Введение

Немецкий авиационный двигатель, разработанный BMW во время Второй мировой войны.

BMW 801 был мощным немецким 14-цилиндровым радиальным авиационным двигателем с воздушным охлаждением, построенным компанией BMW и использовавшимся на ряде самолетов немецкого Люфтваффе во время Второй мировой войны. Производственные версии двухрядного двигателя развивали мощность от 1560 до 2000 л.с. (1540–1970 л.с. или 1150–1470 кВт). Это был самый массовый радиальный двигатель, произведенный в Германии во Второй мировой войне – было построено более 61 000 экземпляров. Изначально 801 предназначался для замены существующих радиальных двигателей на немецких транспортных и вспомогательных самолетах. В то время среди европейских конструкторов широко распространено было мнение, что для высокопроизводительных самолетов необходим рядный двигатель из-за его меньшей лобовой поверхности и, как следствие, меньшего аэродинамического сопротивления. Курту Танку удалось установить BMW 801 на новый истребитель, над которым он работал, и в результате 801 стал наиболее известен как двигатель знаменитого Focke-Wulf Fw 190. Радиальный двигатель BMW 801 также стал пионером в использовании системы, которую сегодня можно назвать блоком управления двигателем: его система управления двигателем Kommandogerät взяла на себя управление несколькими параметрами управления авиационным двигателем того времени, обеспечивая правильную работу двигателя с помощью всего одного рычага дроссельной заслонки.

Проектирование прекурсора

В 1930-х годах BMW получила лицензию на производство двигателей Pratt & Whitney Hornet. К середине 30-х годов компания представила улучшенную версию – BMW 132. Двигатель BMW 132 получил широкое распространение, особенно на Junkers Ju 52, который он оснащал на протяжении большей части срока службы этой модели. В 1935 году RLM профинансировало разработку прототипов двух значительно более мощных радиальных двигателей: Bramo 329 от компании Bramo и BMW 139 от BMW. В конструкции BMW использовалось множество компонентов от BMW 132 для создания двухрядного двигателя с 14 цилиндрами, развивающего мощность 1550 л.с. (1529 л.с., 1140 кВт). После приобретения Bramo компанией BMW в 1939 году оба проекта были объединены в BMW 801, с учётом проблем, возникших при разработке каждого из них. Изначально BMW 139 предназначался для использования в тех же областях, что и другие немецкие радиальные двигатели – на бомбардировщиках и транспортных самолетах. Однако в середине программы главный конструктор компании Focke Wulf, Курт Танк, предложил использовать его в проекте истребителя Focke Wulf Fw 190. Радиальные двигатели были редкостью в европейской авиации, поскольку считались слишком громоздкими для обеспечения хорошей аэродинамики и не подходили для высокоскоростных самолетов. Они пользовались наибольшей популярностью на морских самолетах, где ценились за простоту обслуживания и повышенную надежность. Усилия по улучшению этих двигателей привели к разработке новых конструкций обтекателей, снижающих сопротивление воздуха. Танк полагал, что внимание к деталям позволит создать обтекаемый радиальный двигатель, не уступающий по аэродинамическим характеристикам рядным. Основной проблемой было обеспечение охлаждения головок цилиндров, что обычно требовало большого воздухозаборника в передней части самолета. Решением Танка для BMW 139 стало использование вентилятора, приводимого в движение двигателем, расположенного за увеличенным, проточным, полым винтовым мотором, открытым спереди. Этот вентилятор обдувал цилиндры двигателя, а часть воздуха направлялась через S-образные каналы к масляному радиатору для охлаждения масла. Однако эта система оказалась практически неработоспособной с BMW 139: ранние прототипы Fw 190 продемонстрировали серьезные проблемы с охлаждением. Хотя эти проблемы, казалось, можно было решить, двигатель уже устарел по своей конструкции. В 1938 году BMW предложила разработать совершенно новый двигатель, специально предназначенный для воздушного охлаждения с помощью вентилятора, который можно было бы быстро запустить в производство.

801 появляется

Новая конструкция получила название BMW 801 после того, как BMW был выделен новый блок номеров двигателей "109 800" от RLM для использования после слияния с Bramo. 801 сохранил более раннюю конструкцию 139 с одноклапанной системой впуска и выпуска, в то время как большинство рядных двигателей того времени перешли на три (как сделала Junkers) или четыре клапана на цилиндр, либо, в британской практике для своих радиальных двигателей, на рукавные клапаны. В конструкцию было внесено несколько незначительных усовершенствований, включая использование клапанов с натриевым охлаждением и систему непосредственного впрыска топлива, произведенную компанией Friedrich Deckel AG из Мюнхена. Наддув в ранних моделях был довольно простым, использовалась одноступенчатая двухскоростная конструкция, напрямую соединенная с двигателем (в отличие от гидравлически управляемой версии DB 601), что ограничивало высотные характеристики, соответствующие предполагаемому использованию на средних высотах. Одним из ключевых нововведений 801 стало Kommandogerät (командное устройство) – механический гидравлический блок, который автоматически регулировал подачу топлива, шаг винта, настройку наддува, топливную смесь и угол опережения зажигания в ответ на единственный рычаг дроссельной заслонки, значительно упрощая управление двигателем.

801А и 801Б

Первый BMW 801A был запущен в апреле 1939 года, всего через шесть месяцев после начала разработки, а серийное производство началось в 1940 году. 801B должен был быть идентичен 801A, за исключением редуктора, который изменял направление вращения воздушного винта на против часовой стрелки, если смотреть со стороны кормы двигателя. Модели A и B предназначались для использования в паре на самолетах с двумя двигателями, чтобы компенсировать суммарный крутящий момент и облегчить управление. Нет свидетельств того, что 801B когда-либо вышел за рамки прототипа. Двигатели BMW 801A/B развивали мощность 1560 л.с. (1539 л.с., 1147 кВт) на взлете. Основными областями применения двигателей 801A/L были различные модификации Junkers Ju 88 и Dornier Do 217.

801С и 801Л

BMW 801C был разработан для установки на одно- и многомоторные истребители и включал в себя новую гидравлическую систему управления воздушным винтом, а также различные изменения, направленные на улучшение охлаждения, включая охлаждающие ребра на обтекателе за двигателем вместо первоначальных прорезей. 801C почти исключительно использовался в ранних модификациях Focke Wulf Fw 190A. BMW 801L представлял собой модификацию A с гидравлической системой управления воздушным винтом, впервые примененной на двигателе 801C. Модели C и L развивали ту же мощность, что и оригинальная модель A.

801D-2 и 801G-2

В начале 1942 года двигатели 801C были заменены двигателями BMW серии 801 D 2, работавшими на топливе C2/C3 100-го октана вместо топлива B4 87-го октана, используемого в двигателях A/B/C/L, что позволило увеличить мощность взлета до 1700 л.с. (1677 л.с., 1250 кВт). Модели BMW 801G 2 и H 2 представляли собой двигатели D 2, модифицированные для использования в бомбардировщиках с пониженными передаточными числами для привода более крупных воздушных винтов, с вращением по часовой стрелке и против часовой стрелки соответственно. Однако, как и в случае с конструкцией двигателя 801B, двигатель 801H 2 не вышел за рамки прототипа. Двигатели D 2 испытывались с системой впрыска смеси метанола и воды в пропорции 50/50, известной как MW50, в нагнетатель, главным образом для предотвращения детонации, что позволяло использовать повышенное давление наддува. Вторичными эффектами были охлаждение двигателя и охлаждение наддувочного воздуха. Удалось добиться некоторого прироста мощности, но ценой снижения ресурса двигателя. Эта система была заменена системой впрыска топлива вместо MW50, известной как впрыск C3, которая использовалась до 1944 года. Острый дефицит топлива в 1944 году вынудил вернуться к установке MW50 вместо впрыска C3. При включенном усилении от MW50 мощность взлета увеличилась до 2000 л.с. (1470 кВт), а впрыск C3 первоначально разрешался только для полетов на малой высоте, увеличивая мощность взлета до 1870 л.с. Впоследствии системы впрыска C3 были разрешены для использования на малых и средних высотах, что позволило увеличить мощность взлета до более чем 1900 л.с.

Разработка суперкомпрессоров

С двигателем, используемым в истребителях, предназначенных для больших высот, было предпринято несколько попыток улучшить ограниченную эффективность оригинального нагнетателя. BMW 801E представлял собой модификацию D 2 с использованием различных передаточных чисел – 6:1 на низких оборотах и 8,3:1 на высоких, что позволило настроить нагнетатель для работы на больших высотах. Хотя мощность на взлете осталась неизменной, крейсерская мощность увеличилась более чем на 100 л.с. (75 кВт), а мощность в режимах набора высоты – почти до 1500–1650 л.с.; и в боевых режимах – также улучшилась до 150 л.с. (110 кВт). Модель E также послужила основой для BMW 801R, который включал в себя гораздо более сложный и мощный двухступенчатый четырехскоростной нагнетатель, а также головки цилиндров из гидроналия, усиленный коленчатый вал и поршни, а также хромированные цилиндры и выпускные клапаны; ожидалось, что эта версия будет развивать мощность более 500 л.с. или более 500 MW при впрыске водно-метаноловой смеси. Несмотря на эти улучшения, модель E не получила широкого распространения. Вместо этого, дальнейшие усовершенствования базовой модели E привели к созданию BMW 801F, который значительно улучшил характеристики во всех отношениях, увеличив взлетную мощность до 2400 л.с. (1790 кВт), что сделало 801 единственным немецким авиационным двигателем существующего типа, имевшим производимый подтип, способный превышать 1500 кВт от проверенной авиационной силовой установки, используемой в военной авиации. Планировалось устанавливать двигатель F на все поздние модификации Fw 190, но война закончилась до начала серийного производства.

Важность дальнейшего развития

BMW была обязана определить приоритеты для серийного производства 14-цилиндрового радиального двигателя 801, 18-цилиндрового BMW 802 и жидкостно охлаждаемого 28-цилиндрового радиального двигателя BMW 803. Первым приоритетом была разработка двигателя 801 "до предела его возможностей", вторым – проектирование и создание прототипа 802, а сложный четырехрядный радиальный двигатель 803 получил внимание лишь на этапе разработки конструкции. В отличие от этого, союзные аналоги, такие как американский Wright Twin Cyclone и советский радиальный двигатель Shvetsov ASh 82, не требовали разработки мощности свыше 1500 кВт, поскольку эти страны располагали более мощными 18-цилиндровыми радиальными авиационными двигателями большего объема.

Выжившие и действующие примеры

Значительное количество двигателей BMW 801 сохранилось в музеях, некоторые из них выставлены отдельно, а около двадцати связаны с сохранившимися экземплярами Focke Wulf Fw 190, которые они приводили в движение во время Второй мировой войны. Первым оригинальным Fw 190, восстановленным до летной годности в XXI веке, стал Fw 190A-5, обнаруженный в 1989 году в окрестностях Санкт-Петербурга, Россия, с заводским номером 151 227 и ранее состоявший на вооружении JG 54. Он был восстановлен до летной годности вместе со своим оригинальным двигателем BMW 801. По состоянию на 2011 год он снова способен к полетам и находится в Сиэтле, штат Вашингтон, США. Единственный сохранившийся Ju 388, находящийся в коллекции Udvar Hazy Center Смитсоновского института, имеет пару полностью сохранившихся турбированных двигателей BMW 801J, установленных в мотогондолах. В Новом Английском музее авиации, расположенном в Международном аэропорту Брэдли, Виндзор-Локс, штат Коннектикут, представлен двигатель 801 ML (801L), установленный в мотогондоле Dornier 217 – по сути, полностью сохранившийся агрегат Motoranlage. Аналогично, на ночном истребителе Ju 88R-1 в Королевском музее военно-воздушных сил в Лондоне (см. фотографию выше) также установлены радиальные двигатели BMW 801.

Описание

801 был радиальным двигателем с двумя рядами по семь цилиндров. Цилиндры имели одинаковый диаметр и ход, что обеспечивало общий рабочий объем, лишь немного меньший, чем у американского Wright Cyclone 14 с двумя рядами, развивавшего мощность от 1600 до 1900 л.с. Двигатель (вместе с креплениями) весил от 1010 до 1250 кг и имел диаметр около 1,29 м (51 дюйм), в зависимости от модели. BMW 801 охлаждался принудительным воздушным потоком, создаваемым вентилятором из магниевого сплава (вероятно, Elektron), с 10 лопастями в первых моделях и 12 лопастями в большинстве последующих. Вентилятор вращался со скоростью, в 1,72 раза превышающей скорость коленчатого вала (3,17 раза превышающей скорость воздушного винта). Воздух от вентилятора подавался в центральную часть двигателя перед корпусом редуктора воздушного винта, а форма корпуса и самого двигателя направляла воздушный поток наружу, через цилиндры и вдоль обтекателя. В задней части обтекателя были предусмотрены щели или жалюзи для выхода горячего воздуха. Это обеспечивало эффективное охлаждение, хотя и требовало около 70 л.с. (69 л.с., 51,5 кВт) мощности для привода вентилятора на малых скоростях. На больших скоростях вентилятор потреблял мало мощности напрямую, поскольку необходимого воздушного потока достигали за счет разрежения, создаваемого обтекающим потоком воздуха вокруг выходных отверстий. Эта сложная система была обусловлена тремя причинами. Во-первых, необходимо было избежать дополнительного аэродинамического сопротивления, которое создавал бы выступающий масляный радиатор, и решить эту задачу путем размещения радиатора внутри передней части обтекателя двигателя. Во-вторых, воздух нагревался перед прохождением через трубчатое ядро масляного радиатора, чтобы облегчить прогрев масла при запуске. И, наконец, размещение масляного радиатора за вентилятором обеспечивало охлаждение даже при стоянке самолета. Недостатком этой конструкции была уязвимость масляного радиатора, поэтому по мере хода войны его металлическое кольцо усиливалось броней.

Формат монтажа двигателя

Конструкция кожуха BMW 801 была ключевой для его надлежащего охлаждения, которое BMW разрабатывала и производила самостоятельно, поставляя его вместе с двигателем. Конструкция эволюционировала на протяжении всей войны, включая удлинение креплений двигателя, что позволило установить более крупные охлаждающие жалюзи. Этот заводской кожух также упростил замену двигателя в полевых условиях, более полно "объединяя" радиальный двигатель BMW 801, при этом как можно больше его вспомогательных систем заменялись одновременно с самим двигателем, в отличие от открытия или снятия "отдельного" кожуха, прикрепленного к фюзеляжу самолета. Двигатели, как правило, поставлялись BMW в комплекте с кожухом, готовые к установке на переднюю часть самолета или мотогондолы, начиная с 1942 года в виде Motoranlage (M) и с 1944/1945 года в виде Triebwerksanlage (T). Motoranlage была оригинальной формой взаимозаменяемого Kraftei, или "энергетического яйца", унифицированной концепции установки силовой установки, использовавшейся во многих немецких военных самолетах. Чаще всего она применялась в двух- и многодвигательных конструкциях, с некоторой необходимостью во внешних дополнениях. Более полная форма Triebwerksanlage для унификации объединяла больше необходимых вспомогательных систем двигателя, чем ранняя концепция Motoranlage, а также некоторые внешние крепления, такие как полностью интегрированная выхлопная система (включая турбокомпрессор, если он был предусмотрен конструкцией), в виде полностью взаимозаменяемого блока. Форматы M и T также использовались с различными рядными двигателями, такими как Daimler Benz DB 603, применявшийся как для версий Do 217 с рядным двигателем, так и для огромной летающей лодки BV 238, а также силовые установки Junkers Jumo 213, использовавшиеся в более поздних модификациях многоцелевого самолета Ju 88. Унифицированные форматы двигателей M и T имели дополнительные буквенно-цифровые индексы, которые, особенно для радиального 801 (и, возможно, других), не всегда соответствовали буквенному индексу, обозначавшему "голый" радиальный двигатель, использовавшийся для конкретной унифицированной установки, что значительно усложняло наименование подтипов серии двигателей 801. Эти индексы изначально относились к этим комплектам и их "голым" двигателям почти взаимозаменяемо. Модели A, B и L были известны (логично) как двигатели MA, MB и ML в стиле Motoranlage, но распространенная модель D 2 вместо этого обозначалась как MG. По мере продолжения войны путаница возрастала: модель E поставлялась в виде Triebwerksanlage TG или TH, что, казалось бы, указывало на связь с двигателями G и H, но на самом деле они поставлялись как TL и TP. Довольно часто турбированные версии обозначались только буквой T для более полно унифицированных установок Triebwerksanlage, особенно (наиболее печально известная) TJ для турбированного радиального подтипа BMW 801J и модели TQ, что еще больше усугубляло путаницу.