ВСТРЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Особенность двухтактного дизеля профессора Питера Хофбауэра, посвятившего 20 лет своей жизни работе в концерне «Фольксваген», — два поршня в одном цилиндре, движущиеся навстречу друг другу. И название это подтверждает: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) — встречные поршни, встречные цилиндры.

Похожую схему еще в середине прошлого века использовали в авиации и танкостроении, например, на немецких «Юнкерсах» или советском танке T-64. Дело в том, что в традиционном двухтактном двигателе оба окна для газообмена перекрывает один поршень, а в двигателях с встречными поршнями в зоне хода одного поршня располагается впускное окно, в зоне хода второго — выпускное. Такая конструкция позволяет раньше открывать выпускное окно и благодаря этому лучше очищать камеру сгорания от отработавших газов. И заранее закрывать, чтобы сберечь некоторое количество рабочей смеси, которое у двухтактного двигателя обычно выбрасывается в выхлопную трубу.

В чем же изюминка конструкции профессора? В центральном (между цилиндрами) расположении коленвала, обслуживающего сразу все поршни. Это решение привело к довольно замысловатой конструкции шатунов. Их по паре на каждой шейке коленвала, причем на внешние поршни приходится по паре шатунов, расположенных по обе стороны цилиндра. Это схема позволила обойтись одним коленвалом (у прежних моторов их было два, размещенных по краям двигателя) и сделать компактный, легкий агрегат. В четырехтактных двигателях циркуляцию воздуха в цилиндре обеспечивает сам поршень, в моторе OPOC — турбонаддув. Для лучшей эффективности быстро разогнать турбину помогает электромотор, который в определенных режимах становится генератором и рекуперирует энергию.

Опытный образец, сделанный для армии без оглядки на экологические нормы, при массе 134 кг развивает 325 л.с. Подготовлен и гражданский вариант — с примерно на сотню сил меньшей отдачей. Как заявляет создатель, в зависимости от исполнения мотор ОРОС на 30–50% легче прочих дизелей сравнимой мощности и в два — четыре раза компактнее. Даже по ширине (это самое внушительное габаритное измерение) ОРОС всего вдвое превосходит один из самых компактных автомобильных агрегатов в мире — двухцилиндровый фиатовский «Твинэйр».

Мотор OPOC — образец модульной конструкции: двухцилиндровые блоки можно компоновать в многоцилиндровые агрегаты, соединяя их электромагнитными муфтами. Когда полная мощность не требуется, для экономии топлива один или несколько модулей могут отключаться. В отличие от обычных двигателей с отключаемыми цилиндрами, где коленвал шевелит даже «отдыхающие» поршни, механических потерь можно избежать. Интересно, а как обстоят дела с топливной экономичностью и вредными выбросами? Разработчик предпочитает обходить этот вопрос молчанием. Понятное дело — тут позиции двухтактников традиционно слабы.

Тюнинг и увеличение мощности – какие есть варианты?

Это не самый популярный вариант для тюнинга, так как добиться чего-либо на атмосферной версии вряд ли удастся. Даже замена впускной и выпускной системы добавит всего 7-10 лошадок.

Хороший вариант тюнинга заключается в превращении данного мотора в FTE следующим образом:

• следует подыскать турбину CT26 фирменного японского производства и комплект ее установки;
• также настраивается распиновка блока управления двигателем на новые характеристики мощности;
• возможно, потребуется замена выпускной системы, так как штатная не справится со своими задачами;
• впрыск также стоит установить с более старых турбированных версий, которые можно купить на разборках;
• свечки и высоковольтные провода со стокового агрегата не подойдут, придется поискать другие варианты.

Судя по отзывам, можно увеличить мощность 5S-FE до 320-340 лошадиных сил. Но при этом ресурс силовой установки значительно сократиться. Это максимальная расточка блока цилиндров и установка поршневой группы от других агрегатов. Так что проще будет купить 3S-GTE и наслаждаться уже выполненной на заводе работой по тюнингу такого мотора.

КРУТИТСЯ, ВЕРТИТСЯ ШАР…

Среди необычных ДВС мотор Герберта Хюттлина выделяется наиболее примечательной конструкцией: традиционные поршни и камеры сгорания здесь размещены внутри шара. Поршни движутся в нескольких направлениях. Во-первых, навстречу друг другу, образуя между собой камеры сгорания. Кроме того, они соединены попарно в блоки, посаженные на единую ось и вращающиеся по хитрой траектории, заданной кольцевой фигурной шайбой. Корпус поршневых блоков объединен с шестерней, передающей крутящий момент на выходной вал.

Из-за жесткой связи между блоками при наполнении смесью одной камеры сгорания одновременно происходит выпуск отработавших газов в другой. Таким образом, за поворот поршневых блоков на 180 градусов происходит 4-тактный цикл, за полный оборот — два рабочих цикла.

Электронный пинг-понг

Двухтактный линейный генератор Бларигана представляет собой трубу из электротехнической кремнистой стали длиной 30,5 см, диаметром 13,5 см и массой чуть более 22 кг. Внутренняя стенка цилиндра представляет собой статор с 78 витками медной проволоки квадратного сечения. Во внешнюю поверхность алюминиевого поршня интегрированы мощные неодимовые магниты. Топливный заряд и воздух поступают в камеру сгорания двигателя в виде тумана после предварительной гомогенизации. Зажигание происходит в режиме HCCI — в камере одновременно возникает множество микроочагов возгорания. Никакой механической системы газораспределения у FPLA нет — ее функции выполняет сам поршень.

МОДНАЯ ТЕМА

Роторно-лопастной двигатель изобрели чуть меньше века назад. И, наверное, еще долго не вспоминали бы о нем, не появись амбициозный проект российского народного автомобиля. Под капотом «ё-мобиля» пусть и не сразу, но должен появиться именно роторно-лопастной двигатель, да еще в паре с электромотором.

Вкратце о его устройстве. На оси установлены два ротора с парой лопастей на каждом, образующих камеры сгорания переменной величины. Роторы вращаются в одном направлении, но с разными скоростями — один догоняет другой, смесь между лопастями сжимается, проскакивает искра. Второй начинает движение по окружности, чтобы на следующем круге «подтолкнуть» соседа. Посмотрите на рисунок: в правой нижней четверти происходит впуск, в правой верхней — сжатие, затем против часовой стрелки — рабочий ход и выпуск. Воспламенение смеси осуществляется в верхней точке окружности. Таким образом, за один оборот ротор происходит четыре рабочих такта.

Авиационный двигатель АЛ-5 конструкции А.М. Люльки

СССР, начало испытаний – 16.10.49 г.

ТР-3 проект, турбореактивный двигатель для около- и сверхзвуковых самолетов с возможностью установки форсажной камеры.

В 1947 г. Конструкторское бюро № 165 под руководством Архипа Михайловича Люльки получило задание разработать ТРД с тягой 5200 кгс для установки на боевые самолеты с большими дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями полета на больших высотах. Он должен был быть пригоден для установки на самолеты всех классов, что определяло требование длительной работы без остановки – не менее 8 часов.

Особенности конструкции:

• ТРД одновальный, вал – составная труба из секций различного диаметра;
• ВНА с поворотными лопатками, регулирующий расход воздуха;
• компрессор дозвуковой с повышенной напорностью осевой 8-ступенчатый с перепуском воздуха;
• рабочие колеса компрессора литые тонкостенные сложной фасонной формы нанизываются на его вал и фиксируются;
• лопатки компрессора литые с последующей точной механической обработкой, устанавливаются в рабочие колеса на соединения типа «елочка» и фиксируются шпонками;
• шлицы соединения дисков компрессора торцевые по типу немецких двигателей «Хирт»;
• детали средней части корпуса компрессора – литые вафельные панели (хорошее сочетание веса и прочности) в виде половин цилиндров, стыкуемых фланцами по длине и торцам;

Корпусы входной (слева) и средней части компрессора двигателя Фото из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.

• камера сгорания трубчато-кольцевая с 24 вихревыми форсунками подачи топлива и электрическими свечами зажигания;
• турбина осевая 1-ступенчатая с неохлаждаемыми лопатками рабочего колеса и неохлаждаемыми направляющими лопатками;
• диск турбины литой массивный с малым изменением толщины по радиусу;
• за торцом диска турбины установлен обтекатель – центральное тело параболической формы, оно крепится неподвижно к обечайке сопла обтекаемыми пилонами;
• технология изготовления лопаток турбины такая же, как и компрессора, однако материал рассчитан на более высокие температуры;
• реактивное сопло в бесфорсажном варианте нерегулируемое переменного кругового сечения – по наружному диаметру сопло на всей своей длине сужается, но с учетом центрального тела за диском турбины до окончания центрального тела площади сечений постепенно увеличиваются, затем начинают уменьшаются, далее поток газов должен выходить в эжектор, который является частью самолета, а не двигателя;
• уже на этапе проектирования для двигателей, предназначенных для применения на сверхзвуковых самолетах, было предусмотрено форсажной камеры сгорания;
• запуск – турбостартером типа ТС на земле и в воздухе на любой высоте, который сам запускается своим встроенным электромотором от бортового аккумулятора или аэродромного источника питания (например, АПА);
• расположение коробки приводов агрегатов верхнее, ее привод – через угловые редукторы от вала компрессора (первый редуктор – у переднего подшипникового узла);
• от ВНА двигателя отбирается воздух для пневмосистемы и СКВ самолета (два раздельных рукава подачи).

Использовался в ряде проектов самолетов, в т.ч.:

• дальний бомбардировщик «132» конструкции укомплектованного немецкими специалистами ОКБ-1 Б. Бааде (не построен);
• фронтовой бомбардировщик РБ-2 конструкции ОКБ-1 Б. Бааде (не построен);
• дальний бомбардировщик Ил-30 конструкции ОКБ-240 С.В. Ильюшина (поострен в сентябре 1949 г., проведены только наземные испытания, разрешение на полет выдано не было в связи с неизученностью динамики полета и прочности тяжелого самолета со стреловидным крылом тяжелого самолета со стреловидным крылом);
• дальний всепогодный перехватчик «200» конструкции ОКБ-301 С.А. Лавочкина (на 2-м этапе проектирования силовой установки в 1948 г. провели сравнение двух ее вариантов – один двигатель АЛ-5 (ТР-3) тягой 4540 кгс в ХЧФ с удлинительной трубой или 2 меньших ТРД РД-45Ф тягой по 2270 кгс, был выбран последний);
• стратегический дальний (межконтинентальный) бомбардировщик СДБ 6ТР-3 – предэскизный проект в 3-м варианте был выполнен В.М. Мясищевым, в то время – преподавателем МАИ и вошел в техническое предложение, направленное МАП в начале 1950 г., оно было принято и для работ сформировали ОКБ-23 под руководством В.М. Мясищева, но к тому времени они шли уже под двигатели АЛ-5Ф или АМ-03, см. ниже;
• экспериментальный самолет для исследований особенностей аэродинамики, устойчивости и управляемости ЛА на числах М порядка 1,0 Су-17 («Р») конструкции ОКБ-51 П.О. Сухого, передан на испытания весной 1949 г., были выполнены рулежки, но дальнейшие испытания прекращены из-за закрытия ОКБ-51);
• дальний бомбардировщик «88» 2АЛ-5Ф конструкции ОКБ-156 А.Н. Туполева (проектирование задано 10.06.50 г., расчетом было выяснено, что тяги двух АЛ-5 не достаточно, поэтому перешли на два АМТРД-03 конструкции А.А Микулина – в серии АМ-3 / РД-3М, однако усовершенствованные двигатели АЛ-5Ф продолжали рассматриваться в проектах самолетов «88» и «90/88», см. ниже);
• сверхзвуковой фронтовой истребитель Як-70 конструкции ОКБ-115 А.С. Яковлева, проектирование велось в апреле-мае 1950 г., но задание было отменено и самолет не строился) и др.

Внешний вид двигателя ТР-3 (АЛ-5) в первом варианте Рисунок из книги Авиационные, ракетные, морские и промышленные двигатели. 1944 – 2000. Справочник. М., «АКС-Конверсалт», — 2001 г.

Заводом № 165 в первой половине 1948 г. была построена серия (не менее 24 двигателей) для отработки технологии, стендовых и летных испытаний на летающей лаборатории Ту-4Р и указанных ниже самолетах. К концу весны 1948 г. эти испытания были в основном завершены и показали, что проект нуждается в значительных изменениях – как для устранения выявленных недостатков, так и приведения характеристик двигателя в соответствие с современными требованиями.

В частности, стендовая тяга была получена только 4600 кгс – на 600 кгс меньше заданной.

Летные испытания двигателя были проведены на самолете-лаборатории Ту-4Р в ЛИИ МАП в 1948 г. Не известно, были ли они завершены, однако разрешение на установку двигателя на боевые самолеты для их испытаний было получено.

ТР-33, экспериментальный ТРД для работ по совершенствованию отдельных агрегатов двигателя.

ТР-3А (АЛ-5, изд. «А») проект, турбореактивный двигатель для около- и сверхзвуковых самолетов.

По результатам стендовых испытаний двигателей ТР-33 и ТР-3 были намечены мероприятия по его совершенствованию.

Разработка доработанного двигателя ТР-3А была задана коллективу ОКБ-165 Постановлением СМ СССР № 2050-802сс от 12.06.48 г.

Ставились задачи:

• увеличить тягу на взлете и по основным высотам полета на больших числах М;
• улучшить экономичность;
• обеспечить питание самолетных агрегатов с большим отбором мощности;
• сохранить габариты ТР-3.

Опытный турбореактивный двигатель ТР-3А (АЛ-5Ф) Фото: архив С.Г. Мороза

Повышение тяги достигалось за счет:

• увеличения расхода воздуха;
• установки форсажной камеры в перспективе.

По сравнению с ТР-3 были сделаны следующие изменения:

• число ступеней компрессора уменьшено с 8 до 7;
• увеличены проходные сечения компрессора с увеличением высоты его лопаток за счет уменьшения диаметров рабочих колес и наружных диаметров внутренних колец НА и увеличения внутренних диаметров наружных колец НА;
• увеличена степень сжатия компрессора на 2,5%;
• введены уплотнения между дисками роторов нагнетателя и ВНА;
• улучшены условия входа воздуха в нагнетатель;
• установлена ПОС нагнетателя и др.

В конструкции предусматривалась форсажная камера (для этого был установлен дополнительный топливный насос, но он не задействовался и сама ФК на опытных двигателях не ставилась).

опытная (доводочная) серия двигателей ТР-3А для стендовых испытаний

ТР-3А (АЛ-5Ф) № 3А-165-01. Построен заводом № 165 по чертежам двигателя ТР-3 с доработками. Имел лабиринтное уплотнение между НА и дисками ротора нагнетателя. От ТР-3 имел ряд отличий:

• увеличены на 70% сечения отверстий ОКС для прохода вторичного воздуха (для уменьшения избытка воздуха в зоне основного горения и повышения коэффициента полноты сгорания топлива и тем самым увеличения экономичности);
• установлено лабиринтное уплотнение между внутренним кольцом соплового венца и ободом диска турбины;
• изменена площадь выходного сечения соплового венца;
• передний корпус нагнетателя (по типу двигателя ТР-3 по его серийной оснастке) был доработан с увеличением проточной части.

Разрез модифицированного двигателя ТР-3А (АЛ-5Ф) в его первоначальном виде Чертеж из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.

С 16 по 20.10.49 г. двигатель проходил 50-часовые испытания. В ходе 1 этапа (25 ч) была выявлена сильная тряска двигателя на оборотах 1200-1300 об./мин. и колебания лопаток 1-й ступени компрессора на 2500 об./мин. (малый газ). На 2-й этап испытаний были установлены новые 2-сопельные форсунки ОКС, с которыми тряска исчезла. Т.к. усилить лопатки 1-й ступени не удалось, приемистость не проверялась. На 2-м этапе двигатель наработал 30 ч. Выявлены дефекты:

• на выходных кромках лопаток соплового венца и трещины на замках этих лопаток;
• коробление металла и трещины у отверстий в смесителях ОКС;

Повреждения смесителя основной камеры сгорания двигателя № 3А-165-01 Фото из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.

• трещины в горелках;
• вырыв металла на сопле из-за взрывного горения в ОКС (на 1-м этапе).

По результатам первых 50-ч испытаний двигатель был доработан: установлен ротор турбины с 6-зубчатыми замками лопаток (по типу ТР-3 № 3-165-24). На этом двигателе был реализован только этот пункт запланированных доработок из многих. В ноябре-декабре 1949 г. двигатель повторно был поставлен на 50-часовые испытания. На 36-м ч испытания были приостановлены из-за коробления корпуса турбины (не было организовано эффективное охлаждение двигателя). После ремонта двигатель использовался для разовых экспериментальных работ.

Повреждение реактивного сопла и стоек (пилонов) центрального тела на испытаниях двигателя ТР-3А Фото из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.

ТР-3А № 3А-165-02. Построен заводом № 165 по чертежам двигателя ТР-3 с доработками по предварительным результатам. На длительные испытания не передавался, а его компрессор использовался для ремонта двигателя № 3А-165-6, см.

ТР-3А № 3А-165-04. Построен заводом № 165 по чертежам двигателя ТР-3А с отличиями по сравнению с 3А-165-01:

• ротор турбины с 6-зубчатым замком;
• отбор воздуха на охлаждение турбины организован за 7-й ступенью;
• увеличена жесткость лопаток соплового венца;
• доработан внутренний смеситель ОКС;
• установлен всережимный регулятор оборотов ВР-3-3;
• установлена ПОС ВНА;
• установлен турбостартер ТКС-3;
• ужесточены зазоры в агрегатах и др.

Двигатель поставлен на 100-ч испытания 02.02.50 г., 04.02 но после 20 ч работы они были прерваны из-за разрушения отбортовок отверстий смесителей ОКС. Смеситель был отремонтирован и доработан.

08.02.50 г. двигатель повторно был поставлен на 100-ч испытания. Они проводились при температуре воздуха +3,1…-30°С. Двигатель устойчиво запускался до температуры -27°С. Была выявлена тряска двигателя из-за забросов топлива, что было устранено подбором жиклера. Приемистость была нормальной, ПОС работала штатно. Средняя величина взлетной тяги составила 5090 кгс при расходе 1,05 кг/кгс*ч. Наработка двигателя составила 137 ч, внутреннего смесителя – 112 ч 14 мин. После этого двигатель направили на переборку. В ее ходе выявили:

• коробление лопаток соплового венца, что привело к постепенному снижению экономичности;
• регулятор безопасности был забракован (не обеспечивал стабильных оборотов);
• касание рабочих лопаток компрессора внутренних колец НА;
• трещины во внутреннем смесителе ОКС;
• трещины замков лопаток турбины;
• трещины стоек реактивного сопла и др.

Коробление лопаток соплового венца двигателя № 3А-165-04 Фото из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.

Трещина на диске ротора турбины двигателя № 3А-165-04 Фото из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.

Двигатель был доработан:

• перераспределены газовоздушные потоки по всему тракту;
• доработан сопловой венец, сечение его уменьшено;
• введена цементация контактно нагруженных деталей из стали;
• увеличены зазоры и др.

В марте 1950 г. был подготовлен к повторным 100-ч испытаниям, которые начались 11.03. На 50-м ч работы разрушилась одна лопатка 1-й ступени компрессора и далее – весь компрессор (материал АК-4 впоследствии заменен на ВД-7). Двигатель не ремонтировался, т.к. повреждения были значительными.

Разрушение ротора компрессора двигателя ТР-3А № 3А-165-04 Фото из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г

ТР-3 № 3А-165-03. Подготовлен к длительным испытаниям в апреле 1950 г. По сравнению с 3А-165-4 имел отличия:

• новые смесители ОКС;
• сопловой венец усилен, его сечение уменьшено;
• рабочие лопатки 1-го ротора компрессора из ВД-7;
• новые 2-сопельные форсунки;
• ротор турбины с более широким ободом и усиленным валом и др.

10.04.50 г. двигатель был поставлен на 100-ч испытания. 13.04 на 14-м часу работы произошел вырыв металла диска рабочего колеса 1-й ступени компрессора места у контровки лопатки, что вызвало поломку лопаток на остальных ступенях и аварийную остановку двигателя. Испытания остановили. Средняя величина тяги получена 5240 кгс, общая наработка составила 32 ч 18 мин.

Разрушение рабочего колеса 1-й ступени компрессора двигателя № 3А-165-03 Фото из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.

Разрушение лопаток 6-й ступени компрессора двигателя № 3А-165-03 Фото из книги История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.

ТР-3 № 3А-165-6. Подготовлен к длительным испытаниям в мае 1950 г. По сравнению с 3А-165-3 имел отличия:

• лопатки 1-й ступени компрессора имели полуцилиндрический замок вместо замка типа «ласточкин хвост»;
• установлены новые пусковые блоки ПБ-200 вместо ПБ-100 для высотного запуска;
• усилены кромки реактивного сопла и др.

Поставлен на 100-ч испытания 10.05.50 г. 18.05 (наработка 97 ч 56 мин., из них 80 ч на режимах, общая – 109 ч 42 мин.) произошел обрыв 2-х рабочих лопаток 6-й ступени компрессора. Были отмечены дефекты:

• грохот (взрывное горение) в ОКС;
• течь топлива по разъему насадка и реактивного сопла;
• коробление сопла и трещины его стоек;
• задевание лопаток 4-й ступени о кольцо 3-го НА и их выработка;
• заедание поршня отбора воздуха ПОС;
• трещины на лапках горелок и др.

В ходе ремонта двигателя установлены доработанные диски 6-й и 7-й ступеней ротора, 5-й, 6-й и выходной НА и др. Установлено, что износ двигателя ухудшает экономичность.

Двигатель доработали и в этой компоновке поставлен на 100-ч испытания 07.06.50 г., а 08.06 снят с испытаний из-за усталостного обрыва лопаток 1-го и 6-го роторов компрессоров (вибрации). Вышла из строя «холодная» часть двигателя и взамен установили нагнетатель с двигателя 3А-165-2 (см.). В таком виде двигатель прошел 100-ч испытания с 14 по 16.06.50 г., наработав 136 ч 43 мин., в т.ч. 101 ч – по программе испытаний. Его состояние после окончания испытаний удовлетворительное.

ТР-3 № 3А-165-5. Собран с доработками по результатам испытаний двигателя 3А-165-6 и направлен для длительных испытаний на завод № 16. Основные отличия от 3А-165-6:

• усилен диск 1-й ступени компрессора;
• лопатки 1-й ступени крепились полуцилиндрическим замком;
• диск турбины по типу двигателя 3А-165-6, но изготовления серийного завода № 16 и с лопатками типа ВК-1.

Два снимка двигателя ТР-3А (АЛ-5Ф) опытной серии Фото из книги Gordon Ye. Lavochkin’s Last Jets. Red Star Volume 32. Hinkley, UK, Midland Publishing, — 2007

ТР-3 № 3А-165-7. Собран с доработками по результатам испытаний двигателя 3А-165-6 и направлен для длительных испытаний на завод № 16. Основные отличия от 3А-165-5: камера сгорания и турбина установлены с двигателя 3А-165-6 (имели уже наработку более 100 ч). Испытания на заводе № 16 были прекращены после наработки 43 ч 19 мин. из-за поломки 7 лопаток 1-й ступени компрессора. Еще на 19 лопатках этого диска были обнаружены трещины. Были и другие дефекты.

ТР-3 № 3А-165-8. Собран с доработками по результатам испытаний двигателя 3А-165-6. Основные отличия от 3А-165-6:

• увеличена хорда лопаток 1-й ступени компрессора, замок «ласточкин хвост»;
• ширина диска 1-й ступени увеличена с 66 до 73 мм;
• увеличена хорда и конусность лопаток 6-й ступени компрессора;
• доработаны горелки ОКС;
• лопатки турбины с охлаждаемыми выходными кромками;
• усилено реактивное сопло;
• улучшена герметизация соединений.

Поставлен на испытания 03.08.50 г. и 12.08 успешно их завершил. Дефекты:

• местные коробления экрана ОКС;
• местные коробления внутреннего смесителя ОКС.

ТР-3 № 3А-165-9. Собран по типу двигателя 3А-165-8 с изменениями:

• уменьшены зазоры по лопаткам;
• введена аргонно-дуговая сварка корпусных деталей вместо роликовой и введены медно-асбестовые прокладки (улучшена температурная герметичность);
• изменен стяжной болт храповика центрального редуктора;
• доработана система смазки;
• улучшена стяжная система ротора компрессора;
• доработаны форсунки ОКС;
• доработаны пусковые блоки (новые – ПБ-300-00) и др.

Двигатель был поставлен на 100-ч СГИ 06.09.50 г., которые завершились 14.09.50 г. с удовлетворительной оценкой. Было наработано 116 ч 57 мин., ТТХ подтверждены, вибрационного горения, тряски, выбросов пламени и самопроизвольных остановок не зафиксировано, приемистость хорошая (было 2500 различных проб, полное перемещение РУД было за 1,5-2,0 с, время разгона от ЗМГ 2500 об./мин. до взлетного режима – 16,3 с). Запуск осуществлялся ТКС. Весь процесс запуска занимает 56,8 с. Дефекты:

• заедание плунжера 2-го каскада клапана форсунок (производственный дефект);
• отказы запуска из-за забрызгивания пусковым топливом свечей;
• заедание плунжера клапана отбора воздуха ПОС;
• течи топлива по стыку реактивного насадка с соплом;
• трещины на лопатках НА по сварке;
• коксование и перегрев части горелок ОКС;
• трещины смесителя ОКС;
• выкрашивание талька на внутреннем кольце 6-го НА;
• ослабление стяжки храповика главного редуктора.

Все опасные дефекты были устранены в процессе испытаний, не опасные, но влияющие на падение характеристик были запланированы к устранению.

ТР-3 № 3А-165-11, эталон для серии. По типу двиг. № 9 с доработками по плану устранения дефектов, выявленных СГИ. Часть агрегатов двигателя была изготовлена серийным заводом. Двигатель успешно прошел 100 ч испытания, и был предъявлен на ГИ.

ТР-3А (АЛ-5Ф, изделие «А») опытной серии для летных испытаний, турбореактивный двигатель для около- и сверхзвуковых самолетов.

Доработка КД и ТД двигателя по результатам испытаний велась непосредственно в их ходе. Это определяло большой объем изменений чертежей и др. документов, причем некоторые переделывались по несколько раз, но именно благодаря этому передача окончательной КД и ТД на летные изделия в производство завершилась 17.09.49 г.

К концу 1949 г. по производству было готово 2 двигателя.

По сравнению с двигателями ТР-3, на ТР-3А удалось добиться не только повышения тяги, но и снижения веса при улучшении надежности (по стендовым испытаниям).

Двигатели ТР-3А (АЛ-5Ф) этой серии устанавливались на самолетах:

• опытный дальний бомбардировщик «150» конструкции укомплектованного немецкими специалистами ОКБ-1 С.М. Алексеева и Б. Бааде (Главный конструктор самолета Б. Бааде предлагал АМ-3 как более мощные, но руководитель ОКБ С.М. Алексеев настоял на применении АЛ 5 имевших меньшие размеры, вес и расход топлива, первый полет – 05.10.52 г., самолет потерпел аварию и не был принят на вооружение, но двигатели работали удовлетворительно);
• опытный дальний бомбардировщик Ил-46 конструкции ОКБ-240 С.В. Ильюшина (первый полет – 03.04.52 г.);

• опытный сверхзвуковой перехватчик «190» конструкции ОКБ-301 С.А. Лавочкина (первый полет – начало 1951 г., наибольшее количество недостатков и отказов было по силовой установке, из-за низкой надежности ТРД АЛ-5 удалось сделать только 8 полетов);

Сверхзвуковой перехватчик «190» конструкции ОКБ-301 С.А. Лавочкина с двигателем ТР-3А (АЛ-5Ф) Фото из книги 15. Gordon Ye. Lavochkin’s Last Jets. Red Star Volume 32. Hinkley, UK, Midland Publishing, — 2007

• опытный сверхзвуковой перехватчик И-350 (самолет «М») конструкции ОКБ-155 А.И. Микояна и М.И. Гуревича (первый полет – 16.06.1951 г., в первом же полете произошел отказ ТР-3А на высоте 2000 м, тем не менее, пилот посадил самолет благополучно – вероятно это была первая в СССР посадка сверхзвукового самолета с неработающим двигателем, программа закрыта из-за неработоспособности ТРД ТР-3А).

Сверхзвуковой истребитель И-350 (М) конструкции ОКБ-155 А.И. Микояна и М.И. Гуревича с двигателем ТР-3А (АЛ-5Ф) Фото: АНПК МиГ

Двигатель АЛ-5Ф (ТР-3А) также был использован в неосуществленных проектах самолетов:

• дальний бомбардировщик Ил-46С 2ТР-3А конструкции ОКБ-240 С.В. Ильюшина (развитие Ил-46 со стреловидным крылом);
• межконтинентальный бомбардировщик «25» конструкции ОКБ-23 В.М. Мясищева (рассматривалась силовая установка из 4 ТРД АЛ-5Ф или АМ-03, выбран последний вариант, с ним самолет был построен и пошел в серию под обозначением М-4);
• экспериментальный тяжелый самолет со стреловидным крылом «82» 2ТР-3А конструкции ОКБ-156 А.Н. Туполева;
• дальний бомбардировщик «86» конструкции ОКБ-156 А.Н. Туполева, предполагалась установка ТР-3А или АМ-ТКРД-02, приказом по МАП от 14.06.50 г. была задана постройка самолета с ТР-3А, но вскоре отменена, высвободившиеся средства направлены на проект «88», см. ниже;
• дальний бомбардировщик «88» 2ТР-3А конструкции ОКБ-156 А.Н. Туполева как развитие первоначального проекта силовой установки с 2 ТР-3 (АЛ-5), в серию запущен под обозначением Ту-16 с 2 ТРД АМ-3А конструкции А.А. Микулина;
• дальний бомбардировщик «90/88» 2ТВ-12 конструкции ОКБ-156 А.Н. Туполева, аванпроект выполнен в 1954 г., не строился, т.к. к тому времени был готов самолет «88» 2АМ-03 – Ту-16, который и был принят на вооружение;
• межконтинентальный бомбардировщик «95» конструкции ОКБ-156 А.Н. Туполева на этапе сравнительного анализа вариантов силовой установки (предлагались четыре ТВД ТВ-10 и два ТРД ТР-3А), в серию пошел под обозначением Ту-95 с ТВД НК-12 конструкции Н.Д. Кузнецова;

ТР-3Ф (АЛ-5Ф) предполагаемый серийный, турбореактивный двигатель для около- и сверхзвуковых самолетов.

окончательный вариант двигателя с учетом доработок на стендовых испытаниях изделий ТР-3А. В 1950 г. в ОКБ-165 была начата разработка серийной РКД, но вскоре вышло решение об остановке работ по двигателю АЛ-5.

В 1953 г. дальнейшие испытания, доводка и подготовка серийного производства двигателя АЛ-5Ф были прекращены. Причиной тому были не только и не столько конструктивно-технологические недостатки изделия (все они могли быть устранены, но на это требовались средства и время), сколько потребность в таком увеличении тяги, которое не могло быть достигнуто путем его дальнейшего модифицирования. Вместо этого московским конструкторским бюро МАП № 165 под руководством Архипа Михайловича Люльки был создан новый «сверхзвуковой» ТРДФ АЛ-7. С него и началась история применения двигателей марки «АЛ» на серийных самолетах и мировая слава этого коллектива, и сегодня остающегося в числе основных разработчиков авиадвигателей для боевых самолетов – вплоть до новейших поколений V, V+ и VI

Основные тактико-технические данные двигателей этого семейства смотрите в таблице ТТХ АЛ-5

Сведения об установке двигателей этого семейства на различных типах ЛА и их оценке на испытаниях смотрите в таблице Применение АЛ-5

Смысл использованных в статье и таблицах определений, понятий и сокращений можно узнать, открыв наш краткий словарь по авиации и ракетной технике

Список использованных источников:

1. Авиационные, ракетные, морские и промышленные двигатели. 1944 – 2000. Справочник. М., «АКС-Конверсалт», — 2001 г.
2. Беляков Р.А., Мармен Ж., Самолеты МиГ. 1939 – 1995. М. «Авико-Пресс», — 1996 г.
3. Брук А.А., Удалов К.Г., Смирнов С.Г., Пунтус Б.Л.. Иллюстрированная энциклопедия самолетов В.М. Мясищева. Т. 2, ч. 1. М., Авико-Пресс, — 2001 г.
4. История доводки двигателя ТР-3А конструкции Главного конструктора тов. Люлька А.М. Сост. Лусс Э.Э., Жуков И.И., Корнюшенко Г.Г., утв. Люлька А.М. М., Завод № 165, — 1950 г.
5. Летные исследования и испытания. Фрагменты истории и современное состояние. Научно-технический сборник. Под ред. К.К. Васильченко и др. М., Летно-испытательный институт МАП им. Громова / «Машиностроение», — 1993 г.
6. Никитин Ю.М. Конструирование элементов деталей и узлов авиационных двигателей. М., Государственное научно-техническое издательство ОБОРОНГИЗ, — 1961 г.
7. Новожилов Г.В. и др. Самолеты ОКБ им. С.В. Ильюшина. М., «Машиностроение», — 1990 г.
8. От МиГ-1 до МиГ-35. Автор-составитель В.И. Клиценко. М., «Авиамир», — 2009 г.
9. Савельев Г.А. От гидросамолетов до современных ракет (люди, продукция, технология, объекты строительства завода в левобережной части города Дубны). Дубна, Издательский , — 1999 г.
10. Соболев Д.А. Немецкий след в истории советской авиации. М., РИЦ Авиантик, — 1996 г.
11. Султанов И.Г. Немецкие ОКБ по самолетостроению в СССР. Бомбардировщик «140». Бомбардировщик «150» // Самолеты Мира, № 1, — 1995 г.
12. «Туполев»: вчера, сегодня, завтра. Сост. А.М. Затучный и др. М., ОАО «Туполев» и ИИГ «Полигон-Пресс», — 2009 г.
13. Шавров В.Б. История конструкций самолетов в СССР 1938 — 1950 гг. Материалы к истории самолетостроения. М., «Машиностроение», — 1988 г.
14. Gordon Ye., Komissarov D., Komissarov S. OKB Yakovlev. A History of the Design Bureau and its Aircraft. Hinkley, UK, Midland
15. Gordon Ye. Lavochkin’s Last Jets. Red Star Volume 32. Hinkley, UK, Midland Publishing, — 2007
16. Gordon Ye., Rigmant V. OKB Tupolev. A History of the Design Bureau and its Aircraft. Hinkley, UK, Midland Publishing, — 2005
17. Gunston W. Tupolev Aircraft since 1922. Naval Institute Press, Annapolis, USA

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Теги: Справочник А.М. Люлька Авиационные двигатели Авиационный двигатель АЛ-5

Предыдущая статья Композитная лопатка авиадвигателя сверхбольшой тяги ПД-35

Следующая статья Сердце советского самолета. Авиационные двигатели Швецова.

Предоставлено SendPulse

Нравится 0

• 0
• 0
• 0
• 0

Схемы роторно-лопастного двигателя.

Схемы роторно-лопастного двигателя.
Схемы роторно-лопастного двигателя.

Очевидные преимущества конструкции — компактность, легкость и хороший КПД. Однако есть и проблемы. Из них главная — точная синхронизация работы двух роторов. Задача эта непростая, а решение должно быть недорогим, иначе «ё-мобиль» никогда не станет народным.

Двигатели будущего: чувство такта

Троянский конь

Уже сегодня у EcoMotors имеются три полностью готовых к производству оппозитных агрегата различной мощности: модуль мощностью 13,5 л.с. (размеры — 95 мм / 155 мм / 410 мм, вес — 6 кг), 40 л.с. (95 мм / 245 мм / 410 мм, 18 кг) и модуль 325л.с. (400 мм / 890 мм / 1000 мм, 100 кг). Хоффбауэр и Колетти намерены продемонстрировать электрогибридный пятиместный седан среднего класса с дизельным генератором OPOC на базе одной из массовых моделей уже в текущем году. Средний расход солярки у этого автомобиля не превысит 2 л на сотню в комбинированном электрическом и смешанном режимах. Недавно EcoMotors открыла собственный технический центр в городке Троя, штат Мичиган, и уже подыскивает подходящее предприятие для организации серийного производства своих моторов. Несмотря на рассекреченность проекта, из недр компании поступает крайне скудная информация. По‑видимому, Винод Хосла решил придержать до поры убойные козыри.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2010).

8-ти цилиндровый

В 8-ми цилиндровых двигателях кривошипы установлены под углом 90 градусов друг к другу, так уак в двигателе 4 такта, то на каждый такт работает по 2 цилиндра одновременно, что сказывается на эластичности двигателя. 12-ти цилиндровый работает ещё мягче.

В таких двигателях, как правило, наиболее популярной используется одна и та же последовательность работы цилиндров: 1-5-6-3-4-2-7-8

.

Но Феррари использовала другую схему- 1-5-3-7-4-8-2-6

В данном сегменте каждый производитель использовал ему только известную последовательность.

Volkswagen 1.2 HTP

Дебютировавший в 2001 году 3-цилиндровый немецкий мотор получил много положительных отзывов. Двигатель разработан с нуля, изготовлен из легкого сплава, оснащен приводом ГРМ цепного типа и балансирным валом. Силовой агрегат предлагался в исполнении с 2-мя (54 и 60 л.с.) или 4 клапанами на цилиндр (60, 64, 70 и 75 л.с.). Он должен был искушать низким расходом топлива, неплохой динамикой и хорошей прочностью. К сожалению, на деле все вышло несколько иначе.

Во-первых, даже при спокойном вождении средний расход топлива составлял около 7 литров, при обещанных без малого 6 литрах. Во-вторых, динамика 6-клапанных версий, мягко говоря, оставляла желать лучшего. Да, более мощные 12-клапанные модификации немного быстрее. Но 14,9 секунд до «сотни» на Fabia II с 1.2 HTP – это «очень средний» результат.

В-третьих, надежность моторов, собранных до 2006 года, была на очень низком уровне. Катушки зажигания, цепь и прогоревшие клапана принесли дурную славу. После доработки цепь и головка блока стали прочнее.

Двигатель R3 1.2 HTP устанавливался в автомобили «сегмента В» группы Volkswagen: Skoda Fabia, Seat Ibiza и VW Polo.

Toyota 1.0

1-литровый двигатель Тойота, выпускаемый с 2005 года, один из лучших трецилиндровиков последних лет. Изначально он предназначался для малыша Aygo, разработанного совместно с концерном PSA. Он же достался и соплатформенным французам: Citroen C1 и Peugeot 107.

Базовая конструкция была позаимствована в Daihatsu. Инженеры Тойота модернизировали двигатель: снизили вес, повысили степень сжатия, установили систему изменения фаз газораспределения и привод ГРМ цепного типа. Результат превзошел все ожидания. Эффективный, маленький и легкий (изготовлен из алюминия) агрегат идеально подошел небольшому городскому автомобилю. Позже он достался более крупному Yaris второго поколения. На рынке существует две версии мотора, символически различающиеся мощностью – 68 и 69 л.с.

Стоит признать, что высокой динамики от литрового атмосферника ждать не стоит. Aygo разгоняется до 100 км/ч за 14,2 секунды, но городских 60-70 км/ч он достигает достаточно живо. Расход топлива при спокойной манере вождения лежит в пределах 5-5,5 л/100 км. В случае с крупным Yaris все не так радужно. Первой сотни удается достичь лишь спустя 16 секунд. Не стоит рассчитывать и на экономичность.

Но куда важнее то, что двигатель сравнительно надежный. При регулярном обслуживании и разумных нагрузках серьезных проблем не встречается, а мелкие сбои не требуют высоких затрат на устранение.

Opel 1.0

Это первый трехцилиндровик, который появился в небольших немецких автомобилях. Дебютировал он в 1997 году под капотом Opel Corsa B. Двигатель получил обозначение Х10ХЕ. К сожалению, вибрации, низкая мощность (54 л.с.) и слабая динамика не позволили собрать лестные отзывы. Приходилось бороться и с проблемами качества. Наиболее серьезным недостатком стала цепь ГРМ, которая быстро вытягивалась, а порой и рвалась. В довесок, наблюдались утечки масла, и давала сбой электроника.

Первая модернизация была проведена в 2000 году. В результате повысились производительность (58 л.с.) и долговечность. Обновленный двигатель получил маркировку Z10XE. Но кардинально ситуация изменилась лишь в 2003 году после выхода 60-сильной версии X10XEP (Twinport). По мнению механиков, качество существенно повысилось, а количество проблем ощутимо сократилось. Улучшилась и динамика. Средний расход топлива составлял около 5,5 л/100 км. В 2010 году появилась 65-сильная версия двигателя, а позже – 75-сильная.

1-литровый мотор Опель использовался в Agila и Corsa.

12-ти цилиндровый

На самых заряженных машинах ставили 12-ти цилиндровые двигатели, к примеру, Феррари, Ламборгини или более распространённые у нас Фольцвагеновские двигатели W12.

Несколько лет назад многие автопроизводители предложили 3-цилиндровые моторы. Такие агрегаты можно рассматривать в качестве примера даунсайзинга, который в настоящее время охватил всю автомобильную промышленность.

Но три цилиндра – это не новшество. Японцы уже давно использовали подобные двигатели в своих маленьких машинках (например, Suzuki и Daihatsu ). Такая конструкция дает ряд преимуществ: меньше вес, дешевле производство и невысокий расход топлива. Звучит великолепно, но реальность несколько иная.

Так расход топлива не соответствует заявленному, а больше нагрузки существенно влияют на долговечность. Со временем начинают раздражать сравнительно высокая вибрация и посредственная динамика. Да, есть моторы, которые практически не имеют проблем. Например, уважаемый механиками R 3 от Toyota .

Volkswagen 1.2 TDI PD и 1.4 TDI PD

Оба маленьких дизельных агрегата с насос-форсунками появились в 1999 году. Самый младший исчез из списка предложений уже через несколько лет, в то время как 1.4 производился вплоть до 2010 года. 1,4-литровый агрегат можно встретить в моделях VW Group: Audi A2, VW Lupo, Polo, Seat Ibiza/Cordoba и Skoda Fabia.

Вызывает сомнения и долговечность. Проблемы появляются после 150-180 тыс. км. Чаще всего выходят из строя турбокомпрессор и топливный насос высокого давления, а временами сбоит электроника. Но самый серьезный недостаток – критическое увеличение осевого зазора коленчатого вала. Демонтаж и шлифовка мало оправданы из-за нарушения балансировки.

Сергей Апресов, главный редактор

Нечасто выпадает шанс прокатиться на машине, которой определенно суждено войти в историю автомобилестроения. И дело вовсе не в напичканном инновации трехцилиндровом дизеле — нам на тест достался автомобиль с более привычной рядной четверкой 1,6 и традиционным автоматом. За рулем нового 208 все непривычно, ново, не так, как у других. И все это очень нравится. Французы придумали, как сделать руль предельно маленьким, не перекрыв обзор приборной панели: приборы расположили выше руля, а баранку опустили практически на колени водителю. Нижнюю часть рулевого колеса пришлось чуть срезать, отказавшись от традиционной круглой формы. Однако это никак не сказалось на качестве управления: при скоростном рулении баранка кажется круглой. Маленький руль дарит ощущение удивительной легкости управления — ведь для поворотов требуется физически меньше движений. Машина любит ездить и всячески старается угодить водителю — и бодрым стартом (спасибо старому доброму гидротрансформатору), и честным рулем, который легок лишь на парковке, а в скоростных поворотах наливается информативным усилием. Прибавьте к этому ощущение простора (маленький руль занимает меньше места), неплохую для компактного класса звукоизоляцию и, наконец, ярчайшую внешность — и получите автомобиль, которым очень приятно обладать, и которому наверняка будут подражать конкуренты.

6-ти цилиндровый

По расположению цилиндров 6-ти цилиндровые двигатели бывают рядными, V-образными и оппозитными. У 6-ти цилиндрового мотора есть много различных схем последовательности работы цилиндров, они зависят от типа блока и применяемого в нём коленвала.

Рядный

Традиционно применяется такой компанией, как БМВ и некоторыми другими компаниями. Кривошипы расположены под углом 120° друг к другу.

Порядок работы может быть трёх видов:

1-5-3-6-2-4
1-4-2-6-3-51-3-5-6-4-2

V-образный

Угол между цилиндрами в таких двигателях составляет 75 либо 90 градусов, а угол между кривошипами составляет 30 и 60 градусов.

Последовательность работы цилиндров 6-ти цилиндрового V-образного двигателя может быть следующей:

1-2-3-4-5-6
1-6-5-2-3-4

Оппозитный

6-ти цилиндровые оппозитники встречаются на автомобилях марки Subaru, это традиционная компоновка двигателей для японцев. Угол между кривошипами коленвала составляет 60 градусов.

Последовательность работы двигателя: 1-4-5-2-3-6.

Smart 0.6-1.1

0,6-литровый R3 Смарт дебютировал в 1998 году. Двигатель предлагался в двух вариантах мощности: 45 и 55 л.с. Через год появился дизельный R3 – 0.8 CDI 41 л.с., а позже – бензиновый R3 объемом 0,7 л. К сожалению, вскоре выяснилось, что агрегат требует капитального ремонта уже после сравнительно небольшого пробега.

Более высоких оценок заслуживает 1,1-литровый бензиновый мотор, который с 2004 года использовался в Smart Forfour и Mitsubishi Colt. Позже ассортимент пополнил и 3-цилиндровый дизель объемом 1,5 л. Стоит отметить, что дизельные двигатели дороже в содержании и ремонте.

3-х цилиндровый

В таких двигателях всего 3 цилиндра и порядок работы самый простой: 1-2-3

. Запомнить легко, и работает быстро. Схема расположения кривошипов на коленвале выполнена в виде звёздочки, они расположены под углом 120° друг к другу. Вполне возможно применить схему 1-3-2, но производители не стали этого делать. Так что единственной последовательностью работы трёхцилиндрового двигателя является последовательность 1-2-3. Для уравновешивания моментов от сил инерции на таких двигателях применяется противовес.