Зарождение авиационного моторостроения в России

В России не было своих образцов автомобильных двигателей, поэтому большинство конструкторов самолётов проектировали и строили свои машины в расчете на двигатели иностранных конструкций, главным образом французских.

В это же время отдельные изобретатели берутся за создание авиационных двигателей собственной конструкции, заводы Лесснера в Петербурге, завод «Мотор», Акционерное общество «Русско-Балтийского вагонного завода» в Риге начинают подготовку производства авиационных двигателей. Однако в России не было организовано ни одного авиационного государственного (казённого) авиамоторостроительного завода.

Работы по созданию транспортных двигателей в России во 2-й половине XIX века

Ещё А.Ф. Можайский при выборе типа двигателя для своего самолёта рассматривал все имеющиеся в то время схемы транспортных двигателей. Внимание А.Ф. Можайского привлёк ДВС на жидком топливе американца Брайтона, но из-за несовершенства конструкции и большой массы двигателя ему пришлось остановиться на паровой машине, в создании технических условий на проектирование которой он принял деятельное участие.

В конце XIX века отечественными изобретателями был предложен ряд схем двигателей различных принципов. Ф.Р. Гешвенд опубликовал брошюру с описанием летательного аппарата с реактивной установкой (1887 г.). Ученик Н.Е. Жуковского С.С Неждановский разработал несколько схем реактивных двигателей (1882-89 гг.). П.Д. Кузьминский составил проект парогазотурбомашины для установки на летательный аппарат.

Б.Г. Луцкий, русский инженер, работавший за границей, в 1885 г. спроектировал и построил газовый двигатель собственной конструкции рядного типа с вертикальным расположением цилиндров (до этого двигатели были только с горизонтальным или наклонным положением цилиндров). В.Г. Луцкий является автором схем четырёх- и шестицилиндровых двигателей, в течение некоторого времени наиболее распространённых.

Мастер Ягодзинский в 1887 г. обратился в Главное инженерное управление с предложением использовать для нужд воздухоплавания спроектированный и построенный бензиновый двигатель. К сожалению, его описание в архивах отсутствует.

Двигатели для дирижаблей

Двигатель внутреннего сгорания оригинальной конструкции спроектировал и построил О.С. Костович. К началу 1889 г. двигатель был готов. Это был 8-цилиндровый бензиновый двигатель, работающий по четырёхтактному циклу, с горизонтально расположенными цилиндрами. Подачу смеси и выход отработанных газов осуществлял клапанный механизм. Цилиндры соединялись попарно в две группы по четыре цилиндра в каждой. Для устранения вибраций вспышки смеси происходили поочерёдно в противоположных цилиндрах. Так как двигатель предназначался для дирижабля, то конструктор не ограничивал его габаритные размеры. Двигатель имел маховик, выполненный с тяжелым ободом и спицами по типу велосипедных колёс. Расчётная мощность двигателя — 80 л.с. и масса 240 кг, удельная масса составляла 3 кг/л.с.

Начатое строительство дирижабля не было закончено. В процессе строительства буря и пожар повредили изготовленные части дирижабля, для ремонта и окончания строительства не хватило средств. Военное ведомство на завершающем этапе не оказало необходимой поддержки. Лишенная целевого назначения работа по двигателю была также прекращена.

В начале 1908 г. при постройке дирижабля «Кречет» заводу Лесснера в Петербурге были заказаны два бензиновых двигателя мощностью по 50 л.с. и с массой не более 5 кг/л.с. (не считая массы радиатора и воды для охлаждения). Завод спроектировал и построил четырёхцилиндровый двигатель мощностью 50 л.с. При испытании этот двигатель работал без перерыва 2 ч, затем были обнаружены сильное повышение температуры выходящего масла и разрушение картера. Двигатель требовал доводки.

Завод Лесснера работал над двигателем около шести месяцев, после чего конструкторы дирижабля заказали двигатели французской автомобильной фирме и уже в октябре 1908 г. получили их. Давая современную оценку фактам создания нового двигателя заводом Лесснера, можно сказать, что шесть месяцев для конструкторского отдела и завода, ранее не строивших подобных двигателей — срок совсем небольшой, а непрерывная работа первого собранного двигателя в течение двух часов говорит о том, что спроектирован он был достаточно грамотно и мог быть доведён.

С.В. Гризодубов

Один из первых русских авиаконструкторов и лётчиков Степан Васильевич Гризодубов был конструктором и строителем мотора для своих самолётов. Как сообщает сам Гризодубов в афише о выставке аэроплана, «…аэроплан и мотор изготовлены в Харькове из русских материалов, по собственным чертежам, расчетам и моделям». В 1909 г. Гризодубов спроектировал и построил бензиновый четырехцилиндровый двигатель водяного охлаждения предполагаемой мощностью 40 л.с. При частоте вращения коленчатого вала 1400-1500 об/мин, удельная масса двигателя Гризодубова с радиатором составляла 2,8 кг/л.с., а рабочий объём цилиндров — 2,93 л. Таким образом, для получения заданной мощности литровая мощность этого двигателя должна была бы быть более 13,6 л.с./л, но так как эта величина для аналогичных двигателей того времени не превосходила 11,00 л. с./л, то, вероятно, фактическая мощность двигателя Гризодубова была менее 40 л.с.

Свой двигатель Гризодубов установил на три последовательно спроектированных и построенных им самолёта. Трудовой подвиг Степана Васильевича и сейчас вызывает восхищение, однако задача создания нового двигателя, почти без чьей-либо материальной поддержки, хорошей экспериментальной и производственной базы, практически невыполнима. Этим можно объяснить постановку на последний самолёт «Гризодубов-4» покупного двигателя «Анзани» мощностью 25 л.с.

А.Г. Уфимцев

Анатолий Георгиевич Уфимцев, конструктор самолётов и моторов, спроектировал четыре и построил три оригинальных авиационных двигателя. На его проекты двигателей, безусловно, оказывало влияние состояние развития транспортного двигателестроения в России, в частности развитие двухтактных двигателей. Принцип биротативности позволяет ликвидировать коренной недостаток ротативных двигателей — недопустимость высоких оборотов цилиндров из-за увеличения центробежной силы, сбрасывающей с цилиндров масло.

А.Г. Уфимцев в своей мастерской в городе Курске построил биротативный двухцилиндровый двухтактный авиационный двигатель воздушного охлаждения. Один двухлопастный винт был закреплён на коленчатом валу, а другой – на головках цилиндров. Мощность (суммарная) оценивалась конструктором в 15-20 л.с. при массе двигателя с пропеллерами и всеми принадлежностями около 40 кг. Имеющихся данных недостаточно для оценки фактической мощности двигателя. Самолёт конструкции А.Г. Уфимцева с этим двигателем не взлетел и изобретатель приступил к созданию более мощных двигателей.

Проектируя в 1909 г. новый мотор, конструктор вновь применил ранее (в 1902 г.) выдвинутый им принцип биротативного двигателя. 9 февраля 1908 г. А.Г. Уфимцев подал заявку а 13 октября 1911 г. ему выдали патент на изобретение (№ 19997, охранное свидетельство № 38313). Как пишет П.Д. Дузь,

«Судя по этому патенту, Уфимцев проектировал четырёхцилиндровый биротативный двигатель, цилиндры которого были крестообразно расположены вокруг коленчатого вала и при работе двигателя вращались вокруг этого вала. В то же время цилиндры качались около цапфы, помещенной в головке каждого цилиндра. Вал же мог или оставаться неподвижным…, или тоже вращаться в обратную сторону… Двигатель работал по двухтактному циклу, причём воспламенение смеси производилось не с помощью свечей, а в результате высокой степени сжатия. Диаметр цилиндров 90 мм, ход поршня 120 мм».

Рабочий объём всех четырёх цилиндров был 3,05 л. Замер мощности биротативного двигателя на балансирном станке из-за двух взаимно противоположных моментов невозможен, для этого требовались гидро- или электротормоза, которых у А.Г. Уфимцева не было. Поэтому мощность его биротативного двигателя, по аналогии с двигателем SH-3, примем в 1,5 раза больше мощности ротативного двигателя того времени, при тех же оборотах, а мощность двухтактного двигателя по сравнению с четырёхтактным — на 20-35 % больше при тех же рабочем объёме цилиндров и оборотах коленчатого вала, тогда мощность биротативного двухтактного двигателя будет больше мощности четырёхтактного ротативного в 1,85-2,1 раза.

Ротативные четырёхтактные двигатели «Гном» (80 л.с.) получали с одного литра рабочего объёма при 1000 об/мин мощность 5,3 л.с.; «Гном» (110 л.с.) — 6,8 л. с.; «Клерже» (110 л.с.) — 6,3 л.с. Принимая для оценки мощности двигателя Уфимцева литровую мощность четырёхтактного двигателя того времени 6,3 л.с., получим 6,3 х 3,05х (1,8 … 2,1) = 35 … 40 л.с. По расчётам А.Г. Уфимцева двигатель должен был иметь массу около 40 кг. Для запуска предполагалось использовать сжатый под большим давлением воздух или горючую смесь из специального резервуара.

Официальное заключение на проект двигателя было отрицательным, специалисты Главного инженерного управления не нашли преимуществ предлагаемого Уфимцевым двигателя перед существовавшими в то время ротативными двигателями. Было отвергнуто и предложение А.Г. Уфимцевым запускать двигатель сжатым воздухом от баллона на борту самолёта, однако практика дальнейшего развития авиации блестяще подтвердила его целесообразность (авиационные двигатели периода Великой Отечественной войны 1941-45 гг. имели воздушный самопуск).

Другим предложением А.Г. Уфимцева, подтвердившимся в будущем, было применение соосных винтов, вращающихся в разные стороны. Самолёт «Макки-Кастольди» МС-72, на котором были установлены мировые рекорды скорости в 1933 и 1934 гг., имел двигатель «Фиат» мощностью 2800 л.с. с приводом на два соосных винта, вращающихся в разные стороны. На турбовинтовом двигателе НК-12 конструкции Н.Д. Кузнецова, самом мощном в мире, также устанавливались соосные винты, вращающиеся в разные стороны. Не имея официальной поддержки, изобретатель всё-таки не оставил намерения осуществить свои идеи.

Проект четырехцилиндрового двигателя не удовлетворил автора, осуществление системы воспламенения от высокой степени сжатия вызывала большие трудности и в новом проекте эта система была заменена на электрическую систему зажигания при значительно меньшей степени сжатия. Получив небольшой кредит от частных лиц, заложив дом и используя все наличные средства, А.Г. Уфимцев спроектировал и построил новый шестицилиндровый биротативный двигатель, выбрав диаметр цилиндров 80 мм и ход поршня 110 мм, частоту вращения вала и цилиндров 1000 об/мин. Мощность двигателя принималась конструктором 40 л.с., масса 50 кг. Рабочий объём всех цилиндров двигателя составлял 3,3 л. В будущем, этот двигатель получил название АДУ-3.

К концу февраля 1910 г. конструктор ещё не имел законченной системы принудительной смазки и испытывал двигатель в течение коротких промежутков времени. Этот двигатель А.Г. Уфимцев установил на самолёт собственной конструкции «Сфероплан-2», постройка которого была закончена в июне 1910 г. Самолёт испытывался, но взлёт не получился. Двигатель не мог долго работать: заедали поршни, зазор между поршнем и цилиндром не был проверен длительной работой двигателя на стенде. Не ясно, была ли отработана система принудительной смазки. Испытания окончились остановкой двигателя, он был демонтирован с самолёта и отправлен в мастерскую. В настоящее время в Центральном Доме авиации и космонавтики (г. Москва) экспонируется шестицилиндровый двигатель А.Г. Уфимцева, снятый с его самолёта «Сфероплан-2».

На основе опыта работы с двигателями А.Г. Уфимцев спроектировал новый шестицилиндровый двухтактный биротативный двигатель и построил его на Брянском паровозостроительном заводе. Параметры и конструкции основных узлов были существенно изменены. Диаметр цилиндра 100 мм, ход поршня 120 мм, рабочий объём цилиндров 5,6 литра, частота вращения коленчатого вала и цилиндров (в разные стороны) 1000 об/мин. В этом случае ожидаемая мощность могла быть в пределах 65-75 л.с., масса 58 кг (без рамы). Габаритный диаметр двигателя 980 мм, длина 430 мм. Для передачи мощности на винты на двигателе имелись две зубчатые шестерни для цепной передачи (под велосипедную цепь). Конструкция цилиндров выполнена достаточно хорошо, длинные стальные рёбра с нормальным шагом выточены заодно с гильзой (изобретатель правильно оцени недостатки предыдущей конструкции и грамотно их ликвидировал).

Профессор В.П. Ветчинкин в статье «Выдающийся изобретатель А.Г. Уфимцев и его работы» о втором шестицилиндровом двигателе писал: «…Но работать он не мог так как на Брянском заводе неправильно установили зажигание». Дефект, конечно, был временный и с переделками его можно было устранить.

Этот двигатель экспонировался с 25 марта по 8 апреля 1912 г. на Второй Международной воздухоплавательной выставке в Москве. Жюри под председательством профессора Н.Е. Жу­ковского за интересную идею присудило А.Г. Уфимцеву большую серебряную медаль. В настоящее время этот авиационный двигатель под маркой «АДУ-4» выставлен в музее ВВС в Монино.

Располагаемые А.Г. Уфимцевым эк­спериментальная и производственная базы были явно недоста­точны для создания двигателя, биротативная схема требовала длительной доводки. Государство не оказало изобретателю ни­какой поддержки, и он вынужден был оставить работы в авиации.

Однако схема биротативного двухтактного двигателя себя не оправдала. В Германии над биротативными двигателями работал авиамоторный отдел фирмы «Сименс-Гальске» в Берлине. К на­чалу Первой Мировой войны были созданы только опытные об­разцы. В 1915 году получен образец лёгкого биротативного дви­гателя мощностью 160/240 л.с., но до серии было ещё далеко. Только к концу 1918 года работы завершились созданием одиннадцатицилиндрового двигателя мощностью 200 л.с., с ча­стотой вращения вала и цилиндров 900 об/мин (сухая масса дви­гателя 194 кг, удельная — 0,97 кг/л.с.). Но в это время интерес к подобным двигателям был утрачен. Звездообразные стационарные двигатели водяного охлаждения конструктивно оказались проще биротативных, а двухтактные, как менее эко­номичные (часть смеси неизбежно терялась во время продувки), — повсеместно были вытеснены четырехтактными.

Александр Микулин

Весной 1910 г. во время одного из полётов С.И. Уточкина на самолете «Фарман» при заходе на посадку мотор «Гном» после нескольких перебоев остановился. Причиной этого явился отказ магнето. Наблюдавший за полётом гимназист Александр Микулин (будущий создатель советских авиационных двигателей серии «АМ») предложил Сергею Исаевичу установить на мотор «Гном» второе магнето. Конструктивно нужно было торец валика первого маг­нето соединить со вторым.

Это, вероятно, один из первых при­меров широко распространённого сейчас принципа «дублирова­ния» жизненно важных, сложных систем машины. В дальнейшем на авиационные двигатели стали устанавливать по два магнето и по два комплекта свечей. Надёжность повысилась, но увеличи­лась и масса конструкции. При работе двигателя с двумя свечами в каждом цилиндре улучшился процесс сгорания, возросшая при этом мощность компенсировала добавочную массу конструкции.

Теодор (Фёдор Георгиевич) Калеп и завод «Мотор»

Т. Калеп, талантливый инженер, был инженерным руководи­телем организованного в августе 1908 г. студенческого общества воздухоплавания и техники полёта в Рижском политехническом институте. В августовские дни 1909 г. Т. Калеп присутствовал на первом большом воздухоплавательном состязании в Реймсе, близ Парижа, где он имел возможность изучать самолёты и двигатели. Двигатели были в основном автомобильные или мотоциклетные, приспособленные для самолётов. Т. Калеп решил, что выпуск этих самолётов и моторов можно наладить на заводе «Мотор» в Риге, где он был директором и техническим руководителем.

Завод «Мо­тор», основанный в 1895 г., относился к числу металлообрабатывающих предприятий и производил трансмиссии, станки и другое оборудование для металлообрабатывающих заводов, располагал квалифицированными кадрами инженеров и рабочих. Для начала Т. Калеп приобрёл самолёт «Райт» (двухместный, для обучения полётам) с двигателем «Райт» мощностью 25 л.с. при частоте вра­щения вала и цилиндров 1400 об/мин и массой 90 кг (март 1910 г.). В цехах завода «Мотор» уже в июле 1910 г. были изготовлены по образцам самолёт и усовершенствованный Т. Калепом двигатель. Двигатель развивал мощность 35 л.с. при 1500 об/мин, это был первый изготовленный в России авиационный двигатель, с которым летали самолеты. Успех Т. Калепа и всего коллектива завода «Мотор» был очевиден.

К 1910 г. двигатели «Райт» уже серьёзно устарели, лучшими авиационными двигателями в то время были ротативные звездообразные моторы воздушного охлаждения фирмы «Гном» (Франция). Т. Калеп пытался заручиться содействием общества «Гном» для строительства двигателей на заводе «Мотор», но это не привело к успеху. Фирма без всякого первоначального взноса на подго­товку и освоение производства потребовала две трети чистого дохода, что было совершенно неприемлемо. Т. Калеп был вы­нужден налаживать производство самостоятельно. Был приобретён экземпляр двигателя «Гном». Потребовалось дополнить оборудование завода, закупить станки, построить печи для литья чугуна. Проектировалась и изготавливалась оснастка для сборки и испытания. Т. Калеп поставил перед собой задачу строить дви­гатели только из русских материалов.

Ему удалось договориться с владельцами Путиловского завода в Петербурге и завода «Саламандра» в Риге о поставке высококачественных сталей. Шарикоподшипники и магнето пришлось пока покупать в Германии. Первые двигатели, изготовленные на заводе «Мотор», имели дефекты, которые потребовали улучшения механических качеств применяемых материалов. При помощи завода «Саламандра» и путиловских заводов удалось резко улучшить их механические свойства. Обычные стали были заменены легированными хромом и никелем, был введён процесс поверхностного увеличения твёр­дости (цементация) с последующей закалкой. Прочность деталей значительно возросла и превысила данные французского мотора «Гном». При этом накапливался опыт исследования материалов и выработка технических условий на их поставку.

Недостатки двигателя «Гном» требовали и конструктивного изменения некоторых деталей и узлов. Эта работа была проделана, и к концу 1911 г. Т. Калепом был создан новый ротативный дви­гатель, получивший название «Калеп». На двигатель и его узлы Т. Калепу 30 сентября 1913 г. были выданы привиле­гии: № 25056 класс 46d «на двигатель внутреннего сгорания, с ра­диально укреплёнными на кривошипной камере вращающимися цилиндрами» (заявлена 22 ноября 1911 г., охранное свидетельство № 50497) и № 25057 класс 46d «на клапан, устанавливаемый в дне поршня двигателей внутреннего сгорания с вращающимися цилиндрами» (заявлена 22 ноября 1911 г., охранное свидетельство № 50497).

Кривошипная камера (картер) была выполнена из двух половин, с плоскостью разъёма, не совпадающей с осью ци­линдра, в большей части картера цилиндр прочно удерживался. Крепление цилиндров в картере было осуществлено с помощью нарезки и гайки на каждом цилиндре, а не с помощью штырей, каждый из которых на «Гноме» приходится на два цилиндра. Впервые были применены алюминиевые поршни с кольцами. Впускные клапаны повёрнуты на 90° для того, чтобы уменьшить влияние центробежной силы клапана на лёгкость его хода. Эти и ряд других конструктивных изменений двигателя «Калеп» уменьшили число его деталей на 85 по сравнению с «Гномом».

При неизменном диаметре цилиндра 110 мм и ходе поршня 120 мм мощность мотора «Калеп» увеличилась до 60 л.с. при частоте вра­щения вала 1200 об/мин, расход топлива стал 0,315 кг/(л.с. ч), масла (касторового) 0,1 кг/(л.с. ч), масса двигателя 66 кг или удельная масса 1,1 кг/(л.с. ч). Габаритный диаметр мотора 836 мм, длина 1000 мм. Завод гарантировал работу мотора без переборки в течение 50 ч и непрерывную работу в течение 10 ч. Проведённые официальные сравнительные стен­довые и лётные испытания моторов «Калеп» и «Гном» подтвердили полное превосходство моторов «Калеп».

В дальнейшем на заводе «Мотор» были созданы «К-80» мощ­ностью 80 л.с. (число цилиндров 7, диаметр цилиндра 124 мм, ход поршня 140 мм, частота вращения 1200 об/мин, масса 81 кг, удельная масса 1,02 кг/л.с.) и «К-100» мощностью 100 л.с. (число цилиндров 9, диаметр цилиндра 124 мм, ход поршня 150 мм, частота вращения 1200 об/мин, масса 110 кг, удельная масса 11 кг/л.с.). Производственные возможности завода «Мотор» до­пускали изготовление 500-1000 экземпляров двигателей в год.

Военное ведомство, всячески тормозившее изготовление в России отечественных двигателей, всё же вынуждено было ввиду явных преимуществ двигателей «Калеп» заказывать эти двигатели. Так, выпуск двигателей «К-60», начавшийся в 1911 г., составил в 1913 г. 100 шт. Производство двигателей «К-80» завод начал с лета 1913 г. и к 1 августа 1915 г. довёл выпуск до 38 шт.

В новых выстроенных в Москве механических и монтажных корпусах завода «Мотор» в 1917 г. работало 330 человек рабочих и служащих, активно поддерживающих производство отечественных авиационных мо­торов. Завод выпускал ежемесячно до 20 дви­гателей «Калеп» и до 100-120 комплектов запасных частей, освоил производство ротативных двигателей «Рон-120» и присту­пил к производству авиационного двигателя «Мерседес». В октябре 1916 г. начались первые испытания двигателя «Мерседес» в 166 л.с., изготовленного целиком из русских материалов. Однако привя­занность к заграничным фирмам руководителей  Военного ведом­ства, вопреки здравому смыслу, не давала возможности раз­виваться отечественному моторостроению.

Завод «Гном и Рон»

Опасаясь возможности самостоятельного изготовления отече­ственных авиационных двигателей в России, общество «Гном» построило в Москве примитивные мастерские по сборке своих моторов. Первый двигатель «Гном» мощностью 70 л.с. был выпу­щен в августе 1913 г. При сборке основные детали получали из Франции, а на самом заводе изготавливались только второсте­пенные. С 1914 г. выросший на базе этих мастерских завод «Гном и Рон» начал выпуск ротативных моторов «Рон» мощностью 80 л.с. и «Гном-Моносупап» мощностью 100 л.с. В 1914-15 гг. производительность завода «Гном и Рон» составляла около 15 дви­гателей в месяц.

В 1916 г. завод был расширен и в 1917 г. в про­изводстве было занято 425 рабочих и служащих, которые в начале года выпускали до 40 двигателей в месяц. Двигатели «Рон-80» и «Гном-Моносупап-100» устанавли­вались на самолётах конструкторов И.И. Сикорского, Ф.Э. Моска, Д.П. Григоровича, А.А. Пороховщикова, а также на опытные и серийные самолёты акционерного общества воздухоплавания В.А. Лебедева в Петербурге и заводов А.А. Анатра в Одессе и Симферополе.

Завод «Дукс»

Авиационные моторы пытались создавать и на заводе «Дукс» акционерного общества Ю.А. Меллера в Москве. Инженер А.В. Нестеров в 1914 г. построил звездообразный семицилиндро­вый двигатель водяного охлаждения, расчётной мощностью 120 л.с., получивший название «Гипоцикл Нестерова» (диаметр цилиндра 140 мм, ход поршня 164,3 мм, рабочий объём всех цилиндров 17,3 л, масса 164 кг, удельная масса 1,3 кг/л.с.). Габаритный диаметр двигателя 1260 мм, длина 1250 мм. Цилиндры стальные с медными рубашками для воды. Все шатуны крепились непосредственно к коленчатому валу, для этого ци­линдры располагались в семи разных плоскостях, из-за чего сильно увеличилась длина двигателя. Коленчатый вал имел про­тивовесы. Поршни и три поршневых кольца чугунные. Один управляемый выхлопной клапан.

Ввиду неудовлетворительных резуль­татов испытания двигатель развития не получил. Двигатель А.В. Нестерова не имел преимуществ, поэтому предложенная схема другими конструкторами не разрабатывалась.

«Русско-Балтийский вагонный завод»

Авиационный отдел Русско-Балтийского вагонного завода (РБВЗ), с весны 1912 г. размещавшийся в Петербурге, под руко­водством главного конструктора И.И. Сикорского создал серию тяжёлых многомоторных самолётов, рассчитанных на длительный полёт («Гранд», «Русский витязь», «Илья Муромец»). Распространённые в то время ротативные моторы из-за большого расхода топлива и масла для этой цели были мало пригодны. И.И. Сикорский остановился на немецких моторах так называемой «дирижа­бельной школы», выбрав моторы фирмы «Аргус» (Берлин).

Это были шестицилиндровые моторы жидкостного охлаждения с ряд­ным расположением цилиндров мощностью от 100 до 140 л.с. тяжелые, но экономичные. С началом войны поставка этих мото­ров, естественно, прекратилась. Установка вместо них француз­ских моторов «Сальмсон» и английских «Сенбим» снижала лётно-­технические данные самолётов «Илья Муромец». Летом 1915 г. инженером В.В. Киреевым в авиационном отделе РБВЗ был разработан и строился серийно двигатель РБЗ-6 мощностью 150 л.с. по типу немецкого однорядного шестицилиндрового дви­гателя «Аргус» мощностью 140 л. с.

Начиная с 1915 г. двигатель РБЗ-6 устанавливался на восьми модификациях самолёта «Илья Муромец». С осени 1916 г. «Заводы воздухоплавательных двига­телей» в Риге и Петрограде, Акционерного Общества, Русско- Балтийский завод выпускали по 10-15 двигателей в месяц и с этого времени двигатели РБЗ-6 стали основными для «Ильи Муромца».

Завод «Сальмсон»

В 1914 г. на вооружение русской авиации был принят двух­местный разведчик «Вуазен-2» с мотором «Сальмсон» мощностью 130 л.с. Самолёты изготавливал завод «Акционерного общества воздухоплавания В.А. Лебедева» в Петрограде. Для изготовле­ния двигателей в конце 1915 г. в Москве построили мастерские, в которых начали из деталей, изготовленных во Франции, соби­рать двигатели, начиная с типа М-9. Это был стационарный, звез­дообразный девятицилиндровый двигатель водяного охлаждения номинальной мощностью 130 л.с.

На части самолётов «Илья Муромец» устанавливались двигатели «Сальмсон» мощностью 200 л.с. (14-цилиндровая звезда водяного охлаждения, масса вместе с радиатором и водой 375 … 420 кг).

Основная масса гидро­самолётов М-9 конструкции Д.П. Григоровича строилась с мото­ром «Сальмсон» типа Р-9, мощностью 150 л. с. (9-цилиндровая звезда водяного охлаждения). К концу 1916 г. на заводе «Сальмсон» в Москве было 152 работающих, которые собирали в 1917 г. до 50 двигателей в месяц.

А.А. Микулин и Б.С. Стечкин

Интересную страницу опытного двигателестроения в России составляют работы А.А. Микулина и Б.С. Стечкина. В 1916 г. они спроектировали и построили по оригинальной схеме двух­тактный бензиновый двигатель с расчётной мощностью 300 л.с. которая получалась при частоте вращения вала 1800 об/мин, расход топлива оценивался 0,250 кг/л.с. Хотя двигатель был предназначен для тяжелого танка, но, как говорил А.А. Микулин они с Б.С. Стечкиным рассчитывали применить его и в авиации, поэтому и была выбрана схема с минимальными габаритными размерами поперечного сечения. Два рабочих цилиндра и компрессор располагались параллельно оси рабочего вала и образовывали общий блок. В каждом рабочем цилиндре находилось по два поршня, возвратно-поступательное движение которых с помощью косых шайб, закреплённых на рабочем валу, превращалось во вращательное движение вала. Распределение газовой смеси по цилиндрам производилось с помощью винтового золотника.

Дви­гатель был изготовлен на московском Медно-литейном и механи­ческом заводе «Ош И и Вегер Э» в Замоскворечье, где рабочих было всего 32 человека и изготавливали только части машин, насосы и штампы. Материалом деталей двигателя служило «рыночное» железо. Довести двигатель не удалось, основными дефектами были изгиб штоков поршня, задиры в месте контакта штока и косой шайбы из-за высокого удельного давления. В то время процесс доводки ещё не был хорошо известен, пытались получить сразу работающий на полную мощность двигатель, а если это не получалось, заказчики прекращали финансирование и теряли интерес к новой конструкции. Для А.А. Микулина это был первый опыт конструирования мощного двигателя внутрен­него сгорания на легком топливе.

Завод «Русский Рено»

Принятый на вооружение русской авиации перед войной тя­желый самолёт «Илья Муромец» к 1916 г. по своим лётно-техниче­ским данным стал отставать от возросших требований. Конструк­тор самолёта решил поставить более мощные двигатели, использовав для десяти модификаций «Ильи Муромца» двигатель «Рено» мощностью 220 л.с. По заказу военного ведомства этот двигатель в 1916 г. стал собирать небольшой петроградский завод «Русский Рено» из деталей, получаемых из Франции. Производительность завода достигла 10 двигателей в месяц. Двигатель «Рено» в 220 л.с. ставился также на несколько типов опытных самолетов русских конструкторов.

Завод «Дюфлон и Константинович»

Во время войны на фронте русскими войсками были захвачены немецкие и австрийские самолёты. Наиболее распространенными были двухместные разведчики фирмы «Альбатрос» с двигателями «Мерседес» мощностью 100 л.с. и «Бенц» — 150 л.с. Оказалось целесообразным изготовить копии этих самолётов, немного их видоизменив применительно к имеющимся в России двигателям. Удовлетворение потребностей в двигателях возлагалось на вновь создаваемый в 1916 г. завод фирмы «Дюфлон и Константинович» (Дека) в городе Александровске Екатеринославской губернии (ныне город Запорожье).

В качестве первых образцов были выбраны двигатели «Мер­седес» (100 л.с.) и «Бенц» (150 л.с.). Выпуском рабочих черте­жей двигателя М-100 по типу «Мерседес» (100 л.с.) руководил инженер Воробьёв, в работе принимал участие студент МТУ В.Я. Климов, проходивший практику на заводе в городе Алек­сандровске. Завод фирмы «Дюфлон и Константинович» по площади каменных строений превосходил все моторные заводы России, но серийное производство авиадвигателей так и не успел организовать.

Завод акционерного общества экипажно-автомобильной фаб­рики «П. Ильин»

Завод акционерного общества экипажно-автомобильной фаб­рики «П. Ильин» в Москве в 1916 году организовал производство двигателей по типу английского «Сенбим» с некоторыми измене­ниями, внесёнными русскими техниками. Мощность двигателя 150 л.с. при частоте вращения коленчатого вала 2000 и винта 1050 об/мин. Он имел 8 цилиндров, был V-образный, угол раз­вала 90 , диаметр цилиндра 90 мм, ход поршня 150 мм, расход топлива 240 г/(л.с. ч), расход масла 19 г/(л.с. ч). Цилиндры соединялись по два в один блок, отлитый из чугуна, поршни их были стальные, картер — алюминиевый. Коленчатые валы изго­товлялись на заводе в Сормово (город Нижний Новгород).

За два года изготовлено только 25 двигателей. Начиная с 1915 года двигатели «Сенбим» (150 л.с.) английской поставки устанавливались на самолёты типа «Илья Муромец» и других.

Изготовление комплектующих для авиамоторов

Для изготовления авиадвигателей требовались агрегаты, про­изводство которых является специальным и отличается от маши­ностроительного профиля: авиаприборы, электрооборудование, шарикоподшипники, а также специальные стали, лёгкие сплавы и антифрикционные бронзы.

В 1916-17 гг. в России начали под­готовку производства электрооборудования на заводах «Искромет» в Москве и «Компании Зингер» в Подольске, авиапри­боров — на казённом заводе «Авиаприбор» в Москве, шарикоподшипников — на заводе «Русского акционерного общества шариковых подшипников «SKF» в Петрограде и механи­ческом чугуно-литейном заводе «Шварцкопф и К°» в Москве по лицензии шведской фирмы «SKF». Выплавку специальных сталей освоил Омуткинский металлургический завод в Вятской губернии. Но изготовление комплектующих изделий для авиа­моторов в России только разворачивалось, а для текущего про­изводства двигателей на моторостроительных заводах приходи­лось ввозить агрегаты из-за границы.

Мировое авиамоторостроение в годы Первой Мировой войны

Производство авиамоторов в России отставало даже от вы­пуска самолётов. За годы Первой Мировой войны на русских за­водах было выпущено 5605 самолетов и 1511 двигателей. На пяти моторостроительных заводах России к концу 1917 г. было занято 1872 рабочих и служащих. Россия, не имеющая своей развитой автомобильной промышленности и металлургии качественных сталей, при недооценке генеральными штабами всех воюющих стран роли авиации в будущей войне, не могла организовать производство двигателей в нужных коли­чествах. Двигатели ввозили из Франции и Англии.

Состояние моторостроения в других передовых воюющих стра­нах можно характеризовать следующим образом:

Франция имела развитую моторостроительную промышленность, выпускавшую в 1917 г. в крупных сериях моторы «Испано-Сюиза» мощностью 220 л.с. и «Рено» в 225 л.с. В воздушном флоте Франции было большое число самолетов с самыми разнообразными двигателями: с водяным и воздушным охлаждением, ротативными и стационар­ными, звездообразным и рядным расположением цилиндров, но не было установившейся конструкции мотора специально для военных целей.

Англия в момент объявления войны авиамоторы фактически не производила. Однако развитая металлургическая и машиностроительная промышленность Англии уже в начале войны позволила организовать производство авиамоторов по иностранным (французским) образцам в больших количествах. Недостаток опыта, квалифицированных кадров и соответствую­щего оборудования, необходимого для проектирования авиацион­ных двигателей на основе развитой автомобильной промышлен­ности, был преодолён только к концу 1918 г., когда Англия соз­дала двигатели собственной конструкции и самую мощную авиа­ционную промышленность.

Италия, начав с копирования фран­цузских двигателей «Гном», в 1916 году производила двигатели «Фиат» мощностью 300 л.с., рядные шестицилиндровые (диаметр цилиндра 160 мм, ход поршня 180 мм) с вертикальным расположе­нием цилиндров водяного охлаждения, громоздкие и недостаточно надёжные.

Все моторы, построенные в США и установленные на самолётах, принимавших участие в военных действиях, были по­строены по европейским образцам.

Германия. Германские самолёты строились с однорядными шестицилиндровыми моторами водяного охлажде­ния и ротативными звездообразными по французскому образцу. Когда стал вопрос о повышении мощности моторов, немцы не пошли по пути постройки V-образных моторов, в ряде случаев увеличили число цилиндров до 8, а чаще увеличивали литраж шестицилиндрового мотора. Получались тихоходные тяжелые моторы.

Авиадвигатели, выпускаемые в России в конце 1916 и в на­чале 1917 гг., имели мощность до 225 л.с. и соответствовали техническому уровню передовых западных стран.

Работы российских учёных по развитию авиационного моторостроения

Русские ученые активно способствовали возможности раз­работки авиационных двигателей, теоретические основы проек­тирования были на достаточно высоком уровне.

Повышению КПД двигателей и увеличению срока их службы способствовали работы русского учёного Николая Павловича Петрова по иссле­дованию трения в машинах и созданию высокоэффективных способов жидкостной смазки. Н.П. Петров — один из основателей гидродинамической теории трения. В трудах «Трение в машинах и влияние на него смазывающей жидкости» (1883 г.) впервые сложным явлениям трения была дана математическая интерпре­тация и создан метод их точного измерения и регулирования.

С начала 1900-х годов в МТУ профессор А.И. Сидоров основал новый курс «Элементы машиноведения», где излагались основы теории механизмов и машин, принципы расчёта на прочность де­талей машин.

Теоретические исследования катушки Румкорфа (трансформатора), проведённые В.К. Лебединским (1901 г.) доказали необходимость включения в конструкцию магнето конденсатора, после чего система зажигания с магнето высокого на­пряжения получила широкое применение на авиадвигателях.

Профессор Николай Егорович Жуковский в работе «Распределение давления на нарезках винта и гайки» (1902 г.) дал приближенное решение статически неопределённой за­дачи. Так, если первый виток нёс около 46 % нагрузки, то на шестой приходилось всего 2 … 3 %. Ценность этой работы Н.Е. Жуковского состоит в том, что конструкторам авиационных аппаратов давалось теоретическое обоснование рациональной длины резьбового соединения при минимальном весе. В другой специальной статье «О давлении поршня в моторе «Гном» на стенки цилиндров», опубликованной в журналах «Автомобиль и воздухо­плавание» в 1911 г., № 5, профессор Н.Е. Жуковский дал вместо сложного аналитического способа определения сил более про­стой — геометрическими построениями.

В работе «Тепловой расчёт рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания» (1907 г.) профессор В.И. Гриневецкий впервые дал метод определения мощности и других параметров двигателей внутреннего сгорания, которым пользовались в тече­ние длительного времени.

В 1909-12 гг. в Высшем Техниче­ским училище в Москве профессор Н.И. Мерцалов читал курс лекций по изучению динамических условий работы машин, в 1914 г. вышел его капитальный труд «Динамика механизмов», одна из глав которого была посвящена динамике кривошипно­шатунного механизма.

Профессор Н.Р. Бриллинг в 1911 г. выпустил первый учебник «Двигатели внутреннего сгорания», а с 1915 г. по его инициативе в России было положено начало подготовке специалистов по транс­портным двигателям. В эти годы в МТУ учились будущие совет­ские учёные и создатели авиационных двигателей Б.С. Стечкин, В.Я. Климов, А.Д. Швецов и А.А. Микулин.

Обобщался накопленный опыт исследований материалов и выработки технических условий на их постановку. В приложении к журналу «Воздухоплавание» в 1915 г. вышла книга Д.М. Бо­рейко «Исследование материалов для аэропланов».

Подводя итоги, можно сделать следующие выводы:

— русские учёные разработали основы научного проектирования и постройки авиационных двигателей (тепловой расчёт, стати­ческий и динамический расчёты на прочность, гидродинамиче­ская теория смазки);

— технические предложения русских конструкторов прочно вошли в практику мирового авиамоторостроения (вертикальные четырёх- и шестицилиндровые рядные двигатели, дублирование наиболее сложных и ответственных агрегатов);

— отдельные талантливые изобретатели двигателей без под­держки государственных органов, необходимой экспериментальной и производственной базы, научной помощи не могли достигнуть в условиях царского самодержавия успехов;

— конструкторы русских самолётов не могли воспользоваться опытом создания двигателей в автомобильной промышленности (её в России не было), поэтому почти все их самолёты до 1912-1913 гг. были построены с иностранными двигателями;

— из-за недооценки генеральным штабом роли авиации в буду­щей войне в России не были построены государственные (казён­ные) авиамоторостроительные заводы;

— инженерам и рабочим завода «Мотор» удалось создать совре­менные авиационные двигатели, по своим параметрам превосходящие иностранные, только недооценка возможностей завода со стороны царской администрации и преклонение перед иностран­ными образцами не позволяли развернуть их производство;

— авиационные двигатели других русских моторостроительных заводов в 1916-17 гг. по своим данным и удельным параметрам соответствовали двигателям передовых воюющих стран;

— количе­ство выпускаемых двигателей не обеспечивало производство самолётов, большая часть их ввозилась из-за границы;

— подготовка специалистов-двигателестроителей была хорошо организована и проводилась на высоком научном уровне.

Литература:

Авиация в России: Справочник. М.В. Келдыш, Г.П. Свищев, С.А. Христианович и др. – 2-е издание, переработанное и дополненное – М.: Машиностроение, 1988