BMW III → АМ-47: немецкий след в советском авиационном моторостроении.

Начало ХХ века, в Европе бушует Первая Мировая - она же Великая - война, и в небе вовсю летают аэропланы. Летают они низко, потому что хотя известно уже и о приводных нагнетателях для авиамоторов, и даже о турбокомпрессорах, на двигателях они не применяются. Да и смысла в них на тот момент особо нет: основные цели для поражения — либо на земле, либо на малых и средних высотах. Но всем очень хочется залезть повыше!

Чтобы залезть повыше без систем нагнетания нам надо дать в цилиндры побольше воздуха. Элементарное решение - увеличить объем цилиндра. Но в таком случае увеличивается вес двигателя и его габариты. Можно ли избежать этого? Можно! Можно поставить на "обычный" двигатель цилиндры увеличенного объема ограничив поступление воздуха с помощью дросселя.

Тот же волшебный дроссель поможет с еще одним моментом. Мощность двигателя зависит от степени сжатия - чем она больше, тем больше снимаемая мощность. Но тем выше вероятность детонации топлива. Но мы можем "отложить" этот вредный процесс, ограничив поступление воздуха в цилиндры там, где его много - на низких высотах. Опять же, с помощью дросселя.

Двигатель, реализующий первую идею называется "переразмеренным", вторую - "пересжатым".

Автором этих двух концепций является немец Вильгельм Майбах (Wilhelm Maybach) претворивший их в авиамоторе Maybach Mb.IVa (1916 год). Но благодаря крайне удачной реализации они в наиболльшей степени связаны с именем Макса Фрица (Мax Friz). На момент начала нашей истории он был инженером Daimler-Motoren-Gesellschaft. Его попытки предложить новый двигатель Паулю Даймлеру (сыну основателя фирмы, который унаследовал бизнес отца) оказались безуспешными, Даймлер считает идею неосуществимой, да и вообще он вроде был за нагнетатель.

Фриц рассказывает о своем моторе своему знакомому инженеру Карлу Раппу (Karl Rapp), и со второй попытки тот соглашается взять его в свою фирму. В 1917 году Макс уходит из Даймлер, переходит в Rapp Motorenwerke, где и создает первый авиадвигатель по своей концепции: Rapp RP III. Это шестицилиндровый рядный двигатель жидкостного охлаждения впечатляющего объема 19,1 литров, параметры цилиндров - 150мм × 180мм. мощность 185 л.с. при 1300 об/мин. Открыв дроссель можно было кратковременно увеличить мощность на низких высотах до 240 л.с. Большой мотор - тяжелый мотор, дабы облегчить конструкцию Фриц делает обе половинки картера (нижнюю и верхнюю) алюминиевыми. И даже поршни цилиндров сделаны из него же! Большой мотор - это габаритный мотор, но Фриц умудряется очень компактно расположить все навесные агрегаты. Если не считать цилиндров большего объема и широкого применения алюминия, в целом мотор повторял самый массовый германский двигатель времён Первой Мировой войны, Mercedes D III (объем 14,8 литров, 140мм × 160мм).

В это время Раппа отстраняют от управления фирмой, и переименовывают её сначала в Bayerische Flugzeugwerke AG (BFW), а позже в Bayerische Motorenwerke AG (BMW). И если бы не мотор героя нашего повествования, который оказался очень удачным конструктивно и появился очень своевременно, то, возможно, эти три известные сейчас всему миру буквы канули бы в лету. Новый авиамотор создается, испытывается, и ставится в производство какими-то космическими, по более поздним временам, темпами: испытания на стенде в сентябре 1917 года, октябрь 17го - заказа на 600 моторов, февраль 18го - начало серийного производства, апрель - лицензионное производство на Opel.

Вариант BMW IIIa полностью реализует задумку переразмеренного мотора как высотного благодаря новому карбюратору - трехкамерному, с подачей воздуха и топлива к каждой, и аж с пятью дроселями. Май 18го - лучший истребитель немцев в ПМВ - биплан Fokker D.VII , взлетает с BMW IIIa. Эта модификация самолета получает постфикс "(F)" - Friz, D.VII (F). Если сравнивать "Фоккер"D.VII (F) со стандартным, оснащенным Mercedes D IIIa, то первый имел более чем в два раза лучшую скороподъемность - на 1000м за 1 минуту 40 секунд против 4'15", на 5 километров за 14'0" против 38'5". Впечатляющая разница!

Весной 1918 года Фриц начинает разработку преемника "тройки" - BMW IV. Поражение Германии отложило появление этого мотора на свет, но уже в июне 1919-го ставится неофициальный рекорд высоты на самолете с этим мотором. На четвертой модели еще больше увеличили объем: 22,9литров, 160мм × 190мм, мощность возросла до 250 л.с. при 1400 об/мин, кратковременно до 300л.с. Следующая модель двигателя из Баварии, BMW VI - классический V12 с классическим углом развала цилиндров 60 градусов: представлял собой две "четверки", сблоченные на общем картере . Объем стал огромным - 46,9литров. Выпускались разные варианты мотора: со степенью сжатия 5,5, 6,0 или 7,3, с карбюратором BMW или Zenith, с коленвалом из алюминия (!) или магниевых сплавов(!!!). С карбюратором "Зенит" и со степенью сжатия 7,3 мощность на "чрезвычайном режиме" достигала 750л.с. при 1700 об/мин, максимальная - 500 л.с. при 1485 об/мин. Для 1925 года, когда появились первые образцы мотора, очень неплохо. И к тому же, "БМВ-шестерка" считалась очень надежной.

Все три двигателя в 20-х — начале 30-х годов были очень популярны как в Германии, так и за ее пределами. Прочие "переразмеренные" модели: шестицилиндровые BMW V и VIII, 12-цилиндровые BMW VII и IX, были или малосерийными или опытными. Несмотря на успех Фрица к концу 20-х стало ясно что его концепция не имеет будущего. Прогресс в металлургии и повышение октанового числа топлива привели к торжеству приводного центробежного нагнетателя (ПЦН), как главного средства повышения мощности и высотности авиамоторов. Длительный застой в моторостроении 20-х годов сменился наступлением эры "скоростных" двигателей - компактных, высокооборотистых, с цилиндрами небольшого объема.

Когда в 1929-ом был объявлен конкурс на новые авиамоторы для армии и флота Веймарской Германии речь шла про объем 20 и 30 литров. BMW представила модели BMW XII и BMW XV (после 1933-го года - BMW 116 и 117 соответственно), младший из которых долго и неудачно доводился, а старший не появился на свет вовсе. В результате этой эпопеи, достойной сценария фильма, RLM попросило BMW больше не заниматься моторами жидкостного охлаждения. BMW VI (после 33-го года - BMW 106) в Германии производился до 1937 года, до массового внедрения моторов нового поколения. И, насколько знаю, на протяжении всех 30-х годов каких-либо существенных изменений в его конструкцию не вносилось.

А вот теперь — об интересном: о том самом пресловутом немецком следе в советском моторостроении.

В октябре 1927 был подписан договор между советской делегацией и БМВ на лицензионный выпуск BMW VI в СССР. Так появился М-17, массовое производство которого началось в 1930-ом и закончилось — как авиадвигателя — в 1939(40?) году. Оригинальной советской модификацией стал М-17Ф, со степенью сжатия 6,0, карбюратором К-17а, изменениями в механической (например, исчезли роликовые подшипники в месте соединения главного и прицепного шатуна, их заменили подшипники скольжения) и электрической частях. Появился он в 1934 году и развивал 730 л.с. у земли при полностью открытом дросселе на 1665 оборотах в минуту, и 500 л.с. в дросселированном состоянии на 1450 об/мин.

Далее история BMW в СССР сделала интересный и странный поворот.

Как уже говорилось BMW III, грубо говоря суть есть, "переразмеренный" Mercedes D III, а история того уходит к 1910 году к Austro-Daimler 6. К тридцатым двигатели Фрица устарели не только концептуально, но и технологически. Главная претензия была к отдельно выполненным цилиндрам, изготовленным из стали с помощью сварки - тяжелая конструкция, которая вдобавок ко всему, не обеспечивала требования ко всё возрастающим нагрузкам.

На двигателях нового поколения (Curtiss D-12, Rolls-Royce Kestrel, и др.) цилиндры каждого ряда выполнялись в виде единого блока из алюминиевых сплавов. А.А.Микулин, главный конструктор НАМИ, ещё в 1927-28 годах, с началом переговоров с немцами, или в 1930-м, с началом серийного производства, задумал крупную модификацию М-17. В отечественной литературе обычно пишут "начал работать над проектом нового двигателя", параметры которого то ли лишь совершенно случайно совпали с BMW IV, то ли совпали, потому что был большой парк специальных станков, приспособленных на производство двигателя с параметрами БМВ.

И вот на новом авиамоторе с обозначением М-34 внедрили эту новинку - единый блок цилиндров. А кроме того: удвоили количество клапанов впуска и выпуска - очень логично для цилиндра такого большого объема; выхлопные клапаны теперь охлаждаются маслом; введены подшипники скольжения - те самые которые перекочевали потом на М-17Ф. Эти изменения на М-34 привели к тому, что двигатель стал прочнее, мог легко выдерживать существенно большие нагрузки. Смысла в дросселировании на малых высотах и земле теперь уже не было - и новый советский мотор перестал быть переразмереным и передросселированным. По сути дела, микулинский М-34 стал тем, от чего уходил когда-то Макс Фриц - просто здоровеннейшим моторищем.

В марте 31-го года закончена его разработка; ноябрь 31-го - окончание государственных испытаний на стенде. 1932 год - испытания в воздухе на Р-5, конец 1933 года - серийный выпуск. Максимальная мощность мотора на уровне земли - 800 л.с. на 1800 оборотах в минуту, 750 л.с. на 1760об/мин на высоте 500 м. Обороты существенно выросли по сравнению с М-17 и "немцами"! Степень сжатия - 6,0. Кажетс,я М-34 был единственным серийным мощным мотором 30-х годов без редуктора и приводного нагнетателя. Первое было исправлено уже в 1934 году выпуском модификации М-34Р с редуктором, второе - со второй попытки после неудачи с доводкой двухскоростного нагнетателя - в конце 35-го — начале 36-го: это был вариант М-34РНА с односкоростным ПЦН.

Однако...

Давайте теперь вернёмся лет на десять назад. Тут уже был упомянут шестицилиндровый экспериментальный BMV V; впервые он был запущен в 1926 году, но в серию так и не пошёл. На нем применялся алюминиевый блок цилиндров, благодаря которому удалось увеличить обороты до 1650 максимум, 1580 об/мин на номинале. На V и на Va было по два впускных/выпускных клапана на цилиндр, роликовый подшипник в месте соединения главного и прицепного шатуна заменил подшипник скольжения.

Про BMW VII, VIII и IX к сожалению известно мало, факт что VII (1928 год) и IX были с приводным нагнетателем, последний развивал 800 л.с. при 1780 об.мин и был он сырой и недоведенный. (Кстати, лицензию на двигатели BMW начиная с IV и заканчивая IX купили японцы с фирмы Kawasaki).
Ну и тут возникает законный вопрос: разрабатывал ли Микулин М-34 с нуля?

Известно что немецкая сторона чрезвычайно скурпулёзно подходила к вопросам сопровождения лицензионного выпуска М-17, оперативно передавая информацию по свежим наработкам, пока длился пятилетний контракт. Ни в одном доступном источнике не встречается информации о том, что СССР закупал лицензии, или получал какую-то подробную информацию, — или даже готовые образцы поздних баварских моторов-"переразмеров", — но зная насколько внимательно в СССР следили за импортными новинками (и насколько плохо изучен вопрос отечественного двигателестроения!), совершенно нельзя исключать возможность доступа Микулина к немецким разработкам с последующим их внедрением на М-34. В любом случае, Микулин шёл по уже проторенной тропе, хотя и «своим шагом».

Ещё одна интересная особенность: у немцев переразмеренный двигатель определяется как нормальный авиамотор с большими цилиндрами: Die Bezeichnung „Überbemessen“ ergibt sich aus dem im Verhältnis zu den anderen Triebwerkskomponenten übergroßen Hubraum. В советской специальной литературе даннок определение сделано «от обратного»: переразмеренный двигатель - это облегчённый большой. В СССР эта концепция видимо прожила дольше всего - работы над настоящим монстром М-44, двенадцатицилиндровым безнаддувным мотором для самолетов-гигантов ТБ-4 и ТБ-6 объемом 132,8 литров и весом в 1800кг завершилась только в середине 1936 года. Ну да, нигде не указывается что он дросселировался на земле, но иное сложно представить.

Источники:

1. Теория поршневых двигателей под ред. А.А.Добрынина, 1951
2. Орлов П. И. Конструкция и расчет деталей авиационных двигателей, 1940
3. Сорокин В.Н. История конструкций аиационных двигателей в России и СССР 1878-1946, 1994
4. Котельников В.Р. Отечественные авиационные поршневые моторы (1910-2009), 2010
5. Мотор М-34 (РНА РНБ НБ), 1936
6. Альбом по технической эксплоатации Р-5 и ТБ-3, 1933
7. BMW als Flugmotorenhersteller 1926-1940: Staatliche Lenkungsmaßnahmen und unternehmerische Handlungsspielräume. Im Auftrag von MTU Aero Engines und BMW Group
8. Modern aviation engines; design--construction--operation and repair... 1929
9. Bayern-Flugmotor Type BMW IIIa 185 PS, 1925
10. Bayern-Flugmotor BMW VI, 1932
11. Die deutschen Flugmotoren BMW 6. Dr.Karl Krieger. 1940
12. www.autowallpaper.de
13. de.wikipedia.org
14. Flugzeuge Sovjetischen Luftwaffe. 1942