26 декабря 1936 г. — Докладная записка начальника Центрального института авиационного моторостроения К. И. Беляевского в Наркомат оборонной промышленности СССР о состоянии и перспективах развития серийного производства авиационных моторов

Докладная записка начальника Центрального института авиационного моторостроения К. И. Беляевского в Наркомат оборонной промышленности СССР о состоянии и перспективах развития серийного производства авиационных моторов

Настоящая записка охватывает собою вопросы состояния моторов, находящихся на серийном производстве, путей их развития и перспектив, не затрагивая опытных, экспериментальных работ, не связанных непосредственно с серийными моторами. В настоящее время в нашем серийном производстве находятся следующие моторы: АМ‑34, М‑100, М‑25, М‑85 и М‑11. Данные по этим моторам приведены в прилагаемой таблице № 1¹*. Все моторы, за исключением АМ‑34 и М‑11 являются лицензионными моторами. (См. справку по срокам заключения договоров и по срокам внедрения лицензионных моторов в производство — приложение № 2).

Первыми лицензионными моторами были ныне снятые с авиационного производства моторы М‑17 и М‑22. Мотор М‑17 (БМВ‑6)²* был куплен у германской фирмы «БМВ» в 1927 г., и первый мотор выпущен в 1929 г. На базе этого мотора конструктор Микулин (ЦИАМ) разработал мотор АМ‑34, который в конечном счете оказался совершенно иного типа двигателем, но имеющим ту же самую размерность. В результате работы над лицензионным мотором в нашем производстве, был получен более совершенный образец.

Иная судьба постигла другой лицензионный мотор М‑22 («Юпитер» 6‑й). Этот мотор был куплен во Франции у фирмы «Гном-Рон» в 1928 г. Производством начат в 1929 г. и снят с производства со второй половины 1936 г. Завод 29 не работал над развитием мотора, а взялся за разработку совершенно нового типа двигателя М‑58. В то же самое время фирма «Гном-Рон», усиленно работая над развитием своего мотора, разработала мотор «Гном‑Рон» К‑14 мощностью 800 л. с., и мы принуждены были приобрести лицензию на этот мотор. Мотор же М‑58 до 1936 г. не был закончен доводкой и снят с производства.

История мирового авиационного моторостроения также является ярким подтверждением эффективности работы над последовательной модификацией основного типа. Все современные авиамоторные фирмы, завоевавшие себе господствующее положение, выпускают моторы, получившиеся в результате длительного, постепенного совершенствования. Так, фирма «Испано-Сюиза» в течение более чем 20 лет развивает последовательно свой тип двигателя, сохраняющий все время неизменно одну и ту же силовую схему. Та же фирма, занявшись моторами воздушного охлаждения, начала с покупки лицензии у «Райта», и путем модификации этого мотора пришла к выпуску двух звездообразных моторов 14‑АА в 1100 л. с. и 14‑АВ в 700 л. с. Фирма «Гном‑Рон», купив лицензию у фирмы «Бристоль», последовательно, как указано выше, развивая свой мотор в течение около 15 лет, создала свои двухрядные звездообразные машины. Фирма «Бристоль» в развитии мотора пошла своим путем. Занимаясь главным образом однорядными звездами, она создала чрезвычайно высокие по качеству образцы моторов «Меркур», «Пегас» и другие. Фирма «Райт» свои современные двигатели получила на базе постепенного развития звездообразного мотора в течение около 20 лет. В то же время нельзя указать ни одного двигателя, не имеющего истории постепенного развития, который бы за последние пять лет занял сколько-нибудь прочное положение в эксплуатации.

Развитие существующих типов моторов сводится в основном к следующему: 1) увеличение литровой мощности (мощность, развиваемая 1 л рабочего объема цилиндра); 2) снижение веса на одну лошадиную силу; 3) увеличение высотности; 4) уменьшение расхода горючего; 5) удлинение срока службы.

Развитие советских серийных моторов указанными выше способами может продолжаться еще очень длительный срок. Литровая мощность наших моторов, выпускаемых серийно, находится на уровне 20‑24,5 л. с./литр. Современные литровые мощности (при расчете по взлетной мощности) имеют значение 25‑33 л. с. с литра. На моторе «Роллс‑Ройс‑R» в 1931 г. была достигнута литровая мощность в 72 л. с./литр, и у мотора «Фиат» АС‑6 в том же году — 55 л. с./литр. Эти цифры были получены при низкой надежности моторов, но они указывают определенную перспективу для современного мотора. Темпы повышения литровой мощности таковы, что за десятилетие литровая мощность в среднем увеличилась с 15‑22 до указанной выше цифры 25‑33 л. с./литр.

Анализируя ход развития заграничных серийных моторов, можно констатировать, что до настоящего времени в среднем форсаж по мощности составлял не менее 8‑9% в год и в отдельных случаях выше (25% фирма «Роллс-Ройс» в два года). Увеличение литровой мощности неразрывно связано с уменьшением удельного веса двигателя (вес на силу). В истории моторостроения чрезвычайно редки случаи уменьшения абсолютного веса двигателя при его развитии. Нормально же — происходит увеличение его абсолютного веса, и этот рост составляет в среднем 3,5‑4,5% при повышении мощности на 8‑9%.

Форсаж мотора связан с повышением наддува, степени сжатия и повышением числа оборотов. Первые два фактора связаны с увеличением требований, предъявляемых к топливу. На таблице № 1 дано разное значение потребного октанового числа топлива при разных наддувах и разных степенях сжатия.

На сегодня октановое число нашего топлива (бакинский бензин плюс продукт В‑10) 85‑87. Ближайшие перспективы развития требуют повышения степени сжатия до 7 и наддува не менее 1,3, т. е. октанового числа 98‑100. Влияние октанового числа на форсировку и экономичность мотора сказывается особенно заметно у двигателей воздушного охлаждения. Чем выше октановое число топлива, тем выше можно допускать температуру головки цилиндра и тем экономичнее можно отрегулировать мотор.

По данным фирмы «Райт», мотор «Циклон», отрегулированный на расход 272 г/л. с. час, мог развивать мощность в 610 л. с. (1950 об./мин.) на топливе с октановым числом 92 (по армейскому методу), допуская температуру головки 430°F. Этот же мотор при том же расходе топлива на л. с. час мог развивать мощность 800 л. с. (n = 1950 об./мин.) и допуская температуру головки цилиндра 470°F, работая на топливе с октановым числом 100 (по армейскому методу).

Говоря о топливе, нельзя забывать и масел, требования к которым также повышаются при форсировке мотора. Форсировка мотора требует наличия в эксплуатации топлива с октановым числом 100‑98 в ближайшее же время и высококачественных масел, каковыми могут быть в настоящее время масло селективной очистки, стабилизированные масла и кастроли.

Высотность современных двигателей колеблется от 2500 до 4500 м. Чем больше высотность мотора, тем меньше высотная мощность, тем меньше земная мощность. Один и тот же мотор при применении его на различных самолетах требует различных передаточных чисел к нагнетателю, обеспечивающих различные высотности мотора. Повышение высотности более 3500 м, особенно при односкоростном нагнетателе и особенно для моторов воздушного охлаждения, ведет за собою очень серьезное понижение взлетной мощности, поэтому нужно считать, что пределом рационального применения односкоростного нагнетателя является высотность 3‑3,5 тыс. м при существующих коэффициентах полезного действия нагнетателя. При необходимости дальнейшего повышения высотности до 6‑7 тыс. м встает задача создания двухскоростного нагнетателя, который дает и большую высотность, и большую взлетную мощность. Технически это сложная задача.

В настоящее время имеется отработанная конструкция двухскоростного нагнетателя у фирмы «Райт». Довольно успешно с этим вопросом справилась фирма «Рато» во Франции. В СССР ведется работа на заводе № 19, в ЦИАМе и на заводе № 26. Добавочный вес за счет введения коробки скоростей не должен быть больше 10‑12 кг. По имеющимся сведениям, у «Райта» добавочный вес составляет 8 кг.

Турбокомпрессор, будучи применен в качестве второй ступени наддува, дает дальнейшее повышение высотности до 12 тыс. м, сохраняет высокую взлетную мощность и, наконец, дает выгоду в расходе топлива, которая при высотности в 5 тыс. м составляет 10-15 г/л. с. час. (Экономия получается вследствие того, что турбокомпрессор работает, используя энергию выхлопных газов, теряющуюся в обычном моторе).

Работы по турбокомпрессору для мотора АМ‑34 ведутся в ЦИАМе. Турбокомпрессор изготовлен и находится на испытании. Этим же целям обеспечения высотности порядка 7‑12 км служит двухступенчатый нагнетатель.

Экономичность двигателя, которую характеризует расход топлива, в настоящее время у наших моторов неудовлетворительная. Заводы выпускают моторы с расходом топлива на л. с. час от 240 до 270. Экономичность зависит в первую очередь от степени сжатия и состава смеси. Практическое значение экономичность имеет на мощности равной, примерно, 80% от номинала, что в условиях полета дает скорость близкую к 90% от максимальной скорости. До сего времени летчик, имея в своем распоряжении высотный кран, позволяющий сильно понизить расход топлива на любом режиме, пользовался им чрезвычайно неуверенно и не использовал его полностью, т. к. у него всегда имелось опасение повредить надежности мотора, вызвать обратную вспышку, грозящую пожаром или неустойчивую работу. Прибор, контролирующий состав смеси, так называемый альфометр, позволяющий работать с наивыгоднейшим заданным составом смеси. Введение этого прибора в эксплуатацию является исключительно важной задачей, т. к. именно он решает в первую очередь вопрос о снижении расхода.

Анализ всех факторов, влияющих на экономичность, как то: состав смеси, качество конструкции камеры двигателя, род топлива, механический кпд мотора распределения смеси по цилиндрам, дает основание сделать вывод, что у советских моторов со степенью сжатия 6‑6,5 экономический расход на 80% номинальной мощности может быть доведен до 205‑215 г/л. с. в час.

Кроме того, дальнейшей работой над повышением степени сжатия, введением двухскоростного нагнетателя, турбокомпрессора, улучшением ряда конструктивных факторов, понижающих потери двигателя, и при наличии топлива с октановым числом 100 возможно доведение расхода в отдельных случаях до 170‑180 г/л. с. час.

Критерием надежности служит обычно срок службы мотора между переборками. Надежность некоторых моторов «Райт» и «Бристоль» определяется в 400 час. Наиболее показательной в части освещения методов получения высокой надежности является работа фирмы «Кертисс-Райт». Основой успеха фирмы является ее систематическая, упорная работа по изучению дефектов двигателей. Ее организация наблюдения за эксплуатацией остается непревзойденной. Малейший дефект, выявившийся в любом уголке земного шара, становится известным руководству предприятия. Мероприятия по устранению дефекта проводятся немедленно. Фирма «Райт» умело использует промышленность США, получая от специализированных предприятий высоконадежные детали, определяющие собою надежность мотора: полые клапаны, свинцовистую бронзу, поршневые кольца, прокладки и т. д.

Европейское моторостроение систематически заимствует в Америке ее технические достижения, тем самым повышая надежность своих моторов. Полые клапаны, свинцовистая бронза вводятся фирмами «Испано», «Гном-Рон» и другими. Основное, что необходимо уяснить в вопросе надежности, это то, что надежность достигается исключительно за счет непрерывного испытания моторов на надежность и непрерывной работой по устранению дефектов, наряду с работой по усовершенствованию технологии и материалов. Мнение о том, что существуют две тенденции, одна из коих — форсаж моторов в ущерб надежности (европейская) и вторая — надежность моторов, пренебрегая высокими данными моторов (американская), неправильное. Европейские фирмы также стремятся к повышению надежности и улучшают ее, заимствуя американскую технику. С другой стороны, по мере форсажа мотора фирма «Райт» вводит ряд ограничений, указывающих на то, что запасы надежности ее мотора становится меньше. Так, раньше мотор «Райта» «Циклон» на испытании гонялся на полностью открытом дросселе. В настоящее время, с увеличением взлетной мощности до 1 тыс. л. с., фирма разрешает пользоваться максимальной мощностью лишь в течение одной минуты.

Надежность современного мотора в полете в сильной степени зависит от надежности работы моторных агрегатов.

1. Магнето. Электропромышленностью (заводы АТЭ и ЗЭМ) освоены лицензионные магнето. Работа по совершенствованию ведется очень слабо. В 1936 г. в ЦИАМе создан новый тип магнето, в котором скомпонованы элементы, заимствованные от лучших магнето, введен новый сплав для магнита с высокомагнитными свойствами и ряд новых рациональных элементов конструкции. Магнето отлично себя зарекомендовало. Задачей 1937 г. является внедрить его в серийное производство и по этому типу сделать [магнето] для других моторов.

2. Экранировка системы зажигания. Последние два года в ЦИАМе велась усиленная работа по созданию экранированной системы, в результате чего все моторы ею обеспечены. В 1936 г. в ЦИАМе же разработан коллекторный тип экранировки. Его необходимо внедрить в серийное производство как наиболее совершенный.

3. Свечи. Необходимо сказать со всей остротой, что свечи в настоящее время не только не обеспечивают возможности дальнейшего форсирования моторов, но и не работают надежно на нормальных серийных моторах. Свечи 3‑МГ не выдерживают современных нагрузок мотора. Создание надежной свечи должно быть поставлено важнейшей задачей электропромышленности в 1937 г.

4. Карбюраторы. Карбюраторы производит завод № 33. Им освоены в производстве лицензионные карбюраторы и отечественный карбюратор К‑34 (конструкции ЦИАМ). Работа по совершенствованию карбюраторов ведется очень слабо, в то время как заграничные карбюраторы модифицируются из года в год. В частности, Америка имеет карбюратор с автоматической регулировкой состава смеси и очень надежный в своей работе. Такие карбюраторы нужны и нашим моторам. Заводу 33 необходимо резко увеличить свой опытно-конструкторский отдел. Особенно важно сильно развить там экспериментальную лабораторию и испытательную станцию. От завода требуются, по мере выпуска новых моторов, новые усовершенствованные карбюраторы.

5. Автоматика. Развита в настоящее время слабо. За исключением автоматического опережения зажигания и регулятора давления воздуха (не везде) мы на своих моторах, как правило, ничего из автоматики не имеем. Стоит задача создать: 1) автоматическое управление винтом переменного шага (регулятор оборотов мотора) — завод 28; 2) автомат качества смеси — завод 33; 3) автомат давления воздуха для М‑25 — завод 19; 4) терморегулятор для воды — ВОТИ; 5) терморегулятор для масла — ВОТИ.

6. Радиаторы и капотирование моторов воздушного охлаждения (специальные кожухи для распределения воздуха в целях необходимого охлаждения путем обдува мотора) находились до сих пор в руках самолетных конструкторов, поскольку эти вопросы, с точки зрения моторной, разрешались сравнительно просто, и основной задачей было создание наивыгоднейших аэродинамических форм. В связи с повышением нагрузок современных моторов, эти вопросы чрезвычайно усложняются и должны перейти в руки мотористов. Наступило время, когда моторный завод должен создавать сам в основном винтомоторную группу для своего мотора применительно к каждому самолету.

Переходя к моторам нашего серийного производства, можно сказать следующее по каждому заводу и объекту:

Завод № 19. Завод выпускает мотор М‑25, подготавливает к серийному производству мотор М‑62 и разрабатывает в опытном порядке мотор М‑25 Д‑18 и М‑62 Д‑8 со следующими данными:

Создавая мотор М‑62, завод только догоняет находящийся уже в серийном производстве американский мотор «Циклон С». Основным направлением форсировки мотора и после этого должно быть увеличение наддува и степени сжатия. Увеличение числа оборотов лимитируется двухклапанной головкой. Переход на четырехклапанную головку дает возможность форсировать мотор по оборотам. Имеется возможность снизить расход топлива в 1937 г. до 210‑220 г на крейсерском режиме. Следующим этапом должно быть снижение до 195‑205 г. Наряду с освоением в 1937 г. двухскоростного нагнетателя должна быть поставлена разработка турбокомпрессора.

Завод 29. Завод выпускает мотор М‑85 и подготовляет к серийному производству М‑85А и мотор М‑87 со следующими данными:

Создавая мотор М‑87 завод лишь догоняет французский мотор «Гном‑Рон» К‑N. Имеются резервы для дальнейшего повышения мощности по наддуву и степени сжатия и по оборотам, для чего заводу придется наряду с конструктивным усовершенствованием разрешить ряд технологических проблем (переход на свинцовистую бронзу, азотирование цилиндров и клапанов и др.). По снижению расхода перед заводом стоит задача получения расходов в первую очередь порядка 235 г на крейсерском режиме. По высотности стоит задача создания двухскоростного нагнетателя с целью поднять высотность до 5‑6 тыс. м. В результате обследования возможностей форсировки обоих моторов воздушного охлаждения можно наметить следующий ориентировочный план их развития:

Примечание: данные мощности относятся к высоте около 3 тыс. м. При этих условиях взлетная мощность должна составлять 1‑1,15 высотной мощности. Это сравнение дает возможность вывести заключение, что оба мотора при нормальном их развитии имеют право на параллельное существование как самостоятельные типы, т. к. они не могут заменить друг друга.

Одновременно в этой таблице выдвигается мотор типа М‑56, по своим данным приближающийся к М‑25, но имеющий меньший габарит (диаметр М‑25 — 1365 мм, М‑56 — 1090 мм). Этот мотор строится в ЦИАМе. Можно ожидать, что данный мотор или подобный ему иностранный, например, «Испано» 14 АВ (680 л. с. Д = 1014 мм), «Твин Восп Джуниор» (680 л. с. Д = 1114 мм), должны в дальнейшем заменить мотор М‑25 на истребителе.

В Америке уже в 1935 г. в заказах морского ведомства США «Восп Твин Джуниор» опередил заказы на «Циклон» и «Хорнет», занимавшие до этого первенствующее место. В сентябре 1935 г. с этим мотором был установлен мировой рекорд скорости для сухопутных самолетов — 567 км/ч. Моторы подобного типа в настоящее время устанавливаются, главным образом, на одно- и двухместные истребители. На последней авиавыставке в Париже моторы «Испано» 14 АВ стояли на двухмоторных истребителях «Фоккер» и «Потез 63».

Направление, взятое заводом 19 по созданию сдвоенного мотора М‑25, приводит к созданию мотора большой мощности, очень высокого веса и большого габарита, который, возможно, сможет конкурировать с М‑85 и АМ‑34, но совершенно не решает вопроса о моторе для истребителя.

Задача создания малогабаритного мотора воздушного охлаждения типа М‑56 является очередной насущной задачей моторостроения в 1937 г.

Завод 26. Выпускает мотор М‑100 и подготавливает ряд модификаций своего мотора, связанных с повышением мощности, высотности и уменьшением лобового сопротивления путем замены водяного охлаждения гликолем и путем охлаждения стаканов цилиндра воздухом, т. е. переходит на смешанное охлаждение цилиндра. Перед заводом стоит задача снижения расходов своего мотора в первую очередь до 210‑225 г/л. с. час. По высотности — освоение двухскоростного нагнетателя.

Завод 24. Выпускает мотор АМ‑34 и подготовляет ряд модификаций, в том числе и смешанного охлаждения. Сопоставление данных мотора АМ‑34 и М‑100 на 1936 г. резко подчеркивает отсталость мотора АМ‑34 типа 1936 г. Имея примерно ту же мощность на высоте 4 тыс. м, что и «Испано», тяжелее на 250 кг. Намеченный заводом № 24 план на 1937 г. несколько исправляет существующее ненормальное положение, главным образом, за счет резкого превышения взлетной мощности (на 400 л. с.).

На 1937 г.:

Вместе с этим несомненно, что у мотора АМ‑34, благодаря более высокому литражу, имеется возможность значительно большего форсажа, что подтверждено опытом завода в 1935 г., когда была получена с мотора мощность в 1700 л. с. Перед заводом № 24 должны быть поставлены две основные задачи: 1) освоить взлетную мощность в 1200 л. с. и 1050 л. с. на высоте и 2) довести к 1938 г. высотную мощность мотора в 1300 л. с. при весе не более 700 кг и высотности не менее 1800 м, иначе он не сможет конкурировать с мотором М‑100, который в 1938 г. будет иметь мощность порядка 1050 л. с. при меньшем весе и габаритах.

Кроме сказанного выше перед заводом 24 стоят следующие задачи: а) упорядочение габарита мотора путем перестановки агрегатов, выходящих за габарит; б) введение этилен-гликолиевого охлаждения; в) улучшение всасывающей системы и подбор карбюратора; г) введение двухскоростного нагнетателя и турбокомпрессора; д) снижение расхода в первую очередь до 210‑220 г, во вторую очередь до 200 г и ниже.

Завод 16. Строит мотор М‑11 и готовится к постройке лицензионного мотора «Рено» 4 Pei Сопоставляя данные этих моторов на 1937 г., получим:

Если даже учесть, что мощность М‑11 будет повышена до 180 л. с., как это намечено заводом, и что можно ожидать не ранее 1938 г., то и в этом случае преимущества остаются за мотором 4 Pei, особенно, если принять во внимание неизбежный рост его мощности.

Статистические данные, собранные ЦИАМ, дают по всем странам за 1935 г. для новых самолетов резкое преобладание рядных моторов перед звездами в диапазоне мощности от 100 до 200 и колеблющуюся картину для мощности 200‑300 л. с.

Процентное отношение самолетов, выпущенных с рядными моторами в 1935 г.

Опыт эксплуатации рядного мотора (мы его совершенно не имеем) даст окончательный ответ о целесообразности существования М‑11 наряду с «Рено». Но, по-видимому, можно считать, что спрос на него продержится не далее 1938 г.

Резюмируя все сказанное, можно сделать следующие основные выводы:

1. Развитие моторов идет по пути форсажа мощности, высотности, повышения экономичности и надежности.

2. Развитие моторов на предстоящий период времени требует одновременного улучшения качества топлива и смазки. В ближайшее же время необходимо иметь топливо с октановым числом 96‑100.

3. Серийные моторы могут поднимать свою мощность ежегодно не менее, чем на 8‑10%, при увеличении веса мотора не более, чем на 2,5‑4%. Все наши серийные моторы имеют широкие перспективы развития. Но по всем лицензионным моторам имеет место некоторое отставание от заграничных фирм, что обязывает работы по модификациям сильно форсировать. Ориентировочный план развития моторов по мощности приведен в записке, причем темпы форсажа взяты с учетом имеющегося отставания.

4. Надежность (по сроку службы мотора) не должна уменьшаться, несмотря на форсаж. В обеспечение надежности мотора в полете в 1937 г. необходимо провести ряд мероприятий по агрегатам, приведенным в записке, из коих чрезвычайно остро стоит вопрос о свече.

5. Высотность моторов при односкоростном нагнетателе рационально ограничить 3‑3,5 тыс. м. Передача к нагнетателю должна выполняться различными передаточными числами.

6. Ближайшей задачей заводов и ЦИАМа является разрешение вопроса о двухскоростном нагнетателе, обеспечивающем высотность до 7 тыс. м, с увеличением веса мотора не более, чем на 10‑12 кг.

7. В 1937 г. должна быть интенсивно развернута работа по турбокомпрессорам в направлении разрешения вопросов эксплуатации этого нового агрегата.

8. Экономичность моторов нашего серийного производства находится на очень низком уровне. По всем моторам расходы должны быть снижены. Ориентировочные размеры снижения по каждому мотору указаны. Эти данные должны быть уточнены после проведения работы по приказу начальника ГУАПа № 0110с. Реальными пределами можно считать 205‑215 г и в отдельных случаях ниже.

9. В целях обеспечения высокой экономичности должны быть внедрены в 1937 г. в эксплуатацию газоанализаторы (альфометры).

10. Опытные отделы заводов должны быть усилены в отношении их производственных возможностей в такой мере, чтобы они имели возможность справиться с задачей форсажа моторов, увеличением высотности моторов и улучшением экономичности самостоятельно при минимальном использовании основного серийного производства.

Начальник ЦИАМ Беляевский

Примечания:

¹* Приложения не публикуются (см. там же, л. 300‑301).

²* В документе здесь и далее ошибочно — ВМВ.

РГАЭ. Ф. 7515. Оп. 1. Д. 5. Л. 281-299. Подлинник.