Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Гипер қозғалтқыш – 1930 жылдары АҚШ Әуе күштерінің (USAAC) Еуропадағы сол кездегі ұшақтар мен қозғалтқыштармен шайқаса алатын, тіпті олардан да жоғары өнімді ұшақ қозғалтқышын жасау мақсатымен жүргізген зерттеу жобасы. Жобаның мақсаты – 1 фунтқа 1 жылдамдық ат (1 к.с./куб дюйм, 46 кВт/л) қуатты жеткізе алатын қозғалтқыш жасау болатын. Сонымен қатар, ұзақ қашықтықтағы жолаушы және бомбалаушы ұшақтарға қолайлы қуат-салмақ көрсеткіштерін арттыру жоспарланған. Ол кездегі ең жақсы қозғалтқыштардың ешқайсысы мұндай талаптарға жақындамады, бірақ бұл көрсеткіштерге арнайы модификацияланған немесе жарыс үшін жасалған қозғалтқыштар, мысалы, Napier Lion және Rolls Royce R жеткен. Сол дәуірдегі үлкен қозғалтқыштардың бірі – Pratt & Whitney R 1830 Twin Wasp радиалдық қозғалтқышы 1830 куб дюймнен (30 литр) 1200 жылдамдық ат (895 кВт) қуатты дамытты, сондықтан кем дегенде 50%-ға жақсарту қажет болды. Қолданыстағы конструкцияны үлкейту мәселені шешпес еді. Бұл жалпы қуатты арттырса да, салмақты да арттырып, қуат-салмақ көрсеткіштеріне елеулі әсер етпес еді. Осы мақсаттарға жету үшін түбегейлі өзгерістер қажет болды. Гипер бағдарлама аясында бірнеше қозғалтқыш жасалды, бірақ түрлі себептерге байланысты ешқайсысы өндіріске енбеді. 1940 жылдардың басында АҚШ-тың бірнеше компаниялары жасаған ауамен салқындатылатын қозғалтқыштар ұқсас қуаттылық көрсеткіштерін ұсынды, ал Rolls Royce Merlin қозғалтқышының Packard V 1650 лицензиялық өндірісі тік қозғалтқыштан жоғары өнімділік берді, ал Allison V 1710 – АҚШ-та жасалған, гипер бағдарламадан тыс жеке жоба ретінде құрастырылған.
The hyper engine was a 1930s study project by the United States Army Air Corps (USAAC) to develop a high performance aircraft engine that would be equal to or better than the aircraft and engines then under development in Europe. The project goal was to produce an engine that was capable of delivering 1 hp/in3 (46 kW/L) of engine displacement for a weight of less than 1 lb/hp delivered. The ultimate design goal was an increased power to weight ratio suitable for long range airliners and bombers. At the time, no production engine could come close to the requirements, although this milestone had been met by specially modified or purpose built racing engines such as the Napier Lion and Rolls Royce R. A typical large engine of the era, the Pratt & Whitney R 1830 Twin Wasp radial, developed about 1,200 hp (895 kW) from 1,830 in3 (30 L) so an advance of at least 50% would be needed. Simply scaling up an existing design would not solve the problem. While it would have increased the total available power, it would also increase the weight, and thus not have any significant effect on the power to weight ratio. To meet the goals, more radical changes were needed. Several engines were built as part of the hyper program, but for a variety of reasons none of these saw production use. Air cooled engines from a variety of US companies were delivering similar power ratings by the early 1940s, and the licensed production of the Rolls Royce Merlin as the Packard V 1650 provided hyper like performance from an inline while the Allison V 1710 did the same from a US design, one produced as a private effort outside the hyper program.
Жобалау және әзірлеу
Құрылыстың жақсаруы және жеңіл материалдар салмақ пен қуат арақатынасын арттыруға мүмкіндік берді. 1930 жылдары алюминий қорытпаларының сапасы мен беріктігінің артуына байланысты алюминий болатты ығыстырып шығарды; бұл қозғалтқыштың салмағын едәуір төмендетті, бірақ жалпы жақсартуды 50%-ға жеткізуге жеткіліксіз болды. Осы мақсатқа жету үшін қозғалтқыштың қуатын да арттыру қажет еді. Қуат – энергия мен оның жеткізілу жылдамдығының комбинациясы, сондықтан қуат пен салмақ арақатынасын жақсарту үшін қозғалтқыштың жұмыс қысымын, жұмыс жылдамдығын немесе олардың комбинациясын арттыру қажет. Тартқыш, жану тиімсіздігі және тазалау шығындары сияқты шығындарды жою арқылы қосымша пайда алуға болады, бұл теориялық қуаттың көбірек бөлігін пропеллерге жеткізеді. USAAC инженерлері осы үш жақсартуды зерттейтінін анықтады. Біраз уақыттан кейін олар жану температурасын және тазалау тиімділігін арттырудың барлық мүмкіндіктердің арасында ең үлкен өсімді ұсынарын қорытындылады. Осы мақсатқа жету үшін қозғалтқыштың жылдамдығын арттыру ең тартымды шешім болып көрінді. Дегенмен, осы салалардағы прогреске кедергі келтіретін бірнеше практикалық мәселелер болды. Сығу қатынасын арттыру – орташа тиімді қысымды (MEP) жақсартатын оңай өзгеріс, бірақ тұрақсыз детонациядан қозғалтқыштың соққысына әкелуі мүмкін. Бақылаусыз соққы қозғалтқышқа зиян келтіруі мүмкін және қуаттылық параметрлерін жақсартуға кедергі келтіретін маңызды фактор болды. Бұл өзгеріс сонымен қатар жұмыс температурасын арттырады, бұл клапандар үшін мәселе тудырады. Клапандар олардан ағып өтетін отынның ерте тұтануына себеп болатын температураға жете бастады. Жұмыс жылдамдығын арттыру, теориялық тұрғыдан алғанда, қозғалтқыштың дизайнындағы қарапайым өзгеріс болып табылады. Алайда, жоғары жұмыс жылдамдықтарында клапандар камераны ашқаннан кейін толық жабылмайды, бұл «клапанның жүзуі» деп аталатын мәселе. Клапанның жүзуі цилиндрдегі газдардың ішінара ашық клапан арқылы шығуына мүмкіндік береді, бұл қозғалтқыштың тиімділігін төмендетеді. Клапанды жылдам жабу үшін клапан серігінің қысымын арттыру камераның жылдам тозуына және сүрткінің артуына әкелді, бұл жалпы өнімділікті кез келген ат күшінен артық азайтады. Клапандар екі жақсарту тәсілінде де маңызды мәселе болғандықтан, 1920 және 30-жылдары олар зерттеудің басты саласы болды. Ұлыбританияда Гарри Рикардо дәл осы себептермен жеңді клапан жүйесі туралы ықпалды мақала жазды, оны алға жылжудың жалғыз жолы деп мәлімдеді. Ол бұл идеяны сәтті өткізді, әсіресе Бристоль ұшақ компаниясының қозғалтқыштарына, онда Рой Федден «сенушіге» айналды. Рикардоның досы, бәсекелесі Франк Халфорд өзінің жеңді клапанды қозғалтқышын басқа танымал британдық қозғалтқыш өндірушісі Нейпер және Ұлымен бірге жобалады. USAAC жеңді клапанның жалғыз шешім екеніне сенбеді. Иронияға орай, Рикардоның жеңді клапан дизайны туралы мақалаларының бірі USAAC-тің гипер қозғалтқыштарына әкелді. 1920 жылдардың соңында ол 1 ат күші / куб дюйм мақсатына жеңді клапанды қозғалтқыштармен ғана қол жеткізуге болады деп мәлімдеді. Wright Field-тағы USAAC инженерлік тобы бұл мәлімдемені сынап көруге шешім қабылдады. Олар шамамен 1200 куб дюйм (20 л) қозғалтқышты ұсынды, қозғалтқыштың кішірек көлемі соқтығысуды азайтады және осылайша ұшу қашықтығын жақсартады деп үміттенді.
Improvements in construction and lighter materials had already delivered some benefits on the way to higher power to weight ratios. Aluminum was being introduced in place of steel as the quality and strength of aluminum alloys improved during the 1930s; this lowered engine weight noticeably, but not enough to achieve a 50% overall improvement. To reach that goal, the power of the engine would also need to be increased. Power is a combination of energy and the rate it is delivered, so to improve the power to weight ratio, one would need to increase the operating pressures of the engine, the operating speed, or a combination of both. Further gains could be made by eliminating losses like friction, combustion inefficiencies and scavenging losses, delivering more of the theoretical power to the propeller. The USAAC engineers determined that it would study all three improvements. Before long, they concluded that increasing the combustion temperature and scavenging efficiency promised the greatest increases of all of the possibilities. To meet that goal, increasing engine speed seemed to be the most attractive solution. However, there were a number of practical problems that were impeding progress in these areas. Increasing the compression ratio is an easy change that improves the mean effective pressure (MEP), but leads to engine knocking from inconsistent detonation. Uncontrolled, knock can damage the engine and was a major block on the way to improved power settings. This change would also increase the operating temperatures, which presented a problem with the valves. Valves were already reaching temperatures that would cause pre ignition of the fuel as it flowed past them. Increasing operational speed is also, theoretically, a simple change to the engine design. However, at high operating speeds the valves do not completely close before the cam opens them again, a problem called "valve float". Valve float allows gases in the cylinder to escape through the partially open valve, reducing the engine efficiency. Increasing valve spring pressure to close the valves faster led to rapid cam wear and increased friction, reducing overall performance by more than any horsepower gained. As valves were a key issue in both approaches to improved performance, they had been a major area of research in the 1920s and 30s. In the UK, Harry Ricardo had written an influential paper on the sleeve valve system for exactly these reasons, claiming it was the only way forward. He had some success in selling this idea, most notably to Bristol Aeroplane Company Engines, where Roy Fedden became "a believer". Ricardo's friendly competitor, Frank Halford, designed his own sleeve valve engine with Napier & Son, another prominent British engine maker. The USAAC was not so convinced that the sleeve valve was the only solution. Ironically it was one of Ricardo's papers on the sleeve valve design that led to the USAAC's hyper engine efforts. In one late 1920s paper he claimed that the 1 hp/in³ goal was impossible to achieve with poppet valve type engines. The USAAC engineering team at Wright Field decided to test this claim by beating it. They proposed an engine of about 1200 cubic inches (20 L), hoping the engine's smaller size would lead to reduced drag and hence improved range.
Бағдарламаның аяқталуы
Ақырында, барлық бағдарламалар тоқтатылды, ал қалған қозғалтқыштар мұражай экспонаттарына айналды. Қызығы, бағдарламаға енбеген қозғалтқыштар – Allison V 1710, Pratt & Whitney R 2800 Double Wasp, Wright R 3350 Duplex Cyclone және Pratt & Whitney R 4360 Wasp Major, АҚШ Әскери Әуе Күштерінің (USAAC) талаптарын асып түсті және 21-ші ғасырға дейін, көбінесе қайта қалпына келтірілген соғыс кезеңінің ұшақтарында ұшып жүруде.
In the end, all of these programs were canceled, and the surviving engines became museum pieces. Ironically, engines that were not considered under the program; the Allison V 1710, Pratt & Whitney R 2800 Double Wasp, Wright R 3350 Duplex Cyclone and Pratt & Whitney R 4360 Wasp Major, all surpassed the USAAC requirements, and continue flying into the 21st century, primarily flying restored warbird aircraft.