Почему у старых самолётов двигатель вращался вместе с винтом

У многих самолётов начала XX века вместе с винтом вращались цилиндры двигателя. Коленвал при этом был закреплён на самолёте и оставался неподвижным. Вращение помогало обдувать цилиндры даже на земле, поэтому мотор обходился без тяжёлой системы водяного охлаждения. Такие двигатели назывались ротативными и широко применялись во время Первой мировой войны.

Двигатель, у которого закрепили коленвал

В обычном поршневом авиамоторе цилиндры неподвижны, а коленвал вращается и приводит винт. В ротативном двигателе всё устроили наоборот: коленвал закрепили на самолёте, а картер с цилиндрами мог вращаться вокруг него. К картеру прикрепили винт, и при работе двигателя они вместе совершали больше тысячи оборотов в минуту.

Поршни продолжали двигаться внутри цилиндров и через шатуны были связаны с коленвалом. Но закреплённый вал не мог провернуться, поэтому вокруг него вращался сам картер с цилиндрами. Винт получал мощность прямо от картера, без промежуточной передачи.

По внешнему виду такой мотор легко перепутать со звездообразным двигателем воздушного охлаждения. У обоих цилиндры расходятся от центра, как лучи звезды, но у обычной «звезды» они неподвижны. С двигателем Ванкеля, который иногда вспоминают из-за похожего названия, ротативный авиамотор тоже путать не стоит: здесь работают поршни и шатуны, а не треугольный ротор.

Зачем понадобилось вращать цилиндры

Ранним самолётам нужен был лёгкий мотор, способный подолгу работать с высокой нагрузкой. Водяное охлаждение требовало радиатора, запаса воды и трубопроводов. Чем тяжелее получалась вся установка, тем меньше топлива или груза мог взять аэроплан.

При воздушном охлаждении тепло уходило через наружную поверхность цилиндров. Для этого на них делали рёбра, увеличивавшие площадь обдува. Неподвижные цилиндры охлаждались потоком воздуха от винта и при движении самолёта, но ранние аэропланы летали медленно, и обеспечить хороший обдув было непросто.

В ротативном моторе цилиндры сами быстро вращались, и воздух обдувал их даже на стоянке. В полёте к этому добавлялся встречный поток.

Вращающийся картер с цилиндрами заодно заменял маховик. Он помогал мотору крутиться равномернее, сглаживая толчки от отдельных рабочих ходов поршней. Для лёгкого самолёта с деревянным каркасом и полотняной обшивкой уменьшение вибраций было полезно.

Один из ранних двигателей этого типа, семицилиндровый Gnome Omega, развивал около 50 лошадиных сил и весил примерно 76 килограммов. Радиатор, вода и трубопроводы к этому весу не добавлялись. Ротативные моторы выпускали в разных странах и ставили на разведчики, учебные самолёты и истребители, хотя одновременно применялись и другие конструкции.

Что приходилось терпеть пилоту

Вращающийся двигатель работал как большой гироскоп. Из-за этого в повороте самолёт мог задирать или опускать нос, и пилоту приходилось исправлять это рулями. В какую сторону уводило машину, зависело от манёвра и направления вращения мотора, поэтому правый и левый повороты требовали разных действий.

Много хлопот доставляло масло. Во многих ротативных двигателях его подавали к трущимся деталям, а после смазки выбрасывали наружу: обратно для повторного использования оно не собиралось. Часто применяли касторовое масло, капли которого вместе с выхлопом летели на самолёт и в открытую кабину.

Капот направлял выброс вниз, но полностью защитить пилота от масла и дыма не удавалось. После полёта машину приходилось очищать, а для следующего вылета снова пополнять запас смазки. На долгом маршруте нужно было везти с собой больше масла, что добавляло самолёту вес.

У некоторых двигателей Gnome не было привычного дросселя, которым можно было бы плавно уменьшать мощность. При заходе на посадку пилот пользовался специальной кнопкой: нажимал её и ненадолго отключал зажигание. Двигатель переставал создавать тягу, а когда пилот отпускал кнопку, зажигание снова включалось. У других ротативных моторов были иные способы регулировки, поэтому кнопка не была единственным способом управления для всех таких двигателей.

Почему от ротативных моторов отказались

Самолёты становились быстрее и тяжелее, и им требовались более мощные двигатели. Но крупные цилиндры ротативного мотора приходилось вращать вместе с картером. Это увеличивало нагрузки на детали, а более тяжёлый вращающийся двигатель сильнее мешал управлять самолётом из-за гироскопического эффекта.

Увеличивать обороты тоже было трудно. Чем быстрее вращались цилиндры, тем сильнее их тянуло от центра и тем больше становилось сопротивление воздуха. Часть мощности мотор тратил на преодоление этого сопротивления, и с ростом оборотов потери увеличивались.

Несмотря на эти трудности, ротативные двигатели удалось сделать значительно мощнее ранних моделей. Например, Gnome Type N развивал 165 лошадиных сил. Но вместе с мощностью росли нагрузки и потери, а большой расход масла по-прежнему ограничивал удобство такой конструкции.

Тем временем совершенствовались моторы с неподвижными цилиндрами: как жидкостного охлаждения, так и воздушные звездообразные. Их можно было делать мощнее, не раскручивая тяжёлый блок цилиндров. Неподвижные цилиндры больше не создавали гироскопического момента.

Ротативный мотор хорошо подходил лёгкому аэроплану, которому прежде всего требовались небольшая масса и достаточное охлаждение. Когда другие конструкции стали давать больше мощности и расходовать меньше топлива и масла, сохранять вращающийся блок цилиндров уже не имело смысла.

Изображение в превью:
Автор: ChatGPT / OpenAI
Источник: chatgpt.com