Доброго дня. Возвращаемся к тематике поршневых авиационных двигателей. На очереди обзор по М-105, который являлся одним из самых массовых среди советских моторов в годы Второй мировой войны. Он представлял собой четырехтактный ДВС жидкостного охлаждения с 12-ю цилиндрами, которые размещались в двух блоках под углом в 60 градусов. Его разработкой занимался конструкторский коллектив, который состоял из опытных специалистов в области двигателестроения под руководством В. Я. Климова. В рамках данной публикации мы затронем историю создания двигателя М-105, его конструктивные особенности, характеристики и разработанные модификации. Семейство этих двигателей прошло довольно сложный путь развития и в конечном счете его можно считать одним из наиболее успешных в нашей авиационной истории. Однако стоит отметить, что в предвоенные годы для качественного развития собственных отраслей промышленности, советским руководством осуществлялись закупки отдельных иностранных образцов военной и гражданской техники с правом их лицензионного производства. Не были исключением и авиационные двигатели. Что касается М-105, то он имел испано-французские корни. Еще в середине тридцатых годов во Франции был приобретен V-образный 12-цилиндровый двигатель Hispano-Suiza 12 Ybrs. В Рыбинские, на заводе № 26, было налажено его лицензионное производство. Главным конструктором этого предприятия и был назначен В. Я. Климов. Советская лицензионная копия получила обозначение М-100. Соответственно он лег в основу дальнейших модификаций, а также новых изделий в этом семействе. В 1936 году был разработан серийный М-103, а в 1939 году в серию запустили его модификацию М-103А.
Для справки. Двигатель М-103. Поршневой авиационный четырехтактный V-образный двигатель жидкостного охлаждения. Является модификацией двигателя М-100А, которая заключалась в увеличении характеристик при сохранении габаритных размеров. Применялся на бомбардировщиках СБ, пассажирском Сталь-11 и других серийных и экспериментальных самолетах.
Параллельно с этим была подготовлена опытная модификация М-104. И уже на основе этих двух моделей к 1940 году был разработан двигатель М-105. При этом, по сравнению с другими изделиями, его конструкция подверглась значительной переработке. Многие проекты новых перспективных самолетов уже разрабатывались из расчета на его применение в качестве силовой установки. И созданное изделие во многом себя оправдало.
Отличия от предыдущих моделей и основные характеристики.
Как уже отмечалось выше, новый двигатель имел существенные конструктивные отличия от предыдущих моделей. По сравнению с М-103А новый двигатель имел увеличенную мощность на малых высотах, а также увеличенную степень сжатия. Вносимые изменения были направлены на улучшение таких показателей как надежность, ресурс и мощность. Как следствие М-105 обладал более высокими характеристиками. Конструктивно изменения были осуществлены следующим образом:
- введен двухскоростной ПЦН (привод центробежного нагнетателя) от двигателя М-104 с существенными доработками;
- переработана конструкция блока цилиндров и система газораспределения;
- на каждом цилиндре было установлена по два впускных клапана;
- увеличено проходное сечение впускных и выпускных клапанов;
- усилен картер, блоки и другие конструктивные детали;
- на коренные шейки коленчатого вала были добавлены специальные противовесы.
Что же касается основных характеристик, то мы приведем две сводные таблицы из книги Н. В. Сорокина История конструкций авиационных двигателей в России и СССР. В них, помимо модификаций двигателя М-105ПА и М-105РА (для истребителей и бомбардировщиков соответственно), а также форсированных вариантов приведены характеристики базовых моделей в этом семействе начиная с М-100 и заканчивая ВК-107А. Таким образом можно сравнить характеристики нового двигателя как со своими предшественниками, так и с последующей разработкой.
Немного дополним эти характеристики сведениями по моделям М-105ПА и М-105РА из других источников: передаточное число редуктора составляло 2: 3 и 13: 22 соответственно; ход поршня для обоих модификаций составлял 170 мм; минимальное число оборотов коленчатого вала было в диапазоне от 480 до 530. В качестве охлаждающей жидкости применялась вода с добавкой хромпика в количестве 2,5- 3 грамм на 1 литр воды. Для обоих модификаций рекомендуемая температура охлаждающей жидкости должна была составлять 65-75 градусов Цельсия. Летом применялся тип масла МС или МК, а зимой МЗС; рекомендуемая температура входящего масла варьировалась от 50 до 60 градусов Цельсия.
Разработанные модификации.
На основе базового варианта М-105 были разработаны несколько серийных и опытных модификаций. В первую очередь стоит отметить варианты М-105П и М-105Р. Первый представлял собой модификацию с возможностью установки пушки в развале цилиндров.
Использовался он на большинстве советских истребителей, разработанных в предвоенные годы (к примеру Як-1). Что касается М-105Р, то применялся он для оснащения бомбардировщиков, отличался уменьшенным значением передаточного числа редуктора. В 1941 году обе эти версии были улучшены. Они получили индексы М-105ПА и М-105РА соответственно. Отличались эти варианты усилением картера и главного шатуна, применением беспоплавковых карбюраторов типа К-105БП, установленных с наружной стороны блоков, применением более мощного генератора, а также изменением некоторых других узлов. В дальнейшем, на их базе в 1942 году, были разработаны форсированные версии. Это М-105ПФ и М-105РФ.
От предыдущих вариантов они отличались увеличенной мощностью, которая достигалась повышением давлением наддува с 910 мм. рт. ст. до 1050 мм. рт. ст.. Для надежности работы усиливались поршневые пальцы за счет уменьшения диаметра внутреннего отверстия с 20 до 18 мм. Кроме того была изменена регулировка карбюраторов и доработан коленчатый вал. Отмечается что возможна было осуществить переделку двигателя модификации М-105ПА в М-105ПФ. Для этого необходимо было следовать следующей инструкции (приведена в кратком виде):
- Не снимая карбюратора необходимо было заменить отсасывающие воздушные жиклеры;
- Отрегулировать наддув до 1050 мм рт. ст.;
- Осуществить проверку самолета на бросание масла в суфлер. Если его было не обнаружено, то поршневые кольца находились в удовлетворительном состоянии, а значит доработку можно было продолжить;
- Снять блоки и заменить поршневые пальцы;
- При возникновении дефектов необходимо было восстановить предыдущую модификацию, путем установки старого жиклера и регулировки наддува до 910 мм. рт. ст.
Взлетная мощность этой модификации составляла 1210 л. с.; номинальная на высоте 700 метров- 1260 л. с.; на высоте 2700 метров- 1180 л.с. Вторым серийным форсированным вариантом стала модификация М-105ПФ-2. Ее подготовили к середине 1943 года, по некоторым источникам, специально для истребителя Як-3.
На ней было осуществлено дальнейшее улучшение характеристик мощности за счет увеличения наддува и уменьшения границ высотности. Также можно отметить две экспериментальные высотные модификации- это ВК-105ПВ и ВК-105ПВ. Они отличались установкой нагнетателя Э-100, конструкции В. А. Доллежаля и другими изменениями.
Коротко об основных функциональных системах и конструктивных узлах двигателя.
В принципе конструкция двигателя М-105 была довольно классической для своего времени. Среди основных узлов можно выделить картер, который состоял из двух половин (верхней с крышкой редуктора и нижней с маслосборным корытом). Его отливали из алюминиевого сплава.
Естественно одним из важнейших узлов был кривошипно-шатунный механизм, в состав которого входил коленчатый вал (который вращался в восьми скользящих подшипниках), шатуны (шесть главных и шесть прицепных), упругая муфта и поршни. Мотор оснащался двумя блоками. В верхней части блока располагалось шесть головок цилиндров. Каждый цилиндр имел по три клапана: два всасывающих и один выхлопной. Клапаны изготавливались из жароупорной стали. В передней части мотора находился редуктор, состоящий из пары цилиндрических шестерен. С левой стороны, на крышке редуктора был размещен регулятор оборотов винта (Р-7А, Р-7П или другие). К задней части картера был прикреплен нагнетатель. Он предназначался для повышения давления воздуха у входа в цилиндры. Для обеспечения работоспособности двигателя необходимо было достичь слаженного функционирования различных систем, отвечающих за питание топлива, смазку, охлаждение, зажигание и запуск. Рассмотрим некоторые из них. Что касается системы питания, то она состояла из следующих основных узлов. Во-первых это бензиновая помпа БНК-12А.
С ее помощью которой горючее подавалось из топливных баков в карбюратор, где проходил процесс приготовления смеси из паров топлива и воздуха. Во-вторых это карбюратор. В модификациях М-105ПА и М-105РА применялось шесть беспоплавковых карбюраторов типа К-105БП. Монтировались они на блоках с их внешней стороны. На форсированных модификациях двигателя, с августа 1942 года использовали карбюраторы типа К-105-Ф. Подвод воздуха к карбюраторам из нагнетателя осуществлялся по воздухопроводам. В состав системы питания входили специальные трубопроводы, по которым проходил подвод топлива в основные узлы. За обеспечение смазкой трущихся деталей и соответственно циркуляции масла отвечала система смазки. Она состояла из основной и дополнительных масляных помп, масляного фильтра МФМ-105, трубопроводов и каналов. Для охлаждения отдельных узлов двигателя, которые подвергались наибольшим воздействием выделяемого от сгорания рабочей смеси тепла (блоков, стенок цилиндров, клапанов) требовался непрерывный подвод и циркуляция охлаждающей жидкости.
За это отвечала система охлаждения. Одним из центральных узлов этой системы служила центробежная помпа. Что же касается воспламенения сжатой в цилиндрах мотора горючей смеси, то оно происходило от электрической искры, которая возникала между контактами запальных свечей (применялись свечи типа ВГ-2). Источником электрического тока являлось магнето типа БСМ-12. В состав системы запуска входил компрессор АК-50, пусковой баллон, пусковые клапаны, трубопроводы и распределитель сжатого воздуха. Стоит также отметить что в конструкцию двигателя входили и некоторые дополнительные агрегаты.
К примеру синхронизатор, регулятор оборотов и генератор (ГС-10-350 или ГС-1000).
Итоги.
Семейство двигателей М-105 получилось довольно удачным. Их применяли на многих типах самолетов истребительной и бомбардировочной авиации. К примеру на различных модификациях истребителей ЛаГГ-3, Як-1, Як-3, Як-7, Як-9, а также на модификациях бомбардировщиков Як-4, Пе-2, Ар-2 и Ер-2.
Кроме того их устанавливали и на некоторые экспериментальные машины. Отмечается что двигатели были достаточно просты для освоения в крупносерийном производстве. Это подтверждается количеством выпущенных экземпляров. Всего за годы производства было изготовлено более 91 000 двигателей всех модификаций. Это был неоценимый вклад для достижения победы в Великой Отечественной войне.
При написании данной статьи использовались материалы со следующих источников: http://авиару.рф/, https://trizna.ru, http://www.airwar.ru/, https://airpages.ru/, http://forums.airforce.ru/, http://forums.airbase.ru/, https://ru.wikipedia.org, http://pobeda.poklonnayagora.ru, книга Авиамоторы М-105ПА, М-105РА, М-105ПФ, М-105РФ. Издание третье, исправленное и дополненное. НКАП Оборонгиз 1944 г, книга Н. В. Сорокин. Конструкции авиационных двигателей в России и СССР.
Уважаемые читатели, подписывайтесь на канал, ожидайте новых публикаций. Ознакомиться с полным каталогом наших статей вы можете здесь (Ссылка на обзор).
