«Выжать все возможное»
Двигатель «Испано-Сюиза» 12 Ybrs был выбран Россией вполне обоснованно, он выгодно отличался от других моторов хорошим конструктивным исполнением: небольшими габаритами и малым удельным весом. Тем не менее заявленных фирмой параметров удалось добиться не сразу. Более двадцати месяцев русские специалисты изо дня в день отстаивали свои требования, а Владимир Яковлевич до самой последней минуты непосредственно участвовал в процессе совершенствования и доводки конструкции.
Дневник Климова, отчеты для Москвы содержат подробнейшие сведения обо всех этапах работы во Франции на «Испано-Сюиза», и за цифрами видится сложный процесс выстраивания партнерских отношений между звездной фирмой и российскими заказчиками.
«Фирмой нам была заявлена номинальная мощность этого мотора 860 л. с. на высоте 3100 метров и сухой его вес в пределах 440–445 кг. Таким образом, удельный вес мотора по отношению к его номинальной мощности составлял всего лишь 0,51–0,52 кг/л. с. Такой малый удельный вес вызвал у нас сомнения по части надежности мотора. Поэтому мы решили не удовлетвориться предъявленными нам фирмой документами о том, что мотор с этими данными прошел французское омологационное испытание и заказан в большом количестве (около 250 моторов) Французским Воздушным Министерством. Мы потребовали от фирмы обязательного проведения длительного (сточасового) испытания мотора специально для нас и по нашей программе. Без этого испытания мы отказывались приобрести лицензию на мотор. После долгого сопротивления фирма согласилась, наконец (это было во второй половине ноября 1933 года), поставить мотор на наше испытание.
Программа испытаний была разработана комиссией исходя из реальных условий работы мотора (с винтом постоянного шага) на самолете. Поэтому в программу вошли режимы разбега самолета, подъема и горизонтального полета на малой высоте, горизонтального полета на высоте и 1 час полного газа на максимально допустимом числе оборотов. Таким образом, получался всего 101 час режимной работы.
Кроме того, следовало проверить работу мотора не только на постоянном режиме, но и при смене режимов. Поэтому в программу испытания были включены в общей сложности около 140 смен режимов. Помимо этого, в программу вошли, конечно, характеристики мотора до и после сточасового испытания, теплоотдача в воду и масло, а также проверка малого газа и работы с одним магнето и, наконец, проверка действия высотного корректора. Все 101 час режимной работы мы хотели провести с тянущим винтом типа, применяемого на самолетах, снабженных мотором 12 Ybrs. Испытание должно быть проведено на нашем топливе (смесь бакинского авиабензина с этиловой жидкостью) и касторовом масле. Вопрос же о пригодности нашего минерального масла для работы на моторе 12 Ybrs должен был быть решен специальным дополнительным испытанием. Фирма полностью согласилась с нашей программой испытания, считая ее вполне целесообразной, но отказывалась от проведения испытания на винте, предлагая нам провести испытания так же, как его все время проводила сама фирма и Французское Воздушное Министерство, то есть на гидравлическом тормозе Фруда. Не желая разрыва с фирмой, мы согласились из 100 часов испытания первые 20 часов провести на тормозе Фруда, а остальные 80 часов на винте. На этом с фирмой и было договорено».
Фирма начала готовить мотор для испытания, но, по-видимому, несколько опасалась его результатов и с подготовкой мотора не торопилась. При каждодневном нажиме со стороны русских начать испытания удалось лишь 10 декабря 1933 года. И тут же последовали проблемы.
После первого этапа работы был проверен вес мотора: он оказался равным 468,5 кг вместо заявленных ранее фирмой 440–445 кг. Это увеличение веса комиссия сочла чрезмерным и заявила по этому поводу протест.
В качестве возможных мероприятий по облегчению мотора Климов предложил: заменить алюминиевый сплав электронным на ряде наружных деталей, что, по его подсчету, должно было дать около 8 кг экономии в весе, и отказаться от противовесов на коленчатом валу – еще 15 кг.
Фирма согласилась на замену сплава, но категорически отвергла идею снятия противовесов. Это мировая практика, и, как считали французы, без противовесов неизбежны самые серьезные затруднения с коренными подшипниками и картером.
Испытание мотора на тормозе Фруда началось 2 января 1934 года. Была снята внешняя характеристика мотора на земле, а когда приступили к замерам на предельной высотности для каждого числа оборотов – от 2500 до 1800, произошла поломка камеры сгорания одного из цилиндров левого блока на режиме 2000 оборотов в минуту. Что это – случайность или имевшийся ранее дефект? Французские специалисты уверяли, что раньше таких поломок не было. Не сразу нашлась причина: оказалось, что совсем недавно фирма изменила прежний процесс литья и хрупкость материала повысилась.
Дефектный блок был заменен новым, испытания продолжены. Но уже 10 января мотор был остановлен вследствие течи воды через рубашку правого цилиндрового блока. При последующем осмотре были обнаружены и трещины в передней и задней частях цилиндрового блока в месте ребра, соединяющего наружную часть камеры сгорания двух цилиндров с рубашкой.
Оказывается, и раньше фирма дважды встречалась с таким дефектом. Владимир Яковлевич запросил данные по предыдущим случаям и уединился в своем рабочем кабинете. К исходу дня он пришел к выводу, что причина образования трещин одна и та же – повышенная газовая нагрузка в цилиндровом блоке.
Фирма предложила выправить положение полным уничтожением ребер, соединяющих наружную часть камер сгорания цилиндров с рубашкой. Климов согласился взять два таких блока на наш сточасовой мотор, но, не рассчитывая на успех этого мероприятия, настоял на срочном изготовлении блоков с усиленными ребрами. К тому же заявил французам о желательности замены литых поршней штампованными:
– Оставлять поршни в таком состоянии для продолжения испытания нельзя, их надо заменить.
– Но позвольте, мотор остановили из-за другого дефекта!
– Да, но следующий раз нас неизбежно остановят поршни. У большинства из них явно выраженное выгорание днищ. Думаю, что из-за сильной детонации. А штампованные поршни выдерживают детонацию значительно легче.
Фирме ничего не оставалось, как попытаться доказать ошибочность выводов Климова экспериментальным путем и все-таки начать изготовление штампованных поршней. Испытания продолжились.
27 января 1934 года была снята внешняя характеристика мотора на предельной высоте для каждого числа оборотов. При этом мотор на 2400 об/мин показал номинальную мощность около 830 л. с. на высоте 3530 метров. Соответствующий расход топлива оказался равным 286 л/(л. с. ? ч).
Этапы работы мотора полного газа на 1850 и 2000 об/мин – самые страшные для цилиндровых блоков – решили оставить на конец испытания, опасаясь, что блоки пока еще в прежней конструкции их не выдержат. А наибольшую тревогу вызывала проверка работы мотора на винте, и задерживать эти испытания было совсем излишне. Дело в том, что фирма все свои заводские испытания проводила на гидравлическом тормозе Фруда. На Фруде в основном были проведены и все французские официальные испытания мотора, с винтом же двигатель еще никогда не проверялся.
К 3 февраля было получено топливо из СССР – бакинский авиабензин. Его октановое число оказалось равным 68. К нему была добавлена этиловая жидкость, чтобы поднять октановое число топлива до 80. Начиная с 3 февраля испытания проводились с этим топливом.
4 февраля мотор был снят с Фруда и перевезен в Бувье, где был установлен на станок с винтом. Винт для испытания был взят металлический трехлопастной системы Ратье. Испытания на винте начались 8 февраля. После прогрева мотор был переведен на полный газ (2356 об/мин), проработал на нем 7 минут и был остановлен: потеря компрессии и сильное давление, с выхлопами, из суфлера. При осмотре был обнаружен прогар 3-го левого поршня.
Дефектные поршень и цилиндр были заменены. Испытания продолжились. Но 13 февраля после четырех минут работы на полном газу мотор был снова остановлен по той же причине – прогар поршня. Долго не могли понять причину неудачи. Климов, поразив коллег, со словами: «Я пошел на прогулку», – оставил всех разбираться и долго бродил по улицам Бувье. Меряя шагами булыжные мостовые, он снова и снова представлял все этапы работы мотора. А когда вернулся на фирму – решение было найдено: «Я думаю, что именно топливо с октановым числом 80 не обеспечивает надежной работы мотора. Поэтому предлагаю перейти на топливо с октановым числом 85–87».
С новым топливом испытания продолжились на следующий день. Но 16 февраля, когда мотор прошел 1 час полного газа, был остановлен вследствие сильной течи воды из рубашек обоих цилиндровых блоков. На это испытание фирма поставила блоки без ребер, соединяющих наружную часть камеры сгорания крайних цилиндров с рубашкой блока. По-видимому, перераспределение нагрузок вследствие уничтожения этих ребер, вызвало дополнительную нагрузку других связей между внутренними частями блока и его рубашкой, что привело к поломке обоих блоков.
Климов вновь напомнил о своем предложении сделать блоки с усиленными ребрами. Оказалось, что такие блоки уже были готовы, но французы сначала предпочли свой вариант – безреберный. Теперь же безоговорочно установили для продолжения испытаний блоки по варианту Владимира Яковлевича.
19 февраля мотор прошел 6 часов, 20 февраля – 8 часов с десятью сменами режимов, 21 февраля – 4 часа и снова смены режимов.
22 февраля мотор проработал всего 15 минут на полном газу, и его пришлось остановить: резко упало давление масла и поднялась температура выходящего масла с 88 до 115 градусов. Была снята нижняя, масляная крышка картера, в которой обнаружилось большое количество баббита. Мотор был перевезен в Париж на завод фирмы, где был полностью разобран в присутствии членов комиссии.
При этом было обнаружено следующее: коленчатый вал сломался в двух местах (в 3-й шатунной шейке и по задней щеке), трещины вдоль юбки у 2-го правого и 6-го левого поршней, трещины и выкрашивание баббита у подавляющего большинства шатунных подшипников, выкрашивание баббита у коренного подшипника № 6, в связи с поломкой коленчатого вала повреждена эластичная передача в задней его части.
Если большинство дефектов достаточно легко устранялось, то поломка коленчатого вала не на шутку взволновала и специалистов фирмы, и комиссию. Выяснилось, что ранее при своих испытаниях на тормозах Фруда у французов трижды случались аналогичные поломки коленчатого вала по задней щеке. Поломок же в других местах, в частности в шатунных шейках, фирма до этого времени не имела. Поэтому французы считали, что в данном случае сперва произошла поломка задней щеки и лишь затем, при последующей ненормальной работе мотора, сломалась третья шатунная шейка. В связи с этим они решили усилить заднюю часть вала, чтобы избежать повторения поломок в этом месте, заявляя, что в таком случае отпадут причины, вызвавшие в последнем испытании поломку шатунной шейки.
Климов согласился с решением фирмы об усилении задней части вала:
– Считаю это усиление необходимым, но уверен, что поломка шатунной шейки не связана с поломкой задней щеки.
– В чем же вы видите причину поломки шатунной шейки?
– Здесь, по-видимому, сказалось влияние винта, из-за которого коленчатый вал, стоявший на моторе, попал в резонанс крутильных колебаний на числе оборотов, близком к оборотам номинальной и эксплуатационной мощности.
Фирма отнеслась к этому заявлению недоверчиво. Ее представитель достаточно резко прервал русского конструктора:
– Мы абсолютно уверены в том, что усиление задней части вала прекратит в дальнейшем всякие его поломки.
Владимир Яковлевич не стал спорить: «Испытания докажут правоту одного из нас», – и еще раз напомнил о своем требовании перехода на штампованные поршни, а также о необходимости повышения жесткости нижней головки шатуна, равно как и улучшения смазки подшипников.
Обсудив между собой создавшееся положение, члены комиссии пришли к выводу, что мотор в нынешнем его состоянии не может надежно работать с номинальной мощностью 860 л. с., а его доводка потребует много времени.
Довести его до состояния, гарантирующего надежную работу с номинальной мощностью 750 л. с., но с большей высотностью – 4300 метров вместо 3100 метров для 860 л. с., можно значительно быстрее. Между тем даже такой мотор – 750 л. с. на высоте 4300 метров с весом около 470 кг – для нашей страны представлял большой интерес.
Поэтому обратились в Москву за разрешением провести сточасовое испытание мотора с номинальной мощностью 750 л. с. на высоте 4300 метров. В случае удовлетворительного результата этого испытания немедленно заключить договор на следующих условиях: фирма обязуется в определенный срок (ориентировочно 6 месяцев) довести мотор до надежной работы с заявленной ранее мощностью 860 л. с. Это дало бы возможность, не теряя времени в ожидании доводки, быстро начать в Рыбинске производство двигателей мощностью 750 л. с., а в дальнейшем перевести завод на производство моторов увеличенной мощности.
Москва с этим предложением согласилась, и 27 марта началась новая серия испытаний. На новый мотор теперь уже были поставлены коленчатый вал с усиленной задней стенкой, первый вариант штампованных поршней, усиленный картер с дополнительными болтами крепления подшипников, усиленные шатуны.
Испытание мотора на мощности 750 л. с. было решено провести на топливе фирмы с октановым числом 80.
27 марта 1934 года мотор прошел предварительное трехчасовое испытание, а затем стал дымиться. При разборке была обнаружена поломка поршневых колец. Одновременно на других моторах фирмы после трехчасовых испытаний также был обнаружен такой же дефект. Фирма отказалась ставить наш мотор на длительное испытание. Было очевидно, что она растерялась и не знает, что делать дальше. Климов решил подбодрить французов:
– Не стоит так огорчаться, дефект этот вовсе не так страшен, его можно быстро изжить. Для этого нужно в кратчайший срок испытать ряд вариантов поршней и колец.
Так и было сделано. И 8 апреля мотор поставили на испытание с новыми поршнями и кольцами: он прошел 1 час на 2000 об/мин с эффективной мощностью 650 л. с., с расходом топлива 280 ч/(л. с. ? ч) и расходом масла 41 ч/(л. с. ? ч) и 9 часов на 2320 об/мин с эффективной мощностью 585 л. с., расходом топлива 263 ч/(л. с. ? ч) и расходом масла 27,3 ч/(л. с. ? ч). В конце испытания мотору дали 10 смен режимов.
Но такой расход масла оказался очень велик, и решено было принять меры к его снижению. На поршни были смонтированы два конусных кольца, а дыры, отводящие масло в поршне, были рассверлены с двух до трех миллиметров. Но испытания дали противоположный результат: расход масла необычайно низок – смазка поршней проходила явно недостаточно. Оставили одно кольцо. И к 12 апреля мотор отработал 20 часов на Фруде. При этом на 2400 об/мин показал максимальную мощность 738 л. с. на высоте 4670 метров при соответствующем расходе топлива.
Затем двигатель был перевезен в Бувье, где 16 апреля начались испытания на винте. В этот день мотор прошел 5 часов на 2322 об/мин с эффективной мощностью 570 л. с., расходом топлива 260 ч/(л. с. ? ч) и расходом масла 11,2 ч/(л. с. ? ч). В конце испытания мотору дали 10 смен режимов.
17 апреля – 10 часов, 18 апреля – 3 часа 35 минут и был остановлен: началась сильная вибрация. Мотор был снят со станка и разобран. Снова обнаружена поломка шатунной шейки коленчатого вала.
На этот раз задок вала держал, а средняя шатунная шейка все же сломалась. Фирма должна была отказаться от своего первоначального заявления, что поломка средней части вала является лишь следствием поломки задка. Поломка усугублялась еще тем, что она произошла на уже сниженной мощности. Назревал скандал, угрожающий репутации фирмы.
Все руководство «Испано-Сюиза», ее лучшие умы собрались на следующий день вместе с советской делегацией, чтобы обсудить создавшееся положение. После краткого восстановления всей картины проведенных испытаний слово предоставили председателю комиссии Климову:
– Хотелось бы услышать, что фирма предполагает сделать в отношении коленчатого вала?
– Мы располагаем семью различными вариантами коленчатого вала. В основном разница между ними состоит в форме и размерах противовесов. Все семь вариантов мы предполагаем испытать и затем предложить вам наиболее удачный из них, – ответил представитель «Испано», приглашая коллег ознакомиться с разложенными на демонстрационном столе вариантами коленчатого вала.
– Но для проверки каждого вала потребуется сточасовое испытание, около месяца работы. А всего – 7 месяцев! И это только для выбора одного лишь коленчатого вала. У нашей страны нет этого времени, нас не устраивают такие сроки, – возразил Владимир Яковлевич. – К тому же мы уже не раз заявляли, что вообще мало верим в целительность предложенных вариантов. И теперь уже категорически настаиваем на нашем предложении: вовсе снять с вала противовесы и доставить на испытание нашего мотора именно такой вал, без противовесов. При этом утверждении мы исходим из того, что съемка противовесов сдвинет критическое число оборотов мотора ориентировочно на 200 об/мин и, таким образом, условия работы вала на винте сильно изменятся в благополучную сторону на номинальном и эксплуатационном режимах. Правда, при этом под сомнением оставался подъемный режим, так как по расчету одно из критических чисел оборотов вала без противовесов, при работе мотора на металлическом винте, находилось между 1900 и 2000 об/мин. Но вал с противовесами на номинальном и эксплуатационном режимах у нас уже дважды ломался, показав свою непригодность, а вал без противовесов вызывал лишь теоретические сомнения на подъемном режиме. Поэтому необходимо работу вала без противовесов проверить на практике.
Фирма прямо заявила, что она мало верит в это предложение, но все же соглашается на него. По-видимому, чтобы воочию доказать неправильность нашей предпосылки.
К 26 апреля был собран мотор с валом без противовесов. На него были поставлены ряд ненагруженных деталей из электрона, как то: крышки распределительных валов, нижняя крышка картера, картер, несущий магнето, корпус компрессора и воздушные трубопроводы. Проверка веса мотора показала 451 кг вместо 475 кг у предыдущего мотора, т. е. облегчение составило 24 кг.
27 апреля были сняты внешняя и дроссельная характеристики мотора на высоте. При этом мотор на 2416 об/мин показал 762 л. с. на высоте 4730 метров при соответствующем расходе топлива 284 ч/(л. с. ? ч). Давление за нагнетателем – 780 мм рт. ст.
В тот же день мотор был переведен в Бувье и установлен на станок с винтом. 28 апреля мотор успешно прошел испытание, в штатном режиме проработал он и последующие пять дней. А 4 мая спустя час двигатель пришлось остановить: началось дымление с водяным паром из суфлера. Была снята нижняя крышка картера, в которой обнаружено значительное количество баббита, а также вода в масле. Мотор был снят со станка и разобран. Но к тому моменту он прошел на винте в общей сложности 53 часа испытаний.
При осмотре разобранного двигателя были обнаружены трещины в верхнем и нижнем картере, трещина и выкрашивание баббита у коренных подшипников, поломка болтов крепления коренных подшипников и ряд других дефектов.
В связи с поломкой картера и болтов крепления коренных подшипников надо было, с одной стороны, усилить перегородки, несущие гнезда коренных подшипников, увеличив их толщину, а с другой стороны, применить для затяжки болтов предельные ключи.
Для устранения дефектов фирма предложила заменить цилиндрические подшипники на гипербоидальные, перейти на стеллитированные клапаны и одновременно заменить бронзовые гнезда на стальные.
Все эти мероприятия должны быть испытаны на следующем моторе. Но этот двигатель уже прошел 53 часа на винте! И главное, только доведя до завершения испытание именного этого мотора – с коленчатым валом без противовесов – можно было решить наконец спорный вопрос. Поэтому советская делегация настояла на продолжении испытаний прежнего двигателя, заменив картер и коренные подшипники.
В таком виде мотор был собран достаточно быстро, 8 мая прошел короткое испытание на Фруде для проверки правильности сборки и был немедленно перенесен на станок с винтом. Испытание было решено продолжить на советском топливе с октановым числом 87. Последующие два дня все члены комиссии не отходили от мотора, но все шло довольно гладко. К этому времени мотор отработал уже 70 часов на винте, и было решено перейти на подъемные режимы – 2000 и 1930 об/мин.
11 мая винт был отрегулирован на 2000 об/мин при полном газе мотора с давлением за нагнетателем 795 мм рт. ст. Мотор был переведен на этот режим, но не проработал и нескольких минут, как был остановлен. В месте перехода от основного тела верхнего картера к редукторной коробке образовалась трещина. Его вновь разобрали и осмотрели, были обнаружены еще два дефекта: трещины в баббите у коренного и шатунного подшипников, пригар трех верхних поршневых колец. Треснувший картер был заменен новым, усиленным в дефектной его части. Испытание продолжалось еще несколько дней, пока мотор не остановили совсем: замеченная ранее трещина в верхнем картере продолжала увеличиваться. К этому времени мотор проработал на винте в общей сложности 90 часов, из которых 70 часов – на номинальной и эксплуатационной мощности и 20 – на подъемных и земных режимах.
При разборке мотора кроме трещины в верхнем картере были обнаружены пять дополнительных дефектов. Но самым существенным было то, что вал без противовесов прошел на винте около 90 часов испытаний, тогда как вал с противовесами на двух предыдущих испытаниях оба раза ломался после 20–30 часов работы.
На французов этот успех произвел сильное впечатление. Все же, считая результат в известной степени случайным, фирма решила поставить второй вал предложенной Климовым конструкции – без противовесов – на свое 50-часовое испытание на винте. Мотор прошел это испытание и при разборке вал оказался в порядке. После этого коленчатый вал без противовесов приобрел на фирме права гражданства.
Для следующего испытания был собран мотор с валом без противовесов, с усиленным в редукторной части картером и гипербоидальными коренными подшипниками. При проверке веса мотора последний оказался равным 453 кг. 30 мая с мотора сняли внешнюю и дроссельную характеристики на высоте, а на следующий день началось испытание на винте. Топливом по-прежнему служила смесь нашего бакинского авиабензина с этиловой жидкостью, октановое число топлива 87. Винт – трехлопастный металлический «Гном-Рон».
Дальнейшие испытания уже проходили более ровно, без всяких драматических коллизий.
