Картинка:
Техническое задание на разработку мотора было выдано НТК УВВС в августе 1925 года:
1.Мотор должен быть номинальной мощностью около 100 л.с.ротативного или стационарного типа, воздушного охлаждения.
2. Число оборотов винта не выше 1800 об/мин.
3. Максимально дешёвая конструкция.
4. Простая эксплуатация и ремонт.
5. Возможность массового производства, и т.д.
Швецов, опираясь на мировой опыт (своего тогда ещё не было), выбрал стационарную схему мотора. В те времена редукторы на моторы не устанавливались, передача на воздушный винт была прямая. Надёжные редукторы появились позже на моторах «Райт», «Роллс-Ройс», «Испано-Сюиза» и «Нэпир-Лайон» схемы V-10 и V-12 в 1930-1936 годах. К тому же, редукторы были необычайно дороги.
Какое выбрать количество цилиндров? Исходя из соображений максимальной дешевизны – минимально возможное. В те времена уже было известно, что двух и трёхцилиндровые четырёхтактные моторы чрезвычайно ненадёжны из-за высокого уровня вибраций и неравномерности хода ( «Бристоль-Черуб111, «Сальмсон АД-3» и пр.).
Четыре, пять или шесть цилиндров? Хорошо известно, что чётное число цилиндров имеют рядные моторы, нечётное – звездообразные. Производство рядного четырёхцилиндрового мотора сталкивается с большими технологическими трудностями, а именно: С необходимостью делать длинный четырёхколенный коленчатый вал, изготавливаемый путём обработки точной поковки из легированной стали, и сложностью отливки многополостного алюминиевого картера. Таких технологий в 1926 году в России не было.
В звездообразном моторе всё гораздо проще. Коленчатый вал – одноколенный, разборный, состоит из двух достаточно простых деталей, которые обрабатываются на токарных станках. Картер сборный, состоит из трёх однополостных отливок.
Из этого следует, что пятицилиндровая безредукторная звезда – единственно правильное решение. К этому можно добавить, что для звезды проще решается вопрос организации воздушного охлаждения цилиндров, а для рядных многоцилиндровых моторов обеспечение равномерного охлаждения – серьёзная проблема.
Итак, однозначно, схема мотора R-5. Теперь необходимо определить геометрические параметры мотора. Начнём с определения степени сжатия.
В то время понятие «авиационный бензин» отсутствовало как таковое. Был просто «бензин» двух сортов: грозненский и Бакинский. Бакинский был лучше. О существовании антидетонаторов не знали вообще. Октановое число неизвестно. По косвенным данным, у грозненского – 66, у Бакинского – 68 единиц. (Моторы BMW, поставлявшиеся из Германии, работали тогда на чистом бензоле (синтетическом).
Экспериментально было установлено, что отечественные бензины допускают работу в моторах со степенью сжатия не более 5,0 единиц. Именно эта цифра и была заложена в термодинамический расчёт мотора. При такой низкой степени сжатия, низких оборотах коленчатого вала (1650 оборотов в минуту для обеспечения работы с воздушным винтом диаметром 2500мм) необходимо было максимально увеличить объём цилиндров.
Каким образом? Во-первых, максимально увеличить диаметр цилиндра, во-вторых –ход поршня.
Диаметр цилиндра М-11 равен 125 мм. Почему? Дело в том, что на увеличение диаметра цилиндра накладываются жёсткие ограничения по прочности поршня. В 1926 году применение алюминиевых поршней было новинкой. Предшественник М-11 –го мотор М-2 имел чугунные поршни диаметром 120 мм. Чугун, как известно, в три раза тяжелее алюминия. М-2 спасало то, что он был ротативным и поршни в нём двигались по окружности, испытывая лишь небольшую нагрузку от центробежных сил.
М-11 – стационарный мотор, в котором поршни совершают возвратно-поступательное движение (28 раз в секунду), поэтому поршни должны быть лёгкими.
Единственным технологическим приёмом производства алюминиевых поршней был способ свободного литья в земляные формы. Этот способ не обеспечивал высоких прочностных характеристик поршней.
В Англии и Германии к тому времени уже были освоены методы литья под давлением в металлические формы и центробежное литьё.
Поэтому, предельный диаметр цилиндра 125 мм для России и 140 мм для Англии и Германии ( 4-х цилиндровый английский рядный аналог М-11 – го «Джипси Мэйджер» имел диаметр цилиндра 140 мм).
Ход поршня М-11 равен 140 мм. Почему?
А потому, что больше нельзя. Это предел, т.к. при дальнейшем увеличении этого размера нарушается правильная пропорция цилиндра и снижается термический КПД, а также не обеспечивается проходимость шатуна в нижней части цилиндра без чрезмерного
увеличения диаметра мотора, а, значит, и его массы.
При таких размерах диаметра цилиндра и хода поршня получается рабочий объём мотора 8,6 литра.
На 1650 оборотах в минуту имеем 7100 литров газового расхода. Из статистики хорошо известно, что для степени сжатия 5,0 единиц мы можем получить мощность 0, 0155 л.с. с одного литра в минуту. Отсюда следует:
7100 х 0,0155 = 110 л.с. – максимальная мощность.
Так как звездообразный мотор не испытывает проблем с охлаждением, можно получить очень большой номинальный режим – 90%.
Можно констатировать, что техническое задание образцово выполнено по всем пунктам!
Пройдя стендовые испытания, мотор сразу же был запущен в массовое производство. Ни один мотор в мире никогда не выпускался в количестве 120000шт. Для сравнения скажем, что известная американская фирма Licoming, имея производство с 1920 года по март 2008 года, выпустила 54000 моторов всех типов и модификаций вместе взятых.
По мере накопления опыта эксплуатации и оснащения производства современными технологическими процессами мотор М-11 постоянно совершенствовался:
Обсудить на форуме