Танковый двигатель МВ838СаМ500 — Andrei-bt — LiveJournal

?

Previous Entry | Next Entry

Танковый двигатель МВ838СаМ500 был разработан в начале 60-х годов фирмой MTU. Это 10-цилиндровый, четырехтактный, предкамерный дизель жидкостного охлаждения. V-образный блок, с углом развала 90°, имеет высокую компактность и жесткость. Основные силовые детали (блок-картер, головки цилиндров, поршни) изготовлены из легких сплавов. Головки цилиндров индивидуальные, с расположенными по центру предкамерой и четырьмя клапанами. Гильзы цилиндров выполнены из чугуна мокрого типа, уплотняются в расточках блока резиновыми кольцами. Поршни изготовлены фирмой “Male” из высококремнистого сплава и охлаждаются маслом.
…

В  зарубежных танковых моторно-трансмиссионных установках (МТУ) широкое применение получили гидромеханические трансмиссии (ГМТ), основным узлом которых является гидротрансформатор (ГТ). Их использование дает возможность в   1,5  . . 2,0 раза повысить надежность и долговечность МТУ за счет «срезания» пиковых нагрузок и гашения крутильных колебаний.

Танковый двигатель МВ838СаМ500

• Толста ли шкура леопарда-2?

  Некоторые деятели не особо отягощённые разумом впервые ознакомившись с схемами бронирования Леопард-2 и данными архивов начали выдавать свои…

• Первый серийный «Абрамс»

  31 марта 1982 состоялась церемония принятия первого серийного танка М1 «Абрамс» построенного в Детройте. Всего до января 1985 года на…

• Новинки ВСУ — M1126 Stryker и Cougar 4×4,

  Американские бронетранспортёры M1126 Stryker и бронеавтомобили Cougar 4×4, поступившие на вооружение десантно-штурмовых войск Украины.…

• РФ подтверждает применение ОТРК «Гром-2»

  Коношенков заявляет, что «российские средства ПВО впервые сбили новую украинскую ракету Гром-2». Не удивлюсь, что события с аэродромом в…

• Какая-то новая модификация Бук-М3

  Какая-то новая модификация Бук-М3. По сравнению с 9А317М добавили новый многоканальный «шарик» для наведения в ИК и ТВ диапазоне,…

• 30 марта 1894 г. Сергей Ильюшин

  30 марта 129 лет исполняется со дня рождения авиаконструктора Сергея Ильюшина, разработчика легендарного штурмовика Ил-2. В 1939 году ОКБ Ильюшина…

• 60 лет назад начались разработки КАЗ

  60 лет назад, 30 марта 1963 года начались работы по созданию комплексов активной защиты в СССР. 30 марта 1963 г. вышло постановление ЦК КПСС и совета…

• Рельсовая броня

  Рельсовая пушка всем известна, а вот рельсовая броня – это новинка. Нужно выдать премию имени НИИ Стали этим изобретателям.

• Модернизация Леопард-2А4 в Украине

  «Контакта» мало не бывает. Его нужно больше и на все, что движется ))) Можно назвать Леопард-2А4В, или просто Леопард-2АВ.…

• Мой сайт http://btvt.info/
• Видео про танки
• Страничка в Facebook
• Historia y tecnología militar

Powered by LiveJournal.com

«Второе дыхание» для «Королевского тигра» — дизельный двигатель Simmering Sla 16.

в Избранноев Избранномиз Избранного 9

В отечественной военно-исторической и военно-технической литературе нередко можно встретить утверждение, что в ходе Второй мировой войны германской промышленности не удалось ни создать мощный танковый дизельный двигатель, ни скопировать советский дизель типа В-2. Действительно, в ходе войны Вермахт не получил серийного танкового дизельного двигателя (хотя дизели «Татра» устанавливались на четырёх­осные бронеавтомобили серии Sd.Kfz. 234). Причины этого были, скорее, организационные и экономические, чем технические – ибо в то время конструкторами Рейха были созданы опытные образцы танковых дизелей, превосходящие по своим параметрам танковые двигатели стран антигитлеровской коалиции.

Одним из таких германских двигателей был 16-цилиндровый Х-образный дизель воздушного охлаждения с турбонаддувом Sla 16.

Разработка этого двигателя началась в 1942 году конструкторским бюро Фердинанда Порше (Porsche AG). Главным конструктором мотора выступал сам Порше; ряд расчётов провёл профессор Камм (Kamm) из Штутгарта. В КБ Порше двигатель имел обозначение «Porsche Тур 212». Он предназначался для использования на тяжёлом танке, проектировавшемся тогда же Порше в рамках конкурса на новый тяжёлый танк (впоследствии Pz.Kpfw. VI Ausf.B; известен также как «Тигр-II» и «Королевский Тигр»), Хотя проект танка Порше VK.4502(P) и проиграл конкурс проекту фирмы «Хеншель», разработка дизеля «Porsche Тур 212» была продолжена.

«Фирма Porsche K.G. предложила два варианта новой силовой установки для танка Tiger P2: это либо 16-цилиндровых дизеля объёмом 20 литров каждый, либо один 16-цилиндровый дизель объёмом 36,8 литра мощностью 720 л.с. И именно над последним предложением, 36,8-литровым двигателем, работы продолжились после закрытия программы Tiger P2. »

Танк Порше VK.4502(P)

Дело в том, что карбюраторный двигатель HL 230 фирмы «Майбах», устанавливавшийся на серийном «Королевском Тигре», имел недостаточную для этого танка мощность и высокий расход топлива, что предопределило низкую подвижность машины и недопустимо малый запас хода (всего несколько десятков километров – до сотни – по местности). Кроме того, надёжность этого мотора в объектовых условиях была неудовлетворительна вследствие его частого перегрева.

«Королевский тигр»

Таким образом. Порше продолжил работы по созданию нового танкового двигателя уже применительно к принятому на вооружение варианту «Королевского Тигра» фирмы «Хеншель», решая при этом следующие задачи:

• повышение мощности двигателя;
• снижение удельного расхода топлива;
• обеспечение удовлетворительного теплового режима двигателя в объектовых условиях;
• обеспечение возможности установки нового силового агрегата в существующий корпус танка и его сопряжение с существующей трансмиссией таким образом, чтобы исключить принципиальные изменения в конструкции танка и дать возможность переоснастить ранее выпущенные машины новым двигателем без производства трудоёмких работ.

Так как КБ Порше не располагало собственной производственной базой, то работы по постройке опытных образцов двигателя осуществляла венская фирма «Simmering-Graz-Pauker AG». Это машиностроительное предприятие имело производственные возможности по изготовлению двигателей мощностью до 1500 л.с. и ранее уже работало с Порше – двигателями этой фирмы оснащались машины Tiger (Р). Согласно номенклатуре фирмы-изготовителя, двигатель «Porsche Тур 212» получил обозначение «Sla 16».

«36,8-литровый дизель изначально проектировался так, чтобы вписываться в моторное отделение Тигров и Пантер.»

В процессе отработки нового мотора фирма «Зиммеринг» провела большую работу по технологическому оснащению – ею были спроектированы все необходимые испытательные стенды и оснастка для последующего производства дизеля.

Опытные работы начались с постройки и отработки одноцилиндрового макета, обозначаемого в КБ Порше как «Porsche Тур 192». После того, как этот макет дал на стенде мощность 47 л. с. (при 2100 об/мин) и проработал 100 часов, были построены новые макеты в виде четырёх- и восьмицилиндровых блоков. Наконец, был изготовлен двигатель в полном 16-цилиндровом варианте.

«Были построены два опытных двигателя, которые выдержали 300-часовые испытания и выдали максимальную мощность 770 л.с. на 2200 об/мин.»

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ 16-ЦИЛИНДРОВОГО ТАНКОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ SIMMERING Sla 16 (Porsche Тур 212)

(Техническое описание и технические характеристики приведены по источнику – «Машиностроение. Энциклопедический справочник в 15 томах (том 10). Под главной редакцией академика Е.А. Чудакова. Москва, Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1948.»)

Дизель Simmering-Graz-Pauker Slа 16 предназначался для тяжёлого танка «Тигр В», взамен ранее применявшегося бензинового двигателя «Майбах». В двигателе применён наддув по схеме Бюхи с использованием двух турбокомпрессоров «Браун-Бовери».

Картер двигателя сварной из стальных плит, состоит из двух половин, с горизонтальной плоскостью разъёма по оси коленчатого вала. Угол развала между рядами цилиндров –135° и 45°. Так как этот двигатель предназначался для замены высокооборотного бензинового двигателя «Майбах» (Nmax = 3200 об/мин), то для оставления стандартной трансмиссии при использовании более тихоходного двигателя дизеля (Nmax = 2000 об/мин) пришлось применить повышающий редуктор поз.15. Корпус редуктора представляет собой общую деталь с передней частью нижней половины картера. На задней торцевой плоскости картера монтируются приводы распределительного механизма, топливных насосов и вспомогательных механизмов.

Цилиндр двигателя стальной, с точёными рёбрами охлаждения; крепится к картеру с помощью двенадцати шпилек, воспринимающих всю нагрузку от давления газов при вспышке. Для уплотнения и для регулировки степени сжатия под фланцы цилиндров кладутся прокладки из бумаги и тонкой листовой стали.

Головка цилиндров вместе с рёбрами охлаждения отлита из силумина. Цилиндр в верхней своей части имеет резьбу, при помощи которой он соединяется с головкой. Натяг в резьбовом соединении обеспечивается навёртыванием головки в горячем состоянии. Предкамера представляет собой отдельный блок, крепящийся к головке на трёх шпильках.

Корпус предкамеры вместе с оребрением отлит из силумина. В корпус поз. 1 предкамеры ввёрнуты стакан поз. 2 и втулка поз. 3, в которых устанавливаются стандартная штифтовая форсунка «Бош» и спираль накаливания. Предкамера имеет две полости, сообщающиеся друг с другом при помощи горловины поз. 4, имеющей форму диффузора. Распылитель предкамеры имеет прорезь, через которую направляется поток смеси газов и распылённого топлива плоским веером в камеру сгорания, размещённую в днище поршня. Форма камеры сгорания в поршне соответствует форме веера смеси, вырывающейся из предкамеры.

Поршень отлит из силумина. На поршне устанавливаются четыре уплотнительных и два маслосъёмных кольца. Уплотнительные кольца для лучшей приработки снабжены кольцевыми вставками из меди, которая запрессовывается в выточку на рабочей поверхности кольца.

Коленчатый вал лежит на пяти коренных подшипниках; выполнен составным из трёх частей. Сочленение частей вала осуществляется посредством торцевого гребенчатого соединения типа Хирт. Кривошипы повёрнуты: первый относительно второго и третьего на 90° и на 180° относительно четвёртого. Такое расположение кривошипов обеспечивает равномерное чередование вспышек при принятых углах развала между рядами цилиндров в 45° и 135°. Принятая в конструкции Х-образная схема обеспечивает минимальные габариты двигателя по высоте, сохраняет равномерное чередование вспышек; следовательно, и пульсация крутящего момента будет минимальной. На конце вала сидит на фланце динамический демпфер маятникового типа, выполняющий одновременно и функции маховика двигателя.

Узел шатунов состоит из главного и трёх прицепных шатунов. Вкладыш нижней головки главного шатуна имеет заливку из свинцовистой бронзы. Пальцы прицепных шатунов работают в бронзовых втулках.

Газораспределение осуществляется при помощи четырёх кулачковых валиков, штанг и коромысел, монтируемых на головках цилиндров. Фазы газораспределения: открытие всасывающего клапана 62° до в.м.т., закрытие 35° после н.м.т., открытие выпускного клапана 45° до н.м.т., закрытие 72° после в.м.т. Таким образом, имеется значительная фаза перекрытия клапанов (134°), которая служит, по-видимому, для того, чтобы за счёт имеющейся продувки цилиндра обеспечить охлаждение головки, клапанов и поршня, что для форсированного дизеля воздушного охлаждения является существенно необходимым.

Наддув двигателя производится при помощи двух турбокомпрессоров поз.6 с общей производительностью 68 м³/мин при давлении наддува 1,5 кг/см². Максимальное число оборотов турбокомпрессора – 28 000 об/мин. Выхлопные газы от каждой пары цилиндров по отдельному рукаву подходят к кожуху турбины. Таким образом, к каждой турбине подходят четыре рукава поз.5.

На всех режимах весь объём выхлопных газов проходит через турбину. Параллельного перепуска нет. Конструкция турбокомпрессора – упрощённая по сравнению с конструкцией авиационных турбокомпрессоров. Ротор турбины и нагнетателя вращается на двух шариковых подшипниках обычной конструкции, заключённых в специальные упругие обоймы, что позволяет ротору самоустанавливаться по оси инерции системы. Турбокомпрессор смонтирован вертикально. Всасывающие патрубки поз. 7, подводящие воздух к правому и левому нагнетателям, присоединяются к общему воздухоочистителю инерционно-масляного типа. Трубопровод поз. 8 подводит сжатый воздух от нагнетателя к всасывающим каналам, выведенным к верхней плоскости головки цилиндра. На режиме максимальной мощности двигатель работает с большим избытком воздуха а = 1,70.

Топливоподающая система состоит из четырёх стандартных четырёхплунжерных насосов и штифтовых форсунок «Бош».

На двигателе, работающем с весьма большой нагрузкой (удельная мощность при установке двигателя в тяжёлом танке – 11 л.с./т), применён двухрежимный регулятор. Всережимный регулятор в этом случае смог бы улучшить динамику машины.

Система смазки. Двигатель имеет масляный резервуар поз. 16, расположенный на самом картере двигателя. Таким образом, специальных масляных баков в системе нет. Масло интенсивно охлаждается в четырёх масляных радиаторах. Очистка масла производится четырьмя фильтрами поз. 9 типа Куно, соединёнными последовательно. Масло помимо своей основной роли – работы в качестве смазочного материала, выполняет также функции и охлаждающей жидкости. Элементы системы смазки (масляные радиаторы, насос и фильтры) имеют размеры, значительно бóльшие по сравнению с двигателями жидкостного охлаждения.

Система охлаждения. Воздух, охлаждающий цилиндры и головки, просасывается через их оребрение при помощи двух осевых вентиляторов поз. 10 с диаметром крыльчатки 520 мм. Вентиляторы, расположенные по бокам двигателя, получают вращение от коленчатого вала через конические шестерни поз. 11 и карданные валы поз. 12. Охлаждающий воздух, пройдя оребрение цилиндров двигателя, попадает в каждую из двух полостей, образованных в 45-градусных развалах между верхним и нижним рядами цилиндров, и по специальным кожухам поз. 13 подводится к вентиляторам. Горячий воздух выбрасывается вентиляторами наружу. Над оребрением цилиндров устанавливаются специальные дефлекторы, направляющие поток охлаждающего воздуха.

Запуск холодного двигателя осуществляется двумя электростартёрами поз. 14, а горячего двигателя – одним. За одну-две минуты до запуска даётся ток в спирали накаливания. Система запуска питается током от двух 12-вольтовых аккумуляторов, соединённых последовательно. Дублирующей системы запуска нет.

Особенности охлаждения дизеля Зиммеринг: а) эффективный обдув оребрения цилиндров и головок; б) больший угол перекрытия всасывающего и выпускного клапанов усиливает охлаждение клапанов, поршня и головки воздухом, продуваемым через полость камеры сгорания; в) интенсивное охлаждение масла в мощных масляных радиаторах, установленных в масляной системе.

Подвеска. Двигатель монтируется на четырёх упругих опорах. Передние опоры образованы двумя лапами, привёрнутыми к картеру. Задние опоры образованы поперечиной, жёстко соединённой с картером. Амортизаторами служат толстые резинометаллические пластины, зажатые между опорами двигателя и подмоторной рамой. Наличие упругих опор в значительной мере снижает передачу вибраций от двигателя на корпус танка, предохраняя тем самым экипаж танка от неприятного воздействия высокочастотных вибраций на организм.

Технические характеристики танкового дизеля Simmering Sla 16 в сравнении с характеристиками некоторых других танковых двигателей Второй мировой войны приведены в таблице.

Заводские стендовые испытания мотора в полной комплектации окончились успешно ориентировочно осенью 1944-го года. После их завершения Порше начинает продвижение нового двигателя на самом высоком уровне – вероятно, пользуясь своими неформальными отношениями с Гитлером, он выходит напрямую на фюрера. Очевидно, Порше не пришлось долго убеждать Гитлера в нужности и прогрессивности своего дизеля, ибо фюрер, по свидетельству Гудериана, уже летом 1942-го года

«…желал ускорить выпуск танковых дизельных моторов с воздушным охлаждением…».

Как бы то ни было, 5-го января 1945 г. Гитлер обращается с письмом, касающимся дизеля Порше, к соответствующим руководителям, занимающимся вопросами танкостроения.

В соответствии с пожеланиями фюрера, военные приступили к собственным испытаниям нового двигателя. После того, как испытания на стенде закончились успехом, двигатель был установлен фирмой «Nibelungenwerke» в танк «Королевский Тигр» вместо штатного мотора «Майбах» HL 230Р30. При этом наружная конфигурация корпуса и крыша моторного отделения изменений не претерпели; внутри же моторного отделения были демонтированы стенки отсеков вентиляторов с радиаторами и смонтирована новая подмоторная рама, а также произведены другие необходимые изменения. Данная переделка показала, что любой ранее выпущенный «Королевский Тигр» (и «Ягдтигр») может быть без большого труда переоснащён новым дизелем.

«Вероятно, в роли испытуемого был Ягдтигр, ведь несколько Ягдтигров с подвеской фирмы Porsche KG собрали на Nibelungenwerk. Со второй попытки удалось обеспечить дизель нормальным охлаждением, но из-за недостатка времени были завершены лишь испытания по сокращённой программе.»

Опыт первого опробования дизеля в объектовых условиях выявил плохое охлаждение цилиндров нижних рядов. Для устранения этого явления были переконструированы вентиляторы системы охлаждения – их перепроектирование и изготовление отняли около четырёх недель; на этот период испытания были приостановлены.

После замены вентиляторов охлаждение двигателя стало удовлетворительным, что позволило с успехом закончить испытания (правда, по самой ускоренной программе) мотора в танке.

Боевая масса танка «Королевский Тигр» с дизелем Slа 16 составила 68,2 тонны. С точки зрения кинематики трансмиссии, скорость машины должна была оставаться прежней, так как благодаря наличию повышающего редуктора на двигателе частота вращения входного вала КПП не изменилась; практически вследствие заметного увеличения мощности мотора скорость танка на местности возросла. Сокращённая программа испытаний не позволила полностью оценить запас хода в различных условиях движения; судя по достигнутому удельному расходу (160–200 г/л.с. в час) и учитывая, что вследствие более высокого удельного веса дизельного топлива при прежнем объёме топливных баков танк мог принять больше горючего по весу, можно предположить, что запас хода должен был составить 160–200 км (вторая цифра относится к условиям движения по дороге с твёрдым покрытием).

Таким образом, испытания показали, что Порше сумел решить задачи, стоящие перед ним при конструировании нового мотора.

Мощность двигателя была повышена по сравнению с существующим с 675 л.с. до 750 л.с. (на 11 процентов). Удельная мощность танка «Королевский Тигр», оснащённого дизелем Sla 16, составила 11 л.с./т, что сравнимо с удельной мощностью таких танков, использовавшихся в Красной Армии, как «Валентайн» Мк-IX (10 л.с./т) или ИС-2 (11,3 л.с/т).

Значительно снижен удельный расход топлива, что обеспечило доведение запаса хода танка до приемлемого значения без увеличения объёмов возимого горючего.

Обеспечен удовлетворительный тепловой режим двигателя – по оценкам, обеспечивалась удовлетворительная эксплуатация мотора в интервале температур -30…+50 °С.

Обеспечена возможность быстрого переоснащения ранее выпущенных машин с двигателя «Майбах» на новый дизель.

По итогам испытаний был выдан заказ на первые сто дизелей так называемой «нулевой серии» фирме «Stеуr-Daimlеr-Puch», так как фирма «Зиммеринг» не была в состоянии осуществлять крупносерийную постройку подобных моторов. Однако серийное изготовление новых двигателей так и не началось, ибо решение о нём нашло немало противников в германском военно-промышленном руководстве. Они указывали, что, во-первых, фирма «Штейр» серийно производит двигатели «Татра», не унифицированные с мотором «Зиммеринг», и развёртывание нового производства может идти только за счёт существующего; и во-вторых – что новый двигатель прошёл испытания лишь по крайне сокращённой программе (впрочем, в известных условиях зимы 1945-го года нельзя было ожидать иного), что не позволяло произвести полную его оценку и приводило к непредсказуемости последствий серийного производства. Эти сомнения были обобщены в меморандуме, направленном рейхсминистру Шпееру, и заказ в конечном итоге был отменён.

«Испытания показали, что любой Tiger II, Panther и САУ на их базе можно оборудовать новым двигателем, для чего нужно было убрать перегородки в моторном отделении и поставить новую подмоторную раму. Таким образом танки можно было модернизировать, например, в ходе капремонта. Что касается производства, то фирма Simmering спроектировала оснастку и после стендовых испытаний сообщила, что для серийного производства всё готово. Опытную серию из 20 Sla 16 планировали выпустить на Steyr, но пока судьбу двигателя обсуждали, война закончилась.»

Кстати, двигатель Sla 16 стоил в два раза дороже, чем «Майбах» НL 230 – но это и неудивительно, так как опытное изделие сравнивалось с серийным; нет сомнений, что в серии стоимость нового дизеля упала бы – хотя он всё же оставался бы дороже «Майбаха». Чудес не бывает, и за улучшение технических характеристик пришлось платить…

Таким образом, общее количество произведённых двигателей Sla 16 составило лишь две единицы (по другим данным пять) в полной комплектации и некоторое количество испытательных макетов с тем или иным количеством цилиндров.

По итогам опытно-конструкторских работ с этими макетами было предпринято проектирование на основе 16-цилиндрового двигателя унифицированных с ним по деталям и узлам Х-образных двигателей – четырёхцилиндрового мощностью 150 л.с. для использования на грузовых автомобилях и восьмицилиндрового мощностью 320 л.с. для применения на бронеавтомобилях и бронетранспортёрах. Также на базе двигателя Sla 16 (Porsche Typ 212) создавался его вариант «Porsche Тур 213», отличающийся увеличением объёма цилиндра до 3 л (соответственно, общего объёма двигателя до 48 л) и повышением частоты вращения коленчатого вала до 2500 об/мин. За счёт этих изменений (и, вероятно, увеличения параметров наддува) для дизеля «Туре 213» планировалось получить мощность 1500 л.с. – он предлагался к использованию на новых, ещё более тяжёлых танках, в том числе «Maus» и проектируемых машинах серии «Е». Впрочем, работы по всем этим двигателям так и остались в стадии проекта.

Двигатель же Sla 16 планировался к установке (как один из вариантов), кроме «Королевского Тигра», ещё и на танке «Пантера-II», во многом унифицированном с «Тигром-II». Этот проект также не был осуществлён. Кроме того, в принципе, этот дизель мог быть установлен и на обычную «Пантеру», но для этой машины мощности существующего «Майбаха» хватало, и такие варианты (насколько известно автору) не рассматривались.

Вероятно, двигатель Sla 16 и/или его документация попали и к нашим специалистам – во всяком случае, в советских источниках имеются его весьма подробные описания и характеристики; вообще, этот мотор вызвал в СССР значительный интерес. Оценка двигателя Sla 16 звучала следующим образом:

«Выбор Х-образной схемы для 16-цилиндрового двигателя обеспечивает минимальные габариты двигателя по высоте и равномерное чередование вспышек. Интересно отметить, что двигатель воздушного охлаждения успешно вписывается в габариты, ранее занимаемые двигателем жидкостного охлаждения вместе с радиаторами и вентиляторами. Однако в целом конструкция является мало надёжной, так как наряду с деталями, имеющими весьма большой запас прочности (например коленчатый вал, картер), ряд деталей сделаны весьма ненадёжными и сложными (например конструкция привода к вентиляторам и топливным насосам, крепление маховика и т. п.)».

Возможно, опыт изучения дизеля «Зиммеринг» использовался нашими инженерами при создании опытных Х-образных танковых дизельных двигателей в послевоенном периоде.

Исходя из известных характеристик двигателя Sla 16 и его технического описания, можно сделать вывод, что этот мотор по своему техническому уровню (как по прогрессивности конструкторских решений, так и по показателям совершенства конструкции) превосходил как германские танковые двигатели, так и двигатели танков стран антигитлеровской коалиции.

К счастью для нас, Германия не успела довести новый дизель и организовать его серийное производство. Разумеется, повлиять на исход вооружённой борьбы он не мог, но нет сомнений, что оснащённый мотором Sla 16 танк «Королевский Тигр» превращался в качественно новую машину и причинил бы немало неприятностей нашей армии и армиям наших союзников.

Автор – Кирилл Ромасёв

Двигатель Rotary-X — революция в термодинамике

Если вы управляете армией, велика вероятность, что вам понадобится много портативной энергии для всего, от связи до систем управления оружием. Когда дело доходит до ваших генераторов, каждая унция на счету. Чем меньше и легче вы можете их получить, тем лучше.

Компания LiquidPiston из Коннектикута разрабатывает мощный генератор для армии США, в котором используется собственный роторный x-двигатель компании — маленький, легкий и мощный зверь, который звучит как воплощение мечты. Он может работать на бензине, дизельном топливе, природном газе, керосине или реактивном топливе и масштабируется от 1 до 1000 лошадиных сил (PDF).

Соучредитель и генеральный директор Алекс Школьник описывает конструкцию как комбинацию лучших частей двигателей цикла Отто и Аткинсона, дизеля и роторного двигателя Ванкеля, одновременно решая большие проблемы последних двух. Звучит впечатляюще, но это мало что значит, если вы не понимаете, как работает каждый из этих движков и каковы их различные преимущества и недостатки. Итак, давайте заглянем под капот, не так ли?

Всасывание, Сжатие, Взрыв, Выдувание

Для целей данного обсуждения цикл Отто, цикл Аткинсона и Дизель являются четырехтактными двигателями. Это означает, что при каждом импульсе производимой мощности поршни перемещаются четыре раза, коленчатый вал вращается дважды, а зажигание происходит один раз. Эти четыре такта называются впуск, сжатие, мощность и выпуск, или, как их называют в просторечии, всасывание, сжатие, удар и выдувание.

Эффективность любого поршневого двигателя можно объяснить с точки зрения степени сжатия цилиндра. Статическая степень сжатия относится к разнице между объемом в цилиндре, когда поршень находится в нижней части хода — начале сжатия — и объемом, когда поршень находится в верхней части хода или в конце сжатия. При расчете степени динамического сжатия также учитываются газы, входящие и выходящие из цилиндра. В общем, чем выше степень сжатия, тем лучше. Высокая степень сжатия позволяет максимально эффективно использовать топливо в баке.

Отличия этих двигателей заключаются в количестве и форме подвижных частей, схемах забора воздуха и топлива, воспламенения топлива. В качестве отправной точки для обсуждения четырехтактных двигателей в целом давайте рассмотрим типичный бензиновый двигатель внутреннего сгорания, используемый во многих автомобилях, также известный как двигатель с циклом Отто.

Цикл Отто

Двигатель с циклом Отто состоит из одного или нескольких поршней, движущихся внутри цилиндров. Поршни присоединены к коленчатому валу через соединители, которые превращают движение поршня вверх и вниз во вращательное движение коленчатого вала. Это вращательное движение передается на коробку передач и на колеса, двигая автомобиль вперед или назад.

Во время такта впуска поршень движется вниз к нижней мертвой точке, и цилиндр заполняется топливно-воздушной смесью из клапана в верхней части цилиндра. На такте сжатия поршень возвращается к верхней мертвой точке и сжимает топливовоздушную смесь, сжимая и нагревая ее. Мощность вырабатывается, когда свеча зажигания искрит, воспламеняя сжатую воздушно-топливную смесь и заставляя поршень возвращаться вниз, что проворачивает коленчатый вал во второй раз. Наконец, поршень возвращается к верхней мертвой точке на такте выпуска и выталкивает отработавшую топливно-воздушную смесь через выпускное отверстие. Скорость, с которой двигатель делает это, составляет от 600 до 1000 оборотов в минуту (об/мин) на холостом ходу до точки, где данный потребительский бензиновый двигатель красной черты — обычно где-то около отметки 5500-7000 об/мин.

Чем больше поршней в двигателе, работающем по циклу Отто, тем плавнее он будет работать. Основные преимущества двигателя с циклом Отто заключаются в том, что он потребляет мало масла, экономит топливо и имеет меньше вредных выбросов, чем дизельные двигатели. Одним из основных недостатков является то, что в этих двигателях много движущихся частей, и когда они выходят из строя, они, как правило, выходят из строя эффектно.

Анимация Майкла Фрея с Wikimedia Commons

Цикл Аткинсона

Двигатели, работающие по циклу Аткинсона, существуют с конца 1800-х годов и сегодня широко используются в гибридных автомобилях. Аткинсон — четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, очень похожий на цикл Отто, но есть большая разница: впускной клапан остается открытым в течение первой части такта сжатия.

Это может показаться расточительным, но эта воздушно-топливная смесь не просто теряется через открытый воздухозаборник — она попадает в следующий поршень, предварительно нагретый и готовый к воспламенению. Поскольку изменяемых фаз газораспределения еще не было, в оригинальных двигателях с циклом Аткинсона использовалась рычажная связь для изменения фаз газораспределения.

Степень расширения двигателя, работающего по циклу Аткинсона, больше, чем степень сжатия, а значит, он более эффективен. У него меньше мощности, но в паре с электродвигателем они дополняют друг друга. Другими преимуществами являются снижение насосных потерь — накачка воздуха и топлива и откачка выхлопных газов требуют работы, и для выполнения этих функций требуется меньше энергии.

Дизель

Двигатель Рудольфа Дизеля также является четырехтактным, но работает немного по-другому. Во время такта впуска цилиндр всасывает только воздух, а не топливо. Такт сжатия сжимает воздух и нагревает его до ~ 1300 ° F. В начале рабочего такта топливо впрыскивается в цилиндр, где оно мгновенно воспламеняется среди горячего воздуха, толкая поршень вниз. Такт выпуска тот же — отработавшая топливно-воздушная смесь выбрасывается через выпускной клапан.

Что интересно в Дизеле, так это отсутствие свечей зажигания. Они им не нужны — сжатие нагревает воздух настолько, что при впрыске топлива оно взрывается без искры. Дизели имеют лучшую экономию топлива, чем двигатели с циклом Отто, но их покупка и обслуживание обходятся дороже, чем автомобили с бензиновым двигателем. Дизельное топливо также часто дороже.

Поскольку дизельные двигатели воспламеняются от сжатия, они имеют более высокую степень сжатия (и более длинные цилиндры), чем бензиновые двигатели. Это создает больший крутящий момент, что хорошо для больших нагрузок, но цена заключается в более низкой скорости взлета.

Анимация Y_tambe с Wikimedia Commons

Ротор Ванкеля

Вот где все становится по-настоящему интересным. Феликс Ванкель разработал свой роторный двигатель в 1950-х годах, основываясь на мечте, приснившейся ему в подростковом возрасте. Вместо поршней и цилиндров ротор Ванкеля имеет один большой ротор с тремя движущимися сторонами в корпусе овальной формы. Ротор соединен с эксцентриковым валом, и благодаря своей конструкции двигатель преобразует давление сгорания непосредственно во вращательное движение эксцентрикового вала.

Ванкеля — компактный двигатель с меньшим количеством движущихся частей. В нем используются те же четыре такта, но только в термодинамическом смысле — ротор и эксцентриковый вал — единственные движущиеся части. Эксцентриковый вал действует как коленчатый вал, передавая мощность на трансмиссию.

Двигатели Ванкеля имеют более плавный ход и могут работать на более высоких оборотах, но они предназначены для сжигания масла, чтобы поддерживать смазку внутренних уплотнений. Как вы можете себе представить, это означает, что у них ужасные выбросы.

Слева: двигатель мопеда Honda Metropolitan объемом 49 куб. см. Справа: 70-кубовый двигатель LiquidPiston X-Mini. Изображение предоставлено LiquidPiston

Rotary X: Ванкель, вывернутый наизнанку

Самое потрясающее в роторном x-двигателе — это соотношение мощности к размеру. Например, LiquidPiston продемонстрировала свой двигатель армии, создав генератор Compact Artillery Power System (CAPS) для питания цифровой системы управления огнем на гаубице M777.

Сегодня системе требуется генератор, для перемещения которого нужен грузовик. LiquidPiston построила его весом 41 фунт (18,6 кг) и размером примерно с игровой ПК. Армия была настолько впечатлена, что заключила с LiquidPiston контракт на исследования в области инноваций для малого бизнеса для дальнейшей разработки генератора для «ряда военных вариантов использования».

Если вы хотите понять, как работает роторный Х-двигатель, возьмите почти все, что вы знаете о Ванкеле, и выверните его наизнанку. Wankel имеет треугольный ротор в овальном корпусе, а Rotary X имеет овальный ротор в треугольном корпусе. Оба двигателя имеют только две основные движущиеся части — ротор и вал.

Каждая из трех камер корпуса Rotary X сравнима с поршнем. Впускные и выпускные отверстия и камеры встроены в сам ротор. На каждый оборот ротора приходится три акта сгорания. Этот двигатель может быть таким маленьким и эффективным, потому что LiquidPiston переработал термодинамический цикл, чтобы выжать больше мощности. Видео ниже объясняет это довольно хорошо.

Увидим ли мы когда-нибудь эти двигатели в потребительских автомобилях? Может быть, когда-нибудь, но до этого многое должно произойти. Более чем вероятно, что крупный производитель примет эту технологию и внедрит ее в автомобиль так же, как Mazda применила Ванкельса в RX-7 и 8. Даже в этом случае нет гарантии, что они взлетят, хотя LiquidPiston утверждает, что они подходят как для основного двигателя, так и для части гибридной системы.

LiquidPiston предлагает наборы для разработки x-mini по цене от 30 000 долларов, но вы должны пообещать, что не будете заниматься их обратной разработкой. Тем не менее, информации, вероятно, достаточно, чтобы сделать версию для 3D-печати, поэтому мы будем ждать, чтобы увидеть, что вы придумаете.

SGP Sla 16 (Porsche Type 203) X-16 Tank Engine

Уильям Пирс

агентство) для разработки нового основного танкового двигателя для Heer (немецкая армия). Требуемый двигатель представлял собой дизель с воздушным охлаждением, который требовал лишь незначительных модификаций, чтобы его можно было заменить существующим двигателем, установленным на различных немецких танках. Существующим двигателем был Maybach HL230 V-12 с жидкостным охлаждением, который произвел 690 л.с. при 3000 об / мин и рабочим объемом 1409 куб. Дюймов (23,1 л). Однако проблемы с надежностью HL230 ограничивали скорость двигателя до 2500 об / мин и 600 л.с. (447 кВт). Спрос на дизель с воздушным охлаждением был продиктован Адольфом Гитлером, и SGP должна была тесно сотрудничать с Porsche GmbH для разработки нового двигателя.

Базовый двигатель Simmering-Graz-Pauker Sla 16, вид спереди без воздушной камеры, турбокомпрессоров и вентиляторов охлаждения. Впускные коллекторы и некоторые недоумения можно увидеть в 45-градусной V-образной форме, образованной цилиндрами. Обратите внимание, что впускные каналы находятся в верхней части цилиндров.

Под руководством Фердинанда Порше проектно-консалтинговая фирма Porsche имела опыт работы с двигателями с воздушным охлаждением и взяла на себя основную тяжесть работы по предварительному проектированию нового двигателя. Фердинанд Порше обсуждал танки и дизельные танковые двигатели с Гитлером с 1942 года. Новый двигатель, разработанный Полом Нетцкером из Porsche, представлял собой компоновку X-16, состоящую из четырех рядов по четыре цилиндра. Ряды цилиндров были разнесены на 135 градусов сверху и снизу и на 45 градусов по бокам. Двигатель получил обозначение Porsche Type 203 и обозначение SGP Sla 16 (которое будет использоваться в оставшейся части этой статьи).

Simmering-Graz-Pauker Sla 16 был изготовлен из картера из листовой стали и использовал один коленчатый вал с четырьмя главными шатунами. К каждому главному стержню прикреплены три шарнирных шатуна. Цилиндры состояли из оребренной алюминиевой головки цилиндра, навинченной на ребристую стальную гильзу цилиндра. В передней части каждого ряда цилиндров находился впрыскивающий насос, подавший топливо в цилиндры этого ряда. Топливная форсунка располагалась в головке блока цилиндров под углом 135 градусов к цилиндру. В основании каждого ряда цилиндров находился распределительный вал, расположенный на стороне 135 градусов. Четыре распределительных вала приводились в движение сзади двигателя и управляли двумя клапанами на цилиндр через толкатели и коромысла. Впускные и выпускные отверстия были расположены на стороне цилиндров под углом 45 градусов, а впускное отверстие находилось в верхней части цилиндра.

Поперечное сечение Sla 16 иллюстрирует X-образную конфигурацию двигателя и привод вентиляторов охлаждения. Обратите внимание на главный и шарнирный шатуны, а также на четыре выпускных коллектора в левой части рисунка.

Всасываемый воздух всасывался через большой фильтр, расположенный над двигателем. Затем воздух проходил через сдвоенные турбонагнетатели, расположенные в задней части двигателя. Два отдельных впускных коллектора отходят от каждого турбонагнетателя, причем один коллектор снабжает верхний ряд цилиндров, а другой коллектор снабжает нижний ряд цилиндров. Выхлоп из двух цилиндров был объединен в единый коллектор, так что с каждой стороны двигателя было по четыре выпускных коллектора, ведущих к турбонагнетателю. Турбокомпрессоры были изготовлены компанией Brown Boveri и вращались с максимальной скоростью 28 000 об/мин. Наддув от турбокомпрессоров был консервативным и составлял 7,3 фунта на квадратный дюйм (0,5 бар).

Для охлаждения двигателя над каждым из двух верхних рядов цилиндров был установлен вентилятор. Вентиляторы вытягивали теплый воздух из узких 45-градусных секций блока цилиндров, которые были тесно перекрыты. В результате холодный воздух втягивался через охлаждающие ребра цилиндров в V-образный угол 45 градусов. Каждый вентилятор приводился в движение через вал с конической шестерней, который проходил от вентилятора охлаждения к задней части двигателя. Здесь закрытый приводной вал с двумя универсальными шарнирами и коническими шестернями получал мощность от коленчатого вала в крайней задней части двигателя и приводил в действие валы, ведущие к вентиляторам. Вентиляторы охлаждения разработаны фирмой FKFS ( Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart или Научно-исследовательский институт автомобильной техники и автомобильных двигателей в Штутгарте). Вентиляторы имели диаметр 20,5 дюйма (520 мм) и работали со скоростью, в 2,05 раза превышающей скорость коленчатого вала. Два масляных радиатора располагались по бокам каждого вентилятора охлаждения двигателя.

Без всех принадлежностей двигателя привод вентиляторов охлаждения виден выступающим из задней части двигателя Sla 16. Трубки толкателей и топливные форсунки видны на дальнем ряду цилиндров. Четыре прохода в задней перегородке предназначены для выпускных коллекторов.

Косозубые шестерни увеличили скорость выходного вала Sla 16 до 1,5-кратной скорости коленчатого вала. Увеличение скорости было необходимо из-за разницы рабочих скоростей между Sla 16 и Maybach HL230. Чтобы быть прямой заменой, Sla 16 на 2000 об / мин должен был иметь множитель выходной скорости, чтобы соответствовать HL230 на 3000 об / мин. Поскольку коленчатый вал Sla 16 находился в середине конфигурации двигателя X, повышающие шестерни также опускали выходной вал, чтобы соответствовать существующей трансмиссии, используемой с V-12 HL230.

Sla 16 имел степень сжатия 14,5:1, диаметр цилиндра 5,3 дюйма (135 мм) и ход поршня 6,3 дюйма (160 мм). Полный рабочий объем двигателя составлял 2236 куб. Дюймов (36,6 л). Прогнозировалось, что Sla 16 будет производить 750 л.с. (559 кВт) при 2000 об / мин. С охлаждающими вентиляторами весь двигатель имел длину примерно 5,5 футов (1,68 м), ширину 8,2 фута (2,50 м) и высоту 3,8 фута (1,15 м). Sla 16 весил 4960 фунтов (2250 кг).

К концу 1943 года был построен одноцилиндровый испытательный двигатель объемом 140 куб. Дюймов (2,3 л), получивший обозначение Тип 19. 2. Двигатель Type 192 прошел 48-часовой испытательный пробег 6 ноября 1943 года. Одноцилиндровый двигатель развивал мощность 47 л. цилиндровый двигатель. Указанная мощность не учитывала мощность, необходимую для привода охлаждающих вентиляторов. После положительных результатов испытаний Type 192 работа над полноразмерным двигателем Sla 16 X-16 продвинулась вперед.

Полный Sla 16, вид сзади. Воздушная камера в верхней части двигателя подавала воздух в турбонагнетатели через раздвоенный коллектор. Обратите внимание на масляные радиаторы и охлаждающие вентиляторы. Под выпускными отверстиями турбонагнетателя видны закрытые приводные валы охлаждающих вентиляторов.

Первый двигатель Sla 16 прошел испытания в конце 1944 года и выдавал 770 л.с. (574 кВт) при 2200 об/мин без вентиляторов охлаждения. Для привода охлаждающих вентиляторов требовалось около 95 л.с. (71 кВт), что снизило мощность двигателя до 685 л.с. (511 кВт). 10 января 1945 года два испытательных двигателя Sla 16 отработали в общей сложности 300 часов испытательной эксплуатации. К этому времени участие Porsche в разработке двигателя практически прекратилось. Планировалось, что производство Sla 16 начнется в июне 1945 года на заводе Steyr-Daimler-Puch в Австрии. Steyr-Daimler-Puch производила двигатели Daimler-Benz DB 603 (хотя с 19 октября завод выпускал двигатели DB 605).42 по октябрь 1943 г.), а производство DB 603 уступило место Sla 16. В серийные двигатели Sla 16 были внесены некоторые изменения, такие как использование двух топливных насосов высокого давления вместо четырех насосов, используемых на двигателях-прототипах. . Возможно, серийные двигатели носили обозначение Porsche Type 220. Однако двигатель Sla 16 так и не был запущен в производство из-за капитуляции Германии в мае 1945 года.0073 Panzerjäger Tiger Ausf. B (Tank Hunter Tiger Variant B или Jagdtiger , Hunting Tiger) и прошел некоторые технико-экономические испытания. Первоначально нижние ряды цилиндров нагревались, но модификация охлаждающих вентиляторов и воздуховодов решила проблему. Кроме того, Panzerkampfwagen Tiger Ausf. B (боевая бронированная машина Tiger, вариант B), или Tiger II, была модифицирована для установки двигателя Sla 16 и ожидала установки двигателя. Однако установка так и не была завершена. Двигатель также предлагался для VK 45.02 P2 (Porsche Type 181C), который так и не был построен. Большинство деталей, инструментов и оборудования Sla 16 были захвачены Советским Союзом в конце Второй мировой войны.

На левом изображении (перевернутый двигатель) показаны приводы распределительных валов в задней части двигателя. На центральном изображении (двигатель в вертикальном положении) выходная мощность двигателя видна под коленчатым валом. На правом изображении (двигатель почти перевернут) показаны клапаны цилиндра. Выпускные отверстия сбоку от цилиндров хорошо видны, а впускные отверстия в верхней части цилиндров закрыты.

В конце 1943 года FKFS рассматривала возможность использования цилиндра объемом 140 куб. Дюймов (2,3 л) от Sla 16 в качестве отправной точки для нового танкового двигателя для предлагаемого Панцеркампфваген Пантера II . Двигатель ФКФС состоял из двух двигателей В-12, установленных под углом 90 градусов друг к другу на общем картере. 24-цилиндровый двигатель имел объем 3354 куб. Дюйма (55,0 л) и производил 1100 л.с. (820 кВт). Предполагалось установить четыре вентилятора охлаждения FKFS с приводом от двигателя, по два над каждой секцией двигателя V-12. Проект 24-цилиндрового двигателя FKFS не продвинулся дальше чертежной доски, и Panther II так и не был построен.

Увеличенная версия двигателя X-16 была исследована под обозначением Porsche Type 212. Этот двигатель имел 5,9в (150 мм) диаметр цилиндра и 6,7 дюйма (170 мм) ход поршня. Полный рабочий объем Type 212 составлял 2933 куб. Дюйма (48 л), а мощность двигателя должна была составлять 1500 л.с. (1119 кВт) при 2500 об / мин. Одноцилиндровый испытательный двигатель объемом 183 куб. Дюйма (3,0 л) был оценен как Type 213, но, похоже, испытания не были завершены или что был построен полный двигатель Type 212. Тип 212 был предложен для установки на Panzerkampfwagen VIII Maus (Porsche Type 205), но министр вооружений Альберт Шпеер отверг этот двигатель.

Двигатель Sla 16 на испытаниях в конце 1944 года без вентиляторов охлаждения и турбонагнетателей. Однако испытательное оборудование, скорее всего, обеспечивало принудительную индукцию.

Примечания: источники по обозначению типа Porsche для Sla 16 мощностью 750 л.с. (559 кВт) расходятся. Многие называют двигатель Type 203, и столько же используют Type 212. Кроме того, Type 180, 181, 192 , и 220 также используются. Type 180 представлял собой конструкцию танка (VK 45.02 P), в которой изначально использовался двигатель Porsche Type 101 V-10. Type 181 был тем же танком, модернизированным с помощью Sla 16 после того, как у V-10 возникли проблемы. Как упоминалось в статье, Тип 192 был одноцилиндровым испытательным двигателем для Sla 16. Поскольку Type 213 был одноцилиндровым испытательным двигателем для более крупного X-16, имеет смысл, чтобы более крупный X-16 был Type 212. Таким образом, Type 203 остается логический выбор для Sla 16. Как указано в статье, Type 220 мог быть серийной версией Sla 16.

Кроме того, в ряде источников более крупный двигатель мощностью 1500 л.с. (1119 кВт) указан как X-18. . Однако двигателя Х-18 быть не может; чтобы в сумме получить 18 цилиндров, два ряда должны иметь по пять цилиндров в каждом, а два ряда должны иметь по четыре цилиндра в каждом. Такое вооружение было бы опрометчивым. Скорее всего, «Х-16» было либо опечатано, либо неправильно прочитано как «Х-18» в каком-то скудном документе, захваченном в конце Второй мировой войны, и неправильное название прижилось. Однако.

Наконец, танк Porsche Type 181B (VK 45.02 P2) должен был оснащаться двумя 16-цилиндровыми двигателями. 16-цилиндровый дизельный двигатель с воздушным охлаждением развивал мощность 370 л.с. (276 кВт) при 2000 об/мин. Сообщается, что конструкция этого двигателя была результатом сотрудничества с Deutz. Некоторые источники указывают, что это был двигатель V-16, в то время как другие утверждают, что это был X-16. Неясно, имел ли 16-цилиндровый двигатель меньшего размера что-либо общее с Sla 16 или какой у него номер типа.