Napier Sabre — британский H-24-цилиндровый , жидкостноохлаждаемый , поршневой авиадвигатель с золотниковым клапаном , разработанный майором Фрэнком Хэлфордом и построенный компанией D. Napier & Son во время Второй мировой войны . Двигатель эволюционировал, чтобы стать одним из самых мощных рядных поршневых авиадвигателей в мире, развивая мощность от 2200 л. с. (1600 кВт) в ранних версиях до 3500 л. с. (2600 кВт) в поздних прототипах.
Первыми эксплуатационными самолетами, оснащенными Sabre, были Hawker Typhoon и Hawker Tempest ; первым самолетом, оснащенным Sabre, был Napier-Heston Racer , который был разработан для установления мирового рекорда скорости. [nb 1] Другими самолетами, использовавшими Sabre, были ранние прототипы и серийные варианты Blackburn Firebrand , прототип Martin-Baker MB 3 и прототип Hawker Fury . Быстрое внедрение реактивных двигателей после войны привело к быстрому упадку Sabre, поскольку потребность в мощных военных поршневых авиадвигателях снизилась, а Napier сосредоточилась на разработке турбовинтовых двигателей, таких как Naiad и Eland .
До Sabre компания Napier некоторое время работала над большими авиадвигателями. Самым известным из них был Lion , который был очень успешным двигателем между мировыми войнами и в модифицированном виде приводил в действие несколько участников Supermarine Schneider Trophy в 1923 и 1927 годах, а также несколько рекордных автомобилей скорости на суше . К концу 1920-х годов Lion уже не был конкурентоспособным, и началась работа над заменой.
Napier последовал за Lion с двумя конструкциями H-блока : H-16 Rapier и H-24 Dagger . H-блок имеет компактную компоновку, состоящую из двух горизонтально расположенных двигателей, один над другим или рядом с ним. Поскольку цилиндры расположены напротив, движение в одном из них уравновешивается движением на противоположной стороне, устраняя как вибрацию первого порядка, так и вибрацию второго порядка. В этих новых конструкциях Napier выбрал воздушное охлаждение, но в процессе эксплуатации задние цилиндры оказалось невозможно должным образом охладить, что сделало двигатели ненадежными.
В 1930-х годах исследования показали необходимость в двигателях, способных развивать одну лошадиную силу на кубический дюйм рабочего объема (около 45 кВт/ литр ). Такая выходная мощность была необходима для приведения в движение самолетов, достаточно больших для перевозки больших объемов топлива для дальних полетов. Типичный большой двигатель той эпохи, Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp , развивал около 1200 л. с. (890 кВт) с 1830 кубических дюймов (30 литров), поэтому требовалось улучшение примерно на 50 процентов. Это требовало радикальных изменений, и хотя многие компании пытались построить такой двигатель, ни одна из них не преуспела. [ необходима цитата ]
В 1927 году Гарри Рикардо опубликовал исследование концепции двигателя с золотниковым клапаном . В нем он писал, что традиционные двигатели с тарельчатым клапаном вряд ли будут выдавать мощность, намного превышающую 1500 л. с. (1100 кВт), цифру, на которую многие компании нацелились для двигателей следующего поколения. Чтобы преодолеть этот предел, пришлось бы использовать золотниковый клапан, чтобы увеличить объемную эффективность , а также снизить чувствительность двигателя к детонации, которая была распространена из-за низкооктанового топлива низкого качества, используемого в то время. [1] Хэлфорд работал на Ricardo с 1919 по 1922 год в его лондонском офисе [nb 2] , а офис Хэлфорда в 1923 году находился в Лэдброк-Гроув, Северный Кенсингтон, всего в нескольких милях от Рикардо, в то время как офис Хэлфорда в 1929 году был еще ближе (700 ярдов), [2] [3] и пока в 1927 году Рикардо начал работать с Bristol Engines над линией конструкций золотниковых клапанов, [4] Хэлфорд начал работать с Napier, [5] используя Dagger в качестве основы. Компоновка H-блока с присущим ему балансом и относительно коротким ходом поршня Sabre позволяла ему работать с более высокой скоростью вращения, чтобы выдавать большую мощность при меньшем смещении, при условии, что можно было поддерживать хорошую объемную эффективность (с лучшим дыханием), что могли делать золотниковые клапаны. [6]
Компания Napier решила сначала разработать большой 24-цилиндровый двигатель с жидкостным охлаждением, способный производить не менее 2000 л. с. (1500 кВт) в конце 1935 года. Хотя компания продолжала использовать оппозитную H-образную компоновку Dagger, эта новая конструкция располагала блоки цилиндров горизонтально, и она должна была использовать золотниковые клапаны. [7] Все принадлежности были удобно сгруппированы над и под блоками цилиндров, а не располагались спереди и сзади двигателя, как в большинстве современных конструкций. [7]
Министерство авиации поддержало программу Sabre заказом на разработку в 1937 году по двум причинам: предоставить альтернативный двигатель, если Rolls -Royce Vulture и Bristol Centaurus не смогут стать следующим поколением двигателей высокой мощности, и сохранить Napier в отрасли авиадвигателей. [8] Первые двигатели Sabre были готовы к испытаниям в январе 1938 года, хотя их мощность была ограничена 1350 л. с. (1010 кВт). К марту они проходили испытания при мощности 2050 л. с. (1530 кВт), а к июню 1940 года, когда Sabre прошел 100-часовой тест Министерства авиации , первые серийные версии выдавали 2200 л. с. (1600 кВт) при рабочем объеме 2238 кубических дюймов (37 литров). [7] К концу года они выдавали 2400 л. с. (1800 кВт). Современный Rolls-Royce Merlin II 1940 года выпуска развивал мощность чуть более 1000 л. с. (750 кВт) при рабочем объеме 1647 кубических дюймов (27 литров).
Проблемы возникли сразу же, как только началось массовое производство. Опытные образцы двигателей собирались вручную мастерами Napier, и оказалось, что их трудно адаптировать к методам конвейерного производства. Втулки часто выходили из строя из-за способа их изготовления из хромомолибденовой стали, что приводило к заклиниванию цилиндров, что привело к потере единственного прототипа Martin-Baker MB 3. [ 9] [10] Министерство авиастроения отвечало за разработку двигателя и организовало механическую обработку втулок компанией Bristol Aeroplane Company из поковок двигателя Taurus. Эти азотированные аустенитные стальные втулки стали результатом многолетней интенсивной разработки втулок, опыта, которого у Napier не было. Воздушные фильтры пришлось устанавливать, когда в 1944 году возникла новая проблема с втулками, когда самолеты летали с нормандской почвы с ее абразивной, песчаной пылью. [11]
Контроль качества оказался недостаточным, двигатели часто поставлялись с неправильно очищенными отливками, сломанными поршневыми кольцами и стружкой, оставшейся внутри двигателя. [12] Механики были перегружены работой, пытаясь поддерживать Sabre в рабочем состоянии, и в холодную погоду им приходилось запускать их каждые два часа ночью, чтобы моторное масло не застывало и не мешало двигателю запуститься на следующий день. [nb 3] Эти проблемы требовали слишком много времени для устранения, и двигатель приобрел плохую репутацию. Что еще хуже, механики и пилоты, незнакомые с другой природой двигателя, имели тенденцию обвинять Sabre в проблемах, которые были вызваны несоблюдением правильных процедур. Это усугублялось представителями конкурирующей компании Rolls-Royce, у которой были свои собственные планы. В 1944 году Rolls-Royce выпустила прототип похожей конструкции под названием Eagle .
Napier, казалось, был самодовольным и возился с конструкцией для улучшения производительности. В 1942 году он начал серию проектов по улучшению своих высотных характеристик, добавив трехскоростной двухступенчатый нагнетатель , когда базовый двигатель все еще не работал надежно. В декабре 1942 года компания была куплена English Electric Company , которая немедленно завершила проект нагнетателя и посвятила всю компанию решению производственных проблем, что было быстро достигнуто.
К 1944 году Sabre V выдавал мощность 2400 лошадиных сил (1800 киловатт) постоянно, и репутация двигателя начала улучшаться. Это была последняя версия, поступившая на вооружение, использовавшаяся в Hawker Typhoon и его производной Hawker Tempest . Без усовершенствованного нагнетателя производительность двигателя на высоте более 20 000 футов (6100 м) быстро падала, и пилотам, летавшим на самолетах с двигателем Sabre, обычно предписывалось вступать в бой только ниже этой высоты. На малой высоте оба самолета были грозными. По мере того, как превосходство в воздухе над континентальной Европой постепенно приобреталось, Typhoon все чаще использовались в качестве истребителей-бомбардировщиков , в частности, Вторым тактическим воздушным флотом Королевских ВВС . Tempest стал основным истребителем летающей бомбы V-1 ( Fieseler Fi 103 ), поскольку он был самым быстрым из всех истребителей союзников на малых высотах. Позднее «Темпест» уничтожил около 20 реактивных самолетов Messerschmitt Me 262 .
Разработка продолжалась, и более поздний Sabre VII выдавал 3500 л. с. (2600 кВт) с новым нагнетателем. К концу Второй мировой войны в том же классе мощности было несколько двигателей. Четырехрядный 28-цилиндровый радиальный двигатель Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major сначала выдавал 3000 л. с. (2200 кВт), а более поздние типы выдавали 3800 л. с. (2800 кВт), но для этого им требовался почти в два раза больший рабочий объем — 4360 кубических дюймов (71 литр).
Примечание: [прим. 4]
Двигатель использовался во многих самолетах, включая два серийных истребителя. [19]
Данные из Ламсдена [21] [22]
Сравнимые двигатели
Связанные списки
