"Противоборство" - читать интересную книгу автора (Ибрагимов Даниял Сабирович)

Харьковский паровозостроительный

В 1897 году в Харькове вступил в строй первый в России специализированный паровозостроительный завод с программой выпуска 185 паровозов в год.

После Октябрьской социалистической революции завод стал многоотраслевым, со значительной численностью рабочих. Наряду с паровозами и тракторами он выпускал дизели в 200 и 3100 лошадиных сил.

Еще в 1922 году в КБ теплового отдела ХПЗ начались исследования в области бескомпрессорного режима и разрабатывалась топливная аппаратура – насосы и форсунки, с помощью которых можно было осуществлять непосредственно впрыск топлива в цилиндр двигателя без помощи сжатого воздуха. В результате исследований в 1930 году был создан четырехцилиндровый бескомпрессорный дизель Д-40 мощностью 470 лошадиных сил с топливным насосом и форсункой оригинальной конструкции.

Возглавлял тогда тепловой отдел, или, как его называли,– отдел «400», Константин Федорович Челпан, человек волевой и целеустремленный, конструктор с теоретическим чутьем, умевший организовать творческий коллектив. Его критериями в работе двигателя были экономичность, прочность, простота. Во многом благодаря ему Д-40 показал довольно высокие результаты. В частности, хорошо работали насос и форсунка, а расход топлива составлял 175 граммов на лошадиную силу в час. К сожалению, двигатель имел большие размеры, а обороты коленчатого вала не превышали 215 в минуту.

Вот это «к сожалению» и не позволило приспособить Д-40 на танк, которому нужны двигатели гораздо меньших размеров и массы, способные сделать его быстроходным. Кроме того, танковый дизель должен иметь простую и надежную систему охлаждения и работать в условиях высокой концентрации пыли и при большой тряске. Само собой разумеется, что для тяжелых танков и мощности его не хватало, чтобы обеспечить соответствующее количество лошадиных сил на тонну массы танка.

Необходимо подчеркнуть, что над созданием танкового дизеля раньше, чем в тепловом отделе ХПЗ, начали заниматься в научно-исследовательском автомоторном институте. Почему именно в НАМИ? Дело в том, что с первых дней Советской власти наша страна прежде всего начала создавать воздушный флот, а для него нужны были моторы.

Но моторы молодой республике необходимы были также для автомобилей, тракторов, броневиков; танков и т. д. Вот почему Советское правительство организовало в стране первый научно-исследовательский автомоторный институт – НАМИ. Организовать его поручили Николаю Романовичу Бриллингу – профессору Московского высшего технического училища имени Н. Э. Баумана. Профессор Бриллинг был восходящей звездой русского моторостроения. Опубликованная в 1907 году его докторская диссертация «Потери в лопатках паротурбинного колеса», в которой впервые были освещены все факторы, определяющие КПД паротурбинного колеса, а также книги «Двигатели внутреннего сгорания» и «Исследования рабочего процесса и теплопередачи в двигателе Дизеля» были буквально нарасхват среди инженеров и студентов-мотористов.

В НАМИ начинали работать многие будущие известные советские моторостроители: Евгений Алексеевич Чудаков, впоследствии академик, Александр Александрович Микулин – племянник Н. Е. Жуковского, будущий академик и создатель авиационных моторов для многих поколений отечественных самолетов, и другие.

Диапазон работ НАМИ в то время был чрезвычайно широк: институт занимался авиационными двигателями, автомобильными моторами, а также конструированием самих автомобилей и созданием моторов для танков. При этом среди авиационных двигателей разрабатывались и нефтяные, и дизельные, и бензиновые как с воздушным, так и водяным охлаждением. Кроме того, Бриллинг по старой привычке строил еще и аэросани.

Экспериментальная база НАМИ была слабенькой: десяток-другой станков. И каждую новую конструкцию приходилось создавать, как говорится, на ощупь, методом проб и ошибок. Но слабость экспериментальной базы Бриллинг компенсировал очень высоким уровнем теоретических исследований. Сам он был первоклассным теоретиком.

Впоследствии по его инициативе были закуплены образцы зарубежных двигателей. Их разбирали, делали с них кроки-эскизы. А. А. Микулин буквально обнюхивал каждую деталь – это тоже была учеба. Потом – чертежи. И уже по готовым чертежам теоретики-«прочнисты» НАМИ, среди которых всегда выделялся Нейман, ставший впоследствии одним из ведущих специалистов по расчету поршневых авиамоторов, провели всестороннее исследование. Оказалось, что в ряде случаев зарубежные конструкторы двигателей даже не догадывались о скрытых возможностях их детищ. Иначе без особого труда модернизировали бы эти моторы, значительно повысив их мощность.

В 1930 году институт разделился. НАМИ теперь целиком ориентировался на автомобильную промышленность, тем более что началось строительство гигантского Нижегородского (ныне Горьковского) автозавода.

Другая часть автомотористов да плюс специалисты Центрального авиационного гидродинамического института были объединены в институт авиационного моторостроения, чуть позже названного Центральным – ЦИАМ.

Процитирую абзац из статьи А. Волгина «Т-34 против „тигра“ из „Науки и жизни“ № 1 за 1982 год:

«К концу 20-х годов в НАМИ были заложены научно-технические предпосылки для создания танковых двигателей. Конструкторские разработки в этом направлении начались в НАТИ в 1931 году. Создание двигателя было поручено главному конструктору двигателей тяжелого топлива А. К. Дьячкову. В короткие сроки – уже к 1932 году – были выпущены рабочие чертежи двигателя, получившего марку Д-300, и переданы для изготовления по ним опытных образцов на Харьковский паровозостроительный завод. При массе около 1200 килограммов короткоходный V-образный 12-цилиндровый двигатель без наддува имел мощность, а также компоновочные габариты, не превышающие габаритов тогдашних авиационных двигателей, которые были определены техническим заданием».

Запомним, что дизель Д-300 создавался специально для установки в танке и его габариты были заданы: не превышать габаритов тогдашних авиационных двигателей. Несомненно, освоение двигателя со столь высокими характеристиками в то время было делом нелегким. Поэтому харьковские паровозостроители изготовление их опытных образцов затянули. За что директор ХПЗ получил от наркома тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе серьезный упрек.

Но и после этого дело не сдвинулось. Тогда в 1933 году изготовление Д-300 было передано на Ленинградский опытный завод (впоследствии имени С. М. Кирова). Там с большим трудом к 1935 году один экземпляр двигателя был изготовлен. Он испытывался на танке БТ-5 в течение года. Испытания прошли успешно, и танк с новым двигателем был показан наркому Серго Орджоникидзе.

Но этот двигатель в серию не пошел. Почему? Над дизельными двигателями в 30-е годы работали не только в НАМИ, но и в ЦИАМе – Центральном институте авиационного моторостроения. Разрабатывались они для установки на самолетах и дирижаблях. Созданный здесь авиационный двигатель тяжелого топлива АН-1 отличался высокой экономичностью и послужил основой для ряда многих быстроходных двигателей, применяющихся и по сей день. Подчеркнем – основой, а не прототипом, в том числе и будущего танкового двигателя.

Обратим внимание вот на что. Двигатель для танка Д-300 в НАМИ начал разрабатываться в 1931 году, в 1932 году были выпущены уже рабочие чертежи. Двигатель АН-1, опробованный на стенде, а затем установленный в самолете Р-1, не выдержал летных испытаний. Поэтому дальнейшие работы по созданию авиационного дизеля были прекращены.

Как уже сказано, на ХПЗ был тепловой отдел, или отдел «400». Ему в 1932 году Управление механизации и моторизации РККА и выдало задание на разработку танкового дизеля БД-2.

Чем же обусловлено то обстоятельство, что в НАМИ уже был разработан в чертежах танковый дизель Д-300, а военные выдали тепловому отделу ХПЗ почти аналогичное задание?

Во-первых, создание такого дизеля было необходимо для самого ХПЗ, так как со второй половины 1931 года он приступил к производству быстроходных танков БТ, на которые устанавливались авиационные двигатели М-5, имевшие мощность 400, а дизель НАМИ Д-300 имел мощность только 300 лошадиных сил. Установка его на БТ ухудшила бы скоростные и маневренные качества.

Во-вторых, учитывался и психологический фактор. ХПЗ не имел опытного производства и сам, например, для изготовления отливок из алюминия должен был обращаться к соседям, а тут еще чужой двигатель. Ясно, что ХПЗ будет двигать в первую очередь свои заказы.

И. Я. Трашутин в статье «Рождение танкового двигателя», опубликованной в 1975 году в журнале «Техника и вооружение», пишет:

«В начале 30-х годов по заданию правительства на одном из машиностроительных заводов, выпускавшем компрессорные дизели, приступили к созданию высокооборотного танкового дизеля. Согласно заданию, он должен был обладать более высокой мощностью, чем устанавливаемые в танках (отработавшие свой срок в самолетах) авиационные бензиновые двигатели, в то же время иметь габариты и удельный вес, приближающийся к авиационным двигателям».

Таким образом, конструкция его была определена: по габаритам и массе – не выше авиационных моторов М-5, то есть дизель БД-2 должен был лечь в прокрустово ложе авиационного двигателя; по рабочему процессу сгорания предполагалось учесть опыт, накопленный при создании дизеля БД-14, и опыт НАМИ и ЦИАМ.

Реализовать эти требования, да еще в кратчайшие сроки, было не легко. Мировая техника не имела танковых дизелей, удовлетворяющих этим требованиям. Правда, в августе 1931 года польское правительство закупило 38 английских машин «Викерс шеститонный», а спустя два года конструкторы этой страны изготовили своего первенца. От английского прототипа его отличали дизельный двигатель водяного охлаждения «Заурер». Но мощность его была всего 110 лошадиных сил, которая не могла обеспечить танку ни большой скорости, ни тем более высокой удельной мощности на тонну массы танка.

Советским конструкторам пришлось становиться на непроторенный путь. К тому же поставленная задача ложилась на плечи молодых конструкторских сил.

Основная трудность в создании дизеля с высокими техническими данными заключалась в том, что рабочий процесс такого двигателя, тепловой режим и механическая прочность деталей в условиях повышенных динамических нагрузок были еще мало исследованы. Правда, по вопросам конструирования дизелей к этому времени вышел ряд фундаментальных трудов советских авторов. Но это не очень-то помогало решить проблему. Требовались экспериментально проверенные данные. А их не было. Молодые конструкторские силы харьковского завода – трудолюбивые, талантливые, любопытные, умеющие довести дело до конца – создали сами своеобразную научно-исследовательскую лабораторию. Они посчитали, что строить весь двигатель сразу и идти по пути проб и ошибок, накапливая тем самым опыт, было долго и накладно. Лучше всего сделать двухцилиндровый отсек двигателя и на нем получить необходимые ответы. Так и сделали.

Их двигатель развивал мощность 70 лошадиных сил при 1700 оборотах в минуту. Это было мало и немало. При постройке 12-цилиндрового дизеля двигатель харьковчан мог иметь мощность 420, а двигатель германской фирмы «Заурер» всего 330 лошадиных сил.

Между прочим, блочные исследования перед постройкой всего двигателя применялись многими советскими конструкторами. Во-первых, это было дешевле, во-вторых, проще изготовить часть двигателя, чем весь, особенно при отсутствии крупной и хорошо оснащенной экспериментальной базы. Так, блочный метод исследований авиационного двигателя М-34 в 1930 году применил конструктор А. А. Микулин. Он решил сначала строить не весь V-образный мотор, а только его половину – один ряд цилиндров, всесторонне его испытать и только тогда, будучи уверенным, что все в порядке, создавать мотор целиком. А чтобы еще выиграть время, Микулин пошел на хитрость: он поставил свой блок цилиндров на картер мотора фирмы «Юнкерс». И только после испытания и отладки блока поставил его на рабочее место в «родном» картере. Это сэкономило конструктору 3 месяца...

В результате выполнения большого объема научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на ХПЗ удалось подобрать основные конструктивные параметры нового дизеля и оформить материалы для его изготовления.

К 1 мая 1933 года быстроходный дизель БД-2 был собран и обкатан. Но испытания обнаружили в нем столько дефектов, что о постановке его на танк пока не могло быть и речи. Например, головка двигателя с двумя клапанами не обеспечивала заданной мощности из-за низкого коэффициента наполнения цилиндров. Оказались недостаточно жесткими конструкции картера и коленвала. Дизель имел значительную вибрацию. Картер давал трещины, в его соединениях появлялись течи масла, разрушались подшипники коленчатого вала. В соединении головки блоков с блоком цилиндров пробивались газы, появлялись трещины в опорах кулачкового валика. Недостаточной была и жесткость цилиндров, из-за чего нарушалась их геометрия, а это приводило к нарушению нормальной смазки поршневой группы, разрушались поршневые кольца.

Конструкторы перепутали день и ночь, гоняя дизель на стенде, затем то разбирая его после очередной поломки, то вновь собирая.

Позднее один из конструкторов Н. А. Кучеренко вспоминал:

«Понимая, что военное дело не может стоять на месте, наш заводской коллектив поставил перед собой задачу: заменить бензиновый мотор на мощный малогабаритный быстроходный дизель. Но в практике танкостроения такого дизеля еще не было. И тогда пришло решение – создать его... И двигатель был создан!

Однако он не сразу встал на свое место. Как строптивый конь, новый двигатель доставил немало хлопот. Во время испытаний модернизированной машины то и дело происходили различные поломки. Но конструкторы не отчаивались. Дизель постепенно стал «привыкать» – устойчиво работать на испытательном стенде и в опытном образце».

Основная трудность заключалась в том, что рабочий процесс такого двигателя, тепловой режим и механическая прочность его деталей в условиях повышенных динамических нагрузок были еще мало исследованы. Лишь предполагалось, что давление газов в цилиндрах быстроходного дизеля превысит в 2 – 2,5 раза давление вспышки в обычных карбюраторных двигателях. А как будет?

Для решения возникших проблем требовались экспериментально проверенные данные. Для исследовательских работ на заводе был изготовлен 2-цилиндровый двигатель БД-14 с V-образным расположением цилиндров, с углом развала 45°. Диаметр цилиндров был выбран 140 миллиметров с ходом поршня 165 миллиметров. Такой двигатель при 1700 оборотах в минуту развивал мощность 70 лошадиных сил.

Параллельно началась конструктивная проработка и изыскание материалов для 12-цилиндрового дизеля БД-2 – родоначальника отечественного танкового дизеля.

В результате выполнения большого объема научно-исследовательских работ удалось подобрать основные конструктивные параметры нового дизеля и материалы для изготовления. Его мощность составила 400 лошадиных сил при 1700 оборотах в минуту, удельный расход топлива 180 – 190 граммов на лошадиную силу в час, диаметр каждого поршня 150, ход поршня 180 миллиметров, угол развала между цилиндрами 60 градусов, охлаждение принудительное, водяное. Камера сгорания была смещена относительно оси цилиндров. Каждый цилиндр снабжался впускным и выпускным клапанами. Неподвижные части кривошипно-шатунного механизма {картер, блоки, головки) соединялись силовыми шпильками. Коленчатый вал имел конусный конец с одной шпонкой для крепления главного фрикциона.

При проектировании конструкторы разработали две схемы общей компоновки двигателя: полублочную с отдельными стальными цилиндрами и блочную со вставными гильзами и общей головкой, а также несколько вариантов передач к распределительным валам.

Все дизели того периода были водяного охлаждения и строились в основном по блочной схеме. Наибольшее распространение получили V-образные двигатели – два блока по шесть цилиндров.

Советское правительство внимательно следило за развитием моторостроения и принимало все меры для его форсирования. На вторую пятилетку намечался переход на производство только бескомпрессорных дизелей на всех заводах страны и широкое развитие производства легких дизелей для всех видов транспорта: тепловозного, автомобильного, тракторного и даже авиационного.

Уже в ноябре 1930 года вышло специальное постановление ЦК ВКП(б) об установлении дизелей на автомобили и тракторы. Надо сказать, что на первых порах при создании дизеля БД-2 на ХПЗ недостатка в квалифицированных кадрах конструкторов-дизелистов не ощущалось. В разработке дизеля активно участвовали такие опытные конструкторы-дизелисты, как К. Ф. Челпак, Я. Е. Вихман, Т. П. Чупахин, И. С. Бер, А. В. Дворниченко, военпред завода М. Н. Федоров и другие. Поэтому наркомат тяжелой промышленности, хотя и имел в своем распоряжении ЦИАМ, поручил отделу «400» ХПЗ также работы по доводке авиационного двигателя АН-1. И получилось, что отделу в дальнейшем пришлось одновременно трудиться над разработкой и доводкой модификаций дизелей: авиационного, танкового. Это, конечно, распыляло силы. Но говорят: нет худа без добра. Опыт работы по созданию легких, быстроходных авиационных дизелей с их высокой культурой проектирования и производства был использован при постройке на ХПЗ более мощного варианта танкового дизеля БД-2.

Пополнились и конструкторские силы, работавшие над созданием и доводкой танкового дизеля. Теперь в тепловом отделе «400», по-прежнему возглавляемом К. Ф. Челпаном, рядом с его помощниками Я. Е. Вихманом, И. Я. Трашутиным, П. О. Яриным работали такие квалифицированные конструкторы, как А. К. Башкин, Г. Д. Париевский, С. Ф. Горбатюк, Е. М. Лев, М. Н. Литвиновский.

В октябре 1933 года на ХПЗ из Москвы прибыла представительная комиссия. Возглавил ее начальник кафедры двигателей Военной академии механизации и моторизации РККА профессор Ю. А. Степанов. В комиссию вошли военпред ХПЗ М. Н. Федоров, а также И. И. Гутерман, Н. А. Шалягин, Т. П. Чупахин, И. Я. Трашутин, М. П. Поддубный и другие.

Комиссия решила подвергнуть испытаниям два дизеля БД-2. Один был размещен на стенде, а второй комиссия потребовала установить на танк БТ-5.

Вот тут-то и возникли споры, а нужно ли на танк устанавливать дизель вместо бензинового двигателя? Тем более, что уже был проект в дальнейшем на танк вместо двигателя М-5 установить более надежный авиационный бензиновый двигатель М-17Т, освоение которого только что начато промышленностью.

– Дизель экономичнее, он расходует меньше топлива на единицу мощности. Главное же – применение тяжелого дизельного топлива вместо авиабензина уменьшает опасность пожара в танке,– говорили приверженцы дизеля.

– Но... новый двигатель еще только проходит стендовые испытания и лишь предполагается опробовать его в танке. А как он себя поведет в нем – бабушка надвое сказала,– возражали скептики.

– Все без исключения иностранные танки имеют бензиновые моторы. Целесообразно ли для наших танков вводить особый сорт горючего? Это затрудняет снабжение войск, машины не смогут заправляться бензином со складов, захваченных у противника...– возражали противники дизеля.

В разгар спора конструктор Николай Кучеренко на заводском дворе использовал не самый научный, зато наглядный пример преимущества нового топлива. Он брал зажженный факел и подносил его к ведру с бензином – ведро мгновенно охватывало пламя. Потом тот же факел опускал в ведро с дизельным топливом – пламя гасло, как в воде...

И тут же Кучеренко добавлял:

– Кто же из вас не знает, что пожар в танке угрожает взрывом боекомплекта, последствия которого непоправимы...

– В принципе дизель проще по конструкции и надежнее бензинового мотора, он не имеет «деликатных» систем зажигания и карбюрации рабочей смеси,– убеждал сомневающихся конструктор Афанасий Фирсов.– Топливо с помощью форсунки подается непосредственно в цилиндры двигателя и самовоспламеняется, когда температура сжимаемого воздуха достигает необходимой величины...

Дизель БД-2 установили на танк БТ-5 и к 16-й годовщине Великой Октябрьской социалистической революции (к 7 ноября 1933 года) провели первые пробеговые испытания танка.

Члены комиссии обратили внимание на устойчивость работы дизеля при изменениях нагрузок и переключениях передач, на жесткость и вибрацию при работе его в танке и многое другое. Но так как среди проверявших не было специалиста-танкиста, который мог бы дать квалифицированное заключение по характерным особенностям работы дизеля в танке и управлению машиной, то снова вокруг дизеля вспыхнули жаркие споры.

Теперь уже противники установки дизеля на танках кроме теоретических предпосылок имели и некоторые данные испытаний. Некоторые члены комиссии заметили, что работа дизеля в танке вызывает ненормальную и повышенную его вибрацию, которая передается на броневой корпус, а это вызывает болезненные ощущения у экипажа машины. Высказывались опасения, что такое явление повысит утомляемость танкистов. Говорили, что вибрация дизеля помешает вести наблюдение через оптические приборы и, следовательно, затруднит стрельбу из орудия.

Были высказаны мнения и об особо вредной вибрации, возникающей при работе дизеля на критических оборотах и повышенных нагрузках.

Не обошлось и без предложений о сокращении безостановочных и суточных пробегов для экипажей танков, в которых установили дизель.

После доработки дизеля, внесения в его конструкцию некоторых усовершенствований провели повторные испытания. На них двигатель проработал 100 часов, развивая заданную мощность, что было уже большим достижением.

В марте 1935 года Советское правительство, не ожидая результатов испытаний дизеля БД-2, приняло решение о строительстве специального завода для его выпуска.

Пока подготавливались чертежи и вся техническая документация, необходимые для строительства завода, дизели БД-2 испытывались на танках БТ-5, а затем и на танках БТ-7.