Ротативные авиадвигатели Великой войны
Jul. 17th, 2024 02:14 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
ioncoreВ прошлой жизни спрашивал вас про дирижабли.
Теперь сделал табличку с параметрами авидвигателей Великой войны по разным источникам (справочник Энгла, разные тематические сайты и т.п.)
Что мне хотелось понять:
- в каких пределах изменялись характеристики двигателей с момента создания первых специализированных конструкций 1907 и по примерно 1920 г.;
- попытаться идентифицировать те инновации (технологии, инженерные решения, материалы) которые позволили наращивать как рабочий объем, так и удельную мощность.
Начал я с ротативные двигателей (их в таблице сейчас 61 штука, рядные и радиальные - это отдельный разговор), и считал три основных параметра:
- удельная мощность к рабочему объему (т.е. л/с на куб.см);
- удельная мощность к массе двигателя (т.е. л/с на кг);
- коэффициент эффективности цилиндра (в размерности л.с.-минут на кубический сантиметр, который расчитывается согласно формуле (20) в статье Сугимото 1924 г. как мощность двигателя, отнесенная к квадрату диаметра поршня, помноженному на число цилиндров и на среднюю скорость поршня).
На всех трех графиках по горизонтальной оси отложен год разработки.
Смысл всех трех параметров таков, что чем больше их значение, тем (предположительно) более эффективны конструктивные решения двигателя.
Компрессию, расход топлива и масла я тоже рассматривал, но сейчас речь не о них.
По коэффициенту эффективности цилиндров резко отличаются от основной массы ровесников три двигателя: Adams-Farwell 36hp (1907 года) [1], Adams-Farwell 63hp (1909 года) [2] и Clerget 9F (неизвестного года) [3].
Начнем с конца.
Точная дата создания двигателя Clerget 9F неизвестна, и, хотя он и являлся модификацией достаточно раннего двигателя 9B 1913 года (на котором увеличили ход поршней и компрессию), но мог быть создан как в 1914 году (как я предположил при составлении таблицы), так и - теоретически - в 1917-1920е. Энгл в своем справочнике описывает его сразу после 9B, поэтому я предположил, что между их разработкой прошло не так много времени.
Но главное: похоже, что это был экспериментальный двигатель, не производившийся серийно; поэтому там могли быть применены какие-то предельные решения, оказавшиеся малопригодными на практике.
Вопрос: так когда же именно появился двигатель 9F?
А вот с небывалой эффективностью цилиндров у ранних двигателей Adams-Farwell непонятно.
Во-первых, это двигатели-пионеры (1907 и 1909 гг.), и ожидать от них каких-то предельных параметров мы не можем в принципе.
Во-вторых, разработанный фирмой позднее более мощный двигатель 72hp показал значительно - более, чем в полтора раза - более скромную эффективность цилиндров. И если 72hp ничем среди современников не выделяется, то 36hp и 63hp опередили свое время на 10+ лет.
Математически столь высокая эффективность обусловлена малыми оборотами обоих двигаталей (1000 и 800 соответственно), плюс у 36hp еще и очень мал ход поршня (всего 83 мм). Это дает очень низкую (относительно всех других двигателей) среднюю скорость поршня, а, следовательно, и высокую эффективность цилиндров.
С учетом даты проектирования я бы предположил, что до 1910 года еще не было надежной методики расчетов мощностей авиационных двигателей, или разработчики просто ошиблись.
Так или иначе, к.м.к., в реальности эти двигатели выдавали заявленную мощность на гораздо более высоких оборотах или даже не выдавали вовсе.
Вопрос: причина столько высокой эффективности цилиндров ранних двигателей Adams-Farwell в ошибочных расчетах или в чем-то ином?
Наконец, среди курьезов можно назвать двигатель Siemens-Halske Sh.III [4], имеющий не просто одно из самых низких значений коэффициента по абсолютному значению (хуже него только пионер авиадвигателестроения Old Gyro 1907 года), оно еще и неприлично анахроничное.
Но в его случае имеет место черная магия с частотой вращения вала. Энгл пишет про 900 об/мин, эти же данные использует и Сугимото (получая совершенно невероятные значения эффективности и исключая их из рассмотрения, как ошибку/выброс).
Однако в современной вики раскрывается секрет двигателя - ход цилиндров обеспечивал частоту вращения 1800 об/мин, а 900 - это уже на выходе встроенного понижающего редуктора. Поэтому и эффективность оказывается либо слишком высокой (если брать пониженные обороты), или очень низкой (если брать исходные).
Если я не ошибаюсь, для наших целей следует брать именно исходную частоту, поэтому и по коэффициенту эффективности SH.III выходит не шедевром двигателестроения, а очень даже наоборот.
Что, в целом, и неудивительно, учитывая то, что немецкие ротативные двигатели собственной разработки были в лучшем случае середнячками (Goebel), а остальные были копиями французских двигателей (Oberursel).
Еще можно отметить, насколько хороши гном-роновские Моносупапы и поздние девятки, а ранние двухрядные - наоборот (впрочем, это ожидаемо и неизбежно).
По удельной мощности (к объему) у нас снова выделяются старые знакомые - Adams-Farwell 36hp и Clerget 9F - и, очевидно по тем же причинам (несовершенство расчетов или ошибка в них у первого, и неизвестная дата создания плюс экспериментальный характер разработки у второго).
Здесь тоже очень хороши все Моносупапы и поздние девятки, а ранние двухрядки и немцы оказываются в аутсайдерах.
Cовсем иной оказывается картина по удельной мощности (к массе), однако и разброс значений здесь намного сильнее.
Снова выделяются в лучшую сторону Adams-Farwell 36hp и Clerget 9F, но к их завышенным показателям мы уже привыкли и в них не верим.
Очень хороши по весовой отдаче оказываются двухрядные двигатели, даже ранние - причем, как мы только что писали, по предыдущим (объемным) показателям они хуже своих конкурентов.
Снова великолепны все поздние Моносупапы и снова унылы немцы, но тут без неожиданностей.
А вот среди послевоенных двигателей если мощные (Clerget) были хороши, то у маломощных роновских весовая отдача была значительно хуже; впрочем, насколько я понимаю, это тоже ожидаемо.
В любом случае, к тому времени эпоха ротативных моторов уже закончилась и они оказались особо никому не нужны.
На этом, в принципе, всё.
Влияние некоторых технических решений видно даже на этих графиках (например: двухрядки vs однорядки), но т.к. выборка мала и разброс данных велик, выделить что-то конкретное оказывается трудно.
Вообще, касательно зашумленности: неожиданно сложным оказалось найти конкретные даты разработки двигателей.
По очень многим двигателям даты неизвестны в принципе - даже год (не говоря уже о месяце-числе); Энгл тоже не слишком утруждает себя датами, полагая технические детали более важными.
По другим двигателям известна лишь дата представления двигателя широкой публике или дата включения двигателя в каталог фирмы, но не дата начала разработки.
Из-за всего этого многие двигатели, вполне вероятно, находятся на графиках не там, где должны были бы и это, пожалуй, самая большая проблема и самое уязвимое место.
Теперь сделал табличку с параметрами авидвигателей Великой войны по разным источникам (справочник Энгла, разные тематические сайты и т.п.)
Что мне хотелось понять:
- в каких пределах изменялись характеристики двигателей с момента создания первых специализированных конструкций 1907 и по примерно 1920 г.;
- попытаться идентифицировать те инновации (технологии, инженерные решения, материалы) которые позволили наращивать как рабочий объем, так и удельную мощность.
Начал я с ротативные двигателей (их в таблице сейчас 61 штука, рядные и радиальные - это отдельный разговор), и считал три основных параметра:
- удельная мощность к рабочему объему (т.е. л/с на куб.см);
- удельная мощность к массе двигателя (т.е. л/с на кг);
- коэффициент эффективности цилиндра (в размерности л.с.-минут на кубический сантиметр, который расчитывается согласно формуле (20) в статье Сугимото 1924 г. как мощность двигателя, отнесенная к квадрату диаметра поршня, помноженному на число цилиндров и на среднюю скорость поршня).
На всех трех графиках по горизонтальной оси отложен год разработки.
Смысл всех трех параметров таков, что чем больше их значение, тем (предположительно) более эффективны конструктивные решения двигателя.
Компрессию, расход топлива и масла я тоже рассматривал, но сейчас речь не о них.
По коэффициенту эффективности цилиндров резко отличаются от основной массы ровесников три двигателя: Adams-Farwell 36hp (1907 года) [1], Adams-Farwell 63hp (1909 года) [2] и Clerget 9F (неизвестного года) [3].
Начнем с конца.
Точная дата создания двигателя Clerget 9F неизвестна, и, хотя он и являлся модификацией достаточно раннего двигателя 9B 1913 года (на котором увеличили ход поршней и компрессию), но мог быть создан как в 1914 году (как я предположил при составлении таблицы), так и - теоретически - в 1917-1920е. Энгл в своем справочнике описывает его сразу после 9B, поэтому я предположил, что между их разработкой прошло не так много времени.
Но главное: похоже, что это был экспериментальный двигатель, не производившийся серийно; поэтому там могли быть применены какие-то предельные решения, оказавшиеся малопригодными на практике.
Вопрос: так когда же именно появился двигатель 9F?
А вот с небывалой эффективностью цилиндров у ранних двигателей Adams-Farwell непонятно.
Во-первых, это двигатели-пионеры (1907 и 1909 гг.), и ожидать от них каких-то предельных параметров мы не можем в принципе.
Во-вторых, разработанный фирмой позднее более мощный двигатель 72hp показал значительно - более, чем в полтора раза - более скромную эффективность цилиндров. И если 72hp ничем среди современников не выделяется, то 36hp и 63hp опередили свое время на 10+ лет.
Математически столь высокая эффективность обусловлена малыми оборотами обоих двигаталей (1000 и 800 соответственно), плюс у 36hp еще и очень мал ход поршня (всего 83 мм). Это дает очень низкую (относительно всех других двигателей) среднюю скорость поршня, а, следовательно, и высокую эффективность цилиндров.
С учетом даты проектирования я бы предположил, что до 1910 года еще не было надежной методики расчетов мощностей авиационных двигателей, или разработчики просто ошиблись.
Так или иначе, к.м.к., в реальности эти двигатели выдавали заявленную мощность на гораздо более высоких оборотах или даже не выдавали вовсе.
Вопрос: причина столько высокой эффективности цилиндров ранних двигателей Adams-Farwell в ошибочных расчетах или в чем-то ином?
Наконец, среди курьезов можно назвать двигатель Siemens-Halske Sh.III [4], имеющий не просто одно из самых низких значений коэффициента по абсолютному значению (хуже него только пионер авиадвигателестроения Old Gyro 1907 года), оно еще и неприлично анахроничное.
Но в его случае имеет место черная магия с частотой вращения вала. Энгл пишет про 900 об/мин, эти же данные использует и Сугимото (получая совершенно невероятные значения эффективности и исключая их из рассмотрения, как ошибку/выброс).
Однако в современной вики раскрывается секрет двигателя - ход цилиндров обеспечивал частоту вращения 1800 об/мин, а 900 - это уже на выходе встроенного понижающего редуктора. Поэтому и эффективность оказывается либо слишком высокой (если брать пониженные обороты), или очень низкой (если брать исходные).
Если я не ошибаюсь, для наших целей следует брать именно исходную частоту, поэтому и по коэффициенту эффективности SH.III выходит не шедевром двигателестроения, а очень даже наоборот.
Что, в целом, и неудивительно, учитывая то, что немецкие ротативные двигатели собственной разработки были в лучшем случае середнячками (Goebel), а остальные были копиями французских двигателей (Oberursel).
Еще можно отметить, насколько хороши гном-роновские Моносупапы и поздние девятки, а ранние двухрядные - наоборот (впрочем, это ожидаемо и неизбежно).
По удельной мощности (к объему) у нас снова выделяются старые знакомые - Adams-Farwell 36hp и Clerget 9F - и, очевидно по тем же причинам (несовершенство расчетов или ошибка в них у первого, и неизвестная дата создания плюс экспериментальный характер разработки у второго).
Здесь тоже очень хороши все Моносупапы и поздние девятки, а ранние двухрядки и немцы оказываются в аутсайдерах.
Cовсем иной оказывается картина по удельной мощности (к массе), однако и разброс значений здесь намного сильнее.
Снова выделяются в лучшую сторону Adams-Farwell 36hp и Clerget 9F, но к их завышенным показателям мы уже привыкли и в них не верим.
Очень хороши по весовой отдаче оказываются двухрядные двигатели, даже ранние - причем, как мы только что писали, по предыдущим (объемным) показателям они хуже своих конкурентов.
Снова великолепны все поздние Моносупапы и снова унылы немцы, но тут без неожиданностей.
А вот среди послевоенных двигателей если мощные (Clerget) были хороши, то у маломощных роновских весовая отдача была значительно хуже; впрочем, насколько я понимаю, это тоже ожидаемо.
В любом случае, к тому времени эпоха ротативных моторов уже закончилась и они оказались особо никому не нужны.
На этом, в принципе, всё.
Влияние некоторых технических решений видно даже на этих графиках (например: двухрядки vs однорядки), но т.к. выборка мала и разброс данных велик, выделить что-то конкретное оказывается трудно.
Вообще, касательно зашумленности: неожиданно сложным оказалось найти конкретные даты разработки двигателей.
По очень многим двигателям даты неизвестны в принципе - даже год (не говоря уже о месяце-числе); Энгл тоже не слишком утруждает себя датами, полагая технические детали более важными.
По другим двигателям известна лишь дата представления двигателя широкой публике или дата включения двигателя в каталог фирмы, но не дата начала разработки.
Из-за всего этого многие двигатели, вполне вероятно, находятся на графиках не там, где должны были бы и это, пожалуй, самая большая проблема и самое уязвимое место.
no subject
Date: 2024-07-17 02:15 pm (UTC)no subject
Date: 2024-07-17 05:08 pm (UTC)no subject
Date: 2024-07-18 08:38 pm (UTC)no subject
Date: 2024-07-17 08:20 pm (UTC)"причина столько высокой эффективности цилиндров ранних двигателей Adams-Farwell в ошибочных расчетах или в чем-то ином?"
Первая же мысль - какое топливо они использовали? Ранние ДВС далеко не обязательно были бензиновые, да и сам бензин был очень разный. Я о периоде ПМВ имею совсем поверхностное представление, но в ВМВ главным ограничивающим фактором конструкторов техники для люфтваффе было именно качество бензина. Несмотря на все продвинутые технологии, начиная с впрыска, они никак не могли даже приблизиться к эффективности американских и британских моторов. Физика - беспощадная сука, 90-октановый бензин (В4) против 115-октанового (официально - 100/130) совсем не катит.
А что касается литровой мощности, могу добавить, что существовал двигатель BMW IV, у которого избыточный литраж использовался как замена наддуву. Довольно быстро пришли к выводу, что это не очень эффективно, но на своё время это всё же позволило заметно увеличить высоту полёта. Литровая мощность при этом получалась никакущая, но это не говорит о том, что двигатель плох.
no subject
Date: 2024-07-18 06:31 am (UTC)а какие еще, на "этаноле"? :) он близок к бензину, ну хим "чистый"..
>было именно качество бензина
я думаю уже в ПМВ это понимали..
no subject
Date: 2024-07-18 10:07 am (UTC)И да, двигатели на спиртах были распространены. Кроме того и масло могло влиять на эффективность движка. Опять же, в СССР никак не могли добиться приемлемого ресурса дизелей, пока не получили доступ к американским присадкам в масло. Предполагаю, что переход с касторового масла на что-то более современное в ПМВ тоже давал свой эффект.
no subject
Date: 2024-07-18 10:33 am (UTC)Я думаю, тут именно "чистый" эффект конструкции, хотя я ничего в этом не понимаю :)
no subject
Date: 2024-07-18 10:55 am (UTC)no subject
Date: 2024-07-18 11:19 am (UTC)https://toi-samyi.livejournal.com/268912.html
no subject
Date: 2024-07-18 03:24 pm (UTC)И да, В-2 не совсем БМВ, он транзитом через М-34, который судя по всему делали... фиатовцы. И там попытались избавиться от ещё одного врождённого косяка - прицепных шатунов, из-за которых двигатель страшно колбасит на больших оборотах, да и в целом не любит "крутиться". Попытались, но ниасилили, вильчатые шатуны требуют качества материалов и точности изготовления. В общем, уже в М-35 вернулись к прицепным, и, насколько мне известно, новейшие Т-90 так с прицепными шатунами и катаются. Как диды 100 лет назад.
no subject
Date: 2024-07-18 03:56 pm (UTC)Так вот была дана прим такая характеристика Т34: что дескать едет "почти бесшумно", но только по прямой :) это дивизионный ЖБД, документ вполне официальный
no subject
Date: 2024-07-18 04:11 pm (UTC)Не то
Date: 2024-07-18 04:32 pm (UTC)но картер остался от БМВ и клапанов добавили
Re: Не то
Date: 2024-09-12 09:07 pm (UTC)это потомки БМВ-VI
Date: 2024-07-18 04:29 pm (UTC)а опору пропеллера не убрали Т-62... или на Т-54/55?
пардон, невнимательно прочёл. перепутал с "пристяжными" шатунами
Re: это потомки БМВ-VI
Date: 2024-07-18 04:49 pm (UTC)no subject
Date: 2024-07-18 04:34 pm (UTC)лень искать
Date: 2024-07-18 04:46 pm (UTC)в твиттере есть англоязычный юзер, который пишет об авиационых моторах. кажись даже книжки
он оперирует архивными документами
превосходство авиационного бензина союзников -- миф. у немцев была смесь с октановым числом 120 или выше
но были проблемы. например, от неё разбухал и растворялся протектор бензобаков. поэтому её выводили из употребления. временно, но не сразу . не могли понять от чего падают самолёты
потом у них была нехватка всего, клапана горели без легирующих присадок и т.п.
испытания трофейных немецких двигателей на американском бензине показывали мощность меньшую, чем указаная производителем
Re: лень искать
Date: 2024-07-18 04:54 pm (UTC)Он тоже строго по мануалам и техдокам. И у него был момент, что в реальности Б4 мог быть хуже качеством, чем эталонный, поэтому пилоты зачастую ещё сильнее ограничивали себя в плане форсажа, чтобы не ловить в полёте вылетевшие клапаны. С3 был намного лучше, но его было оче мало.
нашёл
Date: 2024-07-18 06:10 pm (UTC)Re: нашёл
Date: 2024-07-18 08:32 pm (UTC)Ну так это скорее всего про С3 и написано. Или даже про какой-то экспериментальный сорт бензина, немцы осознавали проблему и пытались найти приемлемое решение, но у них тупо не было сырья для присадок.
Re: нашёл
Date: 2024-07-18 09:49 pm (UTC)Re: лень искать
Date: 2024-09-12 09:06 pm (UTC)У Грена це добре ррщібрано
Re: лень искать
Date: 2024-09-12 09:22 pm (UTC)Я трохи пізніше планую повернутися до цього топіку і викласти дещо по ротативам. Але це вже після "БУС-1941".
no subject
Date: 2024-07-18 08:50 pm (UTC)Спасибо, вообще это интересный момент, надо изучить.
Хотя, честно говоря, у меня есть ощущение, что как минимум частично упоминаемые в литературе мощности двигателей - в частности, разработок военного времени - это расчетные величины. Которые могли учитывать особенности местного используемого топлива, а могли и не учитывать.
(В общем, я уже выше написал, мне как раз и интересно послушать знающих людей, чтобы понять, в какую сторону дальше смотреть. Вот топливо - одна из этих сторон.)
no subject
Date: 2024-07-18 09:55 pm (UTC)более того, нынешняя терминология: "бензин", "керосин", "дизель/соляра" к тому времени вообще не применима. но употребляется
например: https://toi-samyi.livejournal.com/273471.html
ещё Брокгауза и Ефрона очень полезно почитать
no subject
Date: 2024-07-18 09:55 pm (UTC)Но может быть и чисто объективная разница в степени форсирования. Например, в союзе из несчастной Испано-Сюизы в виде ВК-105 мощностью 1100 л.с. при ресурсе около 100 часов выжали аж 1850 и назвали это ВК-108. Правда, на номинале оно работало не более 10 часов, а на взлётной мощности разваливалось практически сразу, но во всех справочниках записано - 1850 и ресурс 25 часов.