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.
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)