Поршневой авиационный двигатель ВД-4К (М-253К).
Разработчик: ОКБ-36 (г. Рыбинск)
Страна: СССР
Начало разработки: 1949 г.
Постройка: 1950 г.
М-253К (ВД-4К) — советский авиационный двигатель комбинированного типа (турбокомпаундный), выполненный по схеме звезды блоков. Двигатель представляет собой 24-цилиндровую блочную звезду (шесть блоков по 4 цилиндра в каждом).
История комбинированного двигателя ВД-4К не совсем обычна и уходит своими корнями в довоенный период. Дело в том,что создавать его начали не в специализированном авиадвигателестроительном КБ, а на одной из кафедр МАИ. В конце 1938 года тогдашний Нарком авиационной промышленности М.М.Каганович предложил заведующему кафедрой «Конструкция авиадвигателей» Г.С.Скубачевскому заняться проектированием нового авиационного двигателя. Обычно параметры новой разработки в области двигателестроения выбираются на основе длительного анализа тенденций и перспективных потребностей собственного самолетостроения, а также состояния аналогичных отраслей техники за границей. М.М.Каганович, человек в общем-то не плохой, но попавший на должность за свою преданность идеям и вождям, душа номенклатурная (сегодня директор бани, завтра глава Авиапрома), будучи не очень сведующим во всяких тонкостях «Предварительного выбора основных параметров на проектирование», попросту умножил на два данные двигателя М-105. Отсюда получилось, что новый двигатель должен был развивать мощность 2100-2300 л.с. на высоте 8000 м.
Г.С.Скубачевский с группой студентов и аспирантов проработал три варианта компоновки 24 цилиндрового двигателя: Х-образный, Н-образный и своеобразную четырехрядную звезду с шестью цилиндрами в каждом ряду. Последний вариант оказался самым удачным:его диаметр составлял всего 1065 мм, как у мотора М-11. Предполагалось, что для повышения высотности будет использован трех-скоростной центробежный нагнетатель, а КПД силовой установки поднимут винты противовращения.
В июле 1939 года появилось постановление правительства о о проектировании двигателя, получившего название М-250. В МАИ создается специальное КБ-2,комплектуется оно из студентов,аспирантов и сотрудников ЦИАМ, были привлечены преподаватели и других кафедр МАИ. Развернулись работы по проектированию и уже 1 апреля 1940 года проект М-250 проходит комиссию НИИ ВВС, принимается решение о постройке опытного двигателя на заводе №16 в Воронеже. Первый запуск М-250 на стенде был произведен в роковой день 22 июня 1941 года. На испытаниях двигатель показал заявленную мощность 2500 л.с. Затем спарадические работы над двигателем в условиях войны и эвакуации. По настоящему к теме вернулись в 1946 году, когда было получено задание на двигатель мощностью в 3500 л.с., для новых тяжелых туполевских машин. ОКБ-36 в Рыбинске под руководством В.А.Добрынина, основываясь на теоретическом и практическом заделах по М-250, в короткий срок создает двигатель М-251ТК (ВД-3ТК).
В январе 1949 года ОКБ-36 предлагает на базе М-251ТК создать новый комбинированный ‘двигатель М-253К на максимальную мощность 4300 л.с. и с удельными расходами топлива на крейсерских режимах в пределах 0,185 — 0,195 кг/л.с.ч. Работы шли в рамках проектирования самолета «85», темы определенной в тот период для МАП, как самой важной.
В основу проекта М-253К были положены следующие принципы:
— минимальные изменения в конструкции М-251ТК, что оправдывалось высокой доведеностью и надежностью узлов и агрегатов М-251ТК, подтвержденными в ходе испытаний, а также малым временем отпущенным на разработку;
— максимальное использование энергии выхлопных газов с целью минимального форсирования основного поршневого двигателя по наддуву и получения заданных расходов топлива (увеличение наддува, по сравнению с М-251ТК, было произведено на взлетном режиме всего лишь на 7%).
М-253К должен был представлять собой комбинированную установку, состоящую из двух силовых агрегатов, двигателя с тремя импульсными турбинами и турбокомпрессора с регулируемым реактивным соплом, которые получали энергию от выхлопных газов двигателя. Применение импульсных турбин позволяло обеспечить улучшение экономичности на 10-11 %, применение мощного турбокомпрессора с высотностью 11000 м, с большим КПД на всех режимах, с использованием реакции выхлопных газов в регулируемом реактивном сопле позволяло увеличить эксплуатационную экономичность на 20-25%.
В сентябре 1949 года был закончен рабочий проект и разработаны чертежи новых узлов — импульсных турбин и турбокомпрессора ТК-36. В ходе проектирования была уменьшена работа сжатия в ПЦН, применен впрыск во-доспиртовой смеси для форсированных режимов. В результате проведенной работы ОКБ-36 удалось получить эффективный и вполне надежный агрегат, основу которого составлял отработанный поршневой двигатель. Его рациональная схема, в виде четырехрядной шестиблочной звезды с жидкостным охлаждением, позволила создать компактную и жесткую конструкцию, обеспечившую малую удельную массу и высокие тактико-технические данные.
В том же сентябре 1949 года Постановлением за № 3929-1608 по самолету «85» к двигателю М-253К выдвигались следующие основные требования:
— взлетная мощность — 4300 л.с;
— номинальная мощность на высоте 8000-9000 м — 3200 л.с;
— удельный расход топлива на режиме 0,5-0,6 номинальной мощности — 0,185-0,195 кг/л.с.ч;
— сухая масса (без агрегата наддува) — 1900 кг.
В декабре 1950 года необходимо было предъявить двигатель на Государственные 100-часовые стендовые испытания. Для стендовых и летных испытаний необходимо было в короткий срок построить 20 экземпляров М-253К.
М-253К (ВД-4К). Схема.
В январе 1950 года был готов первый двигатель, затем были построены еще 23 двигателя. В июне-декабре на нескольких двигателях проводятся 100-часовые заводские испытания. В декабре 1950 года М-253К вместе с ТК-36 предъявляется на Государственные стендовые испытания, которые он с положительными результатами закончил в начале февраля 1951 года, подтвердив полное соответствие всех параметров заданным, а также надежность конструкции. По окончании Госиспытаний М-253К получает обозначение ВД-4К.
Двигатель ВД-4К.
Во второй половине 1950 года ВД-4К был установлен на летающую лабораторию Ту-4ЛЛ. К концу 1950 года был закончен первый этап летных испытаний. Испытывался один опытный ВД-4К, остальные три были штатные АШ-73ТК. Эти работы проводил ЛИИ и их положительные результаты стали веским основанием для установки на первый самолет «85» этих двигателей. Конкуренты из ОКБ-19 со своим более мощным, но более «сырым» АШ-2К к первому вылету не успевали. Дальнейшие испытания и доводки ВД-4К шли в ходе выполнения программы совместных испытаний на самолете «85», а также параллельно продолжавшихся испытательных полетов Ту-4ЛЛ с ВД-4К. На лаборатории проверялись все мероприятия по доработкам двигателя. Это способствовало ускорению процесса совместных испытаний. В частности, на Ту-4ЛЛ был отработан дополнительный вентилятор в системе охлаждения двигателя.
Окончательно ВД-4К закрепился за самолетом «85» в конце мая 1951 года, когда было решено поднимать «85» в первый полет с ВД-4К, так как АШ-2К все еще страдал от «детских болезней». В ходе доводки мотоустановки Ту-85 на ВД-4К установили вентилятор принудительного охлаждения. Мощность передавалась при помощи одновального планетарного редуктора с встроенной системой вентиляции двигателя на воздушный винт, пятилопастной АВ-55 или четырёхлопастной АВ-44.
Ту-85 с двигателями ВД-4К.
С официальным завершением программы создания Ту-85, постепенно были свернуты работы по ВД-4К. Создание и летные испытания ВД-4К стали вершиной развития поршневого авиационного двигателестроения. Это потребовало решения большого круга задач в области прочности и динамики машин, теплотехники, газовой динамики, материаловедения и технологии производства.
За создание ВД-4К группе работников ОКБ-36 и ЦИАМ была присуждена в 1951 году Сталинская премия.
ТТХ:
Диаметр цилиндров, мм: 148
Ход поршня, мм: 144 мм
Количество цилиндров: 24
Сухой вес, кг: 2065 (без турбонагнетателя)
Объём, л: 59,43
Мощность, л.с.: 3250/4300
Степень сжатия: 7,0
Компрессор: одноступенчатый односкоростной ПЦН
Система охлаждения: жидкостное охлаждение.
.
.
Список источников:
В.Р.Котельников. Отечественные авиационные поршневые моторы.
В.Ригмант. Последнии поршневые бомбардировщики.
ЦАГИ. Самолетостроение в СССР 1917-1945 гг. Книга II.