ВК-107 В.Я. Климова

Истребители А. С. Яковлева с моторами М-105П и М-105ПА в начале войны имели некоторые преимущества перед Ме-109Е. Но с появлением на фронте его новой модификации Me-109F, оснащенной более мощным мотором и имевшей улучшенную аэродинамику, очень остро встал вопрос о срочном улучшении летных данных советских истребителей. К этому времени в ОКБ В. Я. Климова был разработан и проходил испытания на стенде мотор М-107, имевший по сравнению с М-105 значительно большую мощность. Применение этого мотора позволило бы резко улучшить основные летные данные истребителей. Однако М-107 являлся совершенно новой конструкцией, и его освоение требовало времени и большой перестройки на заводах, что в сложившихся в первой половине 1942 г. условиях было неприемлемо. Тогда по инициативе НИИ ВВС и КБ А. С. Яковлева была проведена перерегулировка мотора М-105П таким образом, что за счет некоторого снижения высотности он существенно увеличил свою мощность. Испытания мотора на стенде показали, что при таком форсировании его ресурс практически не уменьшился, и он был принят в производство под маркой М-105ПФ. Справедливости ради следует сказать, что для серийного выпуска М-105ПФ потребовалось внести некоторые конструктивные изменения, о которых изложено на предыдущей странице.

Отметим только, что на моторе М-105ПФ взлетная мощность стала номинальной (табл. 1). С 1944г. моторы В.Я. Климова стали обозначаться его инициалами: ВК-105ПФ, ВК-106, ВК-107 и т. д.

Таблица 1

В ОКБ проводилась интересная работа по созданию мотора с большой высотностью. В начале 1941 г. на мотор М-105П был установлен двухступенчатый (ПЦН), который был разработан в ЦИАМ В. А. Доллежалем. Мотор этот получил обозначение М-105ПД. Двухступенчатые ПЦН (рис. 1) обеспечивают существенно большую степень повышения давления, чем одноступенчатые даже с двумя скоростями вращения. Следовательно, при двух ступенях сжатия можно получить и большую высотность. Практически даже двухскоростной одноступенчатый ПЦН не может обеспечить расчетную высоту более 5,5 — 6 км.

Мотор М-105ПД имел частоту вращения 2400 об/мин, давление наддува на взлетном режиме 1140 мм рт. ст., на номинальном режиме на первой расчетной высоте 1100 и на второй 1080 мм рт. ст. Установка ПЦН и связанные с этим доработки утяжелили мотор на 75 кг. Расход топлива у М-105ПД был заметно больше, чем у М-105ПА. Моторы М-105ПД устанавливались на опытных истребителях И-28 и Як-9ПД.

Впоследствии двухступенчатые ПЦН нашли применение на английских моторах Роллс-Ройс «Мерлин» и американских «Аллисон», которые устанавливались на высотных истребителях «Спитфайр», Р-51, Р-63 и др. Системы комбинированного наддува с применением турбокомпрессоров (ТК) более эффективны: затраты мощности на привод ТК несравненно меньше, чем на привод ПЦН. Однако системы комбинированного наддува имеют горячие трубопроводы для подачи выхлопных газов к ТК, что приводит к определенным неудобствам. Эти трубопроводы должны быть герметичными и хорошо теплоизолированными, что само по себе не так уж просто. Повреждение их в бою может привести не только к выходу из строя самой системы наддува, но и к пожару на самолете. Поэтому для истребителей, экономичность двигателя для которых второстепенна, моторы с двухступенчатыми ПЦН являлись более приемлемыми, тем более что конструктивно создание мотора с двухступенчатым ПЦН было относительно простым: достаточно было обеспечить вывод вала привода дополнительного ПЦН и доработать систему впускных патрубков и автоматику. Системы наддува с ТК применялись преимущественно на моторах, предназначенных для высотных бомбардировщиков, а также на некоторых высотных истребителях, например, на американском Рипаблик «Тандерболт» Р-47, мотор которого обеспечивал расчетную высоту около 10 км. Однако в СССР проблема высотности моторов для фронтовых истребителей не являлась в то время первостепенной.

Практика боевых действий показала, что погоня за высотностью не так уж необходима: большинство воздушных боев происходило на высотах до 4 км и именно там требовался максимальный избыток мощности. Поэтому в 1943 г. был создан мотор М-106П (ВК-106П) с односкоростным ПЦН и расчетной высотой всего 2000 м, но с увеличенным по сравнению с М-105ПФ наддувом (см. табл. 1). Это позволило получить некоторый выигрыш в мощности по сравнению с М-105 и М-105ПФ на высотах 1—3,5 км. Его удельная масса составила по номиналу всего 0,48 кг/л, с, а по взлетной мощности и того меньше — 0,44 кг/л. с. Это была минимальная удельная масса, достигнутая на советских поршневых моторах. Несмотря на выдающиеся данные этого мотора и полную его взаимозаменяемость с ВК-105ПФ, он не пошел в крупносерийное производство, была изготовлена только небольшая серия. Причина была простая: недостаток производственных мощностей и недостаточная доводка мотора. В это время велась подготовка к производству мотора ВК-107, а в крупносерийном производстве уже находились два мотора М-105П и ВК-105ПФ в двух модификациях каждый. Моторов требовалось очень много, к их производству были привлечены и автомобильные заводы, поэтому поставить в серию ВК-106П можно было только ценой уменьшения выпуска серийных моторов и замедления освоения ВК-107.

Поэтому пришлось ограничиться дальнейшим форсированием ВК-105ПФ. Форсированный мотор получил обозначение ВК-105ПФ-2. Взлетная и земная номинальная мощность у этого мотора составляла 1290 л. с при 2700 об/мин, а высотный номинал — 1240 л. с на высоте 2200 м. Этот мотор ставили на одном из лучших советских истребителей Як-3.

Остановимся на некоторых особенностях моторов ОКБ В, Я. Климова. Так же как в моторах Испано, во всех моторах В. Я. Климова сохранилась оригинальная конструкция шатуна: вместо стяжки разъема главного шатуна болтами, как это делалось на всех других моторах, здесь применялось соединение крышки с шатуном работающими на срез коническими штифтами, запрессованными в отверстия «гребенки». Штифты, имеющие очень малую конусность (1:76), запрессовывались в отверстия тарированным ударом свободно падающего груза с определенной высоты. Эта конструкция обеспечивает малые габариты и вес кривошипной головки, достаточно проста в производстве и выдержала (с некоторыми усилениями, естественно) почти двухкратное форсирование моторов (от 860 л.с. у М-100А до 1650 у ВК-107А). Правда, на моторе ВК-107А было два ряда конических штифтов вместо одного у ВК-105ПФ. Аналогичная схема применена В, Я. Климовым для присоединения противовесов коленчатого вала к его щекам. В основном на моторах этого КБ сохранена и конструкция блока: он имел несущую рубашку и отливался вместе с головками. Гильзы, разгруженные, мокрые, ввернуты верхней частью в блок на резьбе. Герметизация верхней части гильзы обеспечена металлическими эластичными кольцами, а нижней — системой резиновых колец, затянутых гайкой.

На моторах ОКБ, как и на моторах М-25 и М-85, были применены выхлопные клапаны с натриевым охлаждением, подшипники, залитые вместо баббита свинцовистой бронзой, и многие другие конструктивно-технологические новшества.

Конструкторскому бюро В. Я. Климова приходилось все время обеспечивать увеличение мощности моторов. Немцы непрерывно повышали мощность своих моторов: в 1942 — 1943 гг, на фронте появились «мессершмитты» с моторами DB-605 взлетной мощностью 1600 л. с.

Возможности ВК-105ПФ без кардинальной переделки конструкций были исчерпаны на модификации ВК-105ПФ-2 и моторе ВК-106.

ВК-107А

Однако еще в 1942 г. был создан мотор ВК-107 с взлетной мощностью 1650 л. с. — почти в два раза большей, чем у исходного М-100А. Как уже упоминалось выше, его внедрение в серию несколько задержалось. Причиной этого было не только то, что значительно форсированные моторы ВК-105ПФ и ВК-105ПФ-2 так или иначе удовлетворяли потребности в моторах и их крупносерийное производство было хорошо отлажено, но и то, что ВК-107 был существенно переделан по сравнению с этими моторами. Повышение мощности более чем на 300 л.с. потребовало значительных конструктивных изменений, главными из которых были:

полностью переработанные блоки цилиндров. Для увеличения проходных сечений клапанов каждый цилиндр имел не три, а четыре клапана — два впускных и два выхлопных;

измененные фазы газораспределения и конструкция привода клапанов;

измененные конструкции картера и коленчатого вала, шатунов, поршней, клапанов и ряда других деталей и узлов;

новый редуктор с передаточным числом 0,5;

новый ПЦН с лопатками Поликовского на входе.

Словом, это была не модификация, а совершенно другой мотор, вдобавок еще чрезвычайно форсированный — его литровая мощность составляла на номинале 42,7 л. с./л, то есть превышала достигнутую на самых совершенных образцах зарубежных моторов.

Естественно, что получить такие параметры было очень трудно, а обеспечить большой ресурс мотора при такой степени форсирования еще труднее. Тем не менее в 1944 г. мотор ВК-107А пошел в серию и ставился на самолеты Як-9У. Ресурс мотора был необычно малым — всего 25 ч. Хотя мотор имел боевой режим, но им в эксплуатации практически не пользовались, опасаясь уменьшения и без того малого ресурса. Недостатком мотора было также и расположение выхлопных патрубков внутри развала блоков, что вызывало немало осложнений в эксплуатации. В общем, мотор этот не оправдал возлагавшихся на него надежд, его не любили ни летчики, ни техники. Это был последний серийный поршневой мотор КБ В. Я. Климова. Созданный на его базе еще более мощный ВК-108 взлетной мощностью 1850 л. с. был поставлен на Як-3, и хотя с ним была получена еще большая, чем с ВК-107А, максимальная скорость, в серию он так и не пошел.

На переходе к реактивной авиации в 1945 г. была создана комбинированная силовая установка для экспериментальных самолетов И-250 (А. И. Микояна) и Су-5 (П. О. Сухого). Она состояла из двигателя ВК-107Р, который имел отбор мощности на привод компрессора воздушно-реактивного компрессорного двигателя конструкции ЦИАМ. С этой комбинированной силовой установкой (рис. 3) были получены скорости свыше 800 км/ч.

Двигатели В.Я. Климова ВК-105ПФ и ВК-105ПФ-2 были достаточно надежными, сравнительно простыми в крупносерийном производстве и всегда были на уровне требований авиации. А в военное время обеспечить это было совсем не просто! На рис. 4 показаны высотные характеристики двигателей этого КБ в сравнении с лучшими двигателями этого класса.

Число моторов, переданных в серийное производство по разработкам ОКБ В. Я. Климова, очень велико: моторов М-100 и М-103 в разных модификациях для самолетов СБ и Ар-2 изготовлено около 15 000, моторов М-105 и М-105А разных модификаций для самолетов Як-1, ЛаГГ-3, Пе-2 —более 48 000, моторов ВК-105ПФ, ВК-105ПФ-2 и ВК-107 для Як-3, Як-7, Як-9 и др. — больше 28 000, а всего — более 91 000 только для самолетных заводов, не считая поставок в запас, на замену и др.

Источники

• Самолетостроение в СССР 1917-1945 /ЦАГИ/
• Климов /Алексей Сухановский/

02 03 2014

- Ссылка на форуме по сравнению двигателей Климова:

/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1116872267/45#57