Pratt & Whitney. Две ступени для "Осы".

топ 100 блогов p_d_m16.07.2019 История модификаций двигателей Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp и R-2800 Double Wasp с двухступенчатым нагнетателем это совсем не хит, несмотря на их, особенно последнего, массовость. А ведь R-1830 и палубный истребитель Grumman F4F-3 Wildcat, на котором он устанавливался, стали первыми серийными представителями своих классов, серийно выпускаемых с двухступенчатым нагнетателем. Под "классом" тут имеется в виду двигатель и самолет. Истребители Grumman F6F Hellcat и Vought F4U Corsar, основа истребительной авиации ВМС США, летали всю войну с R-2800 различных модификаций, оснащенных двухступенчатым нагнетателем.

Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.




В период конец 30х-начало 40х в США сложилась странная ситуация: ВВС США (для зануд: Воздушный Корпус Армии США) делали ставку на турбокомпрессоры как средство повышения высотных характеристик авиамоторов, а во флоте к ним проявили меньший энтузиазм, и другие способы получили свое право на жизнь. В частности двухступенчатые нагнетатели. Другой нюанс - моряки давали предпочтения радиальным авиамоторам воздушного охлаждения, а в ВВС давали шанс и моторам жидкостного охлаждения. Итогом: на морской самолет надо было приспособить двухступенчатый нагнетатель на радиальный двигатель. Wright выпустил R-1820-48 для какого-то нереализованного проекта Brewster в единичном экземпляре, и вроде все, на P&W все зашло гораздо, гораздо дальше. Как на Райте подошли к конструированию своего мотора неизвестно, но скорее всего так же как их коллеги из P&W. Двухступенчатый нагнетатель P&W имел следующие особенности:
- Ступени раздельные (а не каскадный нагнетатель как у британцев);
- После первой ступени поток делился напополам и шел по двум воздуховодам;
- За первой ступенью каждый поток подходил к своему интеркулеру(промежуточному охладителю);
- После которых оба потока сливались;
- Первая ступень - "дополнительная", отключаемая вместе с промежуточными охладителями;
- Карбюратор стоит перед второй, "основной", ступенью;
- На каждую ступень свой привод от картера двигателя, при этом вторая ступень "односкоростная", первая - "двух".

т.е. если у британцев воздух шел в любом случае так:
Карбюратор - Первая и вторая ступени нагнетателя - Промежуточный радиатор - Головки цилиндров

то у американца или так:
Карбюратор - Вторая ступень нагнетателя - Головки цилиндров

и тогда это был режим мотора с обычным односкоростным одноступенчатым нагнетателем.
или так:
Первая ступень нагнетателя - Промежуточный радиатор - Карбюратор - Вторая ступень нагнетателя - Головки цилиндров

У британца было два отдельных воздухозаборника: для промежуточного радиатора и для карбюратора, у американца их должно быть четыре: для первой ступени, для второй ступени, для двух интеркулеров. Когда первая ступень не работала ее заборник закрывался перегородкой. Дроссельных заслонок было две - на каждую ступень своя. Управление режимами двигателя было автоматическим - стоял датчик давления, реагирующий на высоту полета и автоматически подключающий первую ступень, скорости первой ступени переключались также автоматом.

Почему была выбрана именно такая реализация конструкции нагнетателя? В каскадной схеме, которую попробовали на какой-то ранней экспериментальной модификации R-1830 (?), американцам не понравилось что на низких высотах вторая ступень работает неэффективно, впустую. Еще им не нравилось что оба импеллера стоят рядом, греясь и накаляясь, трясясь и вибрируя, в общем оказывая друг на друга вредные механические и тепловые влияния. Промежуточный радиатор очень хотели поставить перед входом в карбюратор после нагнетателей, а желательно и еще один - между ступенями. Но второму мешало ограничения по весу и габаритам, а первое не придумали как скомпоновать с радиальным двигателем. Поэтому его поставили так как поставили - между двух ступеней. Разделение потока на два после первой ступени можно объяснить только проблемами с втискиванием под капот одного большого интеркулера, вместо этого внедрили два маленьких которые плотненько вписались в габариты. Визуально двигатели P&W с двухступенчатым нагнетателем отличаются большей длиной хвостовой части, на R-2800 где эта хвостовая часть была очень аккуратно выполнена в виде блоков цилиндрической формы одинакового диаметра, внутри которых располагались различные агрегаты двигателя, разница в длине моторов с одно- и двухступенчатым нагнетателем заметна особенно наглядно: за двумя рядами цилиндров находился нагнетатель второй, основной, ступени, стоявший в той же плоскости что и ряды, затем идет цилиндр такого же диаметра с карбюратором, и "банка" опять того же диаметра с нагнетателем первой, вспомогательной, ступени.

Что давало применение двухступенчатого нагнетателя двигателю и самолету? Рассмотрим на примере Grumman F4F-4 Wildcat с P&W R-1830-86 Twin Wasp [1] и Grumman F6F-5 Hellcat с двигателем P&W R-2800-10W Double Wasp [2]



На R-1830 с двумя ступенями радиаторов интеркулера было два, видимо для удобства компоновки один разделили на две половинки, это никак не повлияло на принцип системы нагнетания. Воздуховоды к этим половинам можно увидеть при виде спереди, во входном отверстии капота они на 4 и 8 часов. На 12 часов - воздухозаборник карбюратора.
Диаметр импеллеров: основного (вторая ступень) - 24,1 см (9,5 дюймов), вспомогательного (вторая) - 27,9 см (11 дюймов). Передаточные числа для основной ступени: 8,08:1; для вспомогательной: 6,43:1 и 8,48:1 для первой и второй скоростей соответственно. Давление наддува - 22.8 psi. Интересно, что вспомогательную ступень предписывалось включать в случае опасности обледенения - горячий воздух после интеркулера грел карбюратор предотвращая образование льда - тут уже все действия по включению-выключению первой ступени проводились вручную.

1. Двигатель R-1830-86 с F4F Wildcat. Видны большие
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы. Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

К сожалению не удалось для сравнения найти полных данных по двигателю с 1ст2ск нагнетателем, сиречь с P&W R-1830-90, стоявшем на F4F-3a, F4F-4a и F4F-6. Однако заметно что большой прибавки в мощности на средних высотах вторая ступень не давала. Наверняка выше 6км разница была посущественней т.е. 2ст2ск что-то там выдавали, а 1ст2ск уже не мог . Удивляет небольшие отличия по массе и габаритам двух модификаций: 707 кг вес двигателя модификации -86 и 678 кг у -90, длина 170 см у -90 против 161 см у -90.

   P&W R-1830-86
   F4F-4

  Мощность на взлете
  1200 л.с. при 2900 об.мин
  Нормальный режим                                   Боевой режим
  1100 л.с. при 2550 об/мин на высоте до 1000 м      1100 л.с. при 2700 об/мин на высоте до  550 м 
  1080 л.с. ... 2550 об.мин ...       на 1158 м      1135 л.с. ... 2700 об.мин ...       на 1035 м       
  1090 л.с. ... 2550 об.мин ...       на 3440 м      1150 л.с. ... 2700 об.мин ...       на 3500 м      
  1030 л.с. ... 2550 об.мин ...       на 3960 м      1030 л.с. ... 2550-2700 об.мин ...  на 4570 м       
  1040 л.с. ... 2550 об.мин ...       на 5610 м      1040 л.с. ... 2550 об.мин ...       на 5610 м 

   P&W R-1830-90
   F4F-3A, -4A

  Нормальный режим                        
  1100 л.с. при 2550 об/мин на высоте на 1860 м
  1000 л.с. ... 2550 об.мин ...       на 3810 м
  1000 л.с. ... 2700 об.мин ...       на 4420м

3. Кривые мощности и давления наддува P&W R-1830-86
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

4. Схема наддува двухступенчатого нагнетателя R-1830
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

Модификации P&W R-1830 с двухступенчатым нагнетателем:
(буквенно-числовые обозначения "фирменные" - обычно это авиамоторы гражданских самолетов и для поставок за рубеж, нечетные цифровые - по контрактам ВВС, четные - ВМС)
Первым был экспериментальный R-1830 SC-2G, он же R-1830-19, это февраль 38.
R-1830-76 стал серийным и прописался на F4F-3. В чем цимес установки модификации с двумя ступенями на большую летающую лодку непонятно, но R-1830-78 стал своим на Consolidated PB2Y-2 Coronado.
Модификация R-1830-86 - это "Уайлдкэт" вариант F4F-4, а R-1830-88 - опять PB2Y-2/PB2Y-3.



Перейдем к P&W R-2800-10W. Максимальное давление наддува на второй ступени и на второй скорости первой ступени 25,5 psi, на первой скорости первой ступени - 26,3 psi. Для справки: у англичан на "Мерлинах" было 28 psi на высокооктановом топливе. Первый участок работы нагнетателя необычно короткий, еще короче чем у R-1830, в нашем случае на чрезвычайной мощности завал второй ступени начинается со смешных 750 метров, но есть варианты и покруче - кривая зависимости от высоты вообще начинается с наклонного участка (рис.3), т.е. дроссель открыт уже на земле. Такая странная ситуация возникла уже на R-2800-8W т.е. после оснащения двигателя впрыском воды. Лично мне сложно сказать - баг это или фича. На той высоте (7500-8000м) где у британских "Мерлинов" и "Грифонов" начиналось самое интересное - запускалась вторая скорость нагнетателя - американец уже грустнел и чах, его вторая скорость дополнительной ступени совсем не помогала на больших высотах.
Принципиально же на Double Wasp по сравнению с Twin Wasp в концепции двухступенчатого нагнетателя ничего не изменилось. Исключая одну модификацию этого двигателя - R-1830-32W на котором стояла одна из самых навороченных и причудливых систем нагнетания воздуха.

5. Двухступенчатый нагнетатель R-2800 серий A, B, C
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

6. Двигатель P&W R-2800-32W
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

Работы над 32ой модификацией начались под конец войны, прописался он на "Корсаре" варианта F4U-5 который появился уже после ее окончания - контракт на него был заключен 6 февраля 46го года. 32ой принадлежит к E-серии, предыдущие варианты, массово использующиеся на F4U, F6F и пр., к С и CE-сериям. Отличия по сравнению с предыдущей конструкцией коснулись первой, вспомогательной, ступени, и было их два.
- вместо одного импеллера стояло два, работающих параллельно, воздух к каждому поступал по своему воздуховоду и выходил через свой интеркулер;
- привод от двигателя на оба импеллера осуществлялся через общий вал посредством гидромуфт.
Для двух "улиток" импеллеров нашлось место по бокам хвостовой части двигателя, P&W R-2800 этой модификации получил вид, благодаря которому его не спутаешь ни с каким другим авиамотором. Передаточное число на колеса первой ступени теперь автоматически и бесступенчато изменялось от 6,7:1 до 9,65:1. И, может быть, первая, дополнительная, ступень теперь не была отключаемой. Но это не точно. Новый нагнетатель был очень эффективен, достаточно посмотреть на характеристики двигателя с ним, и "Корсара" с этим двигателем.
R-1830-32W и его одноступенчатый собрат по E-серии R-1830-30W (стоявший на F8F-2) были самыми совершенными и последними "истребительными" "Осами".

Модификации P&W R-2800 с двухступенчатым нагнетателем:
R-2800 делятся на серии A, B, C,... Изменения в сериях относятся в основном к усилению двигателя для выдерживания больших нагрузок, кроме серии E на принципы работы нагнетателя с двумя ступенями эти изменения не влияли.
"Морские" R-2800
(буквенные обозначения "W" и "A" после индекса, если они были, условно не показаны)
Экспериментальные версии: X-2 и X-4 (прототипы), -24, 38.
Серийные версии:
R-2800-8, -18, -32, -42. Использовались на всех серийных модификациях истребителя Chance Vought F4U Corsair (кроме штурмовиков)
R-2800-10. Ставился на F6F всех серийных модификаций.
R-2800 в ВВС
Несмотря на приличное количество вариантов для ВВС большей частью они оказались не у дел. Например потому что самолеты для них оказались неудачными, как случилось с XP-60 и XP-56. Все "военно-воздушные" R-2800 предназначались тоже исключительно для истребителей.
R-2800-10 и -65 две массово использующиеся в ВВС модификации с двухступенчатым нагнетателем. Использовались на P-61A и P-61B.
Версии -23, -25, -29, -53, -55 экспериментальные.



Далее сравнение ТТХ P&W R-2800 Double Wasp с двухступенчатым двухскоростным нагнетателем (-10W), с двухступенчатым нагнетателем E-серии (-32W) и с одноступенчатым двухскоростным нагнетателем (-34W). Первый - середина военного времени, второй - послевоенного, третий - поздневоенный/сразупослевоенный. На финальном этапе ВМВ Грумман по какой-то причине изменил двухскоростному нагнетателю, и поздние F7F Tigercat и F8F Bearcat летали с низковысотными версиями мотора, в частности с R-2800-34. Во время же войны истребительный Double Wasp и для ВМС и для ВВС - это авиамотор с 2ст2ск. Или с турбокомпрессором.

   P&W R-2800-10W
   F6F-3

  Мощность на взлете
  2000 л.с. при 2700 об.мин
  Чрезвычайный режим                 Боевой режим                       Нормальный режим
  2250 л.с. 2700 об/мин на 0 м       2000 л.с. 2700 об/мин до 520 м     1675 л.с. 2550 об/мин до 1680 м 
  2075 л.с. 2700 об/мин на 550 м     1755 л.с. 2700 об/мин на 1650 м    1570 л.с. 2550 об/мин на 2190 м          
  2135 л.с. 2700 об/мин на 3780 м    1800 л.с. 2700 об/мин на 4790 м    1525 л.с. 2550 об/мин на 5090 м         
  1965 л.с. 2700 об/мин на 4450 м    1640 л.с. 2700 об/мин на 5520 м    1530 л.с. 2550 об/мин на 5550 м          
  1975 л.с. 2700 об/мин на 5150 м    1650 л.с. 2700 об/мин на 6400 м    1550 л.с. 2550 об/мин на 6710 м

   P&W R-2800-32W
   F4U-5

  Мощность на взлете
  2300 л.с. при 2800 об.мин
  Нормальный режим                                   Боевой режим
  1900 л.с. при 2600 об/мин на высоте 0 м            2300 л.с. при 2800 об/мин на высоте 0 м 
  1500 л.с. ... 2600 об.мин ...       на 9140 м      1800 л.с. ... 2800 об.мин ...       на 9140 м

   P&W R-2800-34W
   F8F-1

  Мощность на взлете
  2100 л.с. при 2800 об.мин
  Чрезвычайный режим                 Боевой режим                            Нормальный режим
  2380 л.с. 2800 об/мин на 0 м       2100 л.с. 2800 об/мин до 300 м          1700 л.с. 2600 об/мин до 2130 м 
  2400 л.с. 2800 об/мин на 300 м     1600 л.с. 2800 об/мин на 2680-4880 м    1450 л.с. 2600 об/мин на 3350-5640 м          
  1790 л.с. 2800 об/мин на 2900 м    
  1850 л.с. 2800 об/мин на 4270 м    

Что касается габаритов, то никаких сюрпризов - R-2800-32W самый большой, R-2800-34W самый небольшой.
                    Вес, кг            Длина, см
P&W R-2800-10W      1125               225
P&W R-2800-32W      1227               245
P&W R-2800-34W      1070               199




5. Кривые мощности, давления наддува и скорости F6F-5 P&W R-2800-10. Двухступенчатый двухскоростной нагнетатель.
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

6. Кривые скороподъемности, скорости и мощности F4U-5 P&W R-2800-32W. Двухступенчатый двухскоростной нагнетатель с гидромуфтами.
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

7. Кривые скорости и скороподъемности F8F-1 P&W R-2800-34W. Одноступенчатый двухскоростной нагнетатель.
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

8. Работа нагнетателя на F6F Hellcut
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

9. F4U и его двигательная установка.
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

10. Схема нагнетателя на F4U
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

11. Схема нагнетателя на F4U-5
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

12. F4F. Видно воздухозаборник нагнетателя.
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

13. F4U-5. Помимо длинного носа, более широкого капота, изменного угла наклона двигателя и прочее признаками Double Wasp'а E-серии являются воздухозаборники первой (дополнительной) ступени нагнетателя.
Pratt & Whitney. Две ступени для Осы.

Оставить комментарий

Архив записей в блогах:
Нервы у меня вообще ни к чёрту. Мне вчера показалось, что меня наебали, и только что выяснилось, что это не так и всё тип-топ. Два дня назад мы определились с отдыхом, надо куда-то ехать в отпуск (в августе). Выбор невелик. Турция? – что-то неохота, там то путчи, то пожары, то ...
Вчера в ночи разболелась верхняя левая восьмерка. Ничего не предвещало, просто выпала пломба и надо бы поставить ее обратно. Но зуб напал на меня внезапно без всяких предварительных ласк и вырвал из сна своим коварным вторжением. Из лекарств у меня только Бромгексин от кашля и ...
Сейчас многие учат с детьми по карточкам многочисленные оттенки одного цвета. Я сама не знаю большей части этих названий, живу отлично. Я понимаю, что у кого-то это особенность профессии, семьи, воспитания и т.п. Но у самой нет никакого желания обучать сына всем этим словам и тонкостям. Пр ...
Корабль  "Endeavour" в ангаре комплекса LC-39A , фото SpaceX. Старт миссии Crew-8 к МКС планируют на 1 марта. Это будет пятый полёт корабля "Endeavour". В рамках действующего контракта корабли Crew Dragon сертефицированы как раз на пять полётов. Поэтому после возвращения ...
...