и коленвал, и шатуны, и поршни, и клапаны остались те же? Любой, кто его увидит, скажет, что это самоделка галимая, но не "жигулевский" мотор.
А теперь вернемся к М-17. Что мы видим? К картеру привинчены 12 одиноко стоящих цилиндров, сделанных зацело с головками. На каждой головке приварен кронштейн с подшипником, в которых крутится одинокий (для своего ряда) распредвал. Пружины клапанов все снаружи
А теперь посмотрим на М-34. Картер совсем другой формы, общего с М-17 - только лапы крепления двигателя (поэтому на самолетах было очень легко заменить М-17 на М-34). Блок цилиндров, как на современных ему авиамоторах. Головка с ДВУМЯ распредвалами, которые вместе с клапанными пружинами закрыты крышками. Даже шатуны соединялись по разному - у М-17, как и у немца, шатуны прицепные, у М-34 оба сидели на шейке вала (левые были вильчатые, такая же конструкция, как у "харлея")
А самое главное - у "Мерлинов" с паккардами вне зависимости от модификации была взаимозаменяемость деталей. У М-17 и М-34 - нет. Отсылаю к руководствам по ремонту этих моторов, в сети они мне встречались.
Так что разные эти двигатели. Очень разные.
>> Интересно, как по вашему развивалась бы дальнейшая эволюция М-34 как безредукторного и безнаддувного двигателя?
Никак. Повышение высотности двигателя путем наддува - это единственный путь. "Переразмеренные" двигатели рулят до высот 3000 м, далее они становятся слишком громоздкими и тяжелыми.
Тоже касается и редуктора. Чем больше диаметр пропеллера, тем меньше у него обороты на максимальном КПД. У трехметрового 1500-1800 об/мин, у 7 метрового пропеллера "Гаруда" бомбера Линке-Хоффман уже 545 об/мин. А у двигателя наоборот - чем выше обороты, тем больше мощность. Так что без редуктора - никуда.
Другое дело, что проектирование и постройка понижающего редуктора, способного хотя бы раза в три снизить обороты и передать мощность 1500-2000 л.с. с максимальным КПД- крайне нетривиальная задача. Поэтому у предвоенных и военных авиадвигателей и были обороты в пределах 2500 об/мин. Прорыв случился только после ВМВ, когда для турбовинтовых двигателей потребовались редукторы, снижающие обороты в десятки раз, и передающих мощность до 10-15 тыс. л.с.
Reply
Это не жигулевский мотор, но это мотор сделанный на базе жигулевского, он входит в семейство жигулевских моторов, итд итп
А теперь посмотрим на М-34. Картер совсем другой формы
Хорошо заметно что на IX картер тоже иной формы. Какие шатуны и что там еще было другого на нем и на "семерке" по сравнению с шестеркой мы, увы, не знаем.
Повышение высотности двигателя путем наддува - это единственный путь.
Безусловно. т.е. делать абсолютно новый двигатель с объемом цилиндров как у М-17 смысла не было никакого.
Reply
Хорошо, задачка посложнее.:-)) Описываю реальный мотоциклетный двигатель: картер с коробкой от Иж-Планета, коленвал и шатун - от него же, поршень от "Приоры" (82 мм с пальцем 19 мм), расточенный цилиндр с головкой от К-750, распределительные кулачки от Лифана, фазы газорспределения от ГАЗ-М21. К какому семейству принадлежит этот мотор: Иж-Планета, "Днепр" или ВАЗ?:-))
>> Хорошо заметно что на IX картер тоже иной формы.
Вот поэтому он и "девятка", а не модификация "шестерки" - другой двигатель.
>>Какие шатуны и что там еще было другого на нем и на "семерке" по сравнению с шестеркой мы, увы, не знаем.
Про "девятку" ничего не скажу, хотя подозреваю, что прицепные, как у "шестерки", а вот про "семерку" четко сказано: "Stroke: 190 mm (7.48 in) (nominal:-master/slave connecting rods resulted in different stroke for each cylinder bank)". Прицепные шатуны, как и у "шестерки".
Кстати, пара слов про динамику 12-цилинровых двигателей. Я тут почитал, и понял, что ошибался: динамика кривошипно-шатунного механизма с прицепными и центральными шатунами разная. То есть, у М-34 с "шестеркой общего только размерность. И все. Так же, как у "Испано-Сюизы" и дизеля В-2.
И, сдается мне, т.к. по точкам крепления они были взаимозаменемыми, подобная размерность была выбрана исключительно, чтобы двигатель М-34 был таких же габаритов, что и "шестерка", для замены М-17 на самолетах, катерах и танках..
Повторюсь - ни одна деталь не подходит к М-34 от М-17 и наоборот. Даже у "вазовских" двигателей разных поколений есть одинаковые детали, а тут - полная несовместимость.
>> Безусловно. т.е. делать абсолютно новый двигатель с объемом цилиндров как у М-17 смысла не было никакого.
Почему? М-34 не является переразмеренным двигателем.
Как я понимаю, безредукторная и безнаддувная версия М-34 предназначалась только для отработки производства и эксплуатации, и потом они выпускались для ГВФ, для флота, как танковые. А в военной авиации применялись модификации РНА и РНБ с редуктором и нагнетателем, которые появились через год, после начала выпуска.
Reply
Да как автор пожелает :)
Вот поэтому он и "девятка", а не модификация "шестерки" - другой двигатель.
Конечно двигатель другой, но это наследник и развитие линейки, начинающейся от "тройки".
Кстати, пара слов про динамику 12-цилинровых двигателей.
С модификации М-34ФРН шатуны снова стали прицепными и оставались таковыми до М-47.
Как я понимаю, безредукторная и безнаддувная версия М-34 предназначалась только для отработки производства и эксплуатации
Если допустить что М-34 абсолютно новый мотор то логичней будет обратное утверждение - что он предназначался исключительно для бомбовозов, транспортных самолетов и пр. низковысотных машин и ПЦН на нем никак не предполагался. А то получится что Микулин в начале 30ых еще был не в курсе что наддувать мотор такого объема невыгодно.
А для скоростных да высотных больше подходит современник микулинского мотора - М-32. 16 цилиндров, 21литр - типичный "скоростной" истребительный мотор.
Reply
Когда в СССР вывезли немецкие заводы с рабочими, техниками и инженерами. Когда в школах стали учить немецкий. Когда немцы после продолжительной работы в СССР разработали расчетные методики. Тут и вертолетостроение, пусть и не по немецким образцам, поперло.
Разумеется, все сложнее, но основа, на мой взгляд, именно такая.
Reply
Как раз успех Hispano в СССР удивителен. Видимо, здоровая, довольно современная технологически основа, опыт совершенствования схожих, но все-таки других проектов, вроде Allison V-1710. То есть я о том, что сюжет развивался по иным законам. Лицензию не стоит смешивать с образцом, следует смотреть на состояние авторской разработки, связь с автором. Иметь ввиду не только явные достижения авторов, но и направления развития, которые они выделяли.
Много раз на экспорт шла концепция, не нашедшая развития на родине.
Reply
Leave a comment