Битва за скорость. Великая война авиамоторов - [19]

Кроме «Даймлер-Бенц», в Германии давно работали и другие известные фирмы: «Юнкерс» и «БМВ». Гуго Юнкерс (1859–1935), получивший известность преимущественно как основатель самолетной фирмы, на самом деле еще в 1897 г. стал профессором термодинамики в высшей технической школе Ахена, т. е. по своему родовому образованию был специалистом по тепловым двигателям. А в 1913 г. он основал моторостроительную фирму Junkers Motorenbau в Магдебурге и только в 1918 г. — ставшей известной самолетостроительную фирму Junkers Flugzeugwerk. В 1936 г. обе фирмы были объединены, когда Гуго Юнкерс был уже не у дел.

Фирма «Баварские моторные заводы» (Bayerische Motoren Werke GmbH), или «БМВ», включилась в разработку авиационных моторов уже в 1917 г. и в 1920-е гг. имела успешную конструкцию широко применявшегося мотора жидкостного охлаждения БМВ-VI, но к началу 1930-х БМВ-VI устарел, в первую очередь по весовым характеристикам. Для преодоления технологического отставания от США «БМВ» в конце 1920-х гг. закупила лицензию на производство моторов воздушного охлаждения у фирмы «Пратт-Уитни» (Wasp — «Оса» и Hornet — «Шершень»). В 1936 г. на базе известной немецкой фирмы «Сименс» в Берлине была создана ее дочерняя специальная авиамоторостроительная фирма «Брамо», или «Брандербургские моторы» (Brandenburgische Motoren-werke GmbH), тоже занимавшаяся моторами воздушного охлаждения (девятицилиндровая звезда «фафнир-323», что в переводе со скандинавского означает, по сути, «Дракон», мощностью 950 л.с.). В 1939 г. она была включена в состав «БМВ».

Итак, проявилась следующая закономерность: разработчики, пришедшие «с земли», от гоночных автомобилей, традиционно стали разрабатывать моторы для авиации жидкостного охлаждения («Испано-Сюиза», «Аллисон», «Роллс-Ройс», «Нэпир», «Даймлер-Бенц»), а конструкторы, вышедшие из авиационных фирм, — моторы воздушного охлаждения («Гном-Рон», «Бристоль», «Райт» и вышедшая из него «Пратт-Уитни»). Эти схемы постоянно конкурировали между собой. К концу Первой мировой войны из-за резкого повышения мощности мотора (от 150 л.с. до 400 л.с.) вперед вышли моторы жидкостного охлаждения (лучший из них — практичный, настоящий американский мотор «Либерти»): в моторах воздушного охлаждения большой мощности проблему отвода тепла от цилиндров тогда решить не удавалось.

Отдельная тема — это история разработки воздушных винтов большой мощности и компактных редукторов, передающих мощность от мотора на винт. Эта проблема встала во весь рост при достижении уровня мощности моторов 400 л.с. («Либерти»). Применявшиеся доселе цельнодеревянные винты с постоянным «шагом», и пи углом установки по отношению к вектору скорости набегающего потока воздуха, были эффективны при преобразовании мощности мотора в силу тяги только для ограниченного диапазона полетных условий, а именно скоростях полета менее 200 км/час и на низких высотах. Повышение мощности моторов, а следовательно, и скорости полета самолета, а также высотности моторов за счет применения наддува требовали инновационного решения управления геометрией винта, чтобы не растерять эффективность. Было ясно, что угол установки лопастей винта, должен быть переменным. Необходимо было заменять и материал, из которого делались винты: аэродинамическая эффективность напрямую зависит от толщины профиля — чем тоньше, тем эффективнее. Особенно это касается концевых сечений винта, движущихся с большой скоростью. Требование «тоньше» — значит должно быть прочнее, т. е. потребовался новый конструкционный материал.

Наконец, надо было разработать механизм, с помощью которого лопасти винта могли изменять свое положение. В США практическая задача создания ВИШ (винтов изменяемого шага) была сформулирована уже в 1918 г. За это дело в числе прочих взялся Фрэнк Колдуэлл (1889–1974), выпускник Массачусетского технологического института, работавший на фирме «Кертис» над сложной технологией изготовления деревянных винтов. Достаточно сказать, что сушка деревянных винтов осуществлялась в жаркой и сухой пустыне Невада. Как только с вступлением США в войну (1917 г.) появилось щедрое госфинансирование исследовательских работ в области авиации и был организован исследовательский центр в Дейтоне, Колдуэлл перешел работать в пропеллерный отдел этого центра главным инженером. Колдуэлл стал разрабатывать инновационный составной пропеллер, состоящий из втулки и отдельных лопастей. Но прежде всего была создана мощная экспериментальная база, так как инженерных знаний не хватало. Был разработан стенд с измерением тяги и крутящего момента. Каждый экспериментальный винт испытывался на максимальной скорости в течение десяти часов.

Вначале дерево решили заменить сталью в качестве материала для лопастей винта — шаг, казалось, естественный. Шли интенсивные продувки профилей в аэродинамической трубе. Но казавшееся очевидным «лобовое» решение оказалось неудачным. Тонкие стальные профили винта обладали малой жесткостью и поэтому оказались чувствительными к флаттеру. Увеличение жесткости приводило к недопустимому увеличению массы стального винта, несмотря на предлагаемые конструкции полых лопастей. Наблюдался и большой разброс свойств материала, недопустимый для таких ответственных узлов. Решение было найдено в замене стали на алюминиевый сплав, по своим характеристикам (включая плотность) находившийся между традиционным дереном и сталью. Так что переход на алюминий для винтов дался не так просто, как кажется сегодня.