«Авиация и Время» 2015 №5 (149)
Шрифт:
Первый опытный экземпляр ХР-54 (per. № 11210)
Советский Союз также хотел удивить мир своей авиацией. Один самолет АНТ- 25, прославившийся дальними перелетами, выставили сразу рядом с павильоном, а второй — ЦКБ-30 (ДБ-3) должен был прибыть на выставку чуть позже, «своим ходом», установив очередной рекорд. Перед полетом его выкрасили в красный цвет, а снизу написали огромными белыми буквами «Москва». Но, увы, триумфа не вышло. Летчики Коккинаки и Гордиенко заблудились и совершили вынужденную посадку на канадском острове в заливе Святого Лаврентия.
Всемирная выставка оставила глубокий след не только в памяти американцев. Безусловно, она оказала сильное влияние на развитие мировой техники и дизайна, в том числе и военной авиации. В самый разгар Выставки американская
Свежее финансовое вливание в область двигателестроения было как нельзя кстати. В США справедливо считалось, что их моторы для истребителей отстают по характеристикам от двигателей Германии, Франции и Великобритании.
Новый американский мотор разрабатывался с 1932 г. по программе Hyper Engine, объявленной Авиационным корпусом армии США (USAAC). Основной целью программы было создание поршневого двигателя, способного развивать удельную мощность в одну лошадиную силу на один кубический дюйм рабочего объема, что в более привычных единицах измерения примерно соответствует 62,6 л.с./л.
Как видно из таблицы, большинство существовавших в то время моторов не дотягивало и до половины требуемой удельной мощности. Создание новых двигателей с высокими характеристиками было очень сложной задачей, однако определенные предпосылки к успеху у конструкторов все же имелись. В первую очередь это появление новых конструкционных материалов, в частности, легких и прочных алюминиевых сплавов, позволявших существенно снизить массу мотора.
Тип двигателя | Число цилиндров | Объем, см3 | Сухая масса, кг | Мощность, л.с. | Удельная мощность, л.с./л | Удельная масса, кг/ л.с. | Самолеты |
P&WR-1830 | 14 | 30 | 567 | 800 | 26,66 | 0,708 | С-47, TBD Devaststor. Р-35 |
Wright R1820 | 9 | 29,879 | 499 | 800 | 26,77 | 0,623 | P-36 Hawk, Brewster F2A, И-16, Grumman FF-1 |
Микулин АМ-35 | 12 | 46,66 | 830 | 1200 | 25,72 | 0,691 | МиГ-1, МиГ-3, Ил-2 |
Fiat А.74 | 14 | 31,25 | 565 | 858 | 27,46 | 0,658 | Fiat CR.32, Fiat G.50, Macchi С. 200 |
Allison V-1710 | 12 | 28 | 650 | 1070 | 38.21 | 0.607 | P-39. P-40. P-38 |
Опробование двигателя ХР-54 перед испытательным полетом
Техническое обслуживание ХР-54
Специалисты фирмы «Валти» у самолета ХР-54 после окончания испытательного полета. Авиабаза Мюрок, январь 1943 г.
Однако обойтись только этим было нельзя, требовалось поднимать и мощность. Для поршневого двигателя мощность пропорциональна произведению крутящего момента на угловую скорость вращения коленвала. Отсюда следует самый очевидный путь ее повышения — увеличение оборотов. Однако на испытаниях мощность двигателей до определенного числа оборотов довольно круто росла, но затем неизбежно начинала падать. Это было обусловлено резким возрастанием сил трения и инерции в механизмах на больших оборотах. Кроме этого, на больших оборотах начинало проявляться аэродинамическое сопротивление во впускных трубопроводах, которое ухудшало поступление топливовоздушной смеси
Еще один путь — увеличение рабочего объема. Но тут предел возможностей имел существенные ограничения. Ведь даже не специалист скажет, что с ростом объема начнут расти габариты и вес двигателя, что для авиации крайне не желательно.
Также конструкторы занимались увеличением степени сжатия, с которой связана эффективность использования топлива. Ведь чем больше сжатие, тем меньше топлива нужно для получения одной и той же мощности. Но и на этом пути их ожидали трудности, в частности, такое опасное явление, как детонация. Хотя в определенных пределах с ней достаточно успешно боролись увеличением октанового числа и улучшением качества топлива. Но тогда на первый план выходили температурные проблемы, которые сразу же отражались на клапанах. Любой автомобилист скажет, что при прогорании клапана сразу же упадет мощность.
Наконец существовал еще один вариант поднятия мощности — наддув воздуха в цилиндры при помощи турбокомпрессора. Этот способ был известен достаточно давно, но в основном рассматривался, как средство увеличения высотности. Пионер применения турбокомпрессоров в США доктор Сенфорд Мосс (Sanford A. Moss), работавший в научно-исследовательском центре фирмы General Electric, любил говорить своим коллегам: «Мы обманем двигатель при помощи нагнетателя, заставим его думать, что он работает на уровне моря». И действительно, с ростом высоты полета концентрация кислорода падает, и двигатель теряет мощность. Например, на высоте 6096 м (20000 футов) потеря мощности приближается к 50%[* Именно эта особенность определила одну из строчек летно-технических характеристик поршневых самолетов того времени. Скорость полета или мощность силовой установки указывались именно на высоте 20000 футов.]. Использование нагнетателя позволяло сохранять мощность мотора с ростом высоты.
Для экспериментальной проверки эффективности разных вариантов увеличения мощности моторов было создано два одноцилиндровых двигателя Hyper №1 и Hyper № 2. В ходе работ двигатель № 1 переделали в оппозитный, добавив еще один цилиндр, в котором поршень двигался в противоположную сторону. Такой мотор считался прототипом плоского оппозитного авиационного двигателя (угол развала цилиндров 180°), который хотели разместить в полости крыла для снижения лобового сопротивления самолета.
Базируясь на результатах экспериментов с одноцилиндровыми двигателями, ведущие производители спроектировали 26 «больших» двигателей. Из них три оказались лучшими: Continental IV-1430-3, Pratt & Whitney X-1800-A3G, Pratt & Whitney X-1800-A4G. Их удельная мощность приближалась к заветной 1 (62,6 л.с./л), но другие характеристики не полностью устраивали военных. Например, мощность мотора Continental была небольшой — всего 1600 л.с., а вот удельная мощность, напротив, была высока — 60 л.с./л. Двигатели Pratt & Whitney по удельной мощности немного были хуже — 53,2 л.с./л, но их полная мощность — 2200 л.с. вполне позволяла создать истребитель с хорошими летнотехническими характеристиками. Забегая вперед, можно сказать, что полностью решить все проблемы и достичь нужных характеристик конструкторам этих трех двигателей так и не удалось, а сам проект гипердвигателя закрыли.
ХР-54 (per. № 11210) в одном из первых испытательных полетов
Самолет №11210 с доработанными килями и закрепленной на нем нивелировочной рамой
Второй опытный экземпляр ХР-54 (per. № 11211)
Выделяя средства на разработку новых истребителей, военные хотели, чтобы они превосходили все существовавшие самолеты такого класса в скорости, скороподъемности и вооружении. Особое внимание разработчиков обращалось на обеспечение хорошего обзора из кабины, низкую стоимость и простоту обслуживания машины. Серийное производство истребителей планировалось начать в 1941-42 финансовом году.
Конкурс эскизных проектов[* В результате этого конкурса был принят на вооружение знаменитый истребитель P-47 Thunderbolt.] стартовал 7 августа 1939 г. 13 сентября было объявлено, что конкурсная комиссия отобрала проекты трех фирм: Curtiss-Wright, Republic и Douglas. Однако Douglas отказалась от дальнейшей работы, и третья часть выделенных на конкурс денег осталась невостребованной.
Не желая отдавать эти деньги в пользу других видов Вооруженных Сил, командующий USAAC генерал Генри Арнольд (Henry Н. Arnold) обратился в Министерство обороны за разрешением использовать «сэкономленные» средства на разработку перспективного истребителя с высокими летно-техническими характеристиками. В результате родился документ R40C, в котором излагались основные требования к самолету будущего. Предложение Арнольда одобрили 9 февраля 1940 г., и уже 20 февраля требования R40C разослали на семь авиационных фирм.