Двигатель цилиндры по кругу (4 видео)

Аксиальный ДВС Duke Engine

Мы привыкли к классическому дизайну двигателей внутреннего сгорания, который, по сути, существует уже целый век. Быстрое сгорание горючей смеси внутри цилиндра приводит к увеличению давления, которое толкает поршень. Тот, в свою очередь, через шатун и кривошип крутит вал.

Классический ДВС

Если мы хотим сделать двигатель помощнее, в первую очередь нужно увеличивать объём камеры сгорания. Увеличивая диаметр, мы увеличиваем вес поршней, что отрицательно сказывается на результате. Увеличивая длину, мы удлиняем и шатун, и увеличиваем весь двигатель в целом. Или же можно добавить цилиндров — что, естественно, также увеличивает результирующий объём двигателя.

С такими проблемами столкнулись инженеры ДВС для первых самолётов. Они, в конце концов, пришли к красивой схеме «звездообразного» двигателя, где поршни и цилиндры расположены по кругу относительно вала через равные углы. Такая система хорошо охлаждается потоком воздуха, но очень уж она габаритная. Поэтому поиски решений продолжались.

В 1911 году Macomber Rotary Engine Company из Лос-Анджелеса представила первый из аксиальных (осевых) ДВС. Их ещё называют «бочковыми», двигателями с качающейся (или косой) шайбой. Оригинальная схема позволяет разместить поршни и цилиндры вокруг основного вала и параллельно ему. Вращение вала происходит за счёт качающейся шайбы, на которую поочерёдно давят шатуны поршней.

У двигателя Макомбера было 7 цилиндров. Изготовитель утверждал, что двигатель был способен работать на скоростях от 150 до 1500 об/мин. При этом на 1000 об/мин он выдавал 50 л.с. Будучи изготовлен из доступных в то время материалов, он весил 100 кг и имел размеры 710×480 мм. Такой двигатель был установлен в самолёт авиатора-первопроходца Чарльза Фрэнсиса Уолша «Серебряный дротик Уолша».

Не остались в стороне и советские инженеры. В 1916-м году появился двигатель конструкции А. А. Микулина и Б. С. Стечкина, а в 1924 г — двигатель Старостина. Об этих двигателях знают, пожалуй, только любители истории авиации. Известно, что детальные испытания, проведенные в 1924 г, выявили повышенные потери на трение и большие нагрузки на отдельные элементы таких двигателей.

Двигатель Старостина из музея авиации в Монино

Гениальный и слегка безумный инженер, изобретатель, конструктор и бизнесмен Джон Захария Делореан мечтал построить новую автомобильную империю в пику существующим, и сделать совершенно уникальный «автомобиль мечты». Все мы знаем машину DMC-12, которую называют просто DeLorean. Она не только стала звездой экрана в фильме «Назад в будущее», но и отличалась уникальными решениями во всём — начиная от алюминиевого кузова на плексигласовом каркасе и заканчивая дверями «крылья чайки». К сожалению, на фоне экономического кризиса производство машины не оправдало себя. А затем Делореан долго судился по подложному делу о наркотиках.

Но мало кто знает, что Делореан хотел дополнить уникальный внешний вид машины ещё и уникальным мотором — среди найденных после его смерти чертежей были и чертежи аксиального ДВС. Судя по его письмам, он задумал такой двигатель ещё в 1954 году, а всерьёз принялся за разработку в 1979-м. В двигателе Делореана было три поршня, и они располагались равносторонним треугольником вокруг вала. Но каждый поршень был двусторонним — каждый из концов поршня должен был работать в своём цилиндре.

Чертёж из тетради Делореана

По каким-то причинам рождение двигателя не состоялось — возможно, потому, что разработка автомобиля с нуля вышло достаточно сложным предприятием. На DMC-12 устанавливали 2,8-литровый двигатель V6 совместной разработки Peugeot, Renault и Volvo мощностью 130 л. с. Пытливый читатель может изучить сканы чертежей и заметок Делореана на этой странице.

Экзотический вариант аксиального двигателя — «двигатель Требента»

Тем не менее, такие двигатели не получили широкого распространения — в большой авиации постепенно состоялся переход на турбореактивные двигатели, а в автомобилях по сию пору используется схема, в которой вал перпендикулярен цилиндрам. Интересно только, почему такая схема не прижилась в мотоциклах, где компактность пришлась бы как раз кстати. По-видимому, они не смогли предложить какой-либо существенной выгоды по сравнению с привычным нам дизайном. Сейчас такие двигатели существуют, но устанавливаются в основном в торпедах — благодаря тому, как хорошо они вписываются в цилиндр.

Вариант под названием «Цилиндрический энергетический модуль» с двусторонними поршнями. Перпендикулярные штоки в поршнях описывают синусоиду, двигаясь по волнистой поверхности

Главная отличительная черта аксиального ДВС — компактность. Кроме того, в его возможности входит изменение степени сжатия (объёма камеры сгорания) просто путём изменения угла наклона шайбы. Шайба качается на валу благодаря сферическому подшипнику.

Однако новозеландская компания Duke Engines в 2013 году представила свой современный вариант аксиального ДВС. В их агрегате пять цилиндров, но всего лишь три форсунки для впрыска топлива и — ни одного клапана. Также интересной особенностью двигателя является тот факт, что вал и шайба вращаются в противоположных направлениях.

Внутри двигателя вращаются не только шайба и вал, но и набор цилиндров с поршнями. Благодаря этому удалось избавиться от системы клапанов — движущийся цилиндр в момент зажигания просто проходит мимо отверстия, куда впрыскивается топливо и где стоит свеча зажигания. На стадии выпуска цилиндр проходит мимо выпускного отверстия для газов.

Благодаря такой системе количество необходимых свечей и форсунок получается меньшим, чем количество цилиндров. А на один оборот приходится в сумме столько же рабочих ходов поршня, как у 6-цилиндрового двигателя обычного дизайна. При этом вес аксиального двигателя на 30% меньше.

Кроме того, инженеры из Duke Engines утверждают, что и степень сжатия их двигателя превосходит обычные аналоги и составляет 15:1 для 91-го бензина (у стандартных автомобильных ДВС этот показатель равен обычно 11:1). Все эти показатели могут привести к уменьшению расхода топлива, и, как следствие — к уменьшению вредного воздействия на окружающую среду (ну или к увеличению мощности двигателя — в зависимости от ваших целей).

Сейчас компания доводит двигатели до коммерческого применения. В наш век отработанных технологий, диверсификации, экономии на масштабе и т.п. сложно представить, как можно серьёзно повлиять на индустрию. В Duke Engines, по-видимому, это тоже представляют, поэтому намереваются предлагать свои двигатели для моторных лодок, генераторов и малой авиации.

Видео:Обкатка авиамодельного двигателя с радиальным расположением цилиндров. Radial aircraft engine 125СССкачать

Ротативный двигатель.

Ротативный двигатель.

В мировой авиации, перед началом Первой Мировой войны, активно использовались ротативные двигатели, ещё более активно эти моторы начали использоваться после её начала. Авиация Российской Империи также активно использовала этот тип двигателей, в основном закупленных за границей, но также производила свои, взяв за основу зарубежные образцы.

Ротативный двигатель, эра расцвета которого пришлась на тот период времени, когда авиация еще не вышла из состояния «летающих этажерок», но когда эти самые этажерки уже чувствовали себя в воздухе достаточно уверенно.
Основные принципы самолето- и двигателестроения быстро принимали устойчивые очертания. Появлялось все больше моделей двигателей для аэропланов, а вместе с ними как новые победы, так и новые проблемы в двигателестроении. Конструкторы и инженеры стремились (как это, вобщем-то, происходит и сейчас) максимально облегчить двигатели и при этом сохранить или даже увеличить их тяговую эффективность. На этой волне и появился ротативный двигатель для тогдашних аэропланов.

Что из себя представляет ротативный двигатель… На английском rotary engine (что, кстати, на мой взгляд странно, потому что этим же словом обозначается роторный двигатель (двигатель Ванкеля)). Это двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры с поршнями (их нечетное количество) расположены радиально в виде звезды, обычно четырехтактный.

Рабочее топливо — бензин, воспламенение происходит от свечей зажигания.

По внешнему виду он очень похож на появившийся практически одновременно с ним и хорошо нам сегодня известный радиальный (звездообразный) поршневой двигатель. Но это только в неработающем состоянии. При запуске ротативный двигатель на неосведомленного о нем человека производит сильное впечатление.

Происходит это потому, что уж очень необычно, на первый взгляд, выглядит его работа. Ведь вместе с винтом вращается и весь блок цилиндров, то есть, по сути дела весь двигатель. А вал, на котором происходит это вращение закреплен неподвижно. Т.е. цилиндры вместе с картером вращаются вокруг неподвижного коленвала, жестко закрепленного в фюзеляже. Однако в механическом плане ничего необычного тут нет. Просто дело привычки.

Топливо-воздушная смесь из-за вращения цилиндров не может быть подведена к ним обычным порядком, поэтому попадает туда из картера, куда подводится через полый неподвижный вал от карбюратора (или устройства его заменяющего).

Читайте также: Пыльник тормозного цилиндра уаз патриот

Впервые в истории патент на ротативный двигатель получил французский изобретатель Felix Millet в 1888 году. Тогда этот двигатель поставили на мотоцикл и показали его на всемирной парижской выставке в 1889 году.

Ротативный двигатель «Felix Millet» на мотоцикле.

Позже двигатели Felix Millet ставились на автомобили, один из которых принял участие в первой в мире автомобильной гонке Paris — Bordeaux — Paris в 1895 году, а с 1900 года эти двигатели ставили на автомобили французской фирмы «Darracq».

В дальнейшем инженеры-изобретатели стали обращать внимание на ротативный двигатель уже с точки зрения применения его в авиации.
Первым в этом плане был бывший ньюйоркский часовщик Stephen Balzer, создавший свой ротативный двигатель в 1890 году и ставший автором (совместно с инженером Charles M.Manly) первого в истории двигателя, разработанного конкретно для аэроплана, известного под названием «Manly-Balzer engine».

Двигатель «Manly-Balzer engine». 1903 г.

Двигатель «Manly-Balzer engine» в музее.

Практически одновременно с ним работал американский инженер Adams Farwell, строивший автомобили с ротативными двигателями с 1901 года.
По некоторым сведениям принципы конструкции его двигателей были взяты за основу производителями знаменитых впоследствии двигателей «Gnome».

Что же так привлекало инженеров в ротативном двигателе? Что в нем такого полезного для авиации?

Есть две основные особенности, которые и являются его главными положительными качествами. Первая — это самый малый (по тому времени) вес по сравнению с двигателями той же мощности. Дело в том, что частоты вращения тогдашних двигателей были невысокие и для получения необходимой мощности (в среднем тогда порядка 100 л.с. (75 кВт)) циклы воспламенения топливовоздушной смеси давали о себе знать весьма ощутимыми толчками.

Чтобы этого избежать двигатели снабжались массивными маховиками, что, естественно, влекло за собой утяжеление конструкции. Но для ротативного двигателя маховик был не нужен, потому что вращался сам двигатель, имеющий достаточную массу для стабилизации хода.

Работа ротативного двигателя. Схема.

Такие двигатели отличались плавностью и равномерностью хода. Зажигание производилось последовательно в каждом цилиндре через один по кругу.
Второй особенностью было хорошее охлаждение. Металлургическая промышленность в те времена была не настолько развита, как сейчас и качество сплавов (в плане термостойкости) было не слишком высоким. Поэтому требовалось хорошее охлаждение.

Скорости полета самолетов были не высокие, поэтому простое охлаждение набегающим потоком стационарного движка было недостаточным. А ротативный двигатель здесь находился в более выгодном положении, потому что сам вращался с достаточной для эффективного охлаждения скоростью и цилиндры хорошо обдувались воздухом. При этом они могли быть как гладкими, так и оребренными. Охлаждение было достаточно эффективным даже при работе двигателя на земле.

Расцвет ротативных двигателей пришелся на первую мировую войну. В то время авиация уже достаточно серьезно участвовала в боевых действиях и воздушные бои не были редкостью. Самолеты и двигатели для них производились всеми крупными участниками войны.

Из двигателестроительных одной из самых известных была французская фирма «Societe des Moteurs Gnome», в свое время занимавшаяся производством двигателей внутреннего сгорания для промышленного производства. В 1900 году она купила лицензию на производство маленького одноцилиндрового стационарного двигателя (мощность 4 л.с.) «Gnome» у немецой фирмы Motorenfabrik Oberursel. Это движок продавался во Франции под французским наименованием «Gnome» и при этом настолько успешно, что наименование это было использовано в названии фирмы — «Societe des Moteurs Gnome».

Видео:Принцип действия поршневого авиационного двигателяСкачать

В Российской Империи двигатель «Gnome» послужил прототипом для двигателей Теодора-Фердинанда (Григорьевича) Калепа. Т.Г.Калеп в начале 1911 года сначала решил приступить к производству на своем заводе двигателей «Gnome», но попытка договориться с фирмой «Societe des Moteurs Gnome» окончилась неудачей, т.к. эта французская фирма поставила условие отдавать ей 2/3 чистого дохода.

Тогда Калеп решил спроектировать на своем заводе новый двигатель. Проект двигателя Калеп разрабатывал совместно с молодым инженером Шухгальтером. Конструкторам удалось значительно усовершенствовать конструкцию двигателя «Gnome» и создать двигатель, более надежный чем «Gnome». Прежде всего был изменен способ крепления цилиндров на картере. У двигателя «Gnome» картер состоял из нескольких частей, соединенных болтами — это весьма увеличивало массу двигателя. Калеп сделал картер всего из двух частей, причем плоскость разъема не совпадала с плоскостью, в которой лежали геометрические оси цилиндров, а была отнесена несколько в сторону. Это существенно упрощало сборку двигателя, т.к. можно было крепить цилиндры, защемляя их между двумя частями картера, причем цилиндры вставлялись в отверстия большей части картера.
Калеп усовершенствовал двигатель «Gnome», увеличив его прочность и в тоже время снизив на 7 кг его массу и уменьшив на 85 шт. число деталей. При этом размеры двигателя Калепа не превышали размеров двигателя «Gnome». 22 ноября 1911 г. Т.Г.Калеп подал заявку за № 50497 на получение патента на авиационный двигатель «внутреннего горения с радиально укрепленными на кривошипной камере вращающимися цилиндрами», которая была удовлетворена и автор получил патент на этот двигатель за № 25057.

Двигатели «Калеп» устанавливались на самолёты «Хиони», «Стеглау» и др. Впоследствии Т.Калеп создал ещё более мощные двигатели мощностью 80 л.с. и 100 л.с., которые устанавливались на лицензионные «Ньюпоры» и другие отечественные истребители и разведчики.
Увы, хоть слава и досталась Ф.Г.Калепу, моторы для российского Воздушного флота делались во Франции — нелегко было небольшому заводу соревноваться в рекламе с солидной иностранной фирмой.

В 1913 году, будучи больным, Теодор Калеп поехал на испытания своего мотора, проводимые в Риге военным ведомством. Мотор сочли хорошим, а 47-летний Калеп через несколько дней умер. Можно сказать, сгорел на работе…

Двигатель «Калеп-60».

Двигатель «Калеп-80» в музее ВВС Монино.

В дальнейшем на базе «Gnome» был разработан ротативный двигатель «Gnome Omega», имевший немалое количество модификаций и устанавливавшийся на самые различные самолеты. Известны так же другие массово производившиеся двигатели этой фирмы. Например, «Gnome 7 Lambda» – семицилиндровый, мощностью 80 л.с. и его продолжение «Gnome 14 Lambda-Lambda» (160 л.с.), двухрядный ротативный двигатель с 14-ю цилиндрами.

Ротативный двигатель «Gnome 7 Omega».

Двигатель «Gnome 7 Omega» на самолете.

Широко известен двигатель «Gnome Monosoupape» (один клапан), начавший выпускаться в 1913 году и считавшийся одним из лучших двигателей в начальный период войны. Этот «лучший двигатель» имел всего один клапан, использовавшийся и для выхлопа и для забора воздуха. Для поступления топлива в цилиндр из картера, в юбке цилиндра был сделан ряд специальных отверстий. Двигатель был безкарбюраторный и из-за упрощенной системы управления был легче и потреблял, к тому же меньше масла.

Двигатель «Gnome Monosoupape» Type N.

Управления у него не было практически никакого. Был только топливный кран, подававший бензин через специальную форсунку (или распылитель) в полый неподвижный вал и далее в картер. Этим краном можно было пытаться обогащать или обеднять топливо-воздушную смесь в очень узком диапазоне, от чего было мало толку.

Подвод топлива в цилиндр двигателя «Gnome Monosoupape». Crank Case — картер, Ports — подводящие отверстия.

Пытались использовать с целью управления изменение фаз газораспределения, но быстро от этого отказались, потому что начали гореть клапана. В итоге движок постоянно работал на максимальных оборотах (как, впрочем и все ротативные двигатели) и управлялся только отключением зажигания (об этом чуть ниже).

Другой известной французской фирмой, производившей ротативный двигатели была фирма «Societe des Moteurs Le Rhone», начавшая свою работу с 1910 года. Одними из самых известных ее двигателей были «Le Rhone 9C» (мощность 80 л.с.) и «Le Rhone 9J» (110 л.с.). Характерной их особенностью было наличие специальных трубопроводов от картера к цилиндрам для подвода топливо-воздушной смеси (немного похоже на входные коллектора современных ДВС).

Двигатель «Le Rhone 9C».

«Le Rhone» и «Gnome» первоначально соперничали, но потом объединились и с 1915 года уже работали совместно под названием «Societe des Moteurs Gnome et Rhone». Двигатель 9J был, в общем-то, уже их совместным продуктом.

Ротативный двигатель «Le Rhone 9J».

Открытый картер двигателя «Le Rhone 9J».

Интересно, что вышеупомянутая германская фирма «Motorenfabrik Oberursel» в 1913 году закупила лицензии на производство теперь уже французских ротативных двигателей «Gnome» (хотя и была родоначальницей этого брэнда, можно сказать) и чуть позже двигателей «Le Rhone». Их она выпускала под своими наименованиями: «Gnome», как «U-серия» и «Le Rhone», как «UR-серия» ( от немецкого слова Umlaufmotor, обозначающего ротативный двигатель).

Видео:работа звездообразного двигателяСкачать

Читайте также: Для чего заглушки в блоке цилиндров камаз

Например, двигатель «Oberursel U.0» был аналогом французского «Gnome 7 Lambda» и устанавливался первоначально на самолет Fokker E.I., а двигатель «Oberursel U.III» — это копия двухрядного «Gnome 14 Lambda-Lambda».

Германский двухрядный «Oberursel U.III», копия «Gnome 14 Lambda-Lambda».

Вообще фирма «Motorenfabrik Oberursel» всю войну в довольно большом количестве производила двигатели-клоны французских моделей, которые потом ставились на самолеты, являвшиеся противниками французов и их союзников в воздушных боях. Вот такие фокусы жизни…

Истребитель Fokker E.I с двигателем «Oberursel U.0».

Среди других известных двигателестроительных фирм значится также французская фирма «Societe Clerget-Blin et Cie» (интересное для русского уха слово Blin в названии означает фамилию одного из учредителей, промышленника Эжена Блина) со своим известным движком «Clerget 9B».

Двигатель «Clerget 9B».

Двигатель «Clerget 9B» на истребителе Sopwith 1½ «Strutter».

Истребитель Sopwith 1½ «Strutter» с двигателем «Clerget 9B».

Многие двигатели производились в Великобритании по лицензиям. На этих же заводах выпускали английские двигатели разработки «Walter Owen Bentley» (того самого Бентли) «Bentley BR.1» (заменившие «Clerget 9B» на истребителях Sopwith «Camel») и «Bentley BR.2» для истребителей Sopwith 7F.1 «Snipe».

На двигателях «Bentley» в конструкции поршней впервые были применены алюминиевые сплавы. До этого на всех движках цилиндры были чугунные.

Ротативный двигатель «Bentley BR.1».

Ротативный двигатель «Bentley BR.2».

Истребитель Sopwith 7F.1″Snipe» с двигателем «Bentley BR.2».

Теперь вспомним о других особенностях ротативного двигателя, которые, так сказать, плюсов ему не прибавляют (чаще всего как раз наоборот).

Немного об управлении. Современный (стационарный, конечно) поршневой двигатель, неважно рядный он или звездообразный, управляется относительно легко. Карбюратор (либо инжектор) формирует нужный состав топливо-воздушной смеси и с помощью дроссельной заслонки пилот может регулироват подачу ее в цилиндры и, тем самым, менять обороты двигателя. Для этого по сути дела существует ручка (или педаль, как хотите) газа.

У ротативного двигателя все не так просто. Несмотря на разницу конструкций, большинство ротативных двигателей имели на цилиндрах управляемые впускные клапана, через которые и поступала топливо-воздушная смесь. Но вращение цилиндров не позволяло применять обычный карбюратор, который бы поддерживал оптимальное соотношение воздух-топливо за дроссельной заслонкой. Состав смеси, поступающей в цилиндры нужно было корректировать для достижения оптимального соотношения и устойчивой работы двигателя.

Для этого обычно существовал дополнительный воздушный клапан («bloctube») . Пилот устанавливал рычаг газа в нужное положение (чаще всего полностью открывая дроссель) и потом рычагом регулировки подачи воздуха добивался устойчивой работы двигателя на максимальных оборотах, производя так называемую тонкую регулировку. На таких оборотах обычно и проходил полет.

Из-за большой инерционности двигателя (масса цилиндров все же немаленькая), такая регулировка часто делалась «методом тыка», то есть определить нужную величину регулировки можно было только на практике, и эта практика была необходима для уверенного управления. Все зависело от конструкции двигателя и опыта пилота.

Весь полет проходил на максимальной частоте вращения движка и если ее по какой-либо причине надо было снизить, например для посадки, то действия по управлению должны были быть обратного направления. То есть пилоту нужно было прикрыть дроссель и потом опять регулировать подачу воздуха в двигатель.

Но такое «управление» было, как вы понимаете, достаточно громоздким и требующим времени, которое в полете не всегда есть, особенно на посадке. Поэтому гораздо чаще применялся метод отключения зажигания. Чаще всего это делалось через специальное устройство, позволяющее отключать зажигание полностью или в отдельных цилиндрах. То есть цилиндры без зажигания переставали работать и двигатель в целом терял мощность, что и нужно было пилоту.

Видео:как должны болтаться поршня в цилиндрахСкачать

Этот метод управления широко применялся на практике, но тянул за собой и кучу проблем. Топливо, вместе, кстати, с маслом, несмотря на отключение зажигания, продолжало поступать в двигатель и, не сгорев, благополучно его покидало и затем скапливалось под капотом. Так как движок очень горячий, то опасность серьезного пожара налицо. Тогдашние «легкие этажерки» горели очень легко и быстро.

Пример защитных капотов на (защита от масла двигатель «Gnome 7 Lambda») Sopwith «Tabloid».

Поэтому капоты для двигателей имели внизу вырез примерно на одну треть периметра или на худой конец серьезные дренажные отводы, чтобы вся эта гадость могла быть удалена набегающим потоком. Чаще всего, конечно, она размазывалась по фюзеляжу.

Кроме того свечи в неработающих цилиндрах могли оказаться залитыми и замасленными и повторный запуск поэтому был не гарантирован.

К 1918 году французская двигателестроительная фирма «Societe Clerget-Blin et Cie» (ротативные двигатели «Clerget 9B»), исходя из очевидной опасности использования способа снижения мощности путем отключения зажигания, в руководстве по эксплуатации своих двигателей рекомендовала следующий метод управления.

При необходимости снижения мощности двигателя пилот перекрывает подачу топлива закрытием дросселя (ручкой газа). При этом зажигание не отключается и свечи продолжают «искрить» (предохраняя себя от замасливания). Винт вращается в результате эффекта авторотации и при необходимости запуска топливный клапан просто открывается в то же положение, что и до закрытия. Двигатель запускается…

Однако, по отзывам пилотов, которые в наши дни летают на восстановленных или точных копиях самолетов того времени, все-таки самый удобный режим снижения мощности — это отключение зажигания, несмотря на всю «грязь», которую при этом извергают ротативные двигатели.

Самолеты с такими движками вообще особой чистотой не отличались. Про топливо в отключенных цилиндрах я уже сказал, но ведь было еще и масло. Дело в том, что из-за вращающегося блока цилиндров, возможность откачки топлива из картера была весьма проблематична, поэтому организовать полноценную систему смазки было нельзя.

Схема топливо- и маслопитания ротативного двигателя «Gnome 7 Omega».

Но без смазки никакой механизм работать не будет, поэтому она, конечно, существовала, но в о-о-очень упрощенном виде. Масло подавалось прямо в цилиндры, в топливо-воздушную смесь. На большинстве двигателей для этого существовал небольшой насос, подававший масло через полый (неподвижный, как уже известно) вал по специальным каналам.

В качестве смазывающего масла использовалось касторовое, самое лучшее по тем временам масло (природное растительное) для этих целей. Оно, кроме того не смешивалось с топливом, что улучшало условия смазки. Да и сгорало в цилиндрах оно только частично.

Пример замасливания (темные пятна) двигателя «Gnome 7 Omega» полусгоревшим касторовым маслом.

А удалялось оно оттуда после выполнения своих функций вместе с отработанным газами через выпускной клапан. И расход его при этом был очень даже немаленький. Средний движок, мощностью около 100 л.с. (75 кВт, 5-7 цилиндров) за час работы расходовал более двух галлонов (английских) масла. То есть около 10 литров вылетало «на ветер».

Ну что тут скажешь… Бедные механики. Масло, сгоревшее и несовсем, топливная смесь, оставшаяся после дросселирования движка, сажа… все это оседало на самолете и все это нужно было отмывать. Причем масло это отмывалось очень плохо. Из-за этого на старых снимках самолеты частенько «щеголяют» грязными пятнами на крыле и фюзеляже.

Но и летчики — люди мужественные. Ведь из движка выходила касторка. А это, как известно, очень хорошее слабительное (в аптеках раньше продавалась, не знаю, как сейчас). Конечно, двигатель был закрыт капотом и снизу, как я уже говорил, был вырез для удаления всей грязи. Но ведь кабина открытая и воздушный поток — штука не всегда управляемая. Если чистая касторка попадала на лицо и потом внутрь… Последствия предугадать… наверное было не сложно…

Следующая особенность ротативных двигателей, которую я бы тоже не назвал положительной была связана с управляемостью аэропланов, на которых стояли такие движки. Немалая масса вращающегося блока представляла собой по сути дела большой гироскоп, поэтому гироскопический эффект был неизбежен.

Пока самолет летел прямолинейно, его влияние не было сильно заметно, но стоило начать совершать какие-либо полетные эволюции, как сразу проявлялась гироскопическая прецессия. Из-за этого и вкупе с большим крутящим моментом массивного блока цилиндров при выбранном правом вращении винта самолет очень неохотно поворачивал влево и при этом задирал нос, но зато быстро делал правые развороты с большой тенденцией к опусканию носа. Такой эффект с одной стороны очень мешал (особенно молодым и неопытным пилотам), а с другой был полезен при проведении воздушных боев, в так называемых «собачьих свалках» (dogfights). Это, конечно, для опытных летчиков, которые могли с толком использовать эту особенность.

Читайте также: Боковая поверхность цилиндра развертывается в квадрат с диагональю равной см

Очень характерен в этом плане был известный самолет Sopwith F.1 «Camel» Королевских ВВС, считавшийся лучшим истребителем Первой Мировой. На нем стоял ротативный двигатель «Clerget 9B» (как примечание добавлю, что в последствии также ставился и английский «Bentley BR.1» (150 л.с.)). Мощный (130 л.с.), но достаточно капризный двигатель, чувствительный к составу топлива и к маслу. Мог запросто отказать на взлете. Но именно благодаря ему и особенностям компоновки фюзеляжа (рассредоточению полезного оборудования) «Camel» был очень маневренен.

Истребитель Sopwith F.1 «Camel» с двигателем «Clerget 9B».

Маневренность эта, правда, доходила до крайности. В управлении истребитель был необычайно строг и вообще имел кое-какие неприятные особенности. Например, большое желание войти в штопор на малой скорости. Он абсолютно не подходил для обучения молодых пилотов. По некоторой статистике за время войны в боевых действиях на этом аэроплане погибло 415 пилотов, а в летных происшествиях — 385. Цифры красноречивые…

Однако опытные пилоты, хорошо его освоившие, могли извлечь большую пользу из его особенностей и делали это. Интересно, что из-за нежелания истребителя «Camel» быстро разворачиваться влево, многие пилоты предпочитали делать это, так сказать, «через правое плечо». Поворот вправо на 270° получался значительно быстрее, чем влево на 90°.

Основным и достойным противником для Sopwith F.1 «Camel» был немецкий триплан Fokker Dr.I с двигателем «Oberursel UR.II» (полный аналог французского «Le Rhone 9J»). На таком воевал Барон Манфред Альбрехт фон Рихтгофен (Manfred Albrecht Freiherr von Richthofen), знаменитый «Красный барон».

Триплан Fokker Dr.I.

Видео:Все конфигурации двигателя | B2B На РусскомСкачать

Германский двигатель «Oberursel-UR-2» (копия «Le Rhone 9J»).

За время войны ротативные двигатели достигли своего полного расцвета. При имеющихся запросах армии, несмотря на свои недостатки они очень хорошо подходили для решения, так сказать, триединой задачи «мощность — вес — надежность». Особенно, что касается легких истребителей. Ведь именно на них в подавляющем большинстве такие движки стояли.

Более крупные и тяжелые самолеты продолжали летать, используя традиционные рядные движки.

Однако авиация развивалась бурными темпами. Требовалась все большая мощность двигателей. Для стационарных рядных это достигалось путем увеличения максимального количества оборотов. Возможности совершенствования в этом направлении были. Улучшались системы зажигания и газораспределения, принципы образования топливовоздушной смеси. Применялись все более совершенные материалы.

Это позволило к концу Первой Мировой войны поднять максимальную величину оборотов стационарного двигателя с 1200 до 2000 об/мин.

Однако, для ротационного двигателя этот было невозможно. Организовать правильное смесеобразование было нельзя. Все приходилось делать «на глазок», поэтому расход топлива (как и масла) был, мягко говоря, немаленьким (в том числе, кстати, из-за постоянной работы на больших оборотах).

Какие-либо внешние регулировочные работы на двигателе, пока он находится в запущенном состоянии само собой были невозможны.

Повысить частоту вращения тоже не получалось, потому что сопротивление воздуха быстро вращающемуся блоку цилиндров было достаточно большим. Более того, при увеличении скорости вращения, сопротивление росло еще быстрее. Ведь, как известно, скоростной напор пропорционален квадрату скорости. То есть если скорость просто растет, то сопротивление растет в квадрате (примерно).

При попытках на некоторых моделях двигателей начала войны поднять обороты с 1200 об/мин до 1400 об/мин сопротивление поднималось на 38%. То есть получалось, что возросшая мощность двигателя больше тратилась на преодоление сопротивления, чем на создание полезной тяги воздушного винта.

Немецкой фирмой Siemens AG была сделана попытка обойти эту проблему с другой стороны. Был выполнен 11-цилиндровый двигатель так называемой биротативной схемы (наименование Siemens-Halske Sh.III). В нем блок цилиндров вращался в одну сторону с частотой 900 об/мин., а вал (ранее неподвижный) в другую с той же частотой. Суммарная относительная частота составила 1800 об/мин. Это позволило достичь мощности в 170 л.с.

Биротативный двигатель «Siemens-Halske Sh.III».

Истребитель «Siemens-Schuckert D.IV».

Истребитель «Siemens-Schuckert D.IV» в берлинском авиамузее.

Этот двигатель имел меньшее сопротивление воздуху при вращении и меньший крутящий момент, мешающий управлению. Устанавливался на истребителе «Siemens-Schuckert D.IV» , который по мнению многих специалистов стал одним из лучших маневренных истребителей времен войны. Однако производиться начал поздно и сделан был в небольшом количестве экземпляров. Существующее положение Siemens-Halske Sh.III не поправил и не смог опять поднять ротативные двигатели на должную высоту.

Здесь следует упомянуть о работах русского инженера Анатолия Георгиевича Уфимцева. А.Г.Уфимцев работы по биротативным авиационным двигателям начал ещё в 1909 году. Им был спроектирован четырехцилиндровый биротативный двигатель с воспламенением смеси при высокой степени сжатия в цилиндрах, диаметр которых составлял 90 мм, ход поршня — 120 мм. На это изобретение А.Г.Уфимцев получил патент. Специального станка для замера мощности биротативного двигателя у конструктора не было. По его расчетам мощность двигателя массой 40 кг могла достигать 35-40 л.с. Для запуска двигателя предполагалось использовать сжатый воздух от баллона на борту самолета. В Главном инженерном управлении дали отрицательное заключение на этот проект, считая невозможным запуск двигателя сжатым воздухом (в дальнейшем практика развития авиации подтвердила целесообразность воздушного запуска).

Тем не менее А.Г.Уфимцев не оставил намерения осуществить свою идею. Четырехцилиндровый двигатель с самовоспламенением не удовлетворял автора и в новом проекте была применена электрическая система зажигания топливовоздушной смеси при меньшей степени сжатия.
Получив небольшой кредит от частных лиц, заложив дом и используя все наличные средства, изобретатель построил шестицилиндровый биротативный двигатель. При этом диаметр цилиндра равнялся 80 мм, ход поршня — 110 мм, частота вращения — 1000 об/мин. Масса двигателя — 50 кг, расчетная мощность — 40 л.с. Этот двигатель А.Г.Уфимцев установил на самолете собственной конструкции «Сфероплан-2», который был построен в 1910 году. Во время испытаний самолет не взлетел из-за передней центровки.

Аппарат А.Г.Уфимцева «Сфероплан-II». 1910 г.

В 1912 году А.Г.Уфимцев спроектировал новый шестицилиндровый двухтактный биротативный двигатель с улучшенной продувкой цилиндров. Были устранены недостатки предыдущих двигателей, существенно изменены параметры и конструкция основных узлов, расчетная мощность — в пределах 65-70 л.с. при массе 58 кг. Двигатель был построен на Брянском паровозостроительном заводе и получил наименование АДУ-4. Его испытание, доводка не были завершены, завод отказался от производства этого двигателя. В настоящее время двигатель АДУ-4 экспонируется в музее ВВС.

А.Г.Уфимцев у своего первого биротативного двигателя.

Двигатель АДУ-4 в музее ВВС Монино.

Недостатков у всех видов ротативных двигателей, как видите, хватало. Ко всему прочему могу еще добавить, что движки эти были достаточно дороги. Ведь из-за большой быстро вращающейся массы все детали двигателя должны были быть хорошо отбалансированы и четко подогнаны. Плюс сами материалы были недешевы. Это приводило к тому, что, например, двигатель Monosoupape по ценам 1916 года стоил порядка 4000$ (что в переводе на курс года 2000-го составляет примерно 65000$). Это при том, что в движке-то, вобщем-то, по нынешним понятиям, ничего особенного-то нет.

Ко всему прочему моторесурс всех таких двигателей был невысок (вплоть до 10-ти часов между ремонтами) и менять их приходилось часто, несмотря на высокую стоимость.

Видео:Зеркальные цилиндры. Мерседес подсмотрел технологию у дяди Сережи.Скачать

Все эти недостатки копились и в конце концов чаша оказалась переполнена. Ротативный двигатель широко использовался и совершенствовался (по мере возможности) вплоть до конца войны. Самолеты с такими движками некоторое время использовались во время гражданской войны в России и иностранной интервенции. Но в целом их популярность быстро пошла на спад.

Совершенствование науки и производства привели к тому, что на сцену уверенно вышел последователь ротативного двигателя — радиальный или звездообразный двигатель с воздушным охлаждением, который не сходит с нее и по сей день, работая, между прочим, в содружестве с рядным поршневым авиационным двигателем с жидкостным охлаждением.

Ротативный двигатель, оставив яркий след в истории авиации, занимает теперь почетное место в музеях и на исторических выставках.

В заключении ролик — запуск восстановленного двигателя «Gnome» 1918 года выпуска:

Источник:
Сайт «Авиация понятная всем». Юрий Тарасенко. Ротативный двигатель. Чумазый вояка…
Андрей Бондаренко. Моторы пламенных сердец.
П.Д.Дузь. История воздухоплавания и авиации в России (период до 1914 г.).
Д.Я.Зильманович. Теодор Калеп. 1866-1913.