Бристоль Геркулес: История и особенности радиального авиационного двигателя.

Введение

Бристольский Геркулес – 14-цилиндровый двухрядный радиальный авиационный двигатель, разработанный сэром Роем Федденом и производимый Бристольской двигательной компанией, начиная с 1939 года. Он был самым массовым из их двигателей с однорукавными клапанами (типа Бёрта МакКоллума, или Арджилл), использовавшимся во многих самолетах в середине Второй мировой войны. Двигатель Геркулес применялся на ряде типов самолетов, включая собственный тяжелый истребитель Beaufighter от Bristol, хотя чаще его использовали на бомбардировщиках. Геркулес также находил применение в гражданской авиации, что вылилось в создание двигателей 735 и 737 для таких самолетов, как Handley Page Hastings C1 и C3, а также Bristol Freighter. Лицензия на производство этого двигателя была передана компании SNECMA во Франции.

Проектирование и разработка

Вскоре после окончания Первой мировой войны компания Shell, Asiatic Petroleum, поручила Гарри Рикардо исследовать проблемы, связанные с топливом и двигателями. Его книга была опубликована в 1923 году под названием «Двигатель внутреннего сгорания». Рикардо предположил, что дни тарельчатых клапанов сочтены и следует развивать альтернативу – рукавные клапаны. Обоснование конструкции с одним рукавным клапаном было двояким: обеспечить оптимальный поток впускных и выпускных газов в двухрядном радиальном двигателе, повысив его объемную эффективность, и позволить использовать более высокие степени сжатия, тем самым улучшив его термическую эффективность. Расположение цилиндров в двухрядных радиальных двигателях затрудняло использование четырех клапанов на цилиндр, поэтому все радиальные двигатели с тарельчатыми клапанами, двух- и четырехрядные, ограничивались менее эффективной двухклапанной конфигурацией. Кроме того, камеры сгорания двигателей с рукавными клапанами не загромождены клапанами, особенно горячими выпускными клапанами, и, будучи сравнительно гладкими, позволяют двигателям работать на топливе с более низким октановым числом при том же коэффициенте сжатия. И наоборот, можно использовать топливо с тем же октановым числом, применяя более высокий коэффициент сжатия или давление наддува, тем самым достигая либо большей экономичности, либо большей мощности. Недостатком была сложность поддержания достаточной смазки цилиндров и рукавов. Производство также было серьезной проблемой. Двигатели с рукавными клапанами, даже моноклапанные, которые выбрал Федден, было чрезвычайно сложно изготавливать. Федден экспериментировал с рукавными клапанами в V-образном 12-цилиндровом двигателе с перевернутой головкой еще в 1927 году, но не продолжил разработку этого двигателя. Вернувшись к девятицилиндровым двигателям, Bristol разработал рукавный клапанный двигатель, который действительно заработал к 1934 году, представив свои первые конструкции рукавных клапанов в моделях Perseus и Aquila, которые они планировали поставлять в течение 1930-х годов. Развитие авиации в ту эпоху было настолько стремительным, что оба двигателя быстро оказались в нижней части военного рынка по мощности, и для производства более крупных двигателей Bristol разработал 14-цилиндровые версии обоих. Perseus эволюционировал в Hercules, а Aquila – в Taurus. Эти плавно работающие двигатели в основном изготавливались вручную, что не соответствовало потребностям военного производства. В то время допуски просто не были достаточно точными для обеспечения массового производства надежных двигателей. Федден безжалостно гнал свои команды, как в Bristol, так и у его поставщиков, и были опробованы тысячи комбинаций сплавов и методов, прежде чем был найден процесс, использующий центробежное литье для изготовления рукавов идеально круглой формы. Этот окончательный успех пришел незадолго до начала Второй мировой войны. В 1937 году Bristol приобрел Northrop Model 8A 1, экспортную версию бомбардировщика A 17, и модифицировал его в качестве испытательного стенда для первых двигателей Hercules. В 1939 году Bristol разработал модульную установку двигателя для Hercules, так называемое «силовое яйцо», позволяющее устанавливать полный двигатель и обтекатель на любой подходящий самолет. Всего было построено более 57 400 двигателей Hercules.

Shortly after the end of World War I, the Shell company, Asiatic Petroleum, commissioned Harry Ricardo to investigate problems of fuel and engines. His book was published in 1923 as “The Internal Combustion Engine”. Ricardo postulated that the days of the poppet valve were numbered and that a sleeve valve alternative should be pursued. The rationale behind the single sleeve valve design was two fold: to provide optimum intake and exhaust gas flow in a two row radial engine, improving its volumetric efficiency and to allow higher compression ratios, thus improving its thermal efficiency. The arrangement of the cylinders in two row radials made it very difficult to utilise four valves per cylinder, consequently all non sleeve valve two and four row radials were limited to the less efficient two valve configuration. Also, as combustion chambers of sleeve valve engines are uncluttered by valves, especially hot exhaust valves, so being comparatively smooth they allow engines to work with lower octane number fuels using the same compression ratio. Conversely, the same octane number fuel may be utilised while employing a higher compression ratio, or supercharger pressure, thus attaining either higher economy or power output. The downside was the difficulty in maintaining sufficient cylinder and sleeve lubrication. Manufacturing was also a major problem. Sleeve valve engines, even the mono valve Fedden had elected to use, were extremely difficult to make. Fedden had experimented with sleeve valves in an inverted V 12 as early as 1927 but did not pursue that engine any further. Reverting to nine cylinder engines, Bristol had developed a sleeve valve engine that would actually work by 1934, introducing their first sleeve valve designs in the class Perseus and the class Aquila that they intended to supply throughout the 1930s. Aircraft development in the era was so rapid that both engines quickly ended up at the low power end of the military market and, in order to deliver larger engines, Bristol developed 14 cylinder versions of both. The Perseus evolved into the Hercules, and the Aquila into the Taurus. These smooth running engines were largely hand built, which was incompatible with the needs of wartime production. At that time, the tolerances were simply not sufficiently accurate to ensure the mass production of reliable engines. Fedden drove his teams mercilessly, at both Bristol and its suppliers, and thousands of combinations of alloys and methods were tried before a process was discovered which used centrifugal casting to make the sleeves perfectly round. This final success arrived just before the start of the Second World War. In 1937 Bristol acquired a Northrop Model 8A 1, the export version of the A 17 attack bomber, and modified it as a testbed for the first Hercules engines. In 1939 Bristol developed a modular engine installation for the Hercules, a so called "power egg", allowing the complete engine and cowling to be fitted to any suitable aircraft. A total of over 57,400 Hercules engines were built.

Варианты

Геркулес I (1936) – , односкоростной нагнетатель, работающий на 87-октановом топливе. Геркулес II (1938) – , односкоростной нагнетатель, работающий на 87-октановом топливе. Геркулес III (1939) – , двухскоростной нагнетатель, работающий на топливе 87 или 100 октанов. Геркулес IV (1939) – , односкоростной нагнетатель, работающий на 87-октановом топливе. Геркулес V (1939) – , гражданский прототип, разработанный на базе Геркулеса IV, но не доведенный до серийного производства. Геркулес VI (1941) – , двухскоростной нагнетатель, работающий на топливе 87 или 100 октанов. Производство Геркулеса VII отменено. Геркулес VIII – , высотная версия Геркулеса II, односкоростной нагнетатель с дополнительным высотным односкоростным нагнетателем "S". Геркулес X (1941) – , разработан на базе Геркулеса III. Геркулес XI (1941) – , разработан на базе Геркулеса III, работающий на 100-октановом топливе. Геркулес XII – разработан на базе Геркулеса IV. Геркулес XIV (1942) – , разработан для гражданского рынка и использовался компанией BOAC, работающий на 100-октановом топливе. Геркулес XVMT – , высотная разработка Геркулеса II, односкоростной нагнетатель с дополнительным высотным турбонагнетателем. Геркулес XVI (1942) – , двухскоростной нагнетатель, работающий на топливе 87 или 100 октанов. Геркулес XVII (1943) – , двухскоростной нагнетатель, зафиксированный на передаче "M". Геркулес XVIII – низковысотная разработка Геркулеса VI с укороченными лопатками нагнетателя. Геркулес XIX (1943) – , разработка Геркулеса XVII, двухскоростной нагнетатель с укороченными рабочими колесами, зафиксированный на передаче "M". Геркулес XX – аналогичен Геркулесу XIX. Геркулес 36 – опытный двигатель, разработанный на базе Геркулеса VI и Геркулеса XVI, работающий на 100-октановом топливе. Геркулес 38 был дальнейшим развитием Геркулеса 36. Геркулес 100 (1944) – , первый в новой подсерии двигателей Геркулес, разработанный главным образом для перспективного послевоенного гражданского рынка. Вся серия была разделена: некоторые версии имели стандартную эпициклическую редукторную передачу, а параллельные версии – новую редукторную передачу типа "торкометр". Геркулес 101 – , разработан на базе Геркулеса 100. Геркулес 103 – версия с "торкометром". Геркулес 110 – дальнейшее развитие Геркулеса 101. Геркулес 105 – , разработан на базе Геркулеса 101 с модифицированными шестернями нагнетателя. Геркулес 106 – , разработан на базе Геркулеса 101. Геркулес 107 – версия с "торкометром". Геркулес 120 – , высотная разработка Геркулеса 101. Геркулес 121 – версия с "торкометром". Геркулес 200 – модифицированная версия Геркулеса 120. Геркулес 130 – , разработка Геркулеса 100. Геркулес 134 – разработан с модифицированным монтажным кольцом и выхлопными коллекторами для заднего расположения. Геркулес 216 – , разработка Геркулеса 106 с силовой секцией Геркулеса 230 и односкоростным нагнетателем. Области применения: Геркулес 230 – , разработка Геркулеса 130 с переработанной силовой секцией и модифицированным монтажным кольцом и выхлопными коллекторами для заднего расположения. Геркулес 270 – дальнейшая разработка. Версиями с "торкометром" были Геркулес 231 и Геркулес 271. Геркулес 232 – модифицированная разработка Геркулеса 230 для повышения производительности. Геркулес 233 – версия с "торкометром". Геркулес 234 – модифицированная разработка Геркулеса 232. Геркулес 235 – версия с "торкометром". Геркулес 238 – военная версия Геркулеса 734, который сам был основан на Геркулесе 234. Геркулес 260 – модифицированная разработка Геркулеса 230 для адаптации к винтам с реверсивным шагом. Геркулес 261 – версия с "торкометром". Геркулес 264 – , разработка Геркулеса 260. Геркулес 265 – версия с "торкометром". Геркулес 268 – дальнейшее развитие Геркулеса 260. Геркулес 269 – версия с "торкометром". Геркулес 630 – , гражданская разработка Геркулеса 100. Геркулес 631 – версия с "торкометром". Геркулес 632 – , двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 630. Геркулес 633 – версия с "торкометром". Геркулес 638 и Геркулес 672, а также их версии с "торкометром" Геркулес 639 и Геркулес 673 – разработки Геркулеса 632. Геркулес 634 – , двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 630 с модифицированным монтажным кольцом и выхлопными коллекторами для заднего расположения. Геркулес 635 – версия с "торкометром". Геркулес 636 – двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 630 с модифицированным монтажным кольцом и выхлопными коллекторами для заднего расположения. Геркулес 637 – версия с "торкометром". Геркулес 637 2 и Геркулес 637 3 – дальнейшие разработки с "торкометром". Геркулес 730 – , двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 230 и 630 с улучшенной силовой секцией, Геркулес 731 – версия с "торкометром". Геркулес 732 – двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 730 с модифицированным монтажным кольцом и выхлопными коллекторами для заднего расположения. Геркулес 733 – версия с "торкометром". Геркулес 734 – , двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 730. Геркулес 735 – версия с "торкометром". Геркулес 238 – военная версия гражданского Геркулеса 734. Геркулес 736 – , двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 730. Геркулес 737 – версия с "торкометром". Геркулес 738 – двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 730. Геркулес 739 – версия с "торкометром" Геркулеса 738. Геркулес 750 – двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 730 для адаптации к винтам с торможением. Геркулес 751 – версия с "торкометром". Геркулес 758 – , гражданская разработка Геркулеса 750, Геркулес 759 – версия с "торкометром". Геркулес 790 и его версия с "торкометром" Геркулес 790 – дальнейшее развитие Геркулеса 758. Геркулес 760 – двигатель гражданской серии, разработанный на базе Геркулеса 730. Геркулес 762 – , высотная гражданская разработка Геркулеса 730 с модифицированным нагнетателем. Геркулес 763 – версия с "торкометром". Геркулес 772 – , гражданская разработка Геркулеса 762. Геркулес 773 – версия с "торкометром".

Hercules I (1936) – , single speed supercharger, run on 87 octane fuel. Hercules II (1938) – , single speed supercharger, run on 87 octane fuel. Hercules III (1939) – , two speed supercharger, run on either 87 or 100 octane fuel. Hercules IV (1939) – , single speed supercharger, run on 87 octane fuel. Hercules V (1939) – , civil prototype derived from the Hercules IV but not developed. Hercules VI (1941) – , two speed supercharger, run on either 87 or 100 octane fuel. Hercules VII production cancelled. Hercules VIII – , very high altitude version of the Hercules II, single speed supercharger with an auxiliary high altitude single speed 'S' supercharger. Hercules X (1941) – , derived from the Hercules III. Hercules XI (1941) – , derived from the Hercules III, run on 100 octane fuel. Hercules XII – derived from the Hercules IV. Hercules XIV (1942) – , developed for the civil market and used by BOAC, run on 100 octane fuel. Hercules XVMT – , very high altitude development of the Hercules II, single speed supercharger with an auxiliary high altitude turbo supercharger. Hercules XVI (1942) – , two speed supercharger, run on either 87 or 100 octane fuel. Hercules XVII (1943) – , two speed supercharger locked in 'M' gear. Hercules XVIII – low level development of the Hercules VI with cropped supercharger impellers. Hercules XIX (1943) – , a development of the Hercules XVII, the two speed supercharger had cropped impellers locked in 'M' gear. Hercules XX – similar to the Hercules XIX. Hercules 36 – a development engine derived from the Hercules VI and Hercules XVI, run on 100 octane fuel. The Hercules 38 was a further development of the Hercules 36. Hercules 100 (1944) – , the first in a new sub series of Hercules engines designed primarily for the impending post war civil market. The entire series was split, some versions had standard epicyclic reduction gearing and parallel versions had a new torquemeter type reduction gearing. Hercules 101 – , developed from the Hercules 100. The Hercules 103 was the torquemeter version. The Hercules 110 was a further development of the Hercules 101. Hercules 105 – , developed from the Hercules 101 with modified supercharger gears. Hercules 106 – , developed from the Hercules 101. The Hercules 107 was the torquemeter version. Hercules 120 – , high altitude development of the Hercules 101. The Hercules 121 was the torquemeter version. The Hercules 200 was further modified version of the Hercules 120. Hercules 130 – , development of the Hercules 100. The Hercules 134 was a development with modified mounting ring and exhaust pipes for a rear manifold. Hercules 216 – , development of the Hercules 106 with the Hercules 230 power section and single speed supercharger. Applications:

Hercules 230 – , development of the Hercules 130 with the re designed power section and modified mounting ring and exhaust pipes for a rear manifold. The Hercules 270 was a development. The Hercules 231 and Hercules 271 were the torquemeter versions. Hercules 232 – modified development of the Hercules 230 for improved performance. The Hercules 233 was the torquemeter version. Hercules 234 – modified development of the Hercules 232. The Hercules 235 was the torquemeter version. The Hercules 238 was a military version of the Hercules 734 which itself was based on the Hercules 234. Hercules 260 – modified development of the Hercules 230 to suit reversible propellers. The Hercules 261 was the torquemeter version. Hercules 264 – , a development of the Hercules 260. The Hercules 265 was the torquemeter version. Hercules 268 – a further development of the Hercules 260. The Hercules 269 was the torquemeter version. Hercules 630 – , a civil development of the Hercules 100. The Hercules 631 was the torquemeter version. Hercules 632 – , a civil series engine developed from the Hercules 630. The Hercules 633 was the torquemeter version. The Hercules 638 and Hercules 672, along with their torquemeter versions the Hercules 639 and Hercules 673 were developments of the Hercules 632. Hercules 634 – , a civil series engine developed from the Hercules 630 with modified mounting ring and exhaust pipes for a rear manifold. The Hercules 635 was the torquemeter version. Hercules 636 – a civil series engine developed from the Hercules 630 with modified mounting ring and exhaust pipes for a rear manifold. The Hercules 637 was the torquemeter version. The Hercules 637 2 and Hercules 637 3 were further torquemeter developments. Hercules 730 – , a civil series engine developed from the Hercules 230 and 630 with improved power section, the Hercules 731 was the torquemeter version. Hercules 732 – a civil series engine developed from the Hercules 730 with modified mounting ring and exhaust pipes for a rear manifold. The Hercules 733 was the torquemeter version. Hercules 734 – , a civil series engine developed from the Hercules 730. The Hercules 735 was the torquemeter version. The Hercules 238 was a military version of the civil Hercules 734. Hercules 736 – , a civil series engine developed from the Hercules 730. The Hercules 737 was the torquemeter version. Hercules 738 – a civil series engine developed from the Hercules 730. Hercules 739 – the torquemeter version of the Hercules 738. Hercules 750 – a civil series engine developed from the Hercules 730 to suit braking propellers. The Hercules 751 was the torquemeter version. Hercules 758 – , a civil series development of the Hercules 750, the Hercules 759 was the torquemeter version. The Hercules 790 and its torquemeter version the Hercules 790 were further developed from the Hercules 758. Hercules 760 – a civil series engine developed from the Hercules 730. Hercules 762 – , a civil series high altitude development of the Hercules 730 with modified supercharger. The Hercules 763 was the torquemeter version. Hercules 772 – , a civil series development of the Hercules 762. The Hercules 773 was the torquemeter version.

Выставленные двигатели

Музей RAF Снайт https://www.facebook.com/RAFSnaith/
Двигатель Bristol Hercules представлен на всеобщее обозрение в Музее авиации города Норвич в Хоршеме-Сент-Фейт, Норфолк.