Немецкие "предки" советских танковых дизелей

Ознакомившись с состоянием авиадизелестроения на заводе Юнкерса в Дессау, считаем необходимым доложить Вам свое особое мнение о постройке авиадизеля ЮМО-224. 

Фирма "Юнкерс" упорно работала над созданием авиационного дизеля 20 лет, причем работа протекала с переменным успехом, лучших результатов фирма добилась с двигателем ЮМО-205, который получил в 1934-37 г.г. довольно широкое применение в гражданском воздушном флоте Германии. Однако, этот двигатель был не высотный и имел небольшую мощность 600-800 л.с. в различных модификациях, вследствие чего он не получил широкого применения в военной авиации. 

Ряд иностранных фирм во Франции, Англии и Японии купили у Юнкерса лицензию на постройку авиадизелей, но построенные ими двигатели не были выпущены в эксплуатацию из-за их сложности, ненадежности в эксплуатации и высокой стоимости производства. 

Дальнейшие работы Юнкерса с 1937 по 1942 год проводились по высотному дизелю ЮМО-207. За указанное время построено около 250 штук авиадизелей ЮМО-207 в различных модификациях с взлетной мощностью 900-1000 л.с. и высотностью 6-10 км. 

В мировой войне 1941-45 г.г. авиадизель ЮМО-207 был использован только в количестве нескольких десятков экземпляров, что говорит о практической непригодности данного типа двигателя для широкого применения в военной авиации. Причиной этому опять таки являются: низкая мощность, отставание по основным показателям от современных бензиновых авиадвигателей, сложность конструкции и высокая стоимость, что объясняется принципиальными особенностями схемы двигателя Юнкерса. 

Таким образом, фирма не могла создать серийный мощный и высотный авиадизель, пригодный для военной и гражданской авиации. 

Опытные работы фирма "Юнкерс" проводила в направлении форсирования ЮМО-207 до 1200-1400 л.с. и выше и создания мощного 24-х цилиндрового авиадизеля ромбовидной формы на базе форсированного ЮМО-207. 

Фирма "Юнкерс" создала современный рабочий процесс двухтактного бесклапанного авиадизеля, над которым она работает 30 лет и нет принципиальных возражений против форсирования его в дальнейшем, что подтверждается испытаниями одноцилиндровых и 6-ти цилиндровых блочных двигателей в течение непродолжительного времени. 

Рабочий процесс любого авиадизеля не имеет в настоящее время пределов для форсирования по наддуву и оборотам, что подтверждается также кратковременными испытаниями отечественного авиадизеля АЧ-30 на режимах 2700-3000 л.с., хотя серийные моторы АЧ-30 на мощности 1500 л.с. работают ненадежно. 

Испытания отдельных образцов авиадизелей ЮМО-207 не определяют работоспособности такого сложного двигателя, каким является ЮМО-224, разработанный на базе ЮМО-207 и предлагаемый для постройки на средства СССР. 

Опыт фирмы "Юнкерс" по 24-х цилиндровому авиадизелю ЮМО-223, который считается прототипом для ЮМО-224, не дал положительных и законченных результатов, хотя фирма работала над ним несколько лет. Следует заметить, что двигатель ЮМО-223 имеет значительно меньшую размерность цилиндра: Д=80 мм, вместо Д = 110 мм на ЮМО-224, что облегчало условия его доводки в сравнении с двигателем ЮМО-224. Доказательством может служить неудача фирмы с моторами ЮМО-206 и ЮМО-208, имеющие цилиндр с Д = 130 мм; эти моторы фирма не доработала. 

Предлагаемый авиадизель ЮМО-224 (24-х цилиндровый, с 48-ю поршнями, ромбовидной формы, мощностью = 4800 л.с.) имеет диаметр миделя Д = 190 мм, что дает удельный лоб много больше, чем современные авиадвигатели. Литровая мощность ЮМО-224 равна 65 л.с./л - остается от литровой мощности современных 4-х тактных бензиновых авиадвигателей, к моменту постройки ЮМО-224 и сдаче его в эксплуатацию, для чего потребуется 4-5 лет, он еще более отстанет по своим основным показателям от поршневых авиадвигателей. 

Авиадвигатель ЮМО-224 представляет собой по существу сложение четырех двигателей, что вызывает 4-х кратное увеличение числа цилиндров, поршней, подшипников, насосов, форсунок и т.д. Это значительно снизит надежность двигателя и увеличит брак производства. 

Если одноблочный авиадизель ЮМО-207 не мог получить широкого серийного производства, то 4-х блочный двигатель ЮМО-224, во много раз более сложный, дорогой и поработанный с конструктивной и производственной сторон, заранее обречен на неудачу, если постройку его рассматривать как создание мощного авиадизеля, годного для серийного производства. 

Схема 4-блочного авиадизеля Юнкерса ромбовидной формы опубликована 10 лет назад и за это время она подверглась широкому обсуждению в техническом мире. Большинство специалистов по авиадвигателям как, например, Рикардо в Англии, Швейтцер в США и др., высказались против реализации проекта мощного авиадизеля по этой схеме. В самой Германии, очевидно, так же потеряли надежду получить от фирмы "Юнкерс" мощный и надежный авиадизель и ряд фирм, например "MAN", занялись разработкой и постройкой мощных авиадизелей по другим схемам, дающим более простую и надежную конструкцию авиадизелей, нежели по схеме Юнкерса. 

Такой схемой является 2-х тактный двигатель с клапанно-щелевой продувкой; эту схему применили указанные немецкие фирмы, ее хорошо разработали на мощных двигателях ВИС (США) для торпедных катеров и по этой схеме разрабатываются проекты различных мощных авиадизелей в США. Схема двигателя с клапанно-щелевой продувкой не имеет выхлопного поршня, что увеличивает надежность двигателя и позволяет применить большую размерность цилиндра до Д = 150-160 мм и выше. Такой двигатель в 24 цилиндра по схеме Н или Х может дать мощность в 5000 л.с., при чем будут значительно меньших габаритов, легче по весу, проще в производстве и эксплуатации, дешевле и может быть доведен до серийного производства скорее, чем авиадизель ЮМО-224. 

Наряду с принципиальными крупными дефектами, двигатель ЮМО-224 имеет массу конструктивных производственных и эксплуатационных дефектов, устранение которых потребует ряда серьезных изменений в конструкции и даже в рабочем процессе. Ниже приводится краткий перечень недостатков двигателя ЮМО-224, усложняющих его доводку и затрудняющих производство. К таковым относятся следующие: 

I. Картер мотора, спаренный из 4-х картеров мотора ЮМО-207 в одну отливку, представляет большую сложность в литье. Форма для отливки будет иметь несколько сот стержней. Вес обработанного картера составляет 1000 кг, вес отлитой половины картера с выпорами может достигнуть 1.5 т, что потребует коренной перестройки литейных печей и технологии заливки. Требуется большая геометрическая точность литья, особенно в местах уплотнения гильз, продувочных и выхлопных окон, что при наличии 24-х отверстий под гильзы вызовет большой брак. Нормально для 12-ти цилиндровой машины брак по верхнему картеру, по вине литья, достигает 20 %. Следует ожидать брак по отливки половин картера ЮМО-224 до 50-60 %. 

II. Внутренняя полость картера-ромба использована для воздуха, распределяемого по цилиндрам двигателя, тем самым внутренние стенки ромба вместо обдува и охлаждения подогреваются воздухом, выходящим из П.Ц.Н., создавая разность термических напряжений. 

Давление наддува при пересчете сил, действующих на стенку стороны квадрата достигает 16 тонн, что может вызвать деформацию картера с изменением формы гильз и их уплотнения. 

III. Постановкой на мотор редуктора и нагнетателя окончательно закрывается доступ к внутренним стенкам цилиндров, полностью исключается возможность обслуживания и замены 48-ми форсунок, расположенных внутри квадрата. Эти форсунки также не обдуваются, а подогреваются и находятся в худших условиях, по отношению к наружным. Длительность работы 48-ми форсунок в таких условиях не проверена, а выход из строя хотя бы одной форсунки вызовет разборку половины мотора. Поэтому не случайно на моторе ЮМО-223 фирма расположила форсунки только на наружных стенках ромба. 

IV. Вынос насосов на наружную стенку у ЮМО-224 для внутренних форсунок вызвал дополнительные сочленения топливных трубок и уплотнение. Последнее конструктивно выполнено так, что исключает возможность подтяжки штуцеров и гаек в случае обнаружения дефекта. 

Длина питающих трубок от насоса к внутренним форсункам увеличилась в 2 раза, что ухудшает условия работы форсунки открытого типа. Данное обстоятельство не отработано в лаборатории. 

Все 96 форсунок при ввертывании их в цилиндры, одновременно своим корпусом при помощи резиновых колец, уплотняют водяное зарубашечное пространство. Это требует очень тщательного монтажа и высококачественной жаростойкой резины, особенно для форсунок, расположенных внутри ромба мотора. Резиновые уплотнительные кольца поставляет отдельная фирма. Технология, а также рецептура на резину на з-де Юнкерса отсутствуют. 

V. Каждая из 24-х гильз цилиндра имеет 7 уплотнительных резиновых колец (всего на мотор 168) и центрируется по 7-ми поясам. Уплотнение предусмотрено за счет диаметрального натяга резинового кольца. Подобная конструкция уплотнения имела место на моторе АМ-34, где вода уплотнялась двумя резиновыми кольцами. Даже наличие двух резиновых колец не позволило з-ду N 24 устранить дефект течи воды, и завод был вынужден изменить конструкцию уплотнения путем создания осевого давления на резину специальной гайкой с пружинным кольцом. В данном случае резина уплотняет не только воду, но и воздух, и выхлопные газы. С каждой стороны выхлопного окна, поставлено только по одному резиновому кольцу. Резина работает в очень тяжелых температурных условиях, надежность данного уплотнения очень мала. При сборке гильзы необходимо очень точно подобрать резиновые кольца и посадить гильзу вслепую, с 7-ю кольцами на семь посадочных поясов, куда резиновые кольца, к тому же, входят одновременно. Таким образом, рабочий подбирая 168 уплотнительных колец и ставя 24 гильзы, должен проделать все эти операции с большой тщательностью, не допуская ошибки, что мало вероятно. 

VI. Конструктивная схема мотора не позволяет производить укладку коленчатых валов в картер с подвешенными шалунами. Это обстоятельство вынуждает производить подвеску шатунов на колен. вал непосредственно в картере, после того, как в цилиндры опущены 12 поршней с шатунами. Затяжка шатунных болтов и шплинтовка гаек производится над открытым картером. Рабочий должен поставить 144 гайки и 144 шплинта. Это обстоятельство создает большую опасность попадания посторонних предметов внутрь мотора и затрудняет затяжку гаек и контроль вытяжки шатунных болтов. 

VII. Компановка топливных насосов на наружной стенке картера в 12-ть плунжеров, вдвое увеличивает пиковые нагрузки на распределительный вал, который по жесткости остался прежним. Это может вызвать закрутку распределительного вала, что приведет к нарушению угла впрыска топлива. 

VIII. При испытании мотора с агрегатами Т.К. полностью отсутствует возможность контроля работы отдельных цилиндров. Выход из строя одного поршня не отразится на замере мощности, т.к. процент ошибки замера больше мощности, даваемой одной гильзой. 

Это будет приводить к массовому выходу поршней и общей порче двигателя. Отказ в работе нескольких форсунок не может быть замечен, т.к. одна форсунка составляет всего 1 % от их общего числа (96). 

IX. Средний съем моторов с контрольного испытания по 12-ти цилиндровым машинам в СССР составляет 10 %. Можно ожидать, что простое сложение четырех машин повысит съем до 40 % и даже больше, за счет очень большого количества деталей, а значит и накопления ошибок. 

Отмечаем большое количество ответственных деталей: 

1. Крупное литье - 14 штук; 
2. Коленчатые валы - 4 штук; 
3. Редукторные шестерни - 9 штук; 
4. Шатуны - 48 штук; 
5. Поршней - 48 штук; 
6. Топливных насосов по 12 плунжеронов - 4 штук; 
7. Форсунок - 19 штук; 
8. Турбокомпрессоров - 4 штук; 
9. Масленых насосов - 8 штук; 
10. Уплотнительных резиновых колец - 264 штук; 
11. Шестерен приводов топливных насосов и ПЦН - 29 штук. Перечисленные основные недостатки по проекту мотора ЮМО-224 позволяют сделать следующие выводы: 

1. Авидизель ЮМО-224, построенный в виде ромба по схеме Юнкерса, обладает принципиальными крупными дефектами, как-то: большой удельный лоб, исключительная сложность конструкции, требующая многолетней работы по доводке. 

За несколько лет постройка и доводки ЮМО-224, его данные будут резко отставать от все развивающихся бензиновых двигателей. 

2. Конструктивные недостатки проекта ЮМО-224 вытекают из принятой принципиальной силовой схемы. Такие узкие места, как посадка и уплотнительные гильзы, работа одного поршня только на выхлоп, отсутствие доступа к 48 форсункам, сложность картера и т.д. не могут быть устранены без коренной ломки выбранной принципиальной схемы. 

3. Производственно и технологически двигатель исключительно сложен. Увеличение числа цилиндров в 4 раза приводит к производственному браку на производстве, создает многодетальную машину, делая ее малонадежной в эксплуатации. 

4. Согласно выводов пп. 1, 2, 3 авиадизель ЮМО-224 не может быть внедрен в серийное производство в условиях СССР. 

5. Для решения вопроса о постройке авиадизелей ЮМО-224 считаем необходимым привлечь к работе высокоавторитетных специалистов, как-то гл. конструктора завода N 500 А.Д. Чаромского, гл. конструктора з-да N 45 В.М. Яковлева и нач. дизельного отдела ЦИАМ А.И.Толстого. 

Нач. Опыт. Конструкт. Отдела /Маликов И.Н./ з-да N 45 (подпись) 

Нач. Конструк. Бюро Дизельного /Яковлев И.В./ отдела ЦИАМ (подпись) 

Ведущий конструктор /Гришин Б.М./ ОКБ з-да N 45 (подпись)