В Барселоне (Испания) швейцарский инженер Марк Биркигт создает фирму для производства спортивных автомобилей, названную им "Испания-Швейцария" (Hispano-Suiza). В 1911 г. он переводит ее во Францию и начинает заниматься авиацией. Успех этой фирмы тоже связан с инновацией - литой конструкцией блока цилиндров (до этого цилиндры выполнялись отдельными агрегатами) двигателей с жидкостным охлаждением, что позволило повысить их жесткость и соответственно уменьшить массу мотора.
Подобно Биркигту, пришедшему в авиацию из автогонок, такую же эволюцию совершили и две другие, ставшие ведущими авиамоторными фирмами: "Аллисон" (США) и "Роллс-Ройс" (Великобритания). Джеймс Аллисон, успешный предприниматель и автогонщик, в 1917 г. после вступления США в мировую войну перешел от переделки и ремонта гоночных автомобилей к производству компонентов одного из самых удачных и распространенных авиамоторов жидкостного охлаждения того времени "Либерти" L-12 (400 л.с., год создания 1918-й) и завоевал хорошую репутацию, особенно после разработки его фирмой надежных подшипников для "Либерти". Мотор "Либерти", названный так в знак "борьбы за свободу" (против императорской Германии), уже имел показатель удельной мощности 1 л.с./кг. Принципом проектирования "Либерти" была возможность его массового производства на заводах, производящих не авиационные моторы (которых было мало в то время в США), а автомобильные. Отсюда - конструкция с отдельными цилиндрами (не в блоке), позволяющая, кроме того, наращивать мощность добавлением числа цилиндров. Требованиями американского правительства задавалось три типоразмера мотора. Самые крупные производители автомобильных моторов - Паккард и Холл-Скотт - имели опыт работы только с раздельными цилиндрами. Всего было выпущено свыше 20 тыс. моторов "Либерти". Несмотря на смерть основателя фирмы "Аллисона" в 1928 г. и приобретение его активов компанией "Дженерал Моторе" (в собственности до 1993 г., после чего с 1995 г. - во владении Роллс-Ройса), его имя сохранилось в марках моторов. А на базе все того же "Либерти" был разработан удачный мотор Второй мировой войны "Аллисон" V-1720.
В Великобритании в 1912 г. в Фарнборо на деньги правительства был создан центр исследования самолетов и моторов (R.A.F., Royal Aircraft Factory, или "Королевский авиационный завод", позже в 1929 г. замененное название на R.A.E., Royal Air Establishment - Королевская Авиационная организация - в связи с введением аббревиатуры RAF "Royal Air Force", для Королевских ВВС). Однако до начала Первой мировой войны дела шли не очень успешно. Английская авиация полностью зависела от иностранных разработок моторов, в первую очередь рядного мотора воздушного охлаждения "Рено" V8 (80 л.с.). С копии этого мотора, воспроизведенного в госкомпании (90-сильного R.A.F. 1а) началась история английского авиамоторостроения. Кроме Рено, по лицензии производились также ротативный "Гном", "Испано-Сюиза" V-8, "Austro-Daimler", модификация которого на фирме Сиддли получила название "Пума".
Вообще именно для Великобритании (и довоенных, т.e. до 1939 г. в США) было характерным присвоение моторам не условных индексов, а "собственных" имен. В этой характерной претенциозности тоже проявился начальный этап инновационной волны. Знаменитая фирма "Роллс-Ройс", основанная в 1906 г. выпускником Кембриджа, автодилером Хоном Чарльзом Роллсом, продававшим в Лондоне автомобили Пежо, и собственником компании по производству электрооборудования в Манчестере Генри Ройсом с энтузиазмом занималась созданием мотора для гоночного автомобиля "Silver Ghost" ("Серебряный Призрак"). Этот мотор жидкостного охлаждения имел шесть цилиндров. В 1910 г. Ролле погиб в автокатастрофе, а в 1914-м началась мировая война.
Первым госзаказом частной фирме "Роллс-Ройс", расположенной в Дерби, было задание разработать аналог "Рено" V8, затем - мотор воздушного охлаждения мощностью 200л.с. Но ни то, ни другое не нравилось Генри Ройсу. Ройс выбрал схему жидкостного охлаждения и удвоил число цилиндров своего мотора до 12. Получился Eagle ("Орел", 1918 г.) первоначальной мощностью 225 л.с. ("Орел-1"), позже форсированный до 360 л.с. ("Орел-8"). Как только началось бурное развитие авиации во время Первой мировой войны и далее в 1920-е гг. и потребовались моторы различной (в первую очередь большей) мощности, сэр Генри Ройс (умер в 1933 г.) разработал на базе этого "Орла" серию "хищных" моторов: уменьшенную копию "Орла" Falcon ("Сокол") мощностью 205–285 л.с., стосильного Hawk’a ("Ястреба") - аналога "Рено V8" - и мощный Condor ("Кондор"). "Кондор" мощностью 550–600 л.с., появившийся в конце войны, предназначался для дальних бомбардировщиков с радиусом действия до Берлина. Но в 1918 г. война закончилась, щедрые госзаказы прекратились.
В этой ситуации выжили только частные фирмы, в частности "Нэпир и сын" (D. Napier&Son) и "Роллс-Ройс". "Нэпир", занимавшаяся до войны автомобильной продукцией, с началом войны тоже получила госзаказ на участие в качестве субподрядчика в разработке авиамотора, получившего обозначение по первым буквам названия госкомпании R.A.F.3a. Однако уже в 1916 г. фирма "Нэпир" (конструктор - Роуледж) самостоятельно разработала мотор Lion ("Лев") мощностью 500 л.с. Серийный выпуск этого мотора начался уже после войны и продолжился в 1920-е гг. "Лев" имел 12 цилиндров, расположенных по 4 цилиндра в три ряда (оригинальная W-образная схема рядов цилиндров). Позже по такой же схеме строились уже 18-цилиндровые моторы (по 6 цилиндров в ряд).
В конце войны фирмой "Нэпир" был разработан первый 1000-сильный мотор. Это был 16-цилиндровый X-конфигурации (4x4) мотор Cub ("Куб"), который устанавливался на однодвигательные бомбардировщики "Авро" и "Блэкберн". Однако окончание войны ограничило серию первого "тысячника". В 1929-м фирмой "Нэпир" был разработан еще более мощный (1320 л.с.) мотор жидкостного охлаждения с нагнетателем с неслыханно большой общей степенью сжатия, равной 10, для рекордов ("гоночный Лев"). "Роллс-Ройс" тоже работала над мощным 16-цилиндровым мотором Х-конфигурации (4x4) расположения цилиндров. Но время серийных "тысячников" еще не пришло. Все эти моторы имели малый ресурс и были тяжелы - технологии еще не позволяли делать их относительно легкими. К этому времени достигнутое отношение мощности к массе мотора (л.с./кг) было уже равно 1.
В начале 1920-х гг. фирма "Кертис" в США опередила всех, разработав удачный, оптимальный (лучший) для того времени, 12-цилиндровый мотор жидкостного охлаждения D-12 мощностью 350 л.с. Этот мотор с классической V-схемой расположения цилиндров явился дефорсированной (1800 об/мин) модификацией передового для того времени 400-сильного мотора "Кертис" К-12 (1917 г.) конструкции Чарльза Киркхэма (С. Kirkham) с гем же соотношением диаметра и хода поршня (114x152 мм). Мотор К-12 задумывался как компактный авиационный мотор: его ширина не должна была превышать ширину плеч пилота, число оборотов достигало 2800 об/мин, блок цилиндров - литой по типу Hisso ("Испано-Сюиза"), но без использования лицензии (лицензией "Испано-Сюиза" обладала фирма "Райт-Мартин"), т. е. оригинальной конструкции.
Однако он опередил свое время: деревянные винты на съем мощности 400 л.с. не могли работать с такими оборотами - требовался редуктор, при отливке корпусов было много брака. Надежный редуктор сделать не удалось. В D-12 отказались от блочной конструкции, вернувшись к раздельным цилиндрам, и снизили обороты. Мотор D-12 получился надежным, дешевле, чем его прямой конкурент "Либерти", смелым лобовым сопротивлением и хорошими весовыми характеристиками (отношение мощности к массе мотора составляло 1,25 л.с./кг). Это позволило ему в составе самолета "Кертис" выиграть дважды кубок Шнейдера, опередив французский "Ньюпор" с лучшим авиамотором того времени "Испано-Сюиза". Именно с этим мотором D-12 была достигну-in максимальная скорость того времени (середина 1920-х гг.) - 320 км/ч. А проблему качества отливок блоков цилиндров решили только к середине 1930-х гг. Последним в ряду моторов жидкостного охлаждения фирмы Кертис" был разработанный в 1928 г., накануне Великой депрессии, мотор Conquerer ("Завоеватель") мощностью 600 л.с. классической V-образной схемы с 12 цилиндрами. Этот мотор имел хорошие весовые характеристики: отношение мощности к массе мотора составляло уже более 1,5, но… наступил экономический кризис, и "Кертис" была вынуждена объединиться с фирмой "Райт", которая в то время уже перешла на моторы воздушного охлаждения.
Всего в США за сорокалетнюю эпоху (1903–1943 гг.) было разработано 30 типов оригинальных (нелицензионных) поршневых моторов, вошедших в серию. Это, безусловно, великолепный результат, свидетельствующий о лидерстве американской инженерной школы в этой области. Другой вопрос, что в США "проспали" начало новой инновационной волны - разработку турбореактивных двигателей, где лидером стала Германия, но об этом - дальше.
Подлинно авиационными являются именно моторы воздушного охлаждения (до появления авиации их просто не было, да и вне авиации они неприменимы). Родиной стационарных (неротативных) авиамоторов воздушного охлаждения большой мощности является Великобритания. Уже в 1917 г. на заводе "Космос" Роем Федденом были спроектированы сразу двухрядные 14-цилиндровые "Меркурий" (315 л.с.) и "тысячник" 18-цилиндровый "Геркулес". Однако пришлось сдавать назад - надежное охлаждение двухрядных звезд тогда организовать не удалось. Зато однорядный девятицилиндровый мотор "Юпитер" (400 л.с.), созданный уже в 1918 г. под руководством Роя Феддена на том же заводе "Космос", оказался надежным. "Космос" впоследствии получил название "Бристоль", а после объединения с фирмой Сиддли "Армстронг" сформировалась известная фирма "Бристоль-Сиддли" до очередного объединения ее с "Роллс-Ройсом" уже в 1960-е гг.
Лицензия на производство модернизированного "Юпитера-VI" мощностью 535 л.с. была приобретена французской фирмой "Гном-Рон", где он строился с 1923 г., а также (уже после приобретения у "Гном-Рона") в СССР (на заводе № 29 в Запорожье под маркой М-22), Германии ("Сименс"), Японии, Чехословакии, Польше. Англичане же на основе "Юпитера" выпустили малотиражную "планетную" серию в классе мощности 200–300 л.с. ("Титан", "Нептун"), Следы деятельности Роя Федцена обрываются уже после Второй мировой войны: в 1948 г. под его маркой был сделан турбовинтовой двигатель "Fedden Gotswold" мощностью 1350 л.с. с хорошими весовыми характеристиками - отношение мощности к весу двигателя составляло 4, т. е. с каждого килограмма веса в турбовинтовом двигателе снималось мощности в два раза больше, чем в поршневом.
Первый девятицилиндровый (114x140) авиамотор воздушного охлаждения большой тогда мощности (220 л.с.) фирмы "Райт" - "Wright Whirlwind J-5" (создан при участии известного британского конструктора моторов воздушного охлаждения Samuel Heron, или, в русской транскрипции, Самюэля Герона) появился в 1925-м. Помогло этому и приобретение английских патентов. Линдберг в 1927 г. совершил свой знаменитый перелет через Атлантику (Нью-Йорк - Париж) на самолете "Spirit of St. Louis" ("Дух Сан-Луи"), оснащенном этим мотором. После этого авиамоторы воздушного охлаждения завоевали всемирный авторитет - была подтверждена их надежность при лучших весовых характеристиках. Эта надежность была обеспечена кропотливой работой над охлаждением цилиндров и выпускного клапана, имеющего температуру до 300° Цельсия.
История другой знаменитой фирмы "Пратт-Уитни", конкурента "Райт" связана с именем Рентшлера. Фредерик Рентшлер, выпускник Принстонского университета (1909 г.) с большими семейными связями в финансовых кругах, во время Первой мировой войны ставший лейтенантом, занимался приемкой авиамоторов на заводе, т. е. был военпредом. После окончания войны он думал вернуться в семейный бизнес: отец не одобрял его занятие авиацией, говоря: "Авиация - это чертовски дурацкий бизнес, только для спортсменов" (Sullivan, р. 2). Однако он "заболел" авиацией и после войны в 1919 г. пришел на фирму "Райт" и проработал на ней пять лет. Именно здесь он и создал уникальный конструкторский коллектив. К этому времени он уже дозрел до того, что ему захотелось создать самостоятельную компанию. Но для этого нужна была рыночная ниша для авиамоторов. И тут как раз началось строительство авианосцев, вернее, переделка двух тяжелых крейсеров "Саратога" и "Лексингтон" в авианосцы. А для них потребовалось 200 самолетов и соответственно легких мощных моторов. Рентшлер обещал адмиралу Моффету, начальнику авиации ВМФ, создать легкий мотор воздушного охлаждения мощностью 400 л с. Тот поддержал идею, но федеральных денег на разработку опытного образца не было. Тут-то и помогли семейные и дружеские связи: некоторая сумма свободных денег на этот проект нашлась и была вложена в предприятие ("венчур") на базе станкостроительной фирмы "Pratt & Whittney" в Хартфорде (штат Коннектикут). Основатели базовой фирмы (1860 г.) Фрэнсис Пратт и Амос Уитни начинали как механики на заводе Кольта по производству оружия - пистолетов "кольт" - в Хартфорде. В этом смысле Коннектикут был идеальным местом для новой машиностроительной компании, готовящейся производить продукцию с повышенными требованиями к точности изготовления, т. е. такие прецизионные изделия, как авиамоторы. С квалифицированными кадрами там все было в порядке. Нужны были только деньги, оборудование и помещение. Деньги нашлись, подыскали и помещение - старый автомобильный завод, использовавшийся как склад для сигарного табака.
И вот в 1925 г. Рентшлер, как бы сейчас сказали, главный конструктор, покидает фирму "Райт" вместе с группой конструкторов (и конструкторским заделом), включая талантливого конструктора и экспериментатора Джорджа Мида (George J. Mead). В этом же 1925 г. им регистрируется новая фирма "Пратт-Уитни Эйркрафт". Несмотря на присутствие в названии фирмы слова "самолет" ("Эйркрафт"), эта фирма проектированием самолетов никогда не занималась. Еще до полного оборудования новой фирмы конструкторы приступили к разработке нового мотора в… гараже, как это часто бывало в те времена фазы "А" инновационной волны.
Первый девятицилиндровый (146x146) мотор PW Wasp "Оса" (425 л.с.) был создан уже в 1926 г. Он действительно оказался самым легким мотором того времени, как и обещал Рентшлер: отношение мощности к весу мотора составило 1,45. Позже на основе удачного опыта создания "Осы" появляются и другие "осы" "Пратт-Уитни": Twin Wasp "Оса сдвоенная" и Double Wasp "Оса удвоенная". Между тем начинается конкуренция между "Пратт-Уитни" и "Райт", последняя в начале 1930-х объединяется с фирмой "Кертис". В результате острой борьбы к середине 1930-х доминировать стала фирма "Кертис-Райт" благодаря установке ее мотора воздушного охлаждения "Циклон" разработки 1933 г. на массовый транспортный самолет фирмы "Дуглас ДС-1" (Douglas Commercial), а позже и на самый знаменитый самолет "всех времен и народов" ДС-3, или, по военной классификации, С-47, или его отечественный аналог Ли-2.
Уже после Второй мировой войны, в 1950-е гг. в этой конкурентной борьбе победила "Пратт-Уитни", вовремя перестроившись на проектирование и производство газотурбинных двигателей. А "следы" конкурирующих фирм "Райт" и "Пратт-Уитни" проявились в виде лицензионного производства в СССР (мотор Райт "Циклон" - Швецов АШ-62) и в Германии (моторы PWWasp "Оса" и Hornet "Шершень" - BMW. 132). "Квадратное" соотношение диаметра и хода поршня в двигателе BMW. 801 ведет свое происхождение именно от "Пратт-Уитни". В войну глубокие двухрядные модификации (АШ-82ФН и BMW 801D) этих однорядных лицензионных моторов встретились в бою на самолетах Лa-5 и "Фокке-Вульф-190".
В 1920-е гг. английское правительство не поддержало разработку отечественных "тысячников"-динозавров, а здраво рассудив (что говорит о хорошей компетентности правительственных экспертов по авиации), заказало фирме "Роллс-Ройс" разработку аналога американского D-12 с добавлением нагнетателя. Первоначально мотор был без нагнетателя: собственной школы разработки нагнетателей на "Роллс-Ройсе" не было. Пригласили Эллора (J. E. EIIor) из госкомпании "Королевский авиационный завод" R.A.F., занимавшегося нагнетателями с 1915 г., который и разработал односторонний нагнетатель с механическим приводом. Вообще первый нагнетатель для наддува цилиндров появился в эксплуатации на моторе R.A.F.8, двухрядной звезде воздушного охлаждения. Работы по турбинному приводу нагнетателей велись в Великобритании с 1918 до 1925 г., пока решением правительства эти работы не были прекращены из-за отсутствия жаропрочных материалов. Правда, был разработан уникальный опытный роллс-ройсовский "Кондор-5" с двухступенчатым турбонаддувом.
Так, по заказу правительства в качестве английского аналога D-12 появился Kestrel ("Пустельга") V-12 мощностью 460–760 л.с., который строился в большом количестве и ставился на разные типы самолетов (истребители, бомбардировщики, летающие лодки, транспортные, учебно-тренировочные). Этот, т. е. по сути американский, мотор создал основу для семейства современных поршневых моторов "Роллс-Ройс". Развитие технологии снизило зависимость мощности мотора от его массы: появились новые материалы, надежно работающая схема с наддувом, новые конструктивные решения. Примером внедрения новых технологий является специально спроектированный мотор "R" ("рекордный") на базе 925-сильного мотора Buzzurd (тоже птица-хищник "Канюк"), увеличенного мотора Kestrel для уже упоминавшихся авиационных гонок (морской авиации) на приз Жака Шнейдера, проводившихся ежегодно, начиная с 1913 г. Эти престижные соревнования, проводившиеся в Монако, были аналогом автомобильных гонок. Гонки преследовали и вполне конкретную цель отработки авиационных инноваций. Как известно, будущие успехи в аэродинамике английского истребителя "Спитфайр" были обусловлены работой конструктора фирмы "Супермарин" Митчела над самолетами для этих гонок.
Для мотора "R" с повышенным (до 3300 об/мин) числом оборотов, имеющего двухступенчатый нагнетатель, были разработаны натриевая система охлаждения клапанов, антидетонационные присадки в топливо. (Автор помнит, как в детстве мы забавлялись поджиганием водорода, получаемого из натрия расковыренных клапанов посредством опускания их в лужи - факел получался отменный, а клапанов этих валялось много на послевоенных свалках авиационной техники.) Именно с этим мотором мощностью 2600 л.с. Великобритания выиграла в 1931 г. гонки на приз Шнейдера. В конце концов на базе этих разработок появился и ставший знаменитым Merlin ("Кречет"). Успехи фирмы "Роллс-Ройс" стали возможными в том числе и в результате приглашения на работу ведущих специалистов из других моторных фирм: конструктора нэпировского "Льва" Роуледжа (A. J. Rowledge перешел на "Роллс-Ройс" в 1928 г.) из "Нэпир и сын" (D. Napier&Son), а также специалиста по нагнетателям Эллора из R.A.F.