Двигателестроение в СССР

До революции в России по лицензиям западных фирм производились только тихоходные стационарные и судовые дизели. Исключение составлял Запорожский завод «Дюфлон, Константинович и К˚» (впоследствии завод № 29 им. Баранова – нынешнее ОАО «Мотор Сич»), где с 1916 г. выпускался первый в России авиамотор – однорядный шестицилиндровый двигатель «Мерседес» с водяным охлаждением мощностью 100 л.с. («Дека» М-100).

В первые годы Советской власти были предприняты попытки по созданию отечественных авиамоторов, однако они к успеху не привели. Исключение, пожалуй, составил стосильный пятицилиндровый звездообразный авиамотор М-11 конструкции А. Д. Швецова, созданный в 1927 г. для легкомоторной авиации. Создать же более мощные авиамоторы советским конструкторам не удавалось. Причина неудач заключалась в общей технической отсталости страны, недостатке кадров, причем не только технической интеллигенции, но и квалифицированных рабочих, низкой культуре производства, отставании смежных отраслей, в первую очередь металлургии.

В связи с этим было решено в первую очередь освоить производство двигателей по лучшим иностранным образцам – в начале 1920-х гг. начался серийный выпуск моторов М-5 (американский «Либерти») и М-6 (французский «Испано-Сюиза» 8Fb). Мощность этих двигателей достигала 400 л.с. С ноября 1929 г. под маркой М-17 был запущен в производство немецкий авиамотор BMW-VI мощностью 500 л.с. Все указанные двигатели были V-образными, 12-цилиндровыми, имели водяное охлаждение и применялись также в качестве танковых моторов.

Однако выпуск готовых двигателей означал отставание советской авиапромышленности, он также не позволял отечественным конструкторам приобрести необходимый опыт. Гражданская война в Испании, особенно на ее завершающей стадии, показала отставание советской авиации от зарубежной и по скорости, и по «потолку», и по вооружению. Для создания новых самолетов требовались более мощные двигатели, и перед конструкторами была поставлена задача разработки оригинальных конструкций двигателей, не уступающих зарубежным образцам. К концу 1930-х гг. в ряде отечественных КБ были созданы двигатели собственной разработки.

Подготовка к их серийному производству велась в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) и Научном автомоторном институте (НАМИ), а также в созданном в конце 1930 г. Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ). С 1935 г. при серийных заводах были созданы самостоятельные опытно-конструкторские бюро (ОКБ), в которых и сосредоточился основной объем опытного строительства. Для более полного использования зарубежного опыта, а также увеличения номенклатуры авиационных двигателей была произведена покупка лицензий на ряд наиболее совершенных образцов. Самыми распространенными из них стали V-образные моторы BMW и «Испано-Cюиза», а также радиальные (звездообразные) двигатели фирм «Райт» (США) и «Гном-Рон» (Франция). ОКБ, которым было поручено внедрение этих двигателей в производство, сразу же предпринимали меры к их дальнейшему совершенствованию. Перечисленные моторы и положили начало авиационному двигателестроению в СССР, на их освоении и модификации сформировались отечественные конструкторские бюро.

Базовым в семействе двигателей «ВК» главного конструктора В. Я. Климова стал V-образный 12-цилиндровый авиамотор «Испано-Cюиза» 12Ybrs водяного охлаждения, мощностью 750 л.с., производившийся в СССР с 1935 г. под маркой М-100. Путем модификации этого двигателя были созданы моторы М-100А мощностью 860 л.с. и М-103, на котором увеличили степень сжатия, форсировали его по оборотам и наддуву (за счет увеличения оборотов крыльчатки нагнетателя). М-103, выпускавшийся серийно с 1938 г., достиг мощности 1 000 л.с. В 1939–1940-х гг. в сравнительно небольших количествах делали М-104, на котором установили двухскоростной нагнетатель, с помощью которого не только улучшили высотные характеристики, но и нарастили мощность до 1 100 л.с.

КБ А. Д. Швецова в Молотове (ныне Пермь) создавало семейство «АШ» на базе звездообразного 9-цилиндрового двигателя воздушного охлаждения «Райт» R-1820-F3 «Циклон» мощностью 750 л.с. Договор с корпорацией «Кэртис-Райт» подписали в апреле 1933 года. 1 июня следующего года первый двигатель М-25, собранный на заводе № 19 из американских деталей, поставили на стенд.Швецов начал с перевода «Циклона» на отечественные материалы и комплектующие. В июле – августе 1935 г. М-25 успешно прошел госиспытания, а к концу года моторостроителям уже удалось избавиться от импорта из США большей части деталей. Одновременно появился усовершенствованный М-25А. Основным его отличием стало применение маятникового антивибратора на коленчатом валу. Максимальная мощность возросла с 700 до 730 л.с. В 1937 г. запущен в серию М-25В (775 л.с.).

В 1937 г. на испытания поставили еще одну модификацию «Циклона» серии G – двигатель М-62 со взлетной мощностью 1 000 л.с. С марта 1939 г. его выпускали серийно на двух заводах ‑ № 19 и № 24. В 1940 г. М-62 по объему выпуска уступал только авиадвигателю М-103. Дальнейшим его развитием стал М-63, форсированный по оборотам и наддуву, благодаря чему мощность дошла до 1 100 л.с. Двигатель получил целый ряд новинок, скопированных с американского «Циклона» R-1820-G2: новый карбюратор, удлиненные поршни с усиленными днищами, усиленный главный шатун. Государственные испытания М-63 успешно завершились в январе 1939 г., в том же году его начали серийно выпускать на заводе № 19. В 1940 г. этих моторов уже делали ненамного меньше, чем М-62, а устанавливали их на истребители Н. Н. Поликарпова И-16 и И-153. Конечно, выпуск лицензионных двигателей позволял экономить время и средства, благодаря использованию не только готовой конструкции, но и технологии и, самое главное, отсутствию мучительного процесса доводки двигателя.

В КБ В. Я. Климова, которое работало в Рыбинске при заводе № 26, создали новый авиамотор М-105, проект которого разрабатывался еще с 1937 г. По сравнению с М-103 двигатель получил усиленные картер, блок, шатуны и коленчатый вал. Головки стали трех- вместо двухклапанных. Чтобы сделать более надежными уплотнения и увеличить толщину стенки гильзы цилиндра, ее внутренний диаметр уменьшили на 2 мм, хотя это и нарушало взаимозаменяемость с предыдущими моделями. На М-105 также увеличили обороты и степень сжатия в цилиндрах. Наряду с мотором обычного типа, устанавливавшемся на бомбардировщиках Ар-2, Ер-2 и Пе-2, выпускался и пушечный вариант – М-105П, использованный в истребителях Як-1 и ЛаГГ-3. В нем в развале блока цилиндров размещалась автоматическая авиационная пушка, стреляющая через полый вал пропеллера, что обеспечивало стрельбу без синхронизации с его вращением. Это был первый в СССР серийный двигатель такого типа. В июле 1938 г. опытные образцы М-105 уже проходили летные испытания. Но доводка затянулась, и лишь через год мотор смогли запустить в серию. Однако до весны 1940 г. надежность мотора оставалась весьма низкой. Возникали трещины в клапанной коробке и на коренных шейках коленчатого вала, прогорали выхлопные клапаны.

В Рыбинске изготовили также первую серию нового двигателя М-107, который являлся дальнейшим развитием М-105, но с большими изменениями. В первую очередь это коснулось системы питания: часть воздуха шла после нагнетателя в обход карбюратора в цилиндры, карбюратор же подавал обогащенную смесь. Переделали блоки, ввели четырехклапанное газораспределение, усовершенствованный редуктор.

В предвоенный период руководство Коммунистической партии и Советское правительство особое внимание уделяли ускорению перевооружения Красной Армии и флота. Об этом, в частности, говорит тот факт, что Политбюро ЦК ВКП(б) обязало директоров самолетостроительных и авиамоторных заводов постоянно сообщать в ЦК о количестве выпущенной продукции.

Что касается авиамотора М-107, то по планам предполагалось к 1 мая 1941 г. довести его ресурс до 100 часов и приступить к серийному производству, выпустив до конца года 2 000 моторов. Однако стендовые испытания выявили множество недостатков, таких как тряска, выбросы масла, скачки давления, постоянный выход из строя свечей, прорыв газовых уплотнений. Реально лишь в августе 1941 г. ресурс М-107 довели до 50 часов. В серию его пустили в 1942-м, а на вооружение приняли лишь в декабре 1943 г., но из-за небольшого ресурса он не нашел широкого применения в ВВС, и до конца войны основным двигателем для истребителей Як разных модификаций и бомбардировщиков Пе-2 оставался авиамотор М-105. О том, с какими трудностями сталкивались разработчики двигателей КБ В. Я. Климова, будет рассказано ниже.

В КБ А. Д. Швецова были созданы 14-цилиндровые двигатели воздушного охлаждения в виде двухрядной «звезды» оригинальной конструкции – М-82 (АШ-82) и впоследствии ее модификации АШ-82ФН и АШ-83. С целью снижения лобового сопротивления количество цилиндров в ряду уменьшили с девяти до семи, а также уменьшили ход поршня до со 174,5 мм до 155 мм, что позволило сделать мотор более компактным. Весной 1940-го этот двигатель впервые выставили на государственные испытания, а затем изготовили установочную серию. Практически все КБ делали попытки использовать на своих самолетах этот мощный двигатель. С ним испытывались МиГ-3, Пе-2, Ил-2, Як-7, Пе-8, и др. Проблемы возникали из-за большего веса мотора (он тяжелее М-105 на 250 кг), а, следовательно, и нарушения центровки, и большего размера. И только в КБ С. А. Лавочкина добились успеха – в кратчайший срок в 1942 г. был подготовлен выпуск истребителя Ла-5 с мотором АШ-82.

Начавшаяся 1 сентября 1939 г. Вторая мировая война заставила ускорить процессе перевооружения советской авиации. В 1939–1940 гг. конструкторским бюро удалось создать новейшие типы самолетов, во многом не уступавших зарубежным аналогам: истребители МиГ-3, Як-1, ЛаГГ-3, пикирующий бомбардировщик Пе-2, штурмовик Ил-2. Проблема состояла в том, чтобы в кратчайшие сроки внедрить их в производство. Накануне войны авиамоторы производились на семи серийных заводах. В 1940 г. они выпустили 21 447 двигателей, что практически полностью обеспечило ВВС РККА и ГВФ, и доля импорта была ничтожно малой. Но в подавляющем большинстве авиамоторы, производившиеся заводами СССР, представляли собой более или менее модернизированные копии иностранных конструкций. Внедрение же в производство новых моторов шло неудовлетворительно. В записке командующего ВВС Я. В. Смушкевича и военного комиссара ВВС Ф. А. Агальцова в политическое управление РККА в мае 1940 г. подчеркивалось: «Основным тормозом в развитии наших самолетов является мотор и отсталость в этом плане от передовых стран очень велика. Моторы М-63, М-88, М-105 ненадежны и имеют большое количество дефектов».

Авиационные поршневые двигатели явились первыми ДВС, для которых вопросы прочности и надежности невозможно было решить без исследования проблем вибраций. Именно эти двигатели стали первыми, для которых производились динамические расчеты на прочность.

В 1950-е гг. авиация в основном перешла на использование газотурбинных двигателей и многие ученые, занимавшиеся динамикой поршневых двигателей, обратились к расчетам транспортных двигателей, из которых для нашего исследования наибольший интерес представляют тепловозные и танковые дизели, при изучении колебаний которых рассматриваются наиболее сложные модели. Основным разработчиком данных дизелей в СССР был ХЗТМ им. В. А. Малышева (бывший ХПЗ).

ХПЗ является старейшим предприятием в Украине, производившим дизели. У истоков дизелестроения, развернувшегося на заводе в 1911 г. стоял выпускник ХТИ, основатель кафедры ДВС ХПИ В. Т. Цветков. Именно Василий Трофимович начал формировать Харьковскую школу двигателестроения. Он работал на ХПЗ с 1911 г. в течение 20 лет, где под его руководством было выпущено множество дизелей различной мощности. В дореволюционный период и в первые годы советской власти заводом строились только лицензионные дизели станинного типа с компрессорным смесеобразованием, в основном фирмы MAN семейства ДВ. Двигатели были четырехтактные, тихоходные (160–225 об/мин) и имели от одного до четырех цилиндров. Использовались они в основном как стационарные установки на промышленных предприятиях, водокачках, мельницах и т.д. В годы Гражданской войны дизелестроение на ХПЗ было прекращено и возобновилось только в 1923 г., а полностью было восстановлено к началу первой пятилетки. В годы первой пятилетки (1928–1932 гг.) на ХПЗ осваивают новую продукцию – двухтактные бескомпрессорные дизели типа «Зульцер» (Швейцария). Выйдя на первое место в СССР по производству паровозов, ХПЗ стал также и крупным производителем дизелей. Это производство стало основой для создания двух уникальных семейств танковых дизелей, равных которым не было в мировом танкостроении.

Танки, появившиеся в годы Первой мировой войны, к 1930-м годам стали основной ударной силой. В Советском Союзе к началу Великой Отечественной войны были созданы лучшие в мире образцы танков. Среди них выделяется средний танк Т-34, созданный на ХПЗ, который был в годы войны лучшим танком в мире, а позже явился образцом для создания новых танков не только в СССР, но и в других странах. Успехи советских танкостроителей во многом обусловлены применением для средних и тяжелых машин дизельного двигателя семейства В-2, также созданного на ХПЗ в 1930-е гг. Дизельный мотор В-2 по праву можно считать выдающимся достижением отечественного машиностроения. Созданный в предвоенные годы, он производился во многих вариантах до начала семидесятых годов, а суммарный его выпуск превысил четверть миллиона единиц.

Производство танков на ХПЗ было начато после выхода в 1929 г. постановления ЦК ВКП(б) и Совнаркома «О состоянии обороны СССР». До этого на заводе ремонтировались трофейные автомобили, тракторы и танки и двигатели к ним, а также выпускались самые мощные в мире тракторы «Коммунар» (90 л.с.) и «Коминтерн» (120 л.с.). Первые средние танки Т-12, выпускаемые в Харькове, оснащались авиационными бензиновыми двигателями 8Fd французской фирмы «Испано-Сюиза», мощность которых с целью увеличения ресурса была снижена до 200 л.с. На следующую модель среднего танка – Т-24 устанавливали аналогичный двигатель М-6, производившийся уже на Запорожском заводе № 29. Качество первых советских танков, как и другой техники, оставляло желать лучшего, и для ускорения технического прогресса были куплены лицензии на некоторые образцы Западной техники. В частности, были приобретены права на производство танка сопровождения пехоты «Виккерс», выпускавшегося под маркой Т-26, и колесно-гусеничного шасси M 1931 американского конструктора Уолтера Кристи. На основе этого шасси на ХПЗ был сконструирован и выпускался легкий быстроходный колесно-гусеничный танк БТ-2, оснащавшийся первое время американскими двигателями «Либерти», а затем их отечественными аналогами – авиамоторами М-5. На следующих танках БТ-5 и БТ-7, а также выпускавшихся на ХПЗ тяжелых пятибашенных машинах Т-35 конструкции Ленинградского Кировского завода устанавливался V-образный 12-цилиндровый авиамотор М-17 жидкостного охлаждения (BMW-VI). Этот же двигатель применялся и в среднем танке Т-28, выпускавшемся на Кировском заводе. Таким образом, уже в 1930-е гг. танковые моторы были унифицированы. Для оснащения танков часто поступали двигатели, отслужившие свой срок (100 часов) в авиации.

Высокая мощность и хорошие массогабаритные показатели авиационных двигателей М-17 вполне удовлетворяли требованиям их применения в танках всех типов, однако они были недостаточно выносливы для тяжелых условий эксплуатации в танке и недостаточно экономичны по расходу топлива. Но самым главным недостатком бензиновых авиамоторов была их высокая пожароопасность, обусловленная летучестью и взрывоопасностью паров применяемого в них высокооктанового авиационного бензина.

Весной 1931 г. ВСНХ СССР предложил Коломенскому и Харьковскому паровозостроительным заводам взяться за производство автотракторного дизеля мощностью не ниже 300 л.с. В техническом задании указывалась схема – V-образный, 12-цилиндровый с номинальным режимом 1 600 об/мин. В постановлении правительства двигатель назывался автотракторным, но это было сделано из соображений секретности – новый дизель предназначался для танков, так как ни тракторов, ни автомобилей, требующих такого мощного двигателя, в то время не было. Коломенский завод, несмотря на большой опыт производства дизелей (с 1904 г.), за эту работу не взялся.

Дизельный отдел ХПЗ, руководимый К. Ф. Челпаном, приступил к заданию, когда прототипа для такого мотора ни в СССР, ни за рубежом не было. В работе использовался опыт, накопленный на ХПЗ при производстве стационарных и судовых дизелей, а также карбюраторных двигателей тракторов и тягачей. Не случайно главные размеры нового дизеля – диаметр цилиндра 150 мм и ход поршня 180 мм были приняты такими же, как и у карбюраторного двигателя тяжелого артиллерийского тягача «Ворошиловец» мощностью 180 л.с., что позволило применять уже имеющееся оборудование и оснастку.

В Советском Союзе несколько организаций занимались разработкой авиационного дизель-мотора. Над ним работали и в Москве в ЦИАМ, и в Харькове в УНИАДИ, образованном на базе лаборатории ХТИ. Этот институт, которым руководил профессор Я. М. Майер, бывший директор ХТИ, занимался созданием четырехтактного V-образного 12-цилиндрового авиационного дизеля АД-1 мощностью 500 л.с. при 1 600 об/мин. По ряду причин дальше испытаний создатели этого двигателя не продвинулись.

Поскольку у авиационного и танкового дизелей было много общего, усилия УНИАДИ и ХПЗ решили объединить. Специалисты УНИАДИ должны были помочь заводу в отработке рабочего процесса, а ХПЗ, в свою очередь, должен был изготовить поковки и литые детали для опытных образцов авиационного дизеля и помочь с налаживанием технологии. Однако руководство Харьковской области, в частности, Обком КП(б)У, видимо, не поняли важности поставленной перед двигателистами задачи и отвлекали их от основной работы. В силу ряда причин вовремя заказы УНИАДИ, размещенные на ХПЗ, выполнены не были. Авиадизель был создан в ЦИАМе, возможности которого многократно превышали возможности УНИАДИ.

На ХПЗ дело создания танкового дизеля шло успешнее. К концу 1934 г. несколько дизелей БД-2 успешно прошли испытания на тягаче «Ворошиловец», катерах и танках БТ-5. Итоги работы ХПЗ обсуждались 3 ноября 1934 г. партийным активом Харьковской области и города. Бюро Обкома и Горкома КП(б)У ходатайствовали о награждении руководства и выдающихся работников и рабочих завода. Ходатайство было удовлетворено, 27 марта 1935 г. 31 работник завода был награжден орденами. Среди них высшую награду – орден Ленина получили директор завода И. П. Бондаренко, начальник дизельного отдела К. Ф. Челпан, начальник КБ Я. Е. Вихман.

Но вслед за первыми успехами начался длительный период доводки двигателя, который, как правило, сложнее, чем сама разработка двигателя. Не случайно в акте один из членов комиссии по дизелю БД-2 записал: «Мало двигатель построить, нужно его довести, а доводка во много раз труднее, чем сама постройка».

При создании быстроходных облегченных двигателей конструкторы столкнулись с новыми проблемами, которые не встречались в тяжелых тихоходных стационарных и судовых дизелях. Облегченные авиационные и танковые двигатели имеют более низкие собственные частоты и в то же время бóльшие обороты. В связи с этим в рабочем диапазоне могут возникнуть резонансные колебания. Так как на ХПЗ не было опытно-исследовательской базы, ему был передан УНИАДИ, получивший название НИИ-466. Ценность его для завода заключалась не только в привлечении квалифицированных специалистов, но и в том, что НИИ-466 имел хорошо оборудованные исследовательские лаборатории, такие как моторная (испытательная станция с тремя стендами), топливной аппаратуры, динамическая, химмотологии и опытную базу с обрабатывающими и сборочным цехами. Были привлечены также и сотрудники ЦИАМ. Именно специалистам НИИ-466 и ЦИАМ пришлось доводить конструкцию танкового дизеля и налаживать его производство.

Стендовые испытания выявили целый ряд недостатков. Среди них были и претензии к динамической прочности двигателя, а именно, недостаточная жесткость картера, блока и гильзы цилиндров. В связи с этим корпус двигателя был усилен.

Первые шатуны двигателя БД-2 были вильчатого типа и ломались, не выдерживая высоких нагрузок. Сотрудниками НИИ-466 Ю. А. Гоппом и Н. М. Глаголевым были проведены исследования динамики шатунно-поршневой группы дизеля. Впоследствии Николай Матвеевич Глаголев стал доктором технических наук, профессором, заведующим кафедрой «Двигатели внутреннего сгорания» ХПИ в 1954–1970 гг. Когда перешли на прицепные шатуны с небольшой разноходностью по правому и левому блокам, поломки прекратились. Особенно много было проблем с самой нагруженной деталью двигателя – коленчатым валом, например, его поломка по щекам. Коленчатые валы авиамоторов, как правило, были со щеками овальной формы, и на двигателе БД-2 первые валы сделали со щеками такой же формы. Однако жесткая работа дизеля и более высокие нагрузки, чем в авиационных двигателях, приводили к поломкам. Для устранения этого дефекта перешли к щекам круглой формы.

А самым важным недостатком была невозможность работы двигателя в интервале 900–1 200 об/мин из-за сильных крутильных колебаний коленчатого вала, на котором образовывался узел колебаний. Коленчатый вал был усилен, однако проблема крутильных колебаний осталась, только резонансная зона сместилась выше, оставаясь при этом в рабочем диапазоне. Справиться с этим при доводке двигателя не удалось, поэтому было решено на тахометре в соответствующей зоне нанести красную зону с надписью «Проходить быстро», напоминающей механику-водителю о том, что на данных оборотах долго работать не рекомендуется во избежание усталостного разрушения коленчатого вала.

До 1937 г. единичные дизель-моторы изготавливали лучшие рабочие – станочники и сборщики. Но при организации серийного производства двигателей возник еще ряд проблем. Все работы производились в неприспособленных для этого цехах, а строительство моторного цеха затягивалось, так как не была еще готова конструкция двигателя.

Одной из причин затруднений и затягивания процесса доводки дизеля хроническая, проявлявшаяся и в послевоенный период, недооценка руководством отрасли, да и промышленности в целом, значения опытно-конструкторских и исследовательских организаций, опытных баз предприятий. В то время наблюдалось непропорциональное развитие массового производства двигателей в ущерб опытному производству и проведению необходимых исследований. В результате этого доводка изделий повсеместно проводилась в условиях серийного производства.

Поскольку все эти неудачи происходили в 1936–1938 гг., на заводе развернулись массовые репрессии. Были арестованы многие ведущие специалисты – инженеры, конструкторы и мастера, а некоторые из них расстреляны. Были уничтожены директор завода И. П. Бондаренко, начальник танкового КБ, конструктор танков серии БТ А. О. Фирсов, начальник танкового отдела Л. И. Зайчик, начальник дизельного технологического бюро А. А. Краснов. Не пощадили органы НКВД и создателя первого в мире танкового дизеля К. Ф. Челпана, расстрелянного 10 марта 1938 г. Главный инженер завода Ф. И. Лящ вернулся из заключения только в 1950-е гг. Пострадал от репрессий и сотрудник ЦИАМ А. Д. Чаромский, консультировавший специалистов УНИАДИ и ХПЗ по вопросам рабочего процесса в дизелях. После вынесения приговора он был переведен в особое техническое бюро в Тушино – так называемая «Туполевская шарашка», где разработал опытный оппозитный дизель, ставший основой танкового мотора нового поколения.

И все-таки 1 сентября 1938 г. танковый двигатель, получивший наименование В-2, был внедрен в серийное производство. Поначалу он был установлен на танке БТ-7М вместо бензинового мотора М-17Т. В начале 1939 г. дизельное производство из состава ХПЗ им было выделено в самостоятельный дизельный завод № 75 Наркомата авиационной промышленности. Заводской НИИ-466 (бывший УНИАДИ) был передан заводу № 75 и стал называться отделом 1600.

Двигатель является наиболее сложным и ответственным агрегатом боевой гусеничной машины и на его разработку уходит больше времени, чем на сам танк. Зато удачный двигатель служит основой для создания самых различных образцов техники и определяет развитие бронетанковой техники на многие годы. Так было и с дизелем В-2, модификации которого применялись в танках разных типов и в других объектах, в том числе и мирного назначения. Именно то, что двигатель В-2 был создан как многоцелевой, позволило быстро развернуть его в многочисленное семейство дизелей, предназначенных для различных типов машин и выполненных на одной базе. К июню 1941 г., через 20 месяцев после начала серийного производства, завод № 75 освоил пять модификаций дизеля: для легкого танка БТ-7М, среднего танка Т-34, тяжелого танка КВ, артиллерийского тягача «Ворошиловец», а также дизелей с левым и правым направлением вращения для боевых катеров и, наконец, однорядного шестицилиндрового для легкого танка Т-50 (см. табл. 1).

Таблица 1

Танки с двигателями семейства В-2

Комплектование всех средних и тяжелых танков, а также самоходных артиллерийских установок на их базе одним и тем же дизелем типа В-2 сыграло очень важную роль в обеспечении танкостроительных заводов моторами и облегчило ремонт и эксплуатацию бронетанковой техники в тяжелейшие годы Великой Отечественной войны. Исключение составляли легкие танки Т-60, Т-70, Т-80 и СУ-76, оснащаемые шестицилиндровым автомобильным двигателем ГАЗ, однако тоже унифицированным.

Однако надежность производимой в годы войны бронетанковой техники оставалась еще невысокой. Об этом свидетельствует пример, приведенный в книге. К числу причин выхода машин из строя относятся и поломки двигателей, вызванные динамическими нагрузками, особенно крутильными колебаниями валопроводов. Но во время войны заниматься этими вопросами было некогда – новые танки готовили от эскизного проекта до серийного производства в считанные месяцы.

Возникает вопрос, почему ни до войны, ни в ее ходе промышленность ни одной страны не смогла создать не то что равного советскому дизелю В-2, а просто никакого дизеля, пригодного для установки в танк, хотя целесообразность создания танка с двигателем, работающим на тяжелом дизельном топливе, перед легковоспламеняющимся бензиновым двигателем, была очевидной. При этом еще до войны во многих странах были созданы вполне работоспособные авиационные дизели. Особенно в этом деле преуспели Германия и США. Но американские и английские танки, как правило, по-прежнему оснащались авиационными бензиновыми моторами, на немецких, хотя ставились и специальные танковые двигатели, но они были также бензиновыми. Самые мощные T-V и T-VI («Тигр») имели двигатели «Майбах» мощностью 700 л.с. Применялись и другие решения. Так, в американском танке М-4А2 («Шерман») в 1942 г. был установлен агрегат из двух автомобильных 6-цилиндровых дизелей GMC-71 мощностью 210 л. с. (150 кВт) каждый.

Одна из причин отставания Западных стран кроется в том, что в США и странах Европы, кроме Германии, развитию бронетанковой техники не уделялось должного внимания. Что касается Германии, то главная причина использования на немецких танках бензиновых моторов, на наш взгляд, кроется в недостатке нефтепродуктов. Дизельного топлива не хватало даже для операций подводных лодок. Немецкие танковые моторы могли работать на синтетическом бензине, вырабатываемом из каменного угля, причем использование бензина низкого качества снижало пожароопасность танков.

Что касается танкового дизеля В-2, то, безусловно, он был пущен в производство очень «сырым», его моторесурс составлял порядка 50–60 часов. При этом проблемы вибраций стояли на третьем месте, больше беспокоили топливная аппаратура и система воздухоочистки. Однако в условиях военного времени достоинства техники определяются не только ее моторесурсом, но в первую очередь боевыми возможностями, простотой обслуживания, технологичностью производства, а эти качества у советских танков были на высоком уровне. Что касается срока жизни техники, то он на фронте у большинства машин был меньше 50 часов вследствие боевых потерь, а не ограниченности моторесурса.

Как уже отмечалось, в рабочем диапазоне В-2 присутствовали резонансные крутильные колебания, которые не были побеждены, и двигатель эксплуатировался с ограничением в возможных режимах. Причина в возникновении таких нежелательных явлений, как резонанс в рабочем диапазоне, на наш взгляд, кроется в том, что при создании двигателя не производилась оценка возможности резонанса крутильных колебаний. Хотя методика подобных расчетов уже существовала, она, как правило, применялась для более примитивных моделей, в которых коленчатый вал двигателя заменяется одной массой. Отработка всех параметров рабочего процесса производится на одном отсеке, после чего он может использоваться для создания двигателей с различным количеством цилиндров. Это не позволяет оценить крутильные колебания в будущем двигателе опытным путем. Расчетами колебаний двигателей занимались только по факту наличия опасных колебаний. Только после войны – сначала в авиамоторостроении, а затем и в танкостроении были созданы методики и оборудование для испытаний деталей, полноразмерных моторов и даже машин в условиях, приближенных к эксплуатационным.

Другим важнейшим достижением ХЗТМ является создание тепловозов и дизелей к ним. Именно на этом заводе были созданы первые серийные локомотивы, позволившие перевести советские железные дороги на тепловозную тягу. Вопрос о реконструкции железных дорог СССР и переводе их на электровозную и тепловозную тягу обострился в послевоенные годы. Восстанавливаемое после войны народное хозяйство нуждалось в большом количестве новых локомотивов. С целью скорейшего пуска тепловоза в производство было решено взять в качестве прототипа грузовой маневровый локомотив Д^А производства компании ALCO (American Locomotive Company), поставлявшийся по ленд-лизу в Советский Союз из США. Когда решался вопрос, какому заводу поручить их выпуск – Коломенскому или Харьковскому, выбор был сделан в пользу ХЗТМ № 75. Были учтены не только возможности выпуска на заводе локомотивов и дизелей, но также и то, что в Харькове выпускались тяговые электрогенераторы, на электромеханическом заводе и электроаппаратура. Учитывалось также, что в ХММИ имеются кафедры ДВС и локомотивостроения, возглавляемые видными учеными профессорами В. Т. Цветковым и С. М. Куценко.

Первоначально завод № 75 не справлялся с заданиями. Сказывалась послевоенная разруха и подводили смежники. Однако трудности удалось преодолеть, и в 1947 г. на ХЗТМ стали выпускать тепловоз ТЭ1. Дизель для него, получивший наименование Д50, был четырехтактный, шестицилиндровый, развивал мощность 1 000 л. с. при 740 об/мин. На базе этого двигателя был создан судовой дизель Д50С мощностью 900 л. с. при 720 об/мин. Вскоре мощность тепловозного дизеля была повышена – новая модификация 2Д50 развивала до 1 150 л. с. при 740 об/мин и в 1950 г. был начат выпуск тепловоза ТЭ2 вместо ТЭ1, снятого с производства. План выпуска тепловозов в начале 1950-х гг. составлял 6–8 штук в месяц.

Однако мощность этих локомотивов не удовлетворяла требованиям железных дорог, поэтому еще в 1948 г., по инициативе директора ХЗТМ Ю. Е. Максарева, было принято решение об организации на заводе производства новых тепловозных дизелей мощностью 2 000 л. с. Прототипом для них был выбран 10-цилиндровый двухтактный судовой дизель фирмы «Фербенкс Морзе» (США). Опытный дизель 2Д100 был изготовлен в 1952 г. Это был двухтактный двухвальный дизель со встречно движущимися поршнями. Он имел стальной сварной блок цилиндров «этажерочного» типа, в котором цилиндры были расположены вертикально.

В 1953–54 гг. был изготовлен первый двухсекционный тепловоз ТЭ3, оснащенный дизелями 2Д100. Этот локомотив мощностью 4000 л.с. с конструктивной скоростью 100 км/час стал основным тепловозом СССР на ближайшие годы. Всего было выпущено 13 594 секций этого локомотива. Для сравнения, тепловозов ТЭ1 и ТЭ2 было выпущено 300 и 1 056 секций соответственно. В 1956 г. на базе ТЭ3 был разработан пассажирский тепловоз ТЭ7 со скоростью 140 км/час.

Поскольку ХЗТМ интенсивно занимался новой техникой, в 1956 г. производство тепловоза ТЭ2 и семейства дизелей Д50 было передано на другие заводы, а выпуск паровозов в СССР в том же году прекращен. В 1958 г. по технической документации, предоставленной заводом им. Малышева, начал выпуск дизеля 2Д100 Коломенский завод.

В 1956 г. отдел 60Д приступил к разработке на базе 2Д100 дизеля мощностью 3 000 л.с. В 1958 г. была изготовлена промежуточная модель – 12-цилиндровый дизель 9Д100 с мощностью 250 л.с. на секцию, и в том же году на опытном стенде был отработан рабочий процесс при цилиндровой мощности 300 л.с. Это стало возможным благодаря внедрению двухступенчатой комбинированной системы турбонаддува. В 1959 г. были созданы первые опытные десятицилиндровый дизель 10Д100 и секция тепловоза ТЭ10. Тепловозов серии 1ТЭ10 всех модификаций выпущено 16 921 секция, и выпуск продолжается до сих пор.

В 1955 г. на кафедре ДВС ХПИ под руководством профессора Н. М. Глаголева начали разрабатывать новый четырехтактный V-образный 16-цилиндровый дизель-генератор Д70. Диаметр цилиндра 240 мм, ход поршня – 270 мм. В 1956 г. организована научно-исследовательская лаборатория тепловозных и судовых двигателей. Первый опытный дизель был собран в 1962 г., а в 1967 г. он прошел государственные межведомственные испытания. Двигатель устанавливали на тепловозы 2ТЭ40 и ТЭ109.

Однако основной продукцией ХЗТМ им. В. А. Малышева оставались танки. В 1960-е гг. на заводе был создан танковый дизель нового поколения – 5ТДФ, имевший уникальные характеристики. Двигатель, опередивший свое время, стал основой для создания семейства двигателей, предназначенных для бронетанковой техники, и определил пути ее развития в СССР, а позже и в независимой Украине. История создания этого дизеля началась с разработки в 1948–1950 гг. в ЦИАМе под руководством А. Д. Чаромского четырехцилиндрового двухтактного турбопоршневого высокооборотистого авиационного дизеля М-305 (У-305) со встречно движущимися поршнями и X-образным расположением цилиндров. Двигатель имел диаметр цилиндра 120 мм и ход поршней тоже 120 мм (размерность ). Взлетная мощность составляла 1 000 л.с. Проект не был реализован, так как авиационная промышленность перешла на газотурбинные двигатели. Тогда Алексей Дмитриевич решил заняться проектированием танковых дизелей. В 1952 г. его группа была выделена в научно-исследовательскую лабораторию двигателей, впоследствии преобразованную в научно-исследовательский институт двигателей (НИИД). Поскольку компоновка дизеля М-305 не годилась для танка, был разработан эскизный проект рядного дизеля 4ТД. Этот проект не был реализован в металле, так как расчетная мощность двигателя (не свыше 600 л.с.) оказалась недостаточной. После доработки проекта был добавлен еще один цилиндр, и в 1953 г. на заводе им. Малышева началась работа по созданию проекта нового пятицилиндрового танкового двигателя 5ТД. Он представлял собой двухвальный двухтактный дизель с рядным горизонтальным расположением цилиндров и встречно движущимися поршнями. В июле 1955 г., после утверждения проекта, на ХЗТМ было организовано КБ по танковому двигателестроению – отдел 60Б. Главным конструктором двигателей был назначен А. Д. Чаромский, переехавший из Москвы в Харьков.

В 1958 г. дизель 5ТД успешно прошел испытания. Он имел рабочий объем всего 13,6 л и мощность 580 л. с. с возможностью дальнейшего форсирования. Его показатели по литровой и особенно по объемной мощности были для своего времени рекордными, сочетаясь при этом с высокой экономичностью. Под этот двигатель в КБ под руководством А. А. Морозова был создан новый танк – объект 430. Хотя танк и двигатель показали высокие качества, в серийное производство они не пошли, так как их тактико-технические характеристики (ТТХ) не соответствовали новым повышенным требованиям. Но поскольку у нового двигателя были еще большие возможности для форсирования, разработка этой схемы продолжалась. В 1964 г. началось изготовление первых образцов дизеля 5ТДФ. Сначала оно происходило в цехах, выпускающих серийную продукцию, а в декабре 1965 г. приказом министра оборонной промышленности СССР С. А. Зверева при заводе им. Малышева было организовано самостоятельное подразделение – Харьковское конструкторское бюро по двигателестроению (ХКБД). Отдел динамики и прочности в нем возглавил М. В. Блох. В 1966 г. дизель 5ТДФ успешно прошел 200-часовые межведомственные испытания (МВИ). За период его конструктивной и технической доводки с 1962 по 1967 гг. практически все узлы двигателя претерпели изменения.

КБ Морозова начало работу над новым танком – объектом 432 (Т-64), стараясь добиться более высоких тактико-технических свойств. В новой машине была установлена пушка У-5ТС калибра 115 мм, впервые в танкостроении применена комплексная многослойная комбинированная защита. Также впервые в мире применен механизм заряжания, что позволило сократить экипаж танка до трех человек и уменьшить объем боевого отделения. Кроме того, машина имела новую конструкцию ходовой части и гусениц. Несмотря на увеличившуюся до 34 т массу, танк оказался более маневренным, чем его предшественники за счет установки 700-сильного дизеля 5ТДФ – форсированной модификации дизеля 5ТД.

Главными достоинствами нового дизеля были малая высота – всего 581 мм и двухсторонний отбор мощности. Уникальные массогабаритные характеристики 5ТДФ позволили создать компактное моторно-трансмиссионное отделение (МТО), что в целом очень благоприятно повлияло на компоновку всего танка. Плоский двигатель позволил разместить радиаторы систем охлаждения и смазки над ним, в крыше МТО и, несмотря на это, снизить высоту танка до 2,17 м. Для сравнения, современные ему танки других стран имеют высоту не менее 2,7 м. Съём мощности с двух сторон выпускного коленчатого вала позволил радикально изменить компоновку МТО и отказаться от главного и бортовых фрикционов. Танк оснащен двумя планетарными КПП и планетарными бортовыми передачами. Повороты осуществляются включением в КПП отстающего борта нейтральной передачи или передачи на ступень ниже, чем у опережающего.

Приказом Министра оборонной промышленности № 62 от 6 мая 1965 г. танковое КБ (отдел 60) и опытный цех танкового производства (цех 190) были объединены в самостоятельное предприятие «Харьковское конструкторское бюро по машиностроению» (ХКБМ). Начальником и Главным конструктором нового КБ был назначен А. А. Морозов. Первым детищем ХЗТМ стал новый танк, который в 1967 г. был представлен на Государственные испытания. Он был создан на базе серийного Т-64 и состоял из 2 007 узлов и 7 797 деталей, в том числе 798 узлов и 1 968 деталей отличных от Т-64. Главным отличием новой машины стал более мощный комплекс вооружения. На танк была установлена гладкоствольная 125-мм пушка Д-81 с уникальными баллистическими характеристиками. Кроме того, была улучшена броневая защита, в том числе от кумулятивных снарядов и от химического и ядерного оружия. Несмотря на большие трудности перестройки уже налаженного производства, постановлением ЦК КПСС и Совета министров СССР от 20 мая 1968 г. № 360–137 и частичными изменениями постановления ЦК КПСС и Совета министров СССР от 15 августа 1967 г. № 802–266 инициатива КБ и завода была принята. Танку присвоили шифр Т-64А и разрешили заводу выпустить установочную партию из 10 машин.

Танк Т-64А успешно прошел войсковые испытания и был принят на вооружение Советской армии. Специалисты сравнивают появление этой машины только с созданием знаменитой тридцатьчетверки. Т-64А реализовал концепцию основного танка, сочетая бронирование и вооружение тяжелого танка с массогабаритными характеристиками и маневренностью среднего. Его появление позволило отказаться от деления танков на классы (тяжелые, средние и легкие).

Первоначально планировалось выпускать Т-64А не только в Харькове, но и на Ленинградском Кировском заводе и Уралвагонзаводе. Так как ХЗТМ не обладал мощностями для обеспечения трех заводов танковыми дизелями, а, кроме того, дизель 5ТДФ имел много рекламаций по ресурсу, были разработаны запасные варианты танка с дизелем В-45, являющимся развитием знаменитого В-2. На основе этих проектов в России впоследствии был создан танк Т-72, однако вследствие более объемного двигателя его масса составила 46 т.

При создании дизеля 5ТДФ предполагалось, что он будет развивать мощность 1 000 л.с. при 3 000 об/мин. Однако в конце рабочего диапазона возникал резонанс крутильных колебаний, кроме того, двигатель оказался перегружен. В результате пришлось ограничить максимальные обороты (2 800 об/мин) и снизить мощность до 700 л.с. Однако в последующие годы мощность дизеля 5ТДФ была повышена сначала до 750, а затем и до 840 л.с. (см. табл. 2).

Поскольку создать танковый дизель мощностью 1 000 л.с., конструкторам ХКБД не удалось, в 1975 г. развернулись работы по созданию на базе 5ТДФ шестицилиндрового дизеля. Кроме добавления шестого цилиндра, для размещения которого в танке имелись резервы пространства, была также увеличена цилиндровая мощность за счет увеличения турбонаддува. На создание нового дизеля, получившего наименование 6ТД-1, с момента выпуска чертежей до МВИ, проведенных в 1979 г. ушло всего четыре года. Параллельно ХЗТМ совместно с сотрудниками ХКБД выполнили ОКР по созданию МТУ с новым дизелем.

Еще через шесть лет в двигателях семейства ТД все-таки удалось достичь цилиндровой мощности 200 л.с. – новый двигатель 6ТД-2 развивал мощность 1 200 л.с., а модернизированный 5ТДФМ – 1 000 л.с. Это стало возможно благодаря применению более мощной турбины в системе питания воздухом. Хотя обороты этих двигателей достигают 3 000 в минуту, максимальная мощность развивается на режиме 2 600 об/мин. Дизели 6ТД позволили создать новые танки Т-80УД и Т-84, успешно конкурирующие с лучшими образцами танков на мировом рынке вооружений. Они также позволили заняться радикальной модернизацией танкового парка, причем не только повысить мощность Т-64, но заменить V-образные дизели в машинах российского производства Т-72, а также самого многочисленного за всю историю мирового танкостроения Т-55. Модернизация проводится не только для армии Украины, но и для иностранных армий, что позволяет обеспечить ХЗТМ заказами.

С обретением Украиной самостоятельности были нарушены связи со странами, поставлявшими различные боевые и транспортные машины, а также двигатели к ним. Поэтому для замены вышедших из строя двигателей автобусов «Икарус», боевых машин пехоты (БМП), бронетранспортеров и другой техники понадобились двигатели, мощность и габариты которых меньше танковых. Для этих целей на базе дизелей 6ТД-1 и 6ТД-2 был разработан новый модельный ряд трехцилиндровых двигателей. Дизели 3ТД выпускаются в четырех основных вариантах с мощностью от 280 до 600 л.с.

Таблица 2

Танковые двигатели семейства ТД

Модельный ряд малолитражного дизеля 3ТД успешно применяется как в транспортных, так и в боевых машинах. В частности, замена в бронетранспортерах БТР-60, БТР-70 и БТР-80 двух бензиновых двигателей на более мощный дизель позволяет продлить срок службы этих машин. Кроме того, применение дизелей 3ТД позволило создать отечественные бронетранспортеры БТР-3 и БТР-4, близкие по своим характеристикам к БМП. Применение дизелей семейства ТД для создания новой и модернизации существующей бронетанковой техники иллюстрируется в табл. 2.

Поиск по сайту: