Как бы я организовывал авиацию. Часть 10. Поршневые двигатели.
Начало здесь.
В прошлом посте я расписал типовое разделение тактических ниш внутри одного семейства двигателей, и теперь нужно углубиться, и расписать конкретные ниши. Большие, реактивные самолёты я буду описывать ближе к концу, а сейчас сосредоточусь на недомерках, и в первую очередь, поршневых недомерках, но, здесь предварительно нужно сказать ещё несколько слов о двигателях. Итак...
Поршневые двигатели в сравнении с газотурбинными.
Двигатели менее 1л.с. должны быть чисто электрическими, а электрические двигатели неплохо масштабируются, и, вдобавок, в современности малые электродвигатели являются необслуживаемыми и неремонтопригодными, т.е. это такие расходные материалы. Их незачем подробно разбирать. А вот более крупные двигатели уже целесообразны в виде ДВС, и на них нужно подробно остановиться.
Напомню табличку классов поршневых двигателей:
1) ___1..___2лс - до 0.1т газонокосилка - "газонокосилочные"
2) ___4..___6лс - до 0.5т мотоцикл, . . - "мопедные"
3) __15..__25лс - до __2т легковушка, . - "мотоциклетные"
4) __60.._100лс - до __7т грузовик, . . - "легковые"
5) _250.._400лс - до _28т средний танк, - "грузовые"
6) 1000..1600лс - до 112т тяжёлый танк, - "танковые"
Нужно заметить, что турбовинтовые двигатели создают совершенно отдельную нишу летательных аппаратов. Нетурбированный поршневый двигатель даёт где-то 1л.с. на килограмм своего веса, в то время как турбовинтовой даёт аж 5л.с. на килограмм, пусть и обладая несколько бОльшим аппетитом, чем у поршневого. Прямая замена двигателя высвобождает практически весь вес поршневиков, но, этот вес типично составляет от пятой до десятой взлётной массы, в то время как нагрузка составляет треть от этой массы. Иначе говоря, простая замена поршневиков на турбовинтовые либо увеличивает до полутора раз грузоподъёмность, либо столь же уменьшает сами самолёты, либо выводит их на новые энергетические уровни.
Весовые "штрафы" поршневых двигателей относительно газотурбинных:
_50кг - легковые дизели,
200кг - грузовые дизели,
750кг - танковые дизели.
Если пойти дальше и аналогично уменьшить запас топлива, которое должно весить столько же, сколько и двигатель, то получается возможность вообще удваивать грузоподъёмность, либо наоборот, уполовинивать взлётный вес самолётов. Газовые турбинки формируют нишу "воздушных такси", с дальностью в час полёта. Возьмём пример: самолёт Як-3. Целевая нагрузка -- 250кг, из которых 100кг пилот, 100кг вооружение, и 50кг боеприпасы. Вес пустого 2100кг, из которых 600кг двигатель; взлётный вес 2830кг. Газовая турбина РД-600В мощностью 1300л.с. весит около 200кг, т.е. турбинный Як поднимет не 250кг, а 650кг. Нам нужно только 250кг, следовательно, двигатель может быть 500л.с., а взлётный вес, -- 1100кг, или почти что втрое меньше.
Турбинные самолёты могут быть существенно более мелкими. Если на поршневом двигателе истребителю потребовалось целых 5л.с. на 1кг целевой нагрузки, то с газовой турбиной уже оказалось достаточно 2л.с. на 1кг целевой нагрузки. Если же взять более флегматичный самолёт, например, что-то класса FW.189 "Uhu", то у него 1.5л.с. на 1кг целевой нагрузки в случае поршневика, и 0.75л.с. в случае газовой турбины. Если вышеупомянутая "рама" времён ВМВ брала трёх человек, шесть пулемётов винтовочного калибра, и 200кг бомб, то "рама" времён Вьетнама OV-10 "Bronco" при аналогичном сухом весе уже берёт двух человек, четыре пулемёта винтовочного калибра, и более полутора тонн бомб, вдобавок имея вдвое мощные двигатели.
Самолёты с поршевыми двигателями выходят существенно тяжелее газотурбинных, и для адекватного продолжения линейки газотурбинных двигателей требуется где-то удваивать мощность.
Откорректирую табличку классов поршневых двигателей:
1) ___2лс - до 0.1т газонокосилка - "газонокосилочные"
2) ___8лс - до 0.5т мотоцикл, . . - "мопедные"
3) __30лс - до __2т легковушка, . - "мотоциклетные"
4) _120лс - до __7т грузовик, . . - "легковые"
5) _480лс - до _28т средний танк, - "грузовые"
6) 1920лс - до 112т тяжёлый танк, - "танковые"
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
.Двигатели | . ВПП . |типов.| радиус | уровни авиации
. . . . . .|. . . . .| груз |действия|
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ЭлД __12Вт | Н __25м | _28г | ___20м | личный уровень
ЭлД __50Вт | Н __50м | .1кг | ___50м | уровень пары
ЭлД _200Вт | Н _100м | .5кг | __150м | уровень отделения
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ДВС ___2лс | Н __25м | _2кг | __500м | взводная авиация
ДВС ___8лс | Н __50м | _7кг | _1500м | ротная авиация
ДВС __32лс | Н _100м | 28кг | ___4км | батальонная авиация
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ДВС _130лс | Г _250м | 0.1т | __12км | полковая авиация
ДВС _500лс | Г _500м | 0.4т | __36км | дивизионная авиация
ДВС 2000лс | Г 1000м | 1.8т | _100км | армейская авиация
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ТРД _30кгс | Г _100м | 0.1т | __12км | штабные инфанты
ТРД 120кгс | Г _250м | 0.4т | __36км | штабные кавалеры
ТРД 500кгс | Г _500м | 1.8т | _100км | штабные артисты
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ТРД _2тс . | У 1500м | __7т | _300км | фронтовая авиация, инфанты ВВС
ТРД _8тс . | Б 2000м | _28т | 1000км | тактическая авиация, кавалеры ВВС
ТРД 32тс . | Б 3000м | 112т | 3000км | стратегическая авиация, артиллерия ВВС
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
Поршневые двигатели.
Двигатели внутреннего сгорания отнюдь не ограничиваются "снизу" мотоциклетными двигателями, в армии есть ниша и для ещё более малых поршневых двигателей. Для транспортных средств такие двигатели бесполезны, и основное применение для таких движков, это средства малой механизации. Современной армии жизненно необходимо электричество, и оно нужно вообще везде, далеко не только вокруг полковых дизель-генераторов. Свои дизель-генераторы должна иметь даже стрелковая рота, и эти генераторы должны легко переноситься пешим солдатом, т.е. это должны быть предельно компактные конструкции. Плюс, конечно же, той же стрелковой роте необходимы и устройства для прокладки пути через непроходимое пространство, а также для инженерной деятельности. Топорами вы будете валить лес целый день, а бензопила позволяет сделать ДЗОТ за считанные часы, и минимальным числом бойцов. То, что на основе такого двигателя можно сделать дистанционно-управляемую или даже роботизированную транспортную платформу, это вторично.
Ключевой двигатель армейской малой механизации, это портативный дизель-генератор мощностью до 1-2кВт с весом устройства до 14кг, что требует веса двигателя не более 7кг. Это то устройство, которое должно присутствовать в обязательном порядке. Электричество на удалённую точку по-настоящему можно "принести" только вот так. Однако, кроме дизель-генераторов выгоден ручной дизель-инструмент, что требует ещё уменьшать вес двигателя, потому что двуручный инструмент не должен быть тяжелее где-то 7кг, т.е. нужен совсем компактный дизель массой не более 3.5кг, мощность которого будет 1-2л.с., и едва ли выше. Это даёт тот "пол", с которого нельзя упасть. Все более мощные двигатели должны масштабироваться от этого уровня, формируя линейку ниш 2л.с., 8л.с., 32л.с., и так далее, что даёт базовые семейства двигателей.
Для двигателей внутреннего сгорания нужны именно семейства двигателей, основанные на однотипных цилиндрах и с высокой степенью унификации, вплоть до совместимости по блокам цилиндров. Основной двигатель, это рядная четвёрка, и путём масштабирования получается двухрядная восьмёрка, трёхрядный двенадцатицилиндровый, и четырёхрядный шестнадцатицилиндровый. Конечно же, выгодно найти применение и половинкам, и даже одноцилиндровым вариантам, равно как спаренным, которые дадут более лёгкие двигатели для мотоциклов, мотоколясок, всевозможных тракторов, вспомогательных двигателей, равно как и более тяжёлые двигатели для спецтехники. ДВС имеет штрафы на миниатюризацию, и одноцилиндровые двигатели экономичнее многоцилиндровых, пусть и менее удобны. Ключ в одном цилиндре, который тупо масштабируется степенью двойки. Один - два - четыре - восемь - шестнадцать - нужноевписать. Ручной бензоинструмент должен быть строго одноцилиндровым, а переносной дизель-генератор будет удобно сделать четырёхцилиндровым оппозитником.
Семейство малых двигателей:
_2лс, 1ц_ - бензопила, прочие ручные средства малой механизации
_8лс, О4_ - переносные дизель-генераторы и прочие стационарные средства малой механизации
32лс, H16 - крупные дизель-генераторы
Одноцилиндровыми выгодно делать только недомерки, а крупные двигатели уже удобнее делать строго многоцилиндровыми: опорный двигатель, это рядная четвёрка, а основной, -- двухрядная восьмёрка. Автомобильные двигатели типично являются рядными четвёрками и двухрядными V-образными восьмёрками. Почему? Да потому, что во всех приличных странах двигатели грузовиков и легковушек именно что строятся в едином семействе, тупо добавлением второго блока цилиндров для повышенных нагрузок, т.е. грузовиков. Если бы в СССР была бы своя двигателестроительная школа, а не святилище карго-культа, если бы в СССР считали деньги, то движок ЗИЛ-130 делался бы на основе движка "волги", а ГАЗ-53 строился бы на основе движков "москвичей". Ну а V-образные шестёрки, это легковые "заряженные" модели, т.е. выебоны. Необходимы только четвёрки и восьмёрки, причём "основной" для авиационного применения должна быть именно восьмёрка, именно её я указал в вышеуказанных "классах", в силу того, что это будет наиболее распространённая, наиболее доведённая, и наиболее оптимальная по массогабариту модель, с наиболее распространёнными запчастями и наиболее опытными механиками.
Бензиновые двигатели.
Супербайков в армии не бывает, а классические мотоциклы целесообразы либо в спецподразделениях, либо в полугражданской дешёвой вспомогательной пехоте, которой вдобавок незачем иметь полноценные джипы, потому что их роль великолепно выполнят мотоколяски класса ЛУАЗ. Эти подразделения будут опираться на гражданскую инфраструктуру, где наиболее распространён бензин, и тут нужны именно бензиновые двигатели, тем более что дизтопливо идёт в линейные войска. Да, двухтактники прожорливы, но здесь совсем не те войска, чтобы им постоянно куда-нибудь ездить. А вот то, что двухтакник дёшев и прост в обслуживании, это уже может быть очень и очень ценно. Вобщем, тут уместны классические мотоциклетные двигатели с мощностью в 15лс на цилиндр. Да, тут у меня отступление от восьмицилиндрового правила, потому что восьмицилиндровый двигатель на мотоцикле выглядит жутким извращением. Это же мотоциклетный двигатель! Нет, можно сделать восьмёрку на мопедных головах, но это же сон разума... Это слишком мелкий движок, и делать его многоголовым просто глупо.
Первое "большое" семейство, это двухтактные бензиновые карбюраторные двигатели воздушного охлаждения с мощностью 15л.с. на цилиндр. Одноцилиндровый двигатель даёт приличный средний мотоцикл с грузоподъёмностью в 100кг, двухцилиндровый оппозитный двигатель даёт 30лс тяжёлый мотоцикл, и именно этот двигатель должен быть основным и идти в малую беспилотную авиацию. Далее на этих цилиндрах можно сделать рядную или опять же оппозитную четвёрку с мощность 60лс и получить какое-то подобие уже вездехода УАЗ, а восьмёрка с 120лс даёт грузовик класса ЗИЛ-130, который вобщем все транспортные задачи таких подразделений и решает. Да, это будет херовый грузовик, но это изначально спецсредство, и на его убожество все будут закрывать глаза, радуясь уже просто тому, что он вообще такой есть, и есть прямо под рукой. И он без вопросов будет, потому что это аппарат по стоимости металлолома. ЭрзацЪ.
Семейство двухтактников воздушного охлаждения:
_16лс, 1ц - средний мотоцикл, двухместный
_32лс, О2 - тяжёлый мотоцикл, с коляской
_65лс, Р4 - лёгкий джип класса ЛУАЗ-Нива-УАЗ
130лс, V8 - грузовик класса ЗИЛ-130
На двухтактных двигателях можно реализовать самолёты сразу в нескольких линейках: и 32лс, и 130лс, и даже выше. Однако, ставить на самолёты убогие грузовые моторы несколько глупо, и всё-таки имеет смысл сделать здесь отдельные чисто авиационные звездообразные моторы. Звёздообразные моторы делаются типично 5- 7- и 9-цилиндровые, плюс, эти двигатели без проблем тандемно спариваются, страиваются, и даже счетверяются. Сделать эффективное охлаждение для многорядников, это нетривиальная задача, но эта проблема была значительной только для середины 20го века, а в современности такую задачу способен решить даже школьник. И здесь стоит делать одновременно двухцилиндровый оппозитник, пятицилиндровую однорядную и девятицилиндровые однорядную, двухрядную, и четырёхрядную звезды, которые закрывают сразу три линейки, с двумя промежуточными позициями, т.е. основными будут двухцилиндровый оппозитник, девятицилиндровые однорядная и четырёхрядная звёзды. Эти двигатели совмещают "легковое", "грузовое", и "танковое" семейства, и эти же двигатели найдут широкое применение в гражданской авиации, потому что позволяют задёшево создавать самолёты взлётным весом полторы-две тонны и грузоподъёмностью два-четыре человека, самолёты с грузоподъёмностью полторы-две тонны, и даже средние транспортные самолёты грузоподъёмностью несколько тонн, т.е. решают основные задачи малой и средней авиации.
Семейство авиационных "звёзд":
__50лс, 1ц - сверхлёгкие самолёты
_100лс, О2 - лёгкие двухместные самолёты
_250лс, *5 - "воздушные такси" и пилотажные самолёты
_450лс, *9 - лёгкие транспортные самолёты
_900лс, 18 - самолёты 30-40х годов
1800лс, 36 - средние транспортные самолёты
Таким образом, для тыловиков я делаю исключение, вводя специализированные поршневые авиадвигатели, сохраняя за чисто сухопутными моторами лишь низовую тройку ниш, предназначенную для чистых беспилотников: газонокосилочные моторы, мопедные, и мотоциклетные. Пилотируемая авиация здесь строго специализированная. А вот для полноценных армейских частей уже должно быть иначе. И, да, здесь нужно отметить то, что самолёты должны быть в целом идентичными, отличаясь лишь двигателями, топливной системой, и частично начинкой, и только лишь в том случае, если эта начинка различается и на земле.
Дизельные двигатели.
В целом здесь ровно аналогичная картина картине звездообразных двигателей, с той лишь разницей, что подобные моторы должны иметься и на земле, что уже не позволяет ограничиться одним общим семейством. Танковый двигатель не может иметь полсотни цилиндров, он должен быть предельно простым, предельно удобным в обслуживании, и предельно надёжным. И танковые двигатели строго отделяются от автомобильных, они их на порядок крупнее. Аналогично строго отделяются мотоциклетные двигатели, потому что в современной армии царят электроприборы и мотоцикл в идеале должен быть именно электрическим, благо, что проблема наличия электромоторов, обвязки, аккумуляторов в войсках разрешена изначально, а сверхдолгие рейды и высокая автономность мотоциклу без нужды, зато будут очень полезны бесшумность и ничтожная тепловая заметность. Рейдовые мотоциклы, это уже спецназ, а спецназ должен иметь спецтехнику. А вот крупные дизель-генераторы и механизация промежуточного класса вполне могут делаться на основе малых дизель-генераторов, путём счетверения, что вдобавок повышает их экономичность, позволяя время от времени отключать часть блоков, в зависимости от нагрузки. И более того! Классические легковые двигатели в этом семействе тоже не нужны.
Это достаточно нетривиально, но уазик для армии является маленькой и достаточно бесполезной машинкой. Уазик даёт возможность всего лишь уныло доползти до точки, не более. Да, мобильность вне дорог повышается раза так в два относительно пешеходности, но бронетехника-то ездит всяко быстрее, бонусов уазики не дают, почему, собственно, на них войска и не пересаживают. Говоря иначе, классический уазик осмысленен только в качестве командирского пикапа, а основной грузопоток должны возить полноценные грузовики. Пересадка же войск на джипы, "технички", окупает себя только для чрезмерно разреженных боевых порядков, когда классическая военная пятитонка тупо избыточна в силу малоразмерности подразделения. Это не армия, это как максимум полиция, а в армии нужны существенно более крупные движки. Легковушка в современной армии должна делаться на одном двигателе с грузовиком, и имя этой легковушке, -- хамви.
Хамви в живой природе типично начинаются от двухсот лошадей. Да, действительно, оригинальный хамви по таблицам имеет 150лс, но по косвенным признакам американские военные моторы являются дефорсированными на период мирного времени, потому что аналогичные гражданские модели дают так на треть большую мощность, плюс, поздние хамви получили как раз двухсотсильный движок. Совок распался, соответственно исчезла угроза глобальной войны, америкосы чуток разбогатели и позволили себе ставить на расходные армейские машины качественные движки, способные давать приличный ресурс уже без дефорсирования, тем более что ожидаемый срок службы этих машин резко увеличился и ставить короткоресурсные движки стало просто глупо. Так что изначальная хамви, это строго двести лошадей.
Двести лошадей, это сейчас де-факто стандарт для внедорожника. Типичные внедорожники сейчас имеют как раз около 200лс мощности, и где-то именно такая мощность нужна современному вездеходу. Полторы сотни лошадей, это уже пикап, "вседорожник", но не "внедорожник". Но, двести лошадей, это "внедорожник", но ещё не "хамви". У хамви имеется два варианта: скоростной облегченный кабриолет, и бортовой грузовик, который расчитан так на две тонны и уже не является "хамви". Двести лошадей, это самый минимум, позволяющий превратить в полноценный HMMWV лишь базовый кабриолет, а подвижность защищённого варианта либо загруженного грузовика является уже недостаточной, и перспективные хамви уже имеют 300лс движки, а в идеале это должно быть вообще 400лс. Тру-хамви, это легковушка с двигателем грузовика.
Да, действительно, четыре сотни лошадей для джипа многовато и превращают его в спорт-кар, но армии-то как раз и нужен спорткар! Небронированная или легкобронированная техника должна иметь хоть какие-то бонусы, позволяющие ей выживать в столкновении с толстокожими слониками, и единственное возможное преимущество для неё, это скорость. Армия должна иметь кавалерийские черты, она должна иметь способность к лихим рейдам, для чего нужны по-настоящему мощные движки, превращающие джипы в хамви. Это командирскому джипу и медицинской буханке не нужно суперскоростей, потому что это вобщем-то небоевые и вообще тыловые машины, а для полноценной армии вялые грузные инвалиды категорически не подходят, армии нужны хамви и только хамви. Даже если это будут пятитонные грузовики. Так что тренд на увеличение мощностей имеет место, и можно смело опираться на мощность где-то в 400лс. Да, действительно, это дохуя, и рядовой водитель с таким двигателем машину разобьёт просто на ровном месте, но, именно такой мотор позволяет выйти живым из-под обстрела. Хамви, это военная багги, военный спорт-кар.
Семейство автомобильных четырёхтактных дизелей:
_50лс, 1ц_ - малогабаритный дизель
100лс, О2_ - мотошасси
200лс, Р4_ - легковой внедорожник
400лс, V8_ - хамви или грузовик
600лс, W12 - тяжёлый грузовик
800лс, V16 - средний танк
Итак, 50лс на цилиндр, чтобы восьмицилиндровый двигатель дал 400лс, потребных для хамвей, грузовиков, и лёгких самолётов и вертолётов. Минимальный армейский автомобильный двигатель должен иметь мощность порядка 200лс, и это будет рядная четвёрка, на которой будут строиться джипы и прочие легковые вездеходы, для войск второй линии. Половинка легкового движка даёт классический бюджетный внедорожник класса УАЗ, но для армии такое уже можно засчитать только за вспомогательное средство, и это ниша всевозможных мотошасси и спецтранспортёров. Мотоколясок. Одиночный цилиндр даёт вспомогательную силовую установку (дизель-генератор), чего вобщем-то достаточно, потому что типичный дизель-генератор в СССР именно такую мощность и имел. Плюс, можно делать и спарки, которые будут иметь вполне танковую мощность, да и по габариту в танковый МТО войдут без проблем. Однако, полноценные танковые двигатели, это уже следующая линейка.
И теперь следующий момент. Современные двигатели должны быть строго гибридными, т.е. к ним должны прилагаться электромоторы и аккумуляторы, позволяющие разом увеличить мощность раза так в полтора, либо тупо выключить основной двигатель, и несколько минут перемещаться вообще без шума и запаха. Это не форсаж, это круче. Взлётный режим? Для взлёта самолёту обычно достаточно одной минуты; взлёт производится на максимальном режиме, а крейсерский полёт типично производится уже на 50-66-75% мощности двигателя, т.е. форсаж должен добавлять ещё половину, увеличивая мощность в полтора раза. Свинцовая батарея грузовика имеет ёмкость 55 А*ч при напряжении 12в, что даёт 600 Вт*ч, или 2 МВт*с. Для добавления половины мощности к 130л.с. двигателю на минуту требуется 50кВт * 60с = 3 МВт*с, или полтора аккумулятора. Аккумулятор весит около 13кг, и краткосрочное добавление половины мощности будет обходиться в 20кг. Удельная масса поршневого авиадвигателя чуть менее 1кг/л.с., суммарный вес двигателя должен быть более 100кг, так что добавление аккумуляторов может быть оправдано даже в случае свинцовых батарей. Это бесплатная "нитро", которую можно свободно набирать в полёте, просто из пустоты. Это не форсаж, это действительно круче. А наличие такого "форсажа" в свою очередь позволяет уменьшить в полтора раза мощность двигателя, получая куда более вменяемую линейку из двигателей в 20лс, 80лс, 320лс, и 1280лс.
Танковые двигатели.
Танковые двигатели формируют следующую линейку после автомобильных, потому что с автомобильными двигателями их увязывать просто глупо. И эти же танковые двигатели должны по совместительству являться судовыми и тепловозными. Да, действительно, требования к судовым двигателям очень и очень своеобразные, им необходим бесконечный ресурс при полнейшем презрении к весовой отдаче, и ставить такие двигатели на истребители бредовато, но это так только у гражданских судовых дизелей, в то время как военные судовые дизели зачастую ставятся на скоростные катера, у которых экстремально высокая весовая культура, и вобщем-то именно что авиационная гонка за облегчением всего и вся, они сплошь все из себя магниевые и композитные. У танковых, катерных, и авиационных дизелей на самом деле очень много общего, и совместить их вполне реально. Но, это совмещение осмысленно только лишь относительно военных речных судов, которые организационно находятся прямо рядом с танками. Речными флотилиями манипулируют не адмиралы, а сухопутные генералы. Флот, он начинается только с морского флота.
Двигатели речных судов зачастую имеют автомобильное происхождение. Автомобильные двигатели позволяют привести в движение тихоходное грузовое судно водоизмещением в 50-100-200т, либо среднескоростные катера водоизмещением в 1-2-5т, будучи предельно дешёвыми, удобными, и ремонтопригодными. Если автомобильный двигатель подходит по наличному сорту топлива и своей мощности, то он используется практически всегда. А если мощности автомобильного двигателя не хватает, то в дело уже вступают авиационные двигатели, но чаще для скоростных судов. Грузовикам, и особенно морским грузовикам важнее ресурс, а с ресурсом у авиадвигателей неважно, так что двигатели "рабочих лошадок" сплошь "судовые" специальной разработки и являются неотъемлемой принадлежностью судов, в то время как на "бегунках" двигатели меняются как перчатки, это расходные материалы, и обычно это именно что автомобильные или авиационные двигатели.
Итак, семейство танковых двигателей целесообразно для околосухопутной тяжёлой техники: сверхтяжёлых грузовиков, тяжёлых тракторов и танков, тепловозов, небольших речных судов, скоростных катеров, ну и конечно же армейских аэропланов. Ставить морские дизели на аеропланы форменное ебланство, но речь не идёт о морских дизелях в небе, речь идёт о единых специализированных двигателях. Сделать единый авиационно-морской дизель вполне реально, в силу смыкания данных ниш. И эти дизели должны надстраиваться над автомобильными, т.е. топовый автомобильный дизель должен быть примерно эквивалентен минимальному дизелю танкового семейства. Линейки растут ровно в четыре раза: цилиндр в 12лс, цилиндр в 50лс, и цилиндр в 200лс. У меня получается, что у семейства танковых дизелей должна быть мощность где-то 200лс на цилиндр, т.е. рядная танковая четвёрка, это движок танка класса Т-72.
Итак, 200лс на цилиндр. Это забавно, но одноцилиндровые двигатели могут быть востребованы и в таком классе, потому что одноцилиндровый двигатель типично уделывает в надёжности любой многоцилиндровый, выигрывая одновременно в простоте обслуживания и экономичности. Трактор с таким движком бессмысленен, но как вспомогательный двигатель что-то такое будет полезным. Двухцилиндровые двигатели такого класса тоже если только для вспомогательных нужд. Рядная четвёрка, это двигатель танка класса Т-72, и к таким двигателям у нас вобщем-то и пришли, это правильные двигатели. Но, класс Т-72 устарел, и нужны вдвое более мощные двухрядные движки. Движок получается габаритный и потребует горба на заднице, как у "абрамса", но для таких танков оно нормально. Для истребителя лоб полутораметрового диаметра тоже великоват, но гонка за скоростью у поршневиков осталась в сороковых годах, и это тоже нормально. А ещё у таких движков должна быть четырёхрядная "звезда" с чудовищной для поршневиков мощностью в 8000лс, которой найдётся место и у армейских тяжёлых транспортных самолётов, и у речных/прибрежных катеров, и у 500т танков, будь они будут созданы. Вот тепловозам и кораблям уже "звёзды" ни к чему, им если только спарки, и только для тех случаев, когда нельзя захватить или изъять гражданские корабли и тепловозы.
Семейство танковых четырёхтактных дизелей:
1000лс, Р4_ - средний танк
2000лс, V8_ - тяжёлый танк
4000лс, V16 - 50т скоростной катер, 3000т гражданское судно
8000лс, X32 - 100т скоростной катер, 300т морской катер
Накидаю табличку, чтобы не забылась...
1000лс - двигатель манёврового тепловоза
3000лс - двигатель среднего магистрального тепловоза
6000лс - двигатель тяжёлого магистрального тепловоза
_220лс - двигатели __6т / 17 узлов буксирного катера
1500лс - двигатели _24т / 50 узлов катера-перехватчика
4500лс - двигатель 120т / 40 узлов патрульного катера
6000лс - двигатель 300т / 30 узлов пограничного катера
_350лс - двигатель _300т / 10 узлов корабля
1500лс - двигатель 1200т / 10 узлов грузового корабля
У морских дизелей мощность около 300лс на цилиндр...
И теперь цифирки...
Сетка ниш должна быть гармоничной, она не должна иметь ни разрывов, ни пузерей, нарывов. Распределение ячеек должно быть строго сбалансированным, а такое возможно только в том случае, если сетка ниш будет образована некоторой формулой. Некоторым формальным, формализованным правилом. И это правило вполне можно получить, отранжировав основные параметры летательного аппарата: 1) тяговооружённость, 2) нагрузка на крыло, 3) весовые пропорции, и, особенно, долю полезной нагрузки.
Отношение веса поршневого самолёта к его тяге:
16.0кг/кгс, мотопланеры . . . . . . . . . . - первые самолёты
11.0кг/кгс, сверхлёгкая авиация . . . . . . - бомбардировщики ПМВ
_8.0кг/кгс, тяжёлые транспортные самолёты . - бомбардировщики 30х
_5.6кг/кгс, бомбардировщики, самолёты СКВП. - бомбардировщики ВМВ
_4.0кг/кгс, пикирующие бомбардировщики. . . - Ил-2, Пе-2, Ju.87, Ju.88
_2.8кг/кгс, истребители-бомбардировщики . . - Як-7Б, Ил-10, Ту-2, Fw.190, Bf.110
_2.0кг/кгс, основные истребители. . . . . . - Як-9, Bf.109
_1.4кг/кгс, манёвренные истребители . . . . - Як-3
Отношение веса реактивного самолёта к его тяге:
_4.0кг/кгс, 0е поколение: Ме.262, Meteor, YP-80
_2.8кг/кгс, 1е поколение: МиГ-9,. Як-15 / P-80
_2.0кг/кгс, 2е поколение: МиГ-15, Як-25 / F-86, F-89
_1.4кг/кгс, 3е поколение: МиГ-23, Су-17 / F-104, F-4
_1.0кг/кгс, 4е поколение: МиГ-29, Су-27 / F-16, F-15
_0.7кг/кгс, 5е поколение: Сухой С-37. . / F-22
Связь скорости отрыва с нагрузкой на крыло:
_90км/ч -- _50кг/м2
110км/ч -- _70кг/м2
125км/ч -- 100кг/м2
140км/ч -- 140кг/м2
180км/ч -- 200кг/м2
220км/ч -- 280кг/м2
250км/ч -- 400кг/м2
300км/ч -- 560кг/м2
Это для среднестатистических конструкций крыла, с обычными закрылками, и глядя в потолок. Продвинутая механизация крыла способна радикально уменьшать минимальную скорость, так, к примеру, многощелевые закрылки самолёта Fi.156 "Storch" снижают минимальную скорость до 50км/ч, при нагрузке на крыло 50кг/м2, т.е. практически вдвое. Но, это очень сложная механизация крыла, встречающаяся только на специализированных лёгких связных самолётах, а на крупных самолётах "короткого взлёта и посадки" укорачивание разбега производится за счёт радикального увеличения мощности двигателя. Взлётная дистанция формируется главным образом на основе двух параметров: 1) нагрузки на крыло, с поправкой на его механизацию, и 2) мощность двигателя. Есть скорость, с достижением которой самолёт отрывается от земли, эта скорость определяется крылом, а дальше уже S=a*t2/2, какой-то там закон ньютона. Ускорение a берётся из тяговооружённости аэроплана, это изначально фиксированная величина, так что длину потребной ВПП определяет время t, причём дистанция квадратично зависит от этого времени, а время в свою очередь определяется из скорости v=a*t, т.е. в одно действие получается из величины v, которая опять же изначально фиксирована. Скорость отрыва зависит где-то от корня нагрузки на крыло, т.е. пусть потребная длина ВПП от скорости зависит квадратично, но с нагрузкой на крыло получается уже прямая зависимость.
Для ВПП длиной 250м:
.отрыв. . нагр/мощн . нагр/крл . примеры
--------+-----------+----------+------------
_90км/ч - 8.0кг/кгс - _50кг/м2 - Як-10
110км/ч - 5.5кг/кгс - _70кг/м2 - Ан-2
125км/ч - 4.0кг/кгс - 100кг/м2 - Ли-2
140км/ч - 2.8кг/кгс - 140кг/м2 - Ил-2, Ил-10
180км/ч - 2.0кг/кгс - 200кг/м2 - Ла-5
220км/ч - 1.4кг/кгс - 280кг/м2 - Ла-7, Як-3
Для ВПП длиной 500м:
.отрыв. . нагр/мощн . нагр/крл . примеры
--------+-----------+----------+------------
125км/ч - 8.0кг/кгс - 100кг/м2 - ТБ-3
140км/ч - 5.5кг/кгс - 140кг/м2 - Ил-4, С-47
180км/ч - 4.0кг/кгс - 200кг/м2 - Пе-2
220км/ч - 2.8кг/кгс - 280кг/м2 - Ла-15
250км/ч - 2.0кг/кгс - 400кг/м2 - Ту-128
300км/ч - 1.4кг/кгс - 560кг/м2 - МиГ-19
На одном и том же аэродроме (одной и той же взлётной дистанции) могут базироваться самолёты, в несколько раз различающиеся друг от друга по тяговооружённости, за счёт оптимизации крыльев одних на малые скорости и высокие грузоподъёмности, и уменьшения размеров крыльев и посадочной механизации для других. Если ещё наложить на это ещё и масштабирование по числу моторов, то получаем линейку из летательных аппаратов, различающихся весом (и полезной нагрузкой) в несколько десятков раз. Разделение на легковушки и грузовики, фуры, существует и в авиации. Вроде бы всё просто. Есть грузовики, есть классические аппараты, и есть истребители, и можно бы их тупо разделить по задачам на основании вышенаписанного, однако, тупое разделение "в лоб", -- не выгодно, потому что нужно максимально разнообразить ниши внутри линейки, вводя свои правила распределения уже не на основании задач, а внутри каждой из линеек, на основании числа двигателей.
Возьмём для примера уровень 130лс. Самым тяжёлым должен быть четырёхмоторный грузовик, а самым лёгким -- одномоторный истребитель. Первому даём тяговооружённость 8кг/лс и соответственно нагрузку на крыло 50кг/м2 с взлётным весом 4160кг, а второму, -- 2кг/лс и 200кг/м2 соответственно, с весом 260кг. Остальные ранжируем от этих точек, со сдвигом на этаж тяговооружённости в сторону соседей с большим/меньшим числом моторов: 2.8кг/лс и 728кг для двухмоторного истребителя, 4кг/лс и 2080кг для четырёхмоторного, 2.8кг/лс и 364кг для одномоторного классического, 4кг/лс и 1040кг для двухмоторного, 5.6кг/лс и 2912кг для четырёхмоторного, и 4кг/лс с 520кг для одномоторного грузовика, 5.6кг/лс с 1456кг для двухмоторного грузовика. Так получается непрерывная линейка, причём в ней имеем как достаточно малые грузовики, так и достаточно большие истребители.
Следующий момент, это доля груза. Для грузовиков нормально возить груз весом до трети, до 33% от полной массы. Для классических нормально возить груз весом до четверти, до 25% от полной массы. Для истребителей нормально возить груз весом до пятой части, до 20% от полной массы. Это в свою очередь даёт ещё большее разбегание соседних линеек, и в итоге самолёт классической линейки сможет возить вдвое от истребителя, а грузовик, -- вдвое от классического. Но доли груза мне конечно же придётся откорректировать. Для четырёхмоторников: 45% для грузовиков, 30% для классических, и 20% для истребителей. Для двухмоторников: 30% для грузовиков, 20% для классических, и 16% для истребителей. Для одномоторников: 20% для грузовиков, 16% для классических, и 10% для истребителей.
Итак, смотрим в развесовки шаблонов ниш внутри линеек, описанные мной в постах №6-7, и обнаруживаем, что оно именно так. Пусть не с точностью до, но, где-то так. Однако, тут есть тонкий момент: одномоторники тяготеют к связным функциям, т.е. им хорошо бы иметь пониженную скорость (малую нагрузку на крыло), а двухмоторники должны уметь летать на одном двигателе, т.е. иметь избыточную мощность. Так вводим элемент нелинейности, всё-таки уменьшая нагрузку на крыло для одномоторников, комбинируя их по несущей части с двухмоторниками, и даже быть может с четырёхмоторниками: четырёхмоторник должен использовать консоли крыла двухмоторника, а одномоторник с двухмоторником должны иметь идентичное крыло. Говоря другими словами, часть грузоподъёмности одномоторника должна расходоваться на перевозку большого крыла, а у двухмоторника часть грузоподъёмности должна тратиться на повышение надёжности, т.е. первый утяжеляем, а второй, -- облегчаем. Вписанные мной весовые пропорции как раз позволяют произвести такой финт. Впрочем, топовый одномоторник должен иметь вариант с облегченным крылом, т.е. комбинировать утяжеление и облегчение, потому что в любой правильной армии должны одновременно присутствовать и Ил-10, и Як-3. :)
Подбиваем итоги. При расчёте ниш нам дана мощность двигателя, число двигателей, и потребная длина ВПП. Далее выбираем якорную удельную мощность: 8кг/лс для уровня 130лс, 5.6кг/лс для уровня 500лс, и 4кг/лс для уровня 2000лс, и от этого якоря раскладываем все остальные удельные мощности, после чего автоматически получаем нагрузки на крыло, и соответственно комплект из взлётной массы, площади крыла (т.е. габаритах), и грузоподъёмности, что вобщем и даёт практически полное представление об аппарате каждой ниши.
Продолжение в следующем посте.
В прошлом посте я расписал типовое разделение тактических ниш внутри одного семейства двигателей, и теперь нужно углубиться, и расписать конкретные ниши. Большие, реактивные самолёты я буду описывать ближе к концу, а сейчас сосредоточусь на недомерках, и в первую очередь, поршневых недомерках, но, здесь предварительно нужно сказать ещё несколько слов о двигателях. Итак...
Поршневые двигатели в сравнении с газотурбинными.
Двигатели менее 1л.с. должны быть чисто электрическими, а электрические двигатели неплохо масштабируются, и, вдобавок, в современности малые электродвигатели являются необслуживаемыми и неремонтопригодными, т.е. это такие расходные материалы. Их незачем подробно разбирать. А вот более крупные двигатели уже целесообразны в виде ДВС, и на них нужно подробно остановиться.
Напомню табличку классов поршневых двигателей:
1) ___1..___2лс - до 0.1т газонокосилка - "газонокосилочные"
2) ___4..___6лс - до 0.5т мотоцикл, . . - "мопедные"
3) __15..__25лс - до __2т легковушка, . - "мотоциклетные"
4) __60.._100лс - до __7т грузовик, . . - "легковые"
5) _250.._400лс - до _28т средний танк, - "грузовые"
6) 1000..1600лс - до 112т тяжёлый танк, - "танковые"
Нужно заметить, что турбовинтовые двигатели создают совершенно отдельную нишу летательных аппаратов. Нетурбированный поршневый двигатель даёт где-то 1л.с. на килограмм своего веса, в то время как турбовинтовой даёт аж 5л.с. на килограмм, пусть и обладая несколько бОльшим аппетитом, чем у поршневого. Прямая замена двигателя высвобождает практически весь вес поршневиков, но, этот вес типично составляет от пятой до десятой взлётной массы, в то время как нагрузка составляет треть от этой массы. Иначе говоря, простая замена поршневиков на турбовинтовые либо увеличивает до полутора раз грузоподъёмность, либо столь же уменьшает сами самолёты, либо выводит их на новые энергетические уровни.
Весовые "штрафы" поршневых двигателей относительно газотурбинных:
_50кг - легковые дизели,
200кг - грузовые дизели,
750кг - танковые дизели.
Если пойти дальше и аналогично уменьшить запас топлива, которое должно весить столько же, сколько и двигатель, то получается возможность вообще удваивать грузоподъёмность, либо наоборот, уполовинивать взлётный вес самолётов. Газовые турбинки формируют нишу "воздушных такси", с дальностью в час полёта. Возьмём пример: самолёт Як-3. Целевая нагрузка -- 250кг, из которых 100кг пилот, 100кг вооружение, и 50кг боеприпасы. Вес пустого 2100кг, из которых 600кг двигатель; взлётный вес 2830кг. Газовая турбина РД-600В мощностью 1300л.с. весит около 200кг, т.е. турбинный Як поднимет не 250кг, а 650кг. Нам нужно только 250кг, следовательно, двигатель может быть 500л.с., а взлётный вес, -- 1100кг, или почти что втрое меньше.
Турбинные самолёты могут быть существенно более мелкими. Если на поршневом двигателе истребителю потребовалось целых 5л.с. на 1кг целевой нагрузки, то с газовой турбиной уже оказалось достаточно 2л.с. на 1кг целевой нагрузки. Если же взять более флегматичный самолёт, например, что-то класса FW.189 "Uhu", то у него 1.5л.с. на 1кг целевой нагрузки в случае поршневика, и 0.75л.с. в случае газовой турбины. Если вышеупомянутая "рама" времён ВМВ брала трёх человек, шесть пулемётов винтовочного калибра, и 200кг бомб, то "рама" времён Вьетнама OV-10 "Bronco" при аналогичном сухом весе уже берёт двух человек, четыре пулемёта винтовочного калибра, и более полутора тонн бомб, вдобавок имея вдвое мощные двигатели.
Самолёты с поршевыми двигателями выходят существенно тяжелее газотурбинных, и для адекватного продолжения линейки газотурбинных двигателей требуется где-то удваивать мощность.
Откорректирую табличку классов поршневых двигателей:
1) ___2лс - до 0.1т газонокосилка - "газонокосилочные"
2) ___8лс - до 0.5т мотоцикл, . . - "мопедные"
3) __30лс - до __2т легковушка, . - "мотоциклетные"
4) _120лс - до __7т грузовик, . . - "легковые"
5) _480лс - до _28т средний танк, - "грузовые"
6) 1920лс - до 112т тяжёлый танк, - "танковые"
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
.Двигатели | . ВПП . |типов.| радиус | уровни авиации
. . . . . .|. . . . .| груз |действия|
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ЭлД __12Вт | Н __25м | _28г | ___20м | личный уровень
ЭлД __50Вт | Н __50м | .1кг | ___50м | уровень пары
ЭлД _200Вт | Н _100м | .5кг | __150м | уровень отделения
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ДВС ___2лс | Н __25м | _2кг | __500м | взводная авиация
ДВС ___8лс | Н __50м | _7кг | _1500м | ротная авиация
ДВС __32лс | Н _100м | 28кг | ___4км | батальонная авиация
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ДВС _130лс | Г _250м | 0.1т | __12км | полковая авиация
ДВС _500лс | Г _500м | 0.4т | __36км | дивизионная авиация
ДВС 2000лс | Г 1000м | 1.8т | _100км | армейская авиация
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ТРД _30кгс | Г _100м | 0.1т | __12км | штабные инфанты
ТРД 120кгс | Г _250м | 0.4т | __36км | штабные кавалеры
ТРД 500кгс | Г _500м | 1.8т | _100км | штабные артисты
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
ТРД _2тс . | У 1500м | __7т | _300км | фронтовая авиация, инфанты ВВС
ТРД _8тс . | Б 2000м | _28т | 1000км | тактическая авиация, кавалеры ВВС
ТРД 32тс . | Б 3000м | 112т | 3000км | стратегическая авиация, артиллерия ВВС
-----------+---------+------+--------+----------------------------------------
Поршневые двигатели.
Двигатели внутреннего сгорания отнюдь не ограничиваются "снизу" мотоциклетными двигателями, в армии есть ниша и для ещё более малых поршневых двигателей. Для транспортных средств такие двигатели бесполезны, и основное применение для таких движков, это средства малой механизации. Современной армии жизненно необходимо электричество, и оно нужно вообще везде, далеко не только вокруг полковых дизель-генераторов. Свои дизель-генераторы должна иметь даже стрелковая рота, и эти генераторы должны легко переноситься пешим солдатом, т.е. это должны быть предельно компактные конструкции. Плюс, конечно же, той же стрелковой роте необходимы и устройства для прокладки пути через непроходимое пространство, а также для инженерной деятельности. Топорами вы будете валить лес целый день, а бензопила позволяет сделать ДЗОТ за считанные часы, и минимальным числом бойцов. То, что на основе такого двигателя можно сделать дистанционно-управляемую или даже роботизированную транспортную платформу, это вторично.
Ключевой двигатель армейской малой механизации, это портативный дизель-генератор мощностью до 1-2кВт с весом устройства до 14кг, что требует веса двигателя не более 7кг. Это то устройство, которое должно присутствовать в обязательном порядке. Электричество на удалённую точку по-настоящему можно "принести" только вот так. Однако, кроме дизель-генераторов выгоден ручной дизель-инструмент, что требует ещё уменьшать вес двигателя, потому что двуручный инструмент не должен быть тяжелее где-то 7кг, т.е. нужен совсем компактный дизель массой не более 3.5кг, мощность которого будет 1-2л.с., и едва ли выше. Это даёт тот "пол", с которого нельзя упасть. Все более мощные двигатели должны масштабироваться от этого уровня, формируя линейку ниш 2л.с., 8л.с., 32л.с., и так далее, что даёт базовые семейства двигателей.
Для двигателей внутреннего сгорания нужны именно семейства двигателей, основанные на однотипных цилиндрах и с высокой степенью унификации, вплоть до совместимости по блокам цилиндров. Основной двигатель, это рядная четвёрка, и путём масштабирования получается двухрядная восьмёрка, трёхрядный двенадцатицилиндровый, и четырёхрядный шестнадцатицилиндровый. Конечно же, выгодно найти применение и половинкам, и даже одноцилиндровым вариантам, равно как спаренным, которые дадут более лёгкие двигатели для мотоциклов, мотоколясок, всевозможных тракторов, вспомогательных двигателей, равно как и более тяжёлые двигатели для спецтехники. ДВС имеет штрафы на миниатюризацию, и одноцилиндровые двигатели экономичнее многоцилиндровых, пусть и менее удобны. Ключ в одном цилиндре, который тупо масштабируется степенью двойки. Один - два - четыре - восемь - шестнадцать - нужноевписать. Ручной бензоинструмент должен быть строго одноцилиндровым, а переносной дизель-генератор будет удобно сделать четырёхцилиндровым оппозитником.
Семейство малых двигателей:
_2лс, 1ц_ - бензопила, прочие ручные средства малой механизации
_8лс, О4_ - переносные дизель-генераторы и прочие стационарные средства малой механизации
32лс, H16 - крупные дизель-генераторы
Одноцилиндровыми выгодно делать только недомерки, а крупные двигатели уже удобнее делать строго многоцилиндровыми: опорный двигатель, это рядная четвёрка, а основной, -- двухрядная восьмёрка. Автомобильные двигатели типично являются рядными четвёрками и двухрядными V-образными восьмёрками. Почему? Да потому, что во всех приличных странах двигатели грузовиков и легковушек именно что строятся в едином семействе, тупо добавлением второго блока цилиндров для повышенных нагрузок, т.е. грузовиков. Если бы в СССР была бы своя двигателестроительная школа, а не святилище карго-культа, если бы в СССР считали деньги, то движок ЗИЛ-130 делался бы на основе движка "волги", а ГАЗ-53 строился бы на основе движков "москвичей". Ну а V-образные шестёрки, это легковые "заряженные" модели, т.е. выебоны. Необходимы только четвёрки и восьмёрки, причём "основной" для авиационного применения должна быть именно восьмёрка, именно её я указал в вышеуказанных "классах", в силу того, что это будет наиболее распространённая, наиболее доведённая, и наиболее оптимальная по массогабариту модель, с наиболее распространёнными запчастями и наиболее опытными механиками.
Бензиновые двигатели.
Супербайков в армии не бывает, а классические мотоциклы целесообразы либо в спецподразделениях, либо в полугражданской дешёвой вспомогательной пехоте, которой вдобавок незачем иметь полноценные джипы, потому что их роль великолепно выполнят мотоколяски класса ЛУАЗ. Эти подразделения будут опираться на гражданскую инфраструктуру, где наиболее распространён бензин, и тут нужны именно бензиновые двигатели, тем более что дизтопливо идёт в линейные войска. Да, двухтактники прожорливы, но здесь совсем не те войска, чтобы им постоянно куда-нибудь ездить. А вот то, что двухтакник дёшев и прост в обслуживании, это уже может быть очень и очень ценно. Вобщем, тут уместны классические мотоциклетные двигатели с мощностью в 15лс на цилиндр. Да, тут у меня отступление от восьмицилиндрового правила, потому что восьмицилиндровый двигатель на мотоцикле выглядит жутким извращением. Это же мотоциклетный двигатель! Нет, можно сделать восьмёрку на мопедных головах, но это же сон разума... Это слишком мелкий движок, и делать его многоголовым просто глупо.
Первое "большое" семейство, это двухтактные бензиновые карбюраторные двигатели воздушного охлаждения с мощностью 15л.с. на цилиндр. Одноцилиндровый двигатель даёт приличный средний мотоцикл с грузоподъёмностью в 100кг, двухцилиндровый оппозитный двигатель даёт 30лс тяжёлый мотоцикл, и именно этот двигатель должен быть основным и идти в малую беспилотную авиацию. Далее на этих цилиндрах можно сделать рядную или опять же оппозитную четвёрку с мощность 60лс и получить какое-то подобие уже вездехода УАЗ, а восьмёрка с 120лс даёт грузовик класса ЗИЛ-130, который вобщем все транспортные задачи таких подразделений и решает. Да, это будет херовый грузовик, но это изначально спецсредство, и на его убожество все будут закрывать глаза, радуясь уже просто тому, что он вообще такой есть, и есть прямо под рукой. И он без вопросов будет, потому что это аппарат по стоимости металлолома. ЭрзацЪ.
Семейство двухтактников воздушного охлаждения:
_16лс, 1ц - средний мотоцикл, двухместный
_32лс, О2 - тяжёлый мотоцикл, с коляской
_65лс, Р4 - лёгкий джип класса ЛУАЗ-Нива-УАЗ
130лс, V8 - грузовик класса ЗИЛ-130
На двухтактных двигателях можно реализовать самолёты сразу в нескольких линейках: и 32лс, и 130лс, и даже выше. Однако, ставить на самолёты убогие грузовые моторы несколько глупо, и всё-таки имеет смысл сделать здесь отдельные чисто авиационные звездообразные моторы. Звёздообразные моторы делаются типично 5- 7- и 9-цилиндровые, плюс, эти двигатели без проблем тандемно спариваются, страиваются, и даже счетверяются. Сделать эффективное охлаждение для многорядников, это нетривиальная задача, но эта проблема была значительной только для середины 20го века, а в современности такую задачу способен решить даже школьник. И здесь стоит делать одновременно двухцилиндровый оппозитник, пятицилиндровую однорядную и девятицилиндровые однорядную, двухрядную, и четырёхрядную звезды, которые закрывают сразу три линейки, с двумя промежуточными позициями, т.е. основными будут двухцилиндровый оппозитник, девятицилиндровые однорядная и четырёхрядная звёзды. Эти двигатели совмещают "легковое", "грузовое", и "танковое" семейства, и эти же двигатели найдут широкое применение в гражданской авиации, потому что позволяют задёшево создавать самолёты взлётным весом полторы-две тонны и грузоподъёмностью два-четыре человека, самолёты с грузоподъёмностью полторы-две тонны, и даже средние транспортные самолёты грузоподъёмностью несколько тонн, т.е. решают основные задачи малой и средней авиации.
Семейство авиационных "звёзд":
__50лс, 1ц - сверхлёгкие самолёты
_100лс, О2 - лёгкие двухместные самолёты
_250лс, *5 - "воздушные такси" и пилотажные самолёты
_450лс, *9 - лёгкие транспортные самолёты
_900лс, 18 - самолёты 30-40х годов
1800лс, 36 - средние транспортные самолёты
Таким образом, для тыловиков я делаю исключение, вводя специализированные поршневые авиадвигатели, сохраняя за чисто сухопутными моторами лишь низовую тройку ниш, предназначенную для чистых беспилотников: газонокосилочные моторы, мопедные, и мотоциклетные. Пилотируемая авиация здесь строго специализированная. А вот для полноценных армейских частей уже должно быть иначе. И, да, здесь нужно отметить то, что самолёты должны быть в целом идентичными, отличаясь лишь двигателями, топливной системой, и частично начинкой, и только лишь в том случае, если эта начинка различается и на земле.
Дизельные двигатели.
В целом здесь ровно аналогичная картина картине звездообразных двигателей, с той лишь разницей, что подобные моторы должны иметься и на земле, что уже не позволяет ограничиться одним общим семейством. Танковый двигатель не может иметь полсотни цилиндров, он должен быть предельно простым, предельно удобным в обслуживании, и предельно надёжным. И танковые двигатели строго отделяются от автомобильных, они их на порядок крупнее. Аналогично строго отделяются мотоциклетные двигатели, потому что в современной армии царят электроприборы и мотоцикл в идеале должен быть именно электрическим, благо, что проблема наличия электромоторов, обвязки, аккумуляторов в войсках разрешена изначально, а сверхдолгие рейды и высокая автономность мотоциклу без нужды, зато будут очень полезны бесшумность и ничтожная тепловая заметность. Рейдовые мотоциклы, это уже спецназ, а спецназ должен иметь спецтехнику. А вот крупные дизель-генераторы и механизация промежуточного класса вполне могут делаться на основе малых дизель-генераторов, путём счетверения, что вдобавок повышает их экономичность, позволяя время от времени отключать часть блоков, в зависимости от нагрузки. И более того! Классические легковые двигатели в этом семействе тоже не нужны.
Это достаточно нетривиально, но уазик для армии является маленькой и достаточно бесполезной машинкой. Уазик даёт возможность всего лишь уныло доползти до точки, не более. Да, мобильность вне дорог повышается раза так в два относительно пешеходности, но бронетехника-то ездит всяко быстрее, бонусов уазики не дают, почему, собственно, на них войска и не пересаживают. Говоря иначе, классический уазик осмысленен только в качестве командирского пикапа, а основной грузопоток должны возить полноценные грузовики. Пересадка же войск на джипы, "технички", окупает себя только для чрезмерно разреженных боевых порядков, когда классическая военная пятитонка тупо избыточна в силу малоразмерности подразделения. Это не армия, это как максимум полиция, а в армии нужны существенно более крупные движки. Легковушка в современной армии должна делаться на одном двигателе с грузовиком, и имя этой легковушке, -- хамви.
Хамви в живой природе типично начинаются от двухсот лошадей. Да, действительно, оригинальный хамви по таблицам имеет 150лс, но по косвенным признакам американские военные моторы являются дефорсированными на период мирного времени, потому что аналогичные гражданские модели дают так на треть большую мощность, плюс, поздние хамви получили как раз двухсотсильный движок. Совок распался, соответственно исчезла угроза глобальной войны, америкосы чуток разбогатели и позволили себе ставить на расходные армейские машины качественные движки, способные давать приличный ресурс уже без дефорсирования, тем более что ожидаемый срок службы этих машин резко увеличился и ставить короткоресурсные движки стало просто глупо. Так что изначальная хамви, это строго двести лошадей.
Двести лошадей, это сейчас де-факто стандарт для внедорожника. Типичные внедорожники сейчас имеют как раз около 200лс мощности, и где-то именно такая мощность нужна современному вездеходу. Полторы сотни лошадей, это уже пикап, "вседорожник", но не "внедорожник". Но, двести лошадей, это "внедорожник", но ещё не "хамви". У хамви имеется два варианта: скоростной облегченный кабриолет, и бортовой грузовик, который расчитан так на две тонны и уже не является "хамви". Двести лошадей, это самый минимум, позволяющий превратить в полноценный HMMWV лишь базовый кабриолет, а подвижность защищённого варианта либо загруженного грузовика является уже недостаточной, и перспективные хамви уже имеют 300лс движки, а в идеале это должно быть вообще 400лс. Тру-хамви, это легковушка с двигателем грузовика.
Да, действительно, четыре сотни лошадей для джипа многовато и превращают его в спорт-кар, но армии-то как раз и нужен спорткар! Небронированная или легкобронированная техника должна иметь хоть какие-то бонусы, позволяющие ей выживать в столкновении с толстокожими слониками, и единственное возможное преимущество для неё, это скорость. Армия должна иметь кавалерийские черты, она должна иметь способность к лихим рейдам, для чего нужны по-настоящему мощные движки, превращающие джипы в хамви. Это командирскому джипу и медицинской буханке не нужно суперскоростей, потому что это вобщем-то небоевые и вообще тыловые машины, а для полноценной армии вялые грузные инвалиды категорически не подходят, армии нужны хамви и только хамви. Даже если это будут пятитонные грузовики. Так что тренд на увеличение мощностей имеет место, и можно смело опираться на мощность где-то в 400лс. Да, действительно, это дохуя, и рядовой водитель с таким двигателем машину разобьёт просто на ровном месте, но, именно такой мотор позволяет выйти живым из-под обстрела. Хамви, это военная багги, военный спорт-кар.
Семейство автомобильных четырёхтактных дизелей:
_50лс, 1ц_ - малогабаритный дизель
100лс, О2_ - мотошасси
200лс, Р4_ - легковой внедорожник
400лс, V8_ - хамви или грузовик
600лс, W12 - тяжёлый грузовик
800лс, V16 - средний танк
Итак, 50лс на цилиндр, чтобы восьмицилиндровый двигатель дал 400лс, потребных для хамвей, грузовиков, и лёгких самолётов и вертолётов. Минимальный армейский автомобильный двигатель должен иметь мощность порядка 200лс, и это будет рядная четвёрка, на которой будут строиться джипы и прочие легковые вездеходы, для войск второй линии. Половинка легкового движка даёт классический бюджетный внедорожник класса УАЗ, но для армии такое уже можно засчитать только за вспомогательное средство, и это ниша всевозможных мотошасси и спецтранспортёров. Мотоколясок. Одиночный цилиндр даёт вспомогательную силовую установку (дизель-генератор), чего вобщем-то достаточно, потому что типичный дизель-генератор в СССР именно такую мощность и имел. Плюс, можно делать и спарки, которые будут иметь вполне танковую мощность, да и по габариту в танковый МТО войдут без проблем. Однако, полноценные танковые двигатели, это уже следующая линейка.
И теперь следующий момент. Современные двигатели должны быть строго гибридными, т.е. к ним должны прилагаться электромоторы и аккумуляторы, позволяющие разом увеличить мощность раза так в полтора, либо тупо выключить основной двигатель, и несколько минут перемещаться вообще без шума и запаха. Это не форсаж, это круче. Взлётный режим? Для взлёта самолёту обычно достаточно одной минуты; взлёт производится на максимальном режиме, а крейсерский полёт типично производится уже на 50-66-75% мощности двигателя, т.е. форсаж должен добавлять ещё половину, увеличивая мощность в полтора раза. Свинцовая батарея грузовика имеет ёмкость 55 А*ч при напряжении 12в, что даёт 600 Вт*ч, или 2 МВт*с. Для добавления половины мощности к 130л.с. двигателю на минуту требуется 50кВт * 60с = 3 МВт*с, или полтора аккумулятора. Аккумулятор весит около 13кг, и краткосрочное добавление половины мощности будет обходиться в 20кг. Удельная масса поршневого авиадвигателя чуть менее 1кг/л.с., суммарный вес двигателя должен быть более 100кг, так что добавление аккумуляторов может быть оправдано даже в случае свинцовых батарей. Это бесплатная "нитро", которую можно свободно набирать в полёте, просто из пустоты. Это не форсаж, это действительно круче. А наличие такого "форсажа" в свою очередь позволяет уменьшить в полтора раза мощность двигателя, получая куда более вменяемую линейку из двигателей в 20лс, 80лс, 320лс, и 1280лс.
Танковые двигатели.
Танковые двигатели формируют следующую линейку после автомобильных, потому что с автомобильными двигателями их увязывать просто глупо. И эти же танковые двигатели должны по совместительству являться судовыми и тепловозными. Да, действительно, требования к судовым двигателям очень и очень своеобразные, им необходим бесконечный ресурс при полнейшем презрении к весовой отдаче, и ставить такие двигатели на истребители бредовато, но это так только у гражданских судовых дизелей, в то время как военные судовые дизели зачастую ставятся на скоростные катера, у которых экстремально высокая весовая культура, и вобщем-то именно что авиационная гонка за облегчением всего и вся, они сплошь все из себя магниевые и композитные. У танковых, катерных, и авиационных дизелей на самом деле очень много общего, и совместить их вполне реально. Но, это совмещение осмысленно только лишь относительно военных речных судов, которые организационно находятся прямо рядом с танками. Речными флотилиями манипулируют не адмиралы, а сухопутные генералы. Флот, он начинается только с морского флота.
Двигатели речных судов зачастую имеют автомобильное происхождение. Автомобильные двигатели позволяют привести в движение тихоходное грузовое судно водоизмещением в 50-100-200т, либо среднескоростные катера водоизмещением в 1-2-5т, будучи предельно дешёвыми, удобными, и ремонтопригодными. Если автомобильный двигатель подходит по наличному сорту топлива и своей мощности, то он используется практически всегда. А если мощности автомобильного двигателя не хватает, то в дело уже вступают авиационные двигатели, но чаще для скоростных судов. Грузовикам, и особенно морским грузовикам важнее ресурс, а с ресурсом у авиадвигателей неважно, так что двигатели "рабочих лошадок" сплошь "судовые" специальной разработки и являются неотъемлемой принадлежностью судов, в то время как на "бегунках" двигатели меняются как перчатки, это расходные материалы, и обычно это именно что автомобильные или авиационные двигатели.
Итак, семейство танковых двигателей целесообразно для околосухопутной тяжёлой техники: сверхтяжёлых грузовиков, тяжёлых тракторов и танков, тепловозов, небольших речных судов, скоростных катеров, ну и конечно же армейских аэропланов. Ставить морские дизели на аеропланы форменное ебланство, но речь не идёт о морских дизелях в небе, речь идёт о единых специализированных двигателях. Сделать единый авиационно-морской дизель вполне реально, в силу смыкания данных ниш. И эти дизели должны надстраиваться над автомобильными, т.е. топовый автомобильный дизель должен быть примерно эквивалентен минимальному дизелю танкового семейства. Линейки растут ровно в четыре раза: цилиндр в 12лс, цилиндр в 50лс, и цилиндр в 200лс. У меня получается, что у семейства танковых дизелей должна быть мощность где-то 200лс на цилиндр, т.е. рядная танковая четвёрка, это движок танка класса Т-72.
Итак, 200лс на цилиндр. Это забавно, но одноцилиндровые двигатели могут быть востребованы и в таком классе, потому что одноцилиндровый двигатель типично уделывает в надёжности любой многоцилиндровый, выигрывая одновременно в простоте обслуживания и экономичности. Трактор с таким движком бессмысленен, но как вспомогательный двигатель что-то такое будет полезным. Двухцилиндровые двигатели такого класса тоже если только для вспомогательных нужд. Рядная четвёрка, это двигатель танка класса Т-72, и к таким двигателям у нас вобщем-то и пришли, это правильные двигатели. Но, класс Т-72 устарел, и нужны вдвое более мощные двухрядные движки. Движок получается габаритный и потребует горба на заднице, как у "абрамса", но для таких танков оно нормально. Для истребителя лоб полутораметрового диаметра тоже великоват, но гонка за скоростью у поршневиков осталась в сороковых годах, и это тоже нормально. А ещё у таких движков должна быть четырёхрядная "звезда" с чудовищной для поршневиков мощностью в 8000лс, которой найдётся место и у армейских тяжёлых транспортных самолётов, и у речных/прибрежных катеров, и у 500т танков, будь они будут созданы. Вот тепловозам и кораблям уже "звёзды" ни к чему, им если только спарки, и только для тех случаев, когда нельзя захватить или изъять гражданские корабли и тепловозы.
Семейство танковых четырёхтактных дизелей:
1000лс, Р4_ - средний танк
2000лс, V8_ - тяжёлый танк
4000лс, V16 - 50т скоростной катер, 3000т гражданское судно
8000лс, X32 - 100т скоростной катер, 300т морской катер
Накидаю табличку, чтобы не забылась...
1000лс - двигатель манёврового тепловоза
3000лс - двигатель среднего магистрального тепловоза
6000лс - двигатель тяжёлого магистрального тепловоза
_220лс - двигатели __6т / 17 узлов буксирного катера
1500лс - двигатели _24т / 50 узлов катера-перехватчика
4500лс - двигатель 120т / 40 узлов патрульного катера
6000лс - двигатель 300т / 30 узлов пограничного катера
_350лс - двигатель _300т / 10 узлов корабля
1500лс - двигатель 1200т / 10 узлов грузового корабля
У морских дизелей мощность около 300лс на цилиндр...
И теперь цифирки...
Сетка ниш должна быть гармоничной, она не должна иметь ни разрывов, ни пузерей, нарывов. Распределение ячеек должно быть строго сбалансированным, а такое возможно только в том случае, если сетка ниш будет образована некоторой формулой. Некоторым формальным, формализованным правилом. И это правило вполне можно получить, отранжировав основные параметры летательного аппарата: 1) тяговооружённость, 2) нагрузка на крыло, 3) весовые пропорции, и, особенно, долю полезной нагрузки.
Отношение веса поршневого самолёта к его тяге:
16.0кг/кгс, мотопланеры . . . . . . . . . . - первые самолёты
11.0кг/кгс, сверхлёгкая авиация . . . . . . - бомбардировщики ПМВ
_8.0кг/кгс, тяжёлые транспортные самолёты . - бомбардировщики 30х
_5.6кг/кгс, бомбардировщики, самолёты СКВП. - бомбардировщики ВМВ
_4.0кг/кгс, пикирующие бомбардировщики. . . - Ил-2, Пе-2, Ju.87, Ju.88
_2.8кг/кгс, истребители-бомбардировщики . . - Як-7Б, Ил-10, Ту-2, Fw.190, Bf.110
_2.0кг/кгс, основные истребители. . . . . . - Як-9, Bf.109
_1.4кг/кгс, манёвренные истребители . . . . - Як-3
Отношение веса реактивного самолёта к его тяге:
_4.0кг/кгс, 0е поколение: Ме.262, Meteor, YP-80
_2.8кг/кгс, 1е поколение: МиГ-9,. Як-15 / P-80
_2.0кг/кгс, 2е поколение: МиГ-15, Як-25 / F-86, F-89
_1.4кг/кгс, 3е поколение: МиГ-23, Су-17 / F-104, F-4
_1.0кг/кгс, 4е поколение: МиГ-29, Су-27 / F-16, F-15
_0.7кг/кгс, 5е поколение: Сухой С-37. . / F-22
Связь скорости отрыва с нагрузкой на крыло:
_90км/ч -- _50кг/м2
110км/ч -- _70кг/м2
125км/ч -- 100кг/м2
140км/ч -- 140кг/м2
180км/ч -- 200кг/м2
220км/ч -- 280кг/м2
250км/ч -- 400кг/м2
300км/ч -- 560кг/м2
Это для среднестатистических конструкций крыла, с обычными закрылками, и глядя в потолок. Продвинутая механизация крыла способна радикально уменьшать минимальную скорость, так, к примеру, многощелевые закрылки самолёта Fi.156 "Storch" снижают минимальную скорость до 50км/ч, при нагрузке на крыло 50кг/м2, т.е. практически вдвое. Но, это очень сложная механизация крыла, встречающаяся только на специализированных лёгких связных самолётах, а на крупных самолётах "короткого взлёта и посадки" укорачивание разбега производится за счёт радикального увеличения мощности двигателя. Взлётная дистанция формируется главным образом на основе двух параметров: 1) нагрузки на крыло, с поправкой на его механизацию, и 2) мощность двигателя. Есть скорость, с достижением которой самолёт отрывается от земли, эта скорость определяется крылом, а дальше уже S=a*t2/2, какой-то там закон ньютона. Ускорение a берётся из тяговооружённости аэроплана, это изначально фиксированная величина, так что длину потребной ВПП определяет время t, причём дистанция квадратично зависит от этого времени, а время в свою очередь определяется из скорости v=a*t, т.е. в одно действие получается из величины v, которая опять же изначально фиксирована. Скорость отрыва зависит где-то от корня нагрузки на крыло, т.е. пусть потребная длина ВПП от скорости зависит квадратично, но с нагрузкой на крыло получается уже прямая зависимость.
Для ВПП длиной 250м:
.отрыв. . нагр/мощн . нагр/крл . примеры
--------+-----------+----------+------------
_90км/ч - 8.0кг/кгс - _50кг/м2 - Як-10
110км/ч - 5.5кг/кгс - _70кг/м2 - Ан-2
125км/ч - 4.0кг/кгс - 100кг/м2 - Ли-2
140км/ч - 2.8кг/кгс - 140кг/м2 - Ил-2, Ил-10
180км/ч - 2.0кг/кгс - 200кг/м2 - Ла-5
220км/ч - 1.4кг/кгс - 280кг/м2 - Ла-7, Як-3
Для ВПП длиной 500м:
.отрыв. . нагр/мощн . нагр/крл . примеры
--------+-----------+----------+------------
125км/ч - 8.0кг/кгс - 100кг/м2 - ТБ-3
140км/ч - 5.5кг/кгс - 140кг/м2 - Ил-4, С-47
180км/ч - 4.0кг/кгс - 200кг/м2 - Пе-2
220км/ч - 2.8кг/кгс - 280кг/м2 - Ла-15
250км/ч - 2.0кг/кгс - 400кг/м2 - Ту-128
300км/ч - 1.4кг/кгс - 560кг/м2 - МиГ-19
На одном и том же аэродроме (одной и той же взлётной дистанции) могут базироваться самолёты, в несколько раз различающиеся друг от друга по тяговооружённости, за счёт оптимизации крыльев одних на малые скорости и высокие грузоподъёмности, и уменьшения размеров крыльев и посадочной механизации для других. Если ещё наложить на это ещё и масштабирование по числу моторов, то получаем линейку из летательных аппаратов, различающихся весом (и полезной нагрузкой) в несколько десятков раз. Разделение на легковушки и грузовики, фуры, существует и в авиации. Вроде бы всё просто. Есть грузовики, есть классические аппараты, и есть истребители, и можно бы их тупо разделить по задачам на основании вышенаписанного, однако, тупое разделение "в лоб", -- не выгодно, потому что нужно максимально разнообразить ниши внутри линейки, вводя свои правила распределения уже не на основании задач, а внутри каждой из линеек, на основании числа двигателей.
Возьмём для примера уровень 130лс. Самым тяжёлым должен быть четырёхмоторный грузовик, а самым лёгким -- одномоторный истребитель. Первому даём тяговооружённость 8кг/лс и соответственно нагрузку на крыло 50кг/м2 с взлётным весом 4160кг, а второму, -- 2кг/лс и 200кг/м2 соответственно, с весом 260кг. Остальные ранжируем от этих точек, со сдвигом на этаж тяговооружённости в сторону соседей с большим/меньшим числом моторов: 2.8кг/лс и 728кг для двухмоторного истребителя, 4кг/лс и 2080кг для четырёхмоторного, 2.8кг/лс и 364кг для одномоторного классического, 4кг/лс и 1040кг для двухмоторного, 5.6кг/лс и 2912кг для четырёхмоторного, и 4кг/лс с 520кг для одномоторного грузовика, 5.6кг/лс с 1456кг для двухмоторного грузовика. Так получается непрерывная линейка, причём в ней имеем как достаточно малые грузовики, так и достаточно большие истребители.
Следующий момент, это доля груза. Для грузовиков нормально возить груз весом до трети, до 33% от полной массы. Для классических нормально возить груз весом до четверти, до 25% от полной массы. Для истребителей нормально возить груз весом до пятой части, до 20% от полной массы. Это в свою очередь даёт ещё большее разбегание соседних линеек, и в итоге самолёт классической линейки сможет возить вдвое от истребителя, а грузовик, -- вдвое от классического. Но доли груза мне конечно же придётся откорректировать. Для четырёхмоторников: 45% для грузовиков, 30% для классических, и 20% для истребителей. Для двухмоторников: 30% для грузовиков, 20% для классических, и 16% для истребителей. Для одномоторников: 20% для грузовиков, 16% для классических, и 10% для истребителей.
Итак, смотрим в развесовки шаблонов ниш внутри линеек, описанные мной в постах №6-7, и обнаруживаем, что оно именно так. Пусть не с точностью до, но, где-то так. Однако, тут есть тонкий момент: одномоторники тяготеют к связным функциям, т.е. им хорошо бы иметь пониженную скорость (малую нагрузку на крыло), а двухмоторники должны уметь летать на одном двигателе, т.е. иметь избыточную мощность. Так вводим элемент нелинейности, всё-таки уменьшая нагрузку на крыло для одномоторников, комбинируя их по несущей части с двухмоторниками, и даже быть может с четырёхмоторниками: четырёхмоторник должен использовать консоли крыла двухмоторника, а одномоторник с двухмоторником должны иметь идентичное крыло. Говоря другими словами, часть грузоподъёмности одномоторника должна расходоваться на перевозку большого крыла, а у двухмоторника часть грузоподъёмности должна тратиться на повышение надёжности, т.е. первый утяжеляем, а второй, -- облегчаем. Вписанные мной весовые пропорции как раз позволяют произвести такой финт. Впрочем, топовый одномоторник должен иметь вариант с облегченным крылом, т.е. комбинировать утяжеление и облегчение, потому что в любой правильной армии должны одновременно присутствовать и Ил-10, и Як-3. :)
Подбиваем итоги. При расчёте ниш нам дана мощность двигателя, число двигателей, и потребная длина ВПП. Далее выбираем якорную удельную мощность: 8кг/лс для уровня 130лс, 5.6кг/лс для уровня 500лс, и 4кг/лс для уровня 2000лс, и от этого якоря раскладываем все остальные удельные мощности, после чего автоматически получаем нагрузки на крыло, и соответственно комплект из взлётной массы, площади крыла (т.е. габаритах), и грузоподъёмности, что вобщем и даёт практически полное представление об аппарате каждой ниши.
Продолжение в следующем посте.