В результате испытания непосредственной связи дефектов дымления цилиндров и уступчатого износа с завышенными перекосами осей отверстий в главном шатуне под пальцы прицепных шатунов не установлено.

Всего за время испытания было снято по дымлению цилиндров 4 мотора с общим количеством дымящих цилиндров 13 штук. Все эти цилиндры оказались в удовлетворительном состоянии, несмотря на то, что в трех из них стояли прицепные шатуны с завышенным перекосом.

10. Для исследования влияния на образование уступчатой выработки осушающего действия маслосборных колец проведено контрольное испытание 25-ти моторов АШ-82ФН с маслосборными кольцами, имеющими глубину торцевых выемок для сброса масла, уменьшенную на 0,1 мм.

Результат испытания неудовлетворительный. Из 25-ти моторов снято по дымлению цилиндров 5 шт., на 6-ти из числа дымящих цилиндров обнаружен кольцевой износ.

11. Возможность возникновения уступчатой выработки в зависимости от повышенного разжижения масла бензином была проверена анализом масла, взятого с 11 моторов, имевших дымление цилиндров, и 4-х моторов, работавших нормально.

Пробы масла брались при работе на режиме номинала из крана слива магистрали у сетчатого фильтра.

Результат анализа: в масле, отобранном из магистрали дымивших моторов, содержалось в среднем от 2,2 до 3% бензина и только на одном моторе эта величина составила 4,4%. В масле удовлетворительно работавших моторов содержание бензина было несколько ниже: в 3-х случаях от 1,2 до 1,7% и в одном случае 2,45%.

Как видно из приведенных цифр, разжижение масла не отличается от разжижения, наблюдаемого на удовлетворительно работающих моторах.

12. Для проверки предположения причины выявления дымления цилиндров в том случае, когда на рабочей поверхности их отсутствует чрезмерный износ или уступчатая выработка, от неравномерной затяжки цилиндровых гаек, вызывающей деформацию нижнего участка гильзы цилиндра, был проведен опыт следующего содержания:

На одном из контрольных моторов АШ-82ФН, на котором было отмечено дымление цилиндров №№ 3, 4, 5 и 6, после предварительного осмотра их электролампочкой через свечное отверстие, была произведена перетяжка цилиндровых гаек и мотор вновь отправлен на испытание. При повторном испытании на моторе было отмечено дымление у цилиндров №№ 2, 3, 4 и 7, а ранее дымившие цилиндры №№ 5 и 6 работали нормально. После вскрытия дымивших цилиндров, в цилиндре № 4 обнаружен значительный уступ.

Восстановление нормальной работы цилиндрами №№ 5 и 6 после перетяжки гаек их крепления говорит о том, что отдельные случаи плохой работы цилиндров по вышеуказанной причине вполне возможны.

13. Для определения зависимости износоустойчивости рабочей поверхности цилиндров и возможности возникновения на ней уступчатой выработки от конструкции газоуплотни-тельных колец (особенно 1-го) и различных антифрикционных покрытий рабочей образующей этих колец, были проведены следующие испытания:

а) Контрольное испытание 16 моторов АШ-82ФН с постановкой в первую канавку поршней уплотнительного кольца с цилиндрической образующей вместо конусной образующей, присущей серийным гозоуплотнительным кольцам.

Результат испытания: постановка в первую канавку поршня уплотнитель-ного кольца с цилиндрической образующей, при том же самом количестве снимаемых с испытания моторов по дымлению цилиндров, уменьшает вероятность образования на зеркале цилиндров уступчатой выработки на 20-30%.

б) Контрольное испытание 17-ти моторов АШ-82ФН с постановкой в первую канавку поршней уплотнитель-ных колец с цилиндрической образующей, и с целью достижения лучшей приработки этих колец, всеми прохо-нингованными перед постановкой на моторы цилиндрами.

Результат удовлетворительный. Все моторы прошли испытание без дефектов цилиндровой группы.

в) Контрольное испытание 215 моторов с предварительно прохонинго-ваиными цилиндрами переднего ряда и цилиндра № 11 заднего ряда, с постановкой в первую канавку поршней этих цилиндров газоуплотнительных колец с цилиндрической образующей.

Результат испытания удовлетворительный.

Из 230-ти поставленных на испытание моторов снято по дымлению цилиндров 24 мотора (11%).

При осмотре из числа дымивших цилиндров с уступчатой выработкой было обнаружено только 3 цилиндра на 3-х моторах, все же остальные цилиндры находились в удовлетворительном состоянии.

ПРИМЕЧАНИЕ: В случае съема моторов по дымлению цилиндров, собранных на контрольное испытание с нехонингованными цилиндрами и уплотнительными поршневыми кольцами с конусной образующей, цилиндры с уступчатой выработкой обнаруживаются почти на каждом снятом моторе.

г) Контрольное испытание 22-х моторов АШ-82ФН с постановкой в первую канавку поршней газоуплот-нительных колец с закруглением рабочей кромки радиусом R 0,4ё0,6 мм вместо R 0,1 макс.

Для обеспечения лучшей приработки этрх колец к цилиндрам время приработки моторов перед контрольным испытанием было увеличено с 43 мин до 1 часа 35 мин.

Результат испытания удовлетворительный.

За время испытания по дымлению цилиндров был снят только один мотор.

Несмотря на положительные результаты, полученные по работе этих колец, продолжение испытания их в более массовом масштабе не было осуществлено по причине трудностей правильного скругления радиуса рабочей кромки до величины 0,4ё0,6 и обеспечения его контролирования.

д) 10 десятичасовых испытаний на одноцилиндровой установке поршневых газоуплотнительных колец, хромированных по образующей по 10 вариантам технологий.

Во всех случаях хромированию были подвергнуты кольца с конусной образующей (серийные).

В результате испытания установлено, что износ колец и цилиндров имеет связь с технологией хромирования. Из 10-ти технологий выбраны 3, дающие наименьшие износы колец и рабочей поверхности цилиндров. Общий износ цилиндров при работе в паре с хромированным кольцом уменьшается на 20-25%. Кроме того, значительно улучшается работа 2-го и 3-го кольца и повышается стойкость поршня к задиру.

е) 10-ти часовое повторное испытание 3-х вариантов поршневых газоуплотнительных колец с конусной образующей по трем вариантам тех-нолигии (5-й, 6-й и 8-й).

Результат испытаний удовлетворительный. Износы цилиндров не превышают 0,04ё0,06 мм. Кольца в хорошем состоянии. Из 3-х технологий лучшей оказалась технология № 5.

ж) Сдаточное испытание 18 мотоpos АШ-82ФН с постановкой на все поршни в первую канавку газоуплот-нительных колец, хромированных по образующей по лучшему варианту технологии (№ 5).

Результат испытания неудовлетворительный: по причине недостаточного скругления рабочих кромок после хромирования, а также и несовершенства технологии хромирования, обнаружена неравномерная приработка и скалывание хрома.

Продолжаются дальнейшие работы по усовершенствованию конструкции кольца и технологии хромирования.

з) 10-ти часовое испытание на одноцилиндровой установке хромированного газоуплотнительного кольца с цилиндрической образующей. Хромирование производилось по варианту лучшей технологии.

Результаты испытания удовлетворительные. Состояние поршневых колец хорошее, а максимальный износ цилиндра не превышает 0,035 мм.

и) Сдаточное и контрольное испытание 11 моторов АШ-82ФН с постановкой в первую канавку поршней хромированных газоуплотнитель-ных колец с цилиндрической образующей. После хромирования для удаления наплыва хрома с боковых тор-цев кольца подвергались дополнительному лапингованию и скруглению рабочих кромок.

Результаты испытания: состояние колец и цилиндров после сдаточного испытания удовлетворительное.

Контрольное испытание все моторы прошли без дефектов поршневой группы.

к) Помимо вышеуказанных в этом параграфе работ, на одноцилиндровой установке в течение 10 часов были испытаны:

3 варианта освинцованных поршневых колец, графитировонные кольца, кольца с фаской на рабочей кромке (по типу завода № 29) и кольца увеличенного сечения (на 0,6 по толщине и 0,7 по ширине).

Полученный во всех случаях результат неудовлетворительный: значительно повышается износ гильз и колец.

14. Вопрос создания профиля рабочей поверхности цилиндра, который в нагретом (рабочем) состоянии максимально соответствовал бы цилиндрическому, начал занимать внимание конструкторов нашего завода еще в 1939 году, но тогда все начатые в этом направлении работы вследствие быстрой смены серийных объектов остались незаконченными. И только с начала 1943 года, после внедрение в серийное производство мощного мотора АШ-82ФН этот вопрос приобрел соответствующую остроту в связи с наблюдавшимися на этих моторах дефектами преждевременного износа и уступчатой выработки цилиндров.

С 1943 года после ряда проведенных кратковременных и длительных испытаний (в том числе 2-х испытаний по 150 часов) были отработаны для внедрения в серийное производство цилиндры с параболическим профилем рабочей поверхности в верхней части, обеспечивающим с расстояния 80-100 мм от верхнего торца гильзы плавное сужение верхнего отверстия гильзы на 0,15ё0,25 мм.

Такой профиль рабочей поверхности приблизительно на половину уменьшал тепловой раструб в верхней части цилиндра (см. фиг. 3) и, по мнению конструкторов, должен был значительно уменьшить возможность образования на рабочей поверхности цилиндров уступчатой выработки и удлинить срок службы цилиндров за счет увеличивающейся в этом случае нормы износа до прежнего ремонтного размера.

Внедрение в серийное производство цилиндров с параболическим профилем зеркала было начато в феврале месяце 1945 года сборкой и испытанием одного-двух моторов в сутки.

За этот период было собрано и испытано около 70 моторов, из которых по дымлению и уступчатой выработке цилиндров было снято только 6 моторов.

Полный переход на такие цилиндры был осуществлен в конце апреля 1945 года вследствие резкого возрастания, по причине указанных дефектов, съема с контрольного испытания моторов АШ-82ФН. Но этим поставленной цели достигнуть не удалось, ток как дефект не только не снизился, а наоборот продолжал расти и в период половины мая достиг катастрофической величины, составившей 40% съема моторов от числа поставленных на испытание.

В результате такого положения, сложившегося у некоторых ответственных работников завода убеждения, что основной причиной такого интенсивного развития дефекта являются вновь введенные цилиндры с параболическим профилем зеркала, последние с 15-го мая, по указанию директора завода, были с производства сняты и заменены цилиндрами прежней конструкции, т.е. с цилиндрическим профилем зеркала.

Несколько позднее, анализом статистических данных было установлено, что действительно, параболический профиль рабочей поверхности в верхней части цилиндра работу цилиндровой группы нисколько не улучшает, ибо съем моторов по дымлению и отбраковка цилиндров по уступчатой выработке для цилиндров с параболическим профилем зеркала и цилиндров с нормальным профилем зеркала составляет одну и ту же величину.

Но на этом работы с исследованием профиля рабочей поверхности не прекратились, а продолжали развиваться дальше в свете новой гипотезы о природе образования уступов, высказанной Главным Конструктором АД. Швецовым.

Сущность этой гипотезы заключается в предположении периодического отставания главным образом первого газоуплотнительного кольца поршня от профиля зеркала цилиндра в начале раструба, образующегося в верхней части гильзы в результате ее тепловой деформации. Отрыв кольца происходит под действием большой скорости движения, максимальные значения которой (17-20 мт/сек), как подтвердили исследования профиля зеркала цилиндра в нагретом состоянии, совпадают с моментом прохождения кольцом кривизны, образующей раструб.

Периодически отрываясь от профиля рабочей поверхности, кольцо под действием силы упругости разжимается и с ударом вновь соприкасается с зеркалом, производя в месте удара уступчатую выработку.

Наиболее вероятным тактом рабочего процесса, в котором происходит отрыв кольца от зеркала цилиндра, следует предполагать такт выхлопа, так как в этом такте верхнее кольцо свободно от воздействия на него газовых усилий и в основном находится только под влиянием сил собственной упругости и силы инерции, развивающейся от давления. Естественно, что для исключения явления отставания кольца от профиля рабочей поверхности этот профиль в нагретом состоянии должен максимально приближаться к цилиндрическому.

Рядом проведенных опытов удалось установить, что лучшим профилем рабочей поверхности цилиндра, который в нагретом состоянии максимально приближается к цилиндрическому, является профиль, соответствующий деформации верхнего конца окончательно обработанной по зеркалу гильзы после навертывания на нее головки.

В этом случае уменьшение диаметра верхнего отверстия гильзы обеспечивается по произвольной кривой на величину от 0,3 до 0,5 мм на длине 50-65 мм от верхнего торца (см. фиг. №№ 4 и 5).

Для проверки работы цилиндров с таким профилем было проведено:

а) 50-ти часовое испытание на одноцилиндровой установке в паре с серийными поршневыми кольцами.

Результат испытания: износ за 50-ти часовое испытание не превышает износа, получающегося за 10 часов на серийном цилиндре.

Состояние поршневых колец хорошее.

б) 10-ти часовое моторное испытание с газоуплотнительными кольцами и в первой канавке поршней хромированными по образующей (образующая конусная).

Результат испытания: износ цилиндров не превышает 0,04 мм. Состояние колец хорошее.

в) Испытание малой серии моторов АШ-82ФН в количестве 60 моторов с постановкой в первую канавку всех поршней газоуплотнительного кольца с цилиндрической образующей.

Результат испытания: после сдаточного испытания из числа опытных цилиндров, было обнаружено 6 цилиндров с уступчатой выработкой, расположенной на высоте 224 мм от нижнего торца гильзы, которая в отличие от выработки, получающейся на цилиндрах с обычным профилем, имела обратный характер (см. фиг. № 6).

Тотчас произведенными исследованиями было установлено, что причиной такой выработки являлась работа в распор 2-х маслосборных колец, находящихся в 4-й канавке поршня.

После соответствующего увеличения зазора в стыке этих колец, указанная выработка больше не наблюдалась.

Во время прохождения моторами контрольного испытания, из их числа было снято по дымлению цилиндров только 3 мотора (5%). При вскрытии и осмотре восьми дымивших цилиндров обнаружено, что 7 цилиндров находились в удовлетворительном состоянии и один цилиндр имел прямую уступчатую выработку, расположенную по средине гильзы цилиндра.

г) Длительное 50-ти часовое испытание мотора АШ-82ФН № 82142192, взятого из числа малой серии.

Поршневые кольца в первой канавке с цилиндрической образующей.

Результат испытания удовлетворительный. Все цилиндры после испытания находились в хорошем состоянии, пригодном для дальнейшей работы. Максимальный износ в верхнем поясе у 5-ти цилиндров составлял от 0,12 до 0,17 мм.

Состояние поршневых колец хорошее.

д) Длительное 150-ти часовое Государственное испытание мотора АШ-82ФН № 82143252, также взятого из число малой серии. Поршневые кольца в первой канавке поршней с цилиндрической образующей.

Результат испытания удовлетворительный. Все цилиндры после испытания находились в хорошем состоянии, пригодном для дальнейшей работы.

Максимальный износ на 4-х цилиндрах достигал от 0,14 до 0,18 мм.

Состояние поршневых колец хорошее.

Но основании положительных результатов перечисленных выше испытаний, цилиндры с гильзами, окончательно обработанными до соединения с головкой, и постановка в первую канавку поршней газоуплотнительного кольца с цилиндрической образующей, с 1-го августа 1945 года введена в серийное производство для постановки на моторы АШ-82ФН».

Возможно, читатель утомлен одним только прочтением этого доклада, зато теперь он наверняка понял, что такое труд моторостроителей.

Все эти титанические усилия не пропали даром: была наконец определена истинная причина появления уступчатой выработки гильз цилиндров и преждевременного износа поршневых колец. Ею оказалась конструктивная недоработка мотора - тепловой «раструб» гильзы, получающийся при работе мотора в результате его нагрева. Пониженные относительно допустимых по ТУ температуры мотора на самолете Ла-5ФН долгое время «скрывали» этот дефект, но на Ла-7 он проявился в полной мере.

С 3 августа 1945 года завод №19 начал выпускать моторы АШ-82ФН ред. 11/16 5-й серии с № 8215001. Ресурс моторов 5 серии составил 150 часов. Новые цилиндры завод начал ставить и на моторы АШ-82ФН ред. 9/16 4-й серии с № 8224350.

Моторы 5 серии имели следующие отличия:

1. Цилиндры изготовлены по новой технологии - гильзы окончательно обработаны до навертывания головки. В верхнюю канавку всех поршней поставлено цилиндрическое ла-пингованное кольцо вместо конусного.

2. В нижнее уплотнение кожухов тяг поставлен маслостой-кий дюрит производства завода №734, изготовленный по специальным ТУ.

3. Поставлен насос НБ-ЗФА с верхним расположением РС-2Ф и с внутренним подводом масла к РС-2Ф. Поставлены малогабаритные анероиды АРС-1.

4. Поставлены магнето БСМ-14М серии «Е» с пусковым контактом производства завода №306.

5. Поставлена крыльчатка нагнетателя с 22 вырезами радиуса 11,5 мм на равных расстояниях по окружности.

6. Внутренние поверхности всасывающих и выхлопных полостей головок цилиндров, полости задней и передней половин корпуса нагнетателя, дроссельная коробка с переходником — зачищены с целью получения лучшей гидравлики.

К боевым действиям против империалистической Японии новые моторы все же не успели. В октябре 1945 года И.К. Четверик отмечал:

«Возвратившиеся из в/частей ДВФ механики докладывают, что основным дефектом моторов АШ-82ФН является дефект кольцевой выработки гильз цилиндров. Так, в одной из в/ч только за 20 дней по этому дефекту снято 40 цилиндров (моторы 3-й и 4-й серии).

О поведении моторов 5-й серии в эксплуатации сведений пока нет, ибо завод №21 выпустил всего 21 самолет с мотором 5-й серии...»

Все же последующие испытания и эксплуатация показали, что основные дефекты мотора АШ-82ФН устранены и его надежность не вызывает больше сомнений.

Вот такая непростая история получилась у мотора АШ-82 за годы Великой Отечественной войны. Конечно, с учетом того, что основное внимание в этой статье было уделено серийному производству и эксплуатации, а многие вопросы опытного моторостроения остались «за кадром» - это другая тема.

Но на этом история нашего героя, в отличие от многих его жидкостных сверстников, не завершилась.

Серийное производство доработанного мотора АШ-82ФН продолжилось и после войны, причем он получил еще большее распространение. В 1945-48 годах выпускались моторы АШ-82ФН 5-й и 6-й серий с ресурсом 150 часов. С 1948 года начался выпуск моторов АШ-82ФН 7-й, 8-й и 9-й серий с ресурсом 200 часов.

В 1946-51 годах эти моторы устанавливались на боевых самолетах: истребителях Ла-9, Ла-11 и бомбардировщиках Ту-2, которые участвовали в боевых действиях в Китае и Корее, а также в высокоширотных экспедициях ВВС и Главсевморпути 1948, 1949 и 1950 годов, в последней из которых эти самолеты достигли Северного Полюса.

Лишь с 1949-50 годов поршневой АШ-82ФН вынужден был уступить пальму первенства в боевой авиации реактивным двигателям, но нашел себе другое применение.

Еще с 1946 года начался выпуск пассажирского самолета Ил-12 с двумя АШ-82ФН, а также его транспортно-десантного варианта для ВВС, которые также активно участвовали в высокоширотных экспедициях ВВС, работали в Полярной авиации, а также эксплуатировались во многих странах мира. Во всех климатических зонах от экватора до полюса моторы Швецова продемонстрировали простоту и надежность в работе.

Затем на базе АШ-82ФН были созданы еще более мощные моторы АШ-82Т для пассажирского Ил-14 и АШ-82В для вертолета Ми-4, которые трудились затем долгие годы.

Таким образом, мотор М-82, созданный выдающимся советским конструктором А.Д. Швецовым перед самой войной, показал удивительное долголетие и находился в эксплуатации в разных модификациях почти полвека - пример, которому найдется мало аналогов.

Источники

• "Авиация и космонавтика /№ 2,3,4,7,8,9,10, 2005 г., Геннадий Серов/

<< |