Роллс-Ройс Креси (англ. Rolls-Royce Crecy) — британский авиационный двигатель, разрабатывавшийся фирмой Rolls-Royce Limited в 1941-45 гг. для скоростных модификаций истребителя «Спитфайр». Crecy отличался необычной для авиамоторов тех лет конструкцией: это был двухтактный 12-цилиндровый V-образный двигатель объёмом 25 л (1536 кубич. дюймов) с развалом блоков 90°, гильзовым газораспределением и непосредственным впрыском топлива. В некоторых источниках он назван «самым совершенным в истории двухтактным авиационным мотором»[1] (впрочем, такая же характеристика иногда даётся двигателю Napier Nomad).
| Rolls-Royce Crecy | |
|---|---|
 | |
| Производитель | Rolls-Royce Limited |
| Годы производства | 1941-1945 |
| Тип | поршневой/турбокомпаундный, двухтактный V-образный, жидкостного охлаждения |
| Технические характеристики | |
| Мощность | 2035 кВт |
| Удельная мощность | 81,74 кВт/л |
| Степень сжатия | 7:1 |
| Диаметр цилиндров | 129,5 мм |
| Ход поршня | 165,1 мм |
| Количество цилиндров | 12 |
| Клапаны | гильзовое газораспределение |
| Компрессор | ПЦН с поворотными лопатками |
| Турбонаддув | отсутствует, установлена силовая турбина |
| Топливная система | с непосредственным впрыском |
| Тип топлива | бензин с октановым числом 100 |
| Система смазки | циркуляционная |
| Система охлаждения | жидкостная |
| Удельная мощность | 2,39 кВт/кг |
| Размеры | |
| Сухая масса | 862 кг |
Для двухтактных двигателей было решено использовать названия битв, в которых Британия одержала победу, и новый мотор получил своё имя в честь битвы при Креси. Однако тема не получила развития, и Crecy остался единственным в своём роде. В дальнейшем фирма переключилась на разработку реактивных двигателей, которым давались названия рек[2].
Предполагалось, что после испытаний на переделанном Hawker Henley двигатель будет устанавливаться на «Спитфайры», но ни один истребитель с этим мотором так и не был выпущен. Проект был прекращён в декабре 1945, так как в связи с прогрессом в разработке реактивных двигателей необходимость в подобных моторах отпала.
Разработка
правитьАвтором идеи мощного «спринтерского» двигателя для истребителей стал сэр Генри Тизард, председатель Исследовательского комитета по аэронавтике[англ.] (ARC), который предвидел необходимость в подобной силовой установке в связи с ростом германской воздушной мощи ещё в 1935 г. Можно предположить, что именно под влиянием Тизарда, который был его другом, Гарри Рикардо[англ.] и начал разработку мотора, который впоследствии и стал Crecy[3]. Эта идея впервые обсуждалась на заседании подкомитета по двигателям в декабре 1935 г.:
Председатель отметил, что, если Министерство авиации хочет разработать новый тип скоростного мотора для обороны метрополии…, то возникает вопрос, в какой мере можно пренебрегать расходом топлива. Мистер Рикардо затронул этот пункт в недавнем разговоре, спросив, является ли высокий расход топлива недопустимым в теперешних обстоятельствах, поскольку в противном случае интерес представляет исследование потенциала двухтактных бензиновых двигателей.
Оригинальный текст (англ.)The Chairman remarked that if it was the desire of the Air Ministry to develop a type of sprint engine for home defence....there was the question as to how far fuel consumption could be disregarded. Mr Ricardo had raised this point in a recent conversation by enquiring whether a high fuel consumption might not be permissible under certain circumstances, for if so, an investigation of the possibilities of the two-stroke petrol engine appeared to be attractive.— Henry Tizard, The Rolls-Royce Crecy
Предварительный опыт был накоплен в 1927-30 гг. в ходе эксплуатации двух моторов Kestrel, переделанных, согласно контракту с Министерством авиации[англ.], для дальнейших исследований в двухтактные с гильзовым газораспределением. Оба мотора сначала были переделаны в дизели, что повлекло за собой снижение мощности и рост числа механических поломок, хотя один из них затем успешно использовался капитаном Джорждем Айстоном[англ.] для установления мирового рекорда скорости на автомобиле «Скорость ветра»[англ.]. Второй мотор впоследствии снова переделали в бензиновый с непосредственным впрыском, что дало заметную прибавку мощности по сравнению с серийным Kestrel[4].
Отработка конструкции началась в 1937 по проекту инженера Гарри Вуда с использованием одноцилиндровой испытательной установки конструкции Рикардо. Хотя изначально задуман был дизельный двигатель, к тому времени, когда «Роллс-Ройс» и Ricardo company[англ.] начали серьёзные работы по проекту, Министерство авиации[англ.] приняло решение вернуться к традиционному искровому зажиганию, оставив однако непосредственный впрыск топлива.
Главным конструктором Crecy был Эдди Гасс, руководил командой разработчиков Гарри Вуд. Первый полноразмерный двигатель был собран в 1941 г.
Техническое описание
правитьДиаметр цилиндров составлял 129,5 мм, ход поршня — 165,1 мм, степень сжатия — 7:1, вес двигателя — 862 кг[5]. Угол опережения зажигания (30°) и давление наддува (100 кПа) были типичными для того времени. На стендовых испытаниях двигатель развил мощность 1400 л.с., однако возникли проблемы с вибрацией, а также охлаждением цилиндров и гильз[6]. По оценкам разработчиков, исключительно мощный выхлоп мотора на максимальном режиме мог обеспечить 30%-ю прибавку к тяге, развиваемой винтом. Высокая мощность двигателя сама по себе представляла интерес, но дополнительная тяга выхлопа могла бы сделать его полезным промежуточным решением между обычными поршневыми двигателями наподобие Merlin и ожидаемыми в будущем реактивными.
Серийные номера моторов были чётными, поскольку на фирме традиционно присваивались чётные номера двигателям правого вращения.
Скользящие незамкнутые гильзы не прилегали герметично к головкам цилиндров, оставляя в конце хода гильзы щели в верхней части цилиндра для выхода отработанных газов. Окна в гильзе служили поэтому только для впуска свежего заряда смеси. Ход гильзы составлял 30% хода поршня (49,5 мм) с опережением 15°[5]. Таким образом, газораспределительный механизм Crecy конструктивно походил на механизм с поворотными гильзами, разработанный Роем Федденом[англ.] и впервые успешно применённый в 1932 г. на моторе Bristol Perseus, но имел другой принцип действия[7].
Наддув и турбина
правитьВ отличие от большинства двухтактных двигателей, наддув применялся в большей степени для увеличения заряда смеси, чем для поднятия давления в картере. Это позволило использовать циркуляционную систему смазки вместо обычной для двухтактных моторов проточной. Распределение смеси было послойным[англ.]: топливо впрыскивалось в луковицеобразное расширение камеры сгорания, где богатая смесь поджигалась парой свечей. Изменяя соотношение рабочей смеси в пределах от 1:23 до 1:15, можно было управлять мощностью двигателя в диапазоне 60-100%. Сосредоточение богатой смеси возле свечей уменьшало детонацию, что делало возможным увеличение компрессии или давления наддува. Управление наддувом обеспечивалось инновационной конструкцией крыльчатки нагнетателя с поворотными лопатками, эффективный угла атаки которых мог изменяться в диапазоне 30-60°. Это позволяло снизить мощность, отбираемую нагнетателем на малом газу, и, следовательно, расход топлива в крейсерском режиме.
В позднейших испытаниях двигатель оборудовался силовой турбиной, которая представляла собой уменьшенную вдвое турбину двигателя Power Jets W.1 конструкции Фрэнка Уиттла — первого британского ТРД, поднявшегося в воздух. В отличие от обычного турбонагнетателя, турбина отдавала мощность на вспомогательный приводной вал, превращая двигатель в турбокомпаундный. Предполагалось уменьшить таким образом расход топлива и сделать двигатель пригодным для установки на транспортные самолёты. Возросшая экономичность подтвердилась при испытаниях, однако выявились серьёзные проблемы — разрушение вала и сильный перегрев[8].
Стендовые испытания
править| Двигатель | Дата | Ход испытаний | Время работы, ч. |
|---|---|---|---|
| Crecy 2 | 11 апреля 1941 г. | Первый запуск. Блоки цилиндров с неотъёмной головкой. Испытания остановлены из-за повреждения поршней. | 69 |
| Октябрь – декабрь 1942 г. | Двигатель трижды переделывался. На 35-м часу испытаний заклинило поршни. | 67 | |
| Февраль – июль 1943 г. |
Переделан в вариант Mk II (со съёмными головками блоков цилиндров). Трижды перестраивался. Прошёл приёмочные испытания Министерства авиации[англ.]. | 38 | |
| Март – июль 1944 г. |
Перестраивался 5 раз. Установлены патрубки инжектора одинаковой длины, изменён привод нагнетателя. Отмечено заклинивание гильз, поломка привода нагнетателя. | 82 | |
| Август – ноябрь 1944 г. |
Успешно прошёл типовые испытания (112 часов). При последующем осмотре выявлены трещины в нижних шатунных подшипниках, поршнях, картере редуктора, подшипниках кулачкового вала. | 150 | |
| Март – апрель 1945 г. |
Неудачные ресурсные испытания, разрушение поршня через 27 часов. Дважды переделывался. | 49 (Всего: 461) | |
| Crecy 4 | Ноябрь 1941 г. | Данные отсутствуют. | 55 |
| Июль – август 1942 г. |
Трижды переделывался, успешно прошёл 50-часовые испытания, однако повторные были провалены из-за появления трещин в блоке цилиндров. | 80 | |
| Сентябрь – октябрь 1942 г. |
Дважды переделывался. Успешно прошёл 25-часовые испытания, однако при повторных через 4 часа разрушилась гильза. | 55 (Всего: 293) | |
| Crecy 6 | Июль 1943 – февраль 1944 г. |
Первый двигатель, построенный в варианте Mk II. Переделывался 8 раз. Отказы привода нагнетателя, разрушение кулачкового вала. | 126 |
| Май – сентябрь 1944 г. |
Переделывался четырежды. Отказы привода изменения угла атаки лопаток нагнетателя[проверить перевод], заклинивание гильз. | 93 | |
| Ноябрь 1944 – февраль 1945 г. |
Трижды переделывался. Поломки коренного подшипника, поршней. | 128 | |
| Июнь – август 1945 г. |
Одна переделка, ресурсные испытания прекращены после 95 часов из-за отказа привода гильз. Проработал 40 часов с установленным пропеллером | 132 (Всего: 481) | |
| Crecy 8 | Сентябрь 1943 – Март 1944 г. |
Переделывался 8 раз, успешно прошёл ресурсные испытания | 207 |
| Апрель 1944 г. | Отказ привода нагнетателя. | 73 | |
| Июнь – сентябрь 1944 г. |
Переделывался 5 раз, об отказах не сообщается. | 32 | |
| Октябрь 1944 – декабрь 1945 г |
Дважды переделывался. Поломки поршней. Оснащён силовой турбиной. | 22 (Всего: 336) | |
| Crecy 10 | Август 1944 – февраль 1945 г. |
Переделывался 6 раз. Впускные патрубки расплавились через 7 часов, ещё через 4 заклинило гильзу. Два отказа инжекторного насоса. | 53 |
| Март – июнь 1945 г. |
Одна переделка, поломка поршня. | 30 | |
| Июль– сентябрь 1945 г. |
Переделывался дважды, установлена силовая турбина. Несколько раз запускался без нагнетателя. Отказы приводов гильз и нагнетателя. | 82 (Всего: 166) | |
| Crecy 12 | Январь – октябрь 1945 г. |
Переделывался четырежды, установлена силовая турбина. Отказы турбины, привода гильз, поломки поршней. | (Всего: 67) |
Закрытие проекта
правитьПрогресс реактивных двигателей привёл к тому, что необходимость в моторах со сверхвысокими удельными параметрами, подобных Crecy, отпала. В результате этого работы по проекту были прекращены в декабре 1945 г. Было построено всего 6 полноразмерных двигателей и ещё 8 опытных 2-цилиндровых секций[англ.]. Crecy 10 развил 21 декабря 1944 года мощность 1798 л.с., а после монтажа силовой турбины этот показатель увеличился до 2500 л.с[9]. Последующие опыты на экспериментальной одноцилиндровой установке Ricardo E65 показали возможность достижения 5000 л.с. в пересчёте на 12-цилиндровый двигатель[10]. К июню 1945 года суммарная наработка полноразмерных моторов в ходе испытаний составила 1060 часов, а двухцилиндровых секций — 8600[11]. Судьба построенных двигателей остаётся неизвестной.
Предполагаемое применение
править
Летом 1941 г. на авиабазу Хакнолл[англ.] доставили Spitfire Mk II с номером P7674, на который установили макет Crecy для изготовления чертежей капота и винтомоторной группы. Также была согласована доставка в начале 1942 г. первых образцов Spitfire Mk III без двигателей для установки готовых к полётам Crecy, но она так и не состоялась, поскольку производство данной модификации не пошло дальше прототипа. Сравнительной оценке вариантов «Спитфайра» с Crecy и Griffon 61 посвящён отчёт Королевского авиационного центра[англ.] №E3932 за март 1942 года. В нём сделан вывод, что мощность Crecy чрезмерно велика для планера «Спитфайра», но его дефорсированная версия даст истребителю значительные преимущества по сравнению с Griffon[12].
Исследования на de Havilland Mosquito также выявили множество проблем с установкой Crecy.
В 1942 г. центром лётных испытаний Rolls-Royce на базе Хакнолл был получен North American P-51 Mustang. Это стало толчком к серии исследований, согласно которым «Мустанг» был признан более перспективной платформой для установки Crecy, чем «Спитфайр». Однако никаких последствий данные опыты не имели.
Для лётных испытаний двигателя предполагалось использовать Hawker Henley с серийным номером L3385, который доставили для переделки на авиабазу Хакнолл 28 марта 1943 года. Самолёт простоял там без двигателя до 11 сентября 1945 года, после чего был отправлен на слом[13].
Начиная с 1943 г. предлагалось много проектов послевоенного использования Crecy с его уникальными характеристиками в наземном, морском и воздушном транспорте, но ни один из них не был реализован.
Спецификация
правитьОсновные характеристики
- Тип: поршневой/турбокомпаундный двухтактный V-образный 12-цилиндровый двигатель жидкостного охлаждения
- Диаметр цилиндра: 129,5 мм
- Ход поршня: 165,1 мм
- Объём двигателя: 25,17 л
- Сухой вес: 862 кг
Особенности функционирования
- Клапаны: гильзовое газораспределение
- Компрессор: ПЦН с переменным углом атаки лопаток, максимальное давление наддува 165 кПа
- Турбонаддув: турбонагнетатель отсутствует, установлена силовая турбина с передачей мощности на вспомогательный вал
- Топливная система: с непосредственным впрыском топлива, два инжекторных насоса CAV (по одному на блок)
- Тип топлива: бензин с октановым числом 100
- Система смазки: циркуляционная («сухой картер»), с шестерёнчатым насосом
- Система охлаждения: жидкостная
Производительность
- Выходная мощность: 2729 л.с. (2035 кВт)
- Удельная мощность: 109,61 л.с./л (81,74 кВт/л)
- Степень сжатия: 7:1
- Удельная мощность по весу: 3,20 л.с./кг (2,39 кВт/кг)
Примечания
править- ↑ Gunston 1986, p.143.
- ↑ Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994, p.40.
- ↑ Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994, p.26.
- ↑ Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994. pp.14–15.
- ↑ 1 2 Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994, pp.42–44.
- ↑ Rubbra 1990, p.149.
- ↑ Lumsden 1994, p.23.
- ↑ Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994, p.121.
- ↑ Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994, p.65.
- ↑ Hiett and Robson 1950, pp.21–23.
- ↑ Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994, p.117.
- ↑ Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994, pp.103–104
- ↑ Nahum, Foster-Pegg, Birch 1994, p.79.
Литература
править- Nahum, A., Foster-Pegg, R.W., Birch, D. The Rolls-Royce Crecy, Rolls-Royce Heritage Trust. Derby, England. 1994 ISBN 1-872922-05-8
- Gunston, Bill. World Encyclopedia of Aero Engines. Cambridge, England. Patrick Stephens Limited, 1989. ISBN 1-85260-163-9
- Hiett,G.F., Robson, J.V.B. A High-Power Two-Cycle Sleeve-Valve Engine for Aircraft: A Description of the Development of the Two-Cycle Petrol-Injection Research Units Built and Tested in the Laboratory of Messrs Ricardo & Co. Ltd. Journal: Aircraft Engineering and Aerospace Technology. Year: 1950 Volume: 22 Issue: 1 Page: 21 - 23. ISSN 0002-2667
- Lumsden, Alec. British Piston Engines and their Aircraft. Marlborough, Wiltshire: Airlife Publishing, 2003. ISBN 1-85310-294-6.
- Rubbra, A.A. Rolls-Royce Piston Aero Engines - a designer remembers: Historical Series no 16 :Rolls Royce Heritage Trust, 1990. ISBN 1-872922-00-7