Фрэнк Бернард Хэлфорд (Frank Bernard Halford) был конструктором авиационных двигателей еще в годы Первой Мировой войны. В 1923 году Фрэнк Хэлфорд зарекомендовал себя в качестве наемного консультанта по проектированию авиационных двигателей для известных компаний-производителей. К 1927 году Хэлфорд разработал новый высокооборотный авиационный двигатель с множеством небольших цилиндров и минимальной лобовой площадью. Хэлфорд считал, что двигатель меньших размеров, работающий на более высоких оборотах, будет развивать ту же мощность, что и двигатель больших размеров, работающий на более низких оборотах. Новый авиамотор представлял собой Н-образный двигатель с четырьмя блоками цилиндров по четыре отдельных цилиндра в каждом.
Фрэнк Хэлфорд представил свой проект Джорджу Первису Булману (George Purvis Bulman), главному инспектору (по двигателям) министерства военного снабжения Великобритании. Джордж Булман был впечатлен проектом и знал, что машиностроительная компания D. Napier & Son (Napier) находится в поисках нового изделия. 12-цилиндровый W-образный авиационный двигатель Lion компанией Napier был разработан 10 лет назад, а в 1924 году компания прекратила производство автомобилей. Руководство компания Napier хотело продолжить разработку новых авиационных двигателей, но чувствовало, что персонал конструкторского отдела компании не обладает необходимым опытом.
Джордж Булман познакомил Фрэнка Хэлфорда с Джорджем Пэйтом, главным инженером компании Napier. В 1928 году с благословения совета директоров компании Napier и его председателя Монтегю Стэнли Нейпира (Montague Stanley Napier) с Фрэнком Хэлфордом был заключен контракт на разработку авиационных двигателей. Чтобы новые разработки не входили в конфликт с проектами, разработанными Хэлфордом для других компаний, общий рабочий объем новых двигателей должен был составлять от 404,09 до 718,37 кубических дюймов (6,62 и 11,77 л). Фрэнк Хэлфорд немедленно приступил к детальному проектированию Н-образного 16-цилиндрового двигателя, который впоследствии стал известен как Rapier. Также двигатель часто называют Napier-Halford Rapier.
Большая часть предыдущего опыта работы Фрэнка Хэлфорда в разработке авиационных двигателей была связана с цилиндрами воздушного охлаждения, и 16-цилиндровый Rapier не был исключением. Двигатели воздушного охлаждения были легче и проще двигателей жидкостного охлаждения. Авиационный мотор Rapier имел алюминиевый картер, который состоял из двух разделенных горизонтально частей. Левый и правый коленчатые валы были закреплены между двумя половинами картера с помощью десяти коренных подшипников (по пять подшипников на каждый коленчатый вал). Каждый цельный четырехколенчатый коленвал взаимодействовал с одним вертикальным и одним инвертированным блоками цилиндров. Коленчатые валы были фазированы друг относительно друга под углом 180 градусов (в некоторых источниках говорится о 90 градусах; возможно, у Rapier I была такая регулировка, а у более поздних двигателей коленчатые валы были фазированы с углом 180 градусов). Рабочие ходы происходили одновременно для обоих коленчатых валов. Шатун, прикрепленный к каждой шатунной шейке, представлял собой главный шатун с шарнирной тягой, прикрепленной к его торцевой крышке. При взгляде сзади главные шатуны взаимодействуют с верхним левым и нижним правым рядами цилиндров. Цилиндрические шестерни в передней части каждого коленчатого вала соединялись с шестерней большего размера, прикрепленной к валу воздушного винта, который вращался с частотой, составлявшей 0,390 частоты вращения коленчатого вала. При взгляде сзади оба коленчатых вала вращались по часовой стрелке, а вал воздушного винта вращался против часовой стрелки.
Цилиндры с состояли из алюминиевых головок, которые привинчивались с последующей усадкой в стволы из кованой стали. Каждый цилиндр крепился к картеру с помощью четырех шпилек. Степень сжатия цилиндров составляла 6,0 к 1, и каждый цилиндр имел один впускной и один выпускной клапан. Впускное отверстие находилось на внутренней стороне цилиндра, а выпускное отверстие – на его внешней стороне. Клапаны каждого набора из восьми верхних и нижних цилиндров приводились в действие одним распределительным валом с помощью толкателей и коромысел. Каждый распределительный вал располагался между соответствующим ему блоком цилиндров (верхним и нижним). Каждый цилиндр имел по две свечи зажигания: первая установлена на внешней стороне цилиндра, а вторая на его внутренней стороне.
На задней части двигателя был установлен корпус привода вспомогательных агрегатов. Вал, отходивший назад от вала воздушного винта, приводил в действие приводной механизм вспомогательных агрегатов. От корпуса приводились в действие распределительные валы, магнето, нагнетатель, генератор и различное вспомогательное оборудование. Два магнето двигателя были установлены в задней части корпуса привода вспомогательных агрегатов, и каждое магнето запускало одну из двух свечей зажигания цилиндра. Односкоростной нагнетатель всасывал воздух через карбюратор с восходящим потоком воздуха и сжимал топливно-воздушную смесь с помощью лопастного колеса. Топливно-воздушная смесь выходила из верхней и нижней частей корпуса нагнетателя и поступала в Y-образный патрубок, который распределял смесь по всем цилиндрам через коллектор, проходивший вдоль внутренней стороны каждого блока цилиндров. Для запуска двигателя использовались рукоятка или пневмостартер.
Компания Napier разработала для двигателя Rapier капот, позволяющий монтировать силовую установку на самолет полным комплектом. Капот имел узкую форму и крупные верхний и нижний воздухозаборники. Для охлаждения двигателя воздух проходил по каналам между верхним и нижним цилиндрами. Перегородки направляли поток воздуха через встроенные ребра охлаждения цилиндров к внешним сторонам блоков цилиндров. Охлаждающий воздух выходил через створки капота, расположенные на его бортах за двигателем.
Двигатель Napier Rapier I получил внутрифирменное обозначение E93. Двигатель имел диаметр цилиндра 3,5 дюйма (88,9 мм) и ход поршня 3,5 дюйма (88,9 мм). Объем каждого цилиндра составлял 33,7 кубических дюйма (0,55 л), а общий рабочий объем двигателя Rapier I составлял 539 кубических дюймов (8,83 л). На уровне моря двигатель развивал максимальную мощность350 л.с. (261 кВт) при 3900 оборотах в минуту и номинальную мощность 300 л.с. (224 кВт) при 3500 оборотах в минуту. Двигатель Rapier I имел длину 54 дюйма (1,37 м), ширину 21 дюйм (0,53 м) и высоту 35 дюймов (0,90 м). Масса двигателя составляла 620 фунтов (281 кг).
Первый запуск двигателя Rapier I состоялся примерно в начале 1929 года и на тот момент авиамотор в основном представлял собой экспериментальный образец. Двигатель был установлен на прототипе истребителя-моноплана de Havilland DH.77 (военный номер J9771), который совершил свой первый полет 11 июля 1929 года. Хотя самолет показал хорошие летные качества, в серийное производство запущен он не был. После завершения испытаний двигатель опытного истребителя DH.77 до декабря 1932 года совершил 100-часовые стендовые испытания. Затем на DH.77 был установлен двигатель Rapier II с модифицированным капотом. Разработка двигателя продолжалась до лета 1934 года, когда самолет был сдан на слом. Примерно в 1933 году двигатель Rapier I был также установлен на учебно-тренировочном биплане Bristol Bulldog TM (военный номер K3183). Самолет использовался в качестве испытательного стенда для оценки работы двигателя Rapier I и его капота как в аэродинамической трубе, так и в полете. Bulldog TM (K3183) был оснащен двигателем Rapier I до 1938 года после чего самолет использовался для испытаний другого двигателя.
Двигатель Rapier II был развитием Rapier I, в котором в целях улучшения высотных характеристик авиамотора крыльчатка нагнетателя была настроена на более высокую частоту вращения. Также Rapier II получил новые цилиндры, у которых впускные и выпускные каналы располагались на внешних сторонах. Также была изменена система подачи топлива, в которую были добавлены четыре выпускных отверстия от нагнетателя, которые распределяли топливно-воздушную смесь, подавая ее по отдельным коллекторам в каждый блок цилиндров. Также был обновлен корпус для размещения вспомогательных агрегатов: теперь он был установлен вертикально.
Двигатель Rapier II в компании Napier получил внутрифирменное обозначение E95; первый запуск двигателя состоялся в 1932 году. На высоте 10000 футов (3048 м) Rapier II развивал максимальную мощность 355 л.с. (265 кВт) при 3900 оборотах в минуту и номинальную мощность 305 л.с. (227 кВт) при 3500 оборотах в минуту. Двигатель имел длину 55,25 дюймов (1,40 м), ширину 20,75 дюймов (0,53 м) и высоту 35,25 дюймов (0,90 м). Масса двигателя составляла 710 фунтов (322 кг). Как уже упоминалось ранее, двигатель Rapier II был установлен на прототипе DH.77, который с новым авиамотором совершил свой первый полет в начале 1933 года.
Двигатель Rapier IV был похож на Rapier II, но благодаря измененному передаточному числу нагнетателя на малой высоте развивал бóльшую мощность. На уровне моря максимальная мощность двигателя Rapier IV составляла 385 л.с. (287 кВт) при 3900 оборотах в минуту, а номинальная мощность – 340 л.с. (254 кВт) при 3500 оборотах в минуту. Двигатель Rapier IV имел длину 52,0 дюйма (1,32 м), ширину 21 дюйм (0,53 м) и высоту 37,7 дюймов (0,96 м). Масса двигателя составляла 726 фунтов (329 кг). Первый запуск двигателя Rapier IV состоялся в 1933 году, и в том же году компания Napier приобрела туристический самолет Airspeed Courier AS.5C (G-ACNZ) в качестве летающей лаборатории для испытаний двигателей. AS.5C с двигателем Rapier IV впервые поднялся в воздух в июне 1934 года. В течение нескольких лет этот самолет использовался в качестве демонстратора. К 1937 году двигатель был заменен, а самолет был продан. До приобретения AS.5C два двигателя Rapier IV были установлены на летающую лодку Saro A.19/1A Cloud (G-ABCJ). Гидросамолет A.19/1A стал первой летающей лабораторией по отработке двигателей Rapier IV. В августе 1935 года летающая лодка была передана в аренду авиакомпании Jersey Airways и в декабре 1936 года была выведена из эксплуатации.
Двигатель Rapier V представлял собой дальнейшее развитие двигателей семейства Rapier. Изменения включали в себя магниевый картер, отдельный обновленный корпус редуктора, вильчатые и внутренние шатуны и увеличенную степень сжатия 7,0 к 1. Вилочные шатуны находились в задних нижних цилиндрах, вторых от задних верхних цилиндров, вторых от передних нижних цилиндров и от передних верхних цилиндров. Также была изменена система подачи топлива, получившая карбюратор с нисходящим потоком воздуха. Первый запуск двигателя, получившего в компании Napier внутрифирменное обозначение E100, состоялся примерно в 1934 году. На высоте 10000 футов (3048 м) двигатель Rapier V развивал максимальную мощность 380 л.с. (283 кВт) при 4000 оборотах в минуту и номинальную мощность 340 л.с. (254 кВт) при 3650 оборотах в минуту. Расход топлива при крейсерской мощности составлял примерно 0,429 фунта на л.с. в час (261 г/кВт×ч) при 240 л.с. (179 кВт) и 3300 оборотах в минуту. Двигатель Rapier V имел длину 57,37 дюймов (1,46 м), ширину 23,37 дюймов (0,59 м) и высоту 36,0 дюймов (0,91 м). Масса двигателя составляла 720 фунтов (326 кг). Четыре двигателя были установлены на поплавковом гидросамолете Short S.20 Mercury (G-ADHJ), который совершил первый полет 5 сентября 1937 года. В июне 1938 года эти двигатели были заменены на Rapier VI.
Двигатель Rapier VI (в компании Napier ему, возможно, было присвоено внутрифирменное обозначение E106) был похож на Rapier V, но с уменьшенной степенью наддува. Двигатель Rapier VI развивал максимальную мощность 395 л.с. (295 кВт) при 4000 оборотах в минуту на высоте 6000 футов (1829 м), номинальную мощность двигателя 370 л.с. (276 кВт) при 3650 оборотах в минуту на высоте 4750 футов (1448 м) и взлетную мощность 365 л.с. (272 кВт) при 3500 оборотах в минуту на уровне моря. Расход топлива при крейсерской мощности составлял примерно 0,412 фунта на л.с. в час (251 г/кВт/ч) при 310 л.с. (231 кВт) и 3500 оборотах в минуту. Двигатель Rapier VI имел длину 56,6 дюймов (1,44 м), ширину 22,4 дюйма (0,57 м) и высоту 36,0 дюймов (0,91 м). Масса двигателя Rapier VI составляла 713 фунтов (313 кг). Двигатель был впервые установлен на поплавковом гидросамолете-разведчике Fairey Seafox, который совершил свой первый полет 27 мая 1936 года. Вначале возникли проблемы с охлаждением двигателя, но они были устранены и в общей сложности было изготовлено 66 гидросамолетов Seafox, что сделало Rapier VI наиболее успешным из всего семейства двигателей Rapier. Гидросамолеты Seafox были выведены из эксплуатации в 1943 году. Два двигателя Rapier VI были установлены на прототипе пассажирского самолета Blackburn H.S.T.10, работы по которому были завершены в 1936 году до первого полета самолета.
Как упоминалось ранее, в июне 1938 года четыре двигателя Rapier VI были установлены на поплавковом гидросамолете Short S.20 Mercury. Когда гидросамолет S.20 Mercury был установлен на летающую лодку Short S.21 Maia, комбинированная машина получила обозначение Short-Mayo Composite. Этот комбинированный самолет предназначался для перевозки почты и срочных грузов на большие расстояния. После того, как 21 июля 1938 года летающая лодка Short S.21 Maia поднялась в воздух, поплавковый гидросамолет S.20 Mercury отделился и стал первым в мире летательным аппаратом тяжелее воздуха, совершившим коммерческий беспосадочный трансатлантический перелет с востока на запад. Комбинированный самолет Short-Mayo Composite установил рекорд дальности полета гидросамолетов, преодолев в период с 6 по 8 октября 1938 года 6045 миль (9728 км). Mercury и Maia совершили несколько полетов, пока коммерческие не были прекращены из-за начавшейся Второй Мировой войны.
Охлаждение двигателей семейства Rapier было особенно затруднено, когда самолет находился на земле. Не имевшие обтекателей втулок воздушные винты не обеспечивали достаточного воздушного потока для эффективного охлаждения двигателя, особенно его задних цилиндров. Эта проблема так и не была окончательно решена. В начале 1930-х годов Фрэнк Хэлфорд и инженеры компании Napier разрабатывали новые двигатели, что в конечном итоге привело к созданию 24-цилиндрового Н-образного двигателя воздушного охлаждения Dagger и 24-цилиндрового Н-образного двигателя жидкостного охлаждения Sabre. К середине 1935 года ресурсы компании Napier были истощены, и было принято решение прекратить развитие двигателя Rapier и сконцентрировать усилия на других программах. Производство двигателей Rapier продолжалось примерно до 1937 года. Один двигатель Rapier VI был сохранен и стал экспонатом Коллекции Шаттлуорта (Shuttleworth Collection) на аэродроме Олд-Уорден (Old Warden), графство Бедфордшир, Англия.
Официальная группа сайта Альтернативная История ВКонтакте
Телеграмм канал Альтернативная История
Читайте также:
Источник: https://alternathistory.ru/aviaczionnye-dvigateli-napier-h-16-rapier-velikobritaniya/
👉 Подписывайтесь на канал Альтернативная история ! Каждый день — много интересного из истории реальной и той которой не было! 😉