О господстве ротативных двигателей на заре авиации слышали все. Однако можно уверенно утверждать, что полноценного понимания, что это и зачем было нужно, нет даже у тех, кто пишет об этом топовые статьи в сети. Чтобы понять, что это так, придется разобрать по пунктам некоторые, наиболее популярные варианты объяснений.
Википедия.
Достоинства ротативных двигателей
- малый вес — из-за отсутствия длинного коленчатого вала нет необходимости иметь массивные уравновешивающие маховики.
- уравновешенность;
- улучшенное охлаждение — двигатель с массивными вращающимися блоками создавал достаточное движение воздуха, обеспечивая своё собственное охлаждение даже во время стоянки самолета.
По порядку.
Первый пункт сразу вызывает удивление. Длинный коленчатый вал? А если двигатель звездообразный? Сразу нет.
Маховики? На авиационных двигателях не ставят специальных маховиков по типу автомобильных. Функцию маховика прекрасно выполняет воздушный винт, имеющий большое плечо крутящего момента.
Второй пункт. Уравновешенность? Но в первом пункте уже сделана попытка описать именно это преимущество, не так ли? Масло масляное?
Третий пункт. Вот здесь все верно. Осталось только дать объяснение причины. Которого нет.
c = q / m
Объяснение с помощью умозрительного представления об охлаждении, да еще во время стоянки, и вовсе делается несведущими людьми. Обычный стационарный звездообразный двигатель на малом газу прекрасно охлаждается потоком от воздушного винта. Наоборот, при прогреве мотора обычно используют повышенные режимы. А при перегреве мотора в полете, прежде чем его заглушить, мотору дают поработать на тех самых малых оборотах, чтобы дать ему охладиться. Так зачем городить неудобную во всех отношениях компоновку с вращающимся блоком?
Еще одна попытка на другом сайте.
Есть две основные особенности, которые и являются его главными положительными качествами. Первая — это самый малый (по тому времени) вес по сравнению с двигателями той же мощности. Дело в том, что частоты вращения тогдашних двигателей были невысокие и для получения необходимой мощности (в среднем тогда порядка 100 л.с. (75 кВт)) циклы воспламенения топливовоздушной смеси давали о себе знать весьма ощутимыми толчками.
Чтобы этого избежать двигатели снабжались массивными маховиками, что, естественно, влекло за собой утяжеление конструкции. Но для ротативного двигателя маховик был не нужен, потому что вращался сам двигатель, имеющий достаточную массу для стабилизации хода.
Здесь снова упор сделан на компенсацию маховика, что мы уже разобрали как несостоятельный аргумент. И, видимо для красочности, добавлено про толчки от воспламенения. Но если обратить внимание на работу вращающегося блока, то мы увидим, что эти самые "ощутимые толчки" происходят в одном и том же, довольно узком, секторе вращения. То есть, удары молотка, которые бьют в одно и то же место оси двигателя с частотой 4000-4200 ударов в минуту, для 7-цилиндрового блока. Тогда как у стационарного двигателя эти толчки будут разнонаправленными, равномерно распределенными по окружности. И тем не менее, стационарный звездообразный двигатель снабжен массивными противовесами. Значит и это объяснение не выдерживает критики.
Попытки отыскать более вразумительное объяснение на других ресурсах наталкиваются на повторение под копирку уже описанных.
Остается единственный неоспоримый аргумент, на который тем не менее, объяснения нет. А именно, высокая удельная мощность или другими словами - самый малый (по тому времени) вес по сравнению с двигателями той же мощности.
Как ни удивительно, при потребных для оптимального вращения оборотах воздушного винта, удельная мощность ротативного мотора и по сей день может оказаться непревзойденной. Именно в силу отсутствия лишних масс, противовесов, призванных компенсировать "толчки". С той лишь оговоркой, что толчки, а вернее вибрации, вызваны не воспламенением топливо-воздушной смеси, а знакопеременными импульсами от подвижных деталей кривошипно-шатунных механизмов. Причиной этих повторяющихся рывков является вращающийся коленчатый вал. А в ротативном моторе детали осуществляют свое вращение строго вокруг центров собственных масс. И неподвижный коленчатый вал служит лишь для создания необходимого смещения этих центров относительно друг друга. Блок цилиндров вращается строго на своей центральной оси. И блок соединенных на одной оси шатунно-поршневых групп делает то же самое. Любой другой способ реализации вращения лишит нас этого неоспоримого достоинства. Вот и все объяснение, добиться которого оказалось так непросто.
В некотором смысле ротативные стали шатунно-поршневым прообразом авиационных турбин и турбовинтовых двигателей. Высокая мощность при малой массе самого двигателя, а значит и всего самолета, которому потребна меньшая площадь крыла, а следовательно и вес и аэродинамическое сопротивление, откуда и более высокая скорость. Именно поэтому они так долго оставались востребованы, несмотря на все неудобства, с ними связанные. А когда появились биротативные варианты, у которых коленвал уже вращался, они еще больше увеличили преимущество в крутящем моменте и мощности перед стационарными двигателями. Возникающий момент от колебаний шатунно-поршневой группы из-за вращения коленвала уже компенсировал традиционный противовес на валу. Преимущество ротативного блока в этом случае проистекало из того факта, что за один оборот каждый поршень совершал все четыре такта, полный рабочий цикл, практически как в двухтактном двигателе.
