В продолжении темы посвящённой альтернативным ВВС РККА предлагаю вашему вниманию интересную статью посвящённую двухступенчатым нагнетателям за авторством уважаемого коллеги P-D-M.
История усовершенствований двигателей Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp и R-2800 Double Wasp с двухступенчатым нагнетателем малоизвестна, хотя последний был широко использован. При этом, R-1830 и палубный истребитель Grumman F4F-3 Wildcat, в который он был установлен, стали первыми серийными образцами в своих классах, оснащёнными двухступенчатым нагнетателем. Под «классом» имеются в виду и двигатели, и самолёты. Истребители Grumman F6F Hellcat и Vought F4U Corsair, составлявшие основу авиапарка ВМС США, использовали модификации R-2800 с двумя ступенями нагнетателя на протяжении всей войны.
В конце 1930-х и начале 1940-х годов в США возникла необычная ситуация: воздушный корпус армии США делал акцент на использовании турбокомпрессоров для улучшения высотных характеристик авиадвигателей, в то время как флот проявлял к ним меньше интереса и развивал альтернативные решения. В особенности, это касалось двухступенчатых нагнетателей. Также стояло различие в предпочтениях по типу двигателей: в флоте отдавали предпочтение радиальным двигателям воздушного охлаждения, а в ВВС были готовы экспериментировать и с жидкостным охлаждением. В результате, для морских самолетов было необходимо адаптировать двухступенчатый нагнетатель для радиального двигателя. Компания Wright разработала R-1820-48 для какого-то неосуществленного проекта от Brewster, но на этом, наверное, всё и закончилось, в отличие от P&W, где дело продвинулось значительно дальше. Каким образом Wright подошли к проектированию своего двигателя, остается неизвестным, но вероятно, их методы напоминали те, что использовали в P&W. Двухступенчатый нагнетатель от P&W имел следующие особенности:
— Ступени раздельные (а не каскадный нагнетатель как у британцев);
— После первой ступени поток делился напополам и шел по двум воздуховодам;
— За первой ступенью каждый поток подходил к своему интеркулеру(промежуточному охладителю);
— После которых оба потока сливались;
— Первая ступень — «дополнительная», отключаемая вместе с промежуточными охладителями;
— Карбюратор стоит перед второй, «основной», ступенью;
— На каждую ступень свой привод от картера двигателя, при этом вторая ступень «односкоростная», первая — «двух».
т.е. если у британцев воздух шел в любом случае так:
Карбюратор — Первая и вторая ступени нагнетателя — Промежуточный радиатор — Головки цилиндров
то у американца или так:
Карбюратор — Вторая ступень нагнетателя — Головки цилиндров
и тогда это был режим мотора с обычным односкоростным одноступенчатым нагнетателем.
или так:
Первая ступень нагнетателя — Промежуточный радиатор — Карбюратор — Вторая ступень нагнетателя — Головки цилиндров
У гражданина Великобритании было два обособленных воздухозаборника: один для интеркулера, а другой для карбюратора. Американский аналог предполагал четыре: для каждой из двух ступеней и для пары интеркулеров. Если первая ступень не функционировала, её заборник перекрывался перегородкой. На каждую из ступеней приходилась своя дроссельная заслонка. Режимы работы двигателя регулировались автоматически с помощью датчика давления, который реагировал на высоту полёта и автоматически задействовал первую ступень, также автоматизированным было переключение скоростей первой ступени.
Почему именно такой подход был выбран для конструкции нагнетателя? В каскадной схеме, которую испытывали на одной из ранних экспериментальных версий R-1830, американцам не понравилось, что на малых высотах вторая ступень функционирует неэффективно и напрасно. Не устраивало и расположение импеллеров рядом друг с другом, что приводило к их перегреву, дрожанию и вибрации, оказывая взаимное негативное механическое и тепловое воздействие. Очень хотелось установить промежуточный радиатор перед входом в карбюратор после нагнетателей, а также еще один — между ступенями. Но второму мешали ограничения по весу и размерам, а первое не могли совместить с радиальным двигателем. Поэтому радиатор разместили между двумя ступенями. Раздвоение потока после первой ступени объясняется сложностями с установкой одного большого интеркулера под капот; вместо этого внедрили два маленьких, плотно вписывающихся в габариты. Визуально двигатели P&W, оснащенные двухступенчатым нагнетателем, отличаются большей длиной хвостовой части, как, например, в R-2800, где эта часть выполнена в виде блоков одинакового цилиндрического диаметра, внутри которых расположены различные агрегаты. Разница в длине двигателей с одно- и двухступенчатым нагнетателем особенно заметна: после двух рядов цилиндров установлена вторая, основная, ступень нагнетателя, находящаяся на одной плоскости с рядами, затем идет цилиндр того же диаметра с карбюратором, и снова цилиндр того же диаметра с нагнетателем первой, вспомогательной, ступени.
Какое преимущество давал двухступенчатый нагнетатель двигателю и самолету? Рассмотрим на примере Grumman F4F-4 Wildcat с P&W R-1830-86 Twin Wasp и Grumman F6F-5 Hellcat с двигателем P&W R-2800-10W Double Wasp. На R-1830 с двумя ступенями два интеркулера, видимо, для удобства компоновки были разделены пополам, что не влияло на общий принцип работы системы нагнетания. Воздуховоды к этим половинам видны при виде спереди — на 4 и 8 часов в входном отверстии капота. На 12 часов расположен воздухозаборник карбюратора.
Диаметр импеллеров: основного (второй ступени) — 24,1 см (9,5 дюймов), вспомогательного (первой ступени) — 27,9 см (11 дюймов). Передаточные числа основного ступенчатого механизма: 8,08:1; вспомогательного: 6,43:1 и 8,48:1 для первой и второй скоростей соответственно. Давление наддува составляло 22.8 psi. Интересен тот факт, что вспомогательная ступень рекомендовалась к включению в случае угрозы обледенения, так как горячий воздух после интеркулера нагревал карбюратор, предотвращая образование льда, однако в этом случае все операции по включению и выключению первой ступени проводились вручную.
1. Двигатель R-1830-86 с F4F Wildcat. Видны большие радиаторы интеркулера.
К сожалению, полные данные по двигателю с нагнетателем 1ст2ск, а именно P&W R-1830-90, установленному на моделях F4F-3a, F4F-4a и F4F-6, найти для сравнения не удалось. Однако очевидно, что на средних высотах вторая ступень не обеспечивала значительного увеличения мощности. Скорее всего, на высотах свыше 6 километров разница была более заметной: 2ст2ск давали больше мощности, в то время как 1ст2ск уже не справлялся. Интересно различие в весе и размерах между двумя модификациями: двигатель версии -86 весит 707 кг, тогда как у -90 этот показатель составляет 678 кг; длина двигателей — 171 см у модели - 90 по сравнению с 161 см у модели - 86.
P&W R-1830-86
F4F-4
P&W R-1830-90
F4F-3A, -4A
3. Кривые мощности и давления наддува P&W R-1830-86
4. Схема наддува двухступенчатого нагнетателя R-1830
Модификации P&W R-1830 с двухступенчатым нагнетателем:
(буквенно-числовые обозначения «фирменные» — обычно это авиамоторы гражданских самолетов и для поставок за рубеж, нечетные цифровые — по контрактам ВВС, четные — ВМС)
Первым был экспериментальный R-1830 SC-2G, он же R-1830-19, это февраль 38.
R-1830-76 стал серийным и прописался на F4F-3. В чем цимес установки модификации с двумя ступенями на большую летающую лодку непонятно, но R-1830-78 стал своим на Consolidated PB2Y-2 Coronado.
Модификация R-1830-86 — это «Уайлдкэт», вариант F4F-4, а R-1830-88 — опять PB2Y-2/PB2Y-3.
Давайте перейдем к рассмотрению модели P&W R-2800-10W. Максимальное давление наддува во втором режиме второй ступени и при второй скорости первой ступени составляет 25,5 psi, тогда как при первой скорости первой ступени оно достигает 26,3 psi. Для сравнения, на «Мерлинах» у англичан давление было 28 psi при использовании высокооктанового топлива. Работа нагнетателя начинается с необычно короткого первого участка, который оказывается даже короче, чем у R-1830 — на предельной мощности завал второй ступени наблюдается уже на небольшой высоте в 750 метров. Существуют варианты, где график зависимости от высоты показывает наклонный участок прямо с земли, что говорит о том, что дроссель открыт уже на старте. Такая необычная ситуация была замечена и на R-2800-8W, которому добавили систему впрыска воды. Лично мне трудно определить, является это ошибкой или особенностью. На высоте 7500–8000 метров, где у британских «Мерлинов» и «Грифонов» начинался самый интересный этап — включение второй скорости нагнетателя, американский двигатель начинал уступать: его вторая скорость вспомогательной ступени не давала ощутимого улучшения на больших высотах. Однако принципиально, по сравнению с Twin Wasp, концепция двухступенчатого нагнетателя на Double Wasp не претерпела изменений, за исключением одной версии — R-1830-32W, которая была оборудована одной из самых сложных и необычных систем нагнетания воздуха.
5. Двухступенчатый нагнетатель R-2800 серий A, B, C
6. Двигатель P&W R-2800-32W
Работы над 32ой модификацией начались под конец войны, прописался он на «Корсаре» варианта F4U-5 который появился уже после ее окончания — контракт на него был заключен 6 февраля 46го года. 32ой принадлежит к E-серии, предыдущие варианты, массово использующиеся на F4U, F6F и пр., к С и CE-сериям. Отличия по сравнению с предыдущей конструкцией коснулись первой, вспомогательной, ступени, и было их два.
— вместо одного импеллера стояло два, работающих параллельно, воздух к каждому поступал по своему воздуховоду и выходил через свой интеркулер;
— привод от двигателя на оба импеллера осуществлялся через общий вал посредством гидромуфт.
Для двух «улиток» импеллеров нашлось место по бокам хвостовой части двигателя, P&W R-2800 этой модификации получил вид, благодаря которому его не спутаешь ни с каким другим авиамотором. Передаточное число на колеса первой ступени теперь автоматически и бесступенчато изменялось от 6,7:1 до 9,65:1. И, может быть, первая, дополнительная, ступень теперь не была отключаемой. Но это не точно. Новый нагнетатель был очень эффективен, достаточно посмотреть на характеристики двигателя с ним, и «Корсара» с этим двигателем.
R-1830-32W и его одноступенчатый собрат по E-серии R-1830-30W (стоявший на F8F-2) были самыми совершенными и последними «истребительными» «Осами».
Модификации P&W R-2800 с двухступенчатым нагнетателем:
R-2800 делятся на серии A, B, C,… Изменения в сериях относятся в основном к усилению двигателя для выдерживания больших нагрузок, кроме серии E на принципы работы нагнетателя с двумя ступенями эти изменения не влияли.
«Морские» R-2800
(буквенные обозначения «W» и «A» после индекса, если они были, условно не показаны)
Экспериментальные версии: X-2 и X-4 (прототипы), -24, -38.
Серийные версии:
R-2800-8, -18, -32, -42. Использовались на всех серийных модификациях истребителя Chance Vought F4U Corsair (кроме штурмовиков)
R-2800-10. Ставился на F6F всех серийных модификаций.
R-2800 в ВВС
Несмотря на приличное количество вариантов для ВВС большей частью они остались не у дел. Например потому что самолеты для них оказались неудачными, как случилось с XP-60 и XP-56. Все «военно-воздушные» R-2800 предназначались также исключительно для истребителей.
R-2800-10 и -65 — две массово использующиеся в ВВС модификации с двухступенчатым нагнетателем. Использовались на P-61A и P-61B.
Версии -23, -25, -29, -53, -55 экспериментальные.
Далее сравнение ТТХ P&W R-2800 Double Wasp с двухступенчатым двухскоростным нагнетателем (-10W), с двухступенчатым нагнетателем E-серии (-32W) и с одноступенчатым двухскоростным нагнетателем (-34W). Первый — середина военного времени, второй — послевоенного, третий — поздневоенный/сразупослевоенный. На финальном этапе ВМВ Грумман по какой-то причине изменил двухскоростному нагнетателю, и поздние F7F Tigercat и F8F Bearcat летали с низковысотными версиями мотора, в частности с R-2800-34. Во время же войны истребительный Double Wasp и для ВМС и для ВВС — это авиамотор с 2ст2ск. Или с турбокомпрессором.
P&W R-2800-10W
F6F-3
P&W R-2800-32W
F4U-5
P&W R-2800-34W
F8F-1
Что касается габаритов, то никаких сюрпризов — R-2800-32W самый большой, R-2800-34W самый небольшой.
5. Кривые мощности, давления наддува и скорости F6F-5 P&W R-2800-10. Двухступенчатый двухскоростной нагнетатель.
6. Кривые скороподъемности, скорости и мощности F4U-5 P&W R-2800-32W. Двухступенчатый двухскоростной нагнетатель с гидромуфтами.
7. Кривые скорости и скороподъемности F8F-1 P&W R-2800-34W. Одноступенчатый двухскоростной нагнетатель.
8. Работа нагнетателя на F6F Hellcut
9. F4U и его двигательная установка.
10. Схема нагнетателя на F4U
11. Схема нагнетателя на F4U-5
12. F4F. Видно воздухозаборник нагнетателя.
13. F4U-5. Помимо длинного носа, более широкого капота, изменного угла наклона двигателя и т.д. признаками Double Wasp’а E-серии являются воздухозаборники первой (дополнительной) ступени нагнетателя.
Официальная группа сайта Альтернативная История ВКонтакте
Телеграмм канал Альтернативная История
Читайте также:
Источник: https://alternathistory.ru/pratt-whitney-dve-stupeni-dlya-osy-2/
👉 Подписывайтесь на канал Альтернативная история ! Каждый день — много интересного из истории реальной и той которой не было! 😉
