Rolls-Royce Griffon

Роллс-Ройс Грифон () – семейство британских 12-цилиндровых V-образных авиационных двигателей жидкостного охлаждения с рабочим объёмом 36,7 л, строившихся фирмой Rolls-Royce Limited. В соответствии с принятой на фирме системой наименований, двигатель получил имя хищной птицы – белоголового сипа.

Работы стартовали в 1938 г. в ответ на запрос Воздушных сил флота на разработку нового мощного мотора для перспективных самолётов, таких как Fairey Firefly. В 1939 г. было решено, что двигатель может быть приспособлен для использований на истребителе Spitfire. Разработка была приостановлена с целью концентрации усилий на доводке Merlin и Vulture, и производство не начиналось до начала 1940 г.

Griffon оставался в производстве до 1955 г., став, таким образом, последним 12-цилиндровым V-образным авиамотором классической конструкции, выпускавшимся фирмой Rolls-Royce. Моторы этого семейства продолжают эксплуатироваться Королевскими ВВС в ; также они установлены на последнем летающем экземпляре Avro Shackleton в .

Разработка и развитие

Происхождение Согласно мемуарам Артура Руббры, впервые обозначение Griffon было присвоено дефорсированной версии гоночного двигателя «R», которая испытывалась в 1933 г. Мотор R11Eves 2001, p. 228., никогда не поднимавшийся в воздух, был использован в программе «Buzzard с умеренным наддувом», не получившей дальнейшего развития и не имевшей прямого отношения к моторам Griffon 40-х гг.

В 1938 г. Воздушные силы флота обратились к фирме Rolls-Royce с запросом о возможности создания увеличенной версии Merlin. Требовался надёжный и простой в обслуживании двигатель, развивающий большую мощность на малых высотахFlight 1945, p. 309.. Начавшиеся вскоре работы шли без особых затруднений, по сравнению с Merlin, и первый из трёх прототипов Griffon I был впервые запущен 30 ноября 1939 гLumsden 2003, p. 216.Morgan and Shacklady 2000, p. 133.. Несмотря на то, что он имел одинаковый диаметр цилиндра и ход поршня с одноимённым опытным мотором 1933 г., в остальном это была совершенно новая конструкция.

Хотя Griffon разрабатывался для морских самолётов, 8 ноября 1939 г. представитель предложил установить его на Spitfire. Три недели спустя фирме Supermarine было дано разрешение на исследования в этом направлении, в результате чего 4 декабря фирмой была выпущена 'Спецификация 466'. Это решение привело к изменению расположения вспомогательных механизмов для максимального уменьшения поперечного сечения двигателя. В результате она составила всего 0,73 м2, что, при значительно большем объёме, немногим превосходит 0,70 м2 у Merlin. Переделанный двигатель был впервые запущен 26 июня 1940 г. и пошёл в производство под индексом Griffon II.

В начале 1940 г., когда впереди уже маячил призрак Битвы за Британию, работы над новым двигателем были приостановлены по приказанию министра авиационной промышленности лорда Бивербрука, и все усилия были сконцентрированы на развитии Merlin, который к тому моменту уже превзошёл по мощности ранние образцы Griffon.

Конструкция

По сравнению с более ранними конструкциями Rolls-Royce, Griffon отличался рядом улучшений, и поэтому не слишком превосходил размерами Merlin, хотя имел на 36% больший рабочий объём.

Одним существенным отличием было объединение приводов распределительных валов и магнето с редуктором винта вместо отдельного привода на заднем конце коленчатого вала. Это позволило уменьшить длину мотора и сделало привод надёжнее и эффективнееFlight 1945, p.312.. Привод нагнетателя также был перенесён вперёд, что потребовало длинного вала, проходившего вдоль мотора, поскольку сам нагнетатель по-прежнему располагался сзадиThe Aeroplane 1945, pp. 1, 3, 6..

На Merlin масло для смазки коленчатого вала подавалось через продольный канал в картере к коренным подшипникам, а уже затем через каналы в щеках вала – на шатунные подшипники. Таким образом, масло к шатунным подшипникам поступало уже нагретым и под меньшим давлением, нежели к коренным. На Griffon эта схема была улучшена – он был первым авиационным мотором производства Rolls-Royce, получившим полый коленчатый вал, в который масло подавалось с обоих концов. Таким образом обеспечивалась равномерная смазка коренных и шатунных подшипников. Другим отступлением от традиционной конструкции стало применение высокоэффективного двойного магнето производства смонтированного сверху на кожухе редуктора винтаFlight 1945, pp. 312, 314., тогда как на более ранних моделях использовались два магнето, установленные сзадиRubbra 1990, p. 118.. Начиная с Griffon 61 внедрён двухступенчатый нагнетатель и другие изменения конструкции: нагнетающий масляный насос перенесён в поддон картера, что позволило сократить до минимума число трубок снаружи двигателяThe Aeroplane 1945, pp. 1, 8.. Кроме того, привод нагнетателя снова был перенесён назад.

Производство авиационных моделей Griffon было прекращено в декабре 1955 г., однако продолжался выпуск морской модификации Sea Griffon для установки на скоростные спасательные лодки, использовавшиеся Королевскими ВВСFlight 1956, p. 578..

Описание основных элементов конструкции (Griffon 65) Согласно Jane's и FlightBridgman 1989, pp. 279–280.[Staff author] 20 September 1945. "The Rolls-Royce Griffon " Flight, pp. 309-316. www.flightglobal.com. Retrieved: 29 October 2009..

Цилиндры 12 цилиндров с «мокрыми» гильзами из высокоуглеродистой сталиFlight 1945, p.313. в двух отлитых из алюминиевого сплава блоках с отъёмными головками. Гильзы изнутри хромированы на глубину 63,5 мм от головки. Угол развала блоков составляет 60°. Головка блока имеет чугунные направляющие втулки впускных клапанов, втулки выпускных клапанов из фосфористой бронзы и сменные сёдла клапанов из сильхрома. Зажигание смеси обеспечивается парой свечей, расположенных друг напротив друга по краям камеры сгорания. Поршни Выточены из поковок R.R.59. Поршневые пальцы полностью плавающие, изготовлены из закалённой хромоникелевой стали. Выше пальца крепятся два компрессионных и одно маслосъёмное кольцо, ещё одно маслосъёмное кольцо расположено ниже крепления пальца. Шатуны С Н-образным сечением стержня, фрезерованы из поковок никелевой стали. Каждая пара состоит из простого и вильчатого шатуна. Нижняя головка вильчатого шатуна является корпусом шатунного подшипника, в который вставлен биметаллический (сталь, свинцовистая бронза) вкладыш. Верхние головки шатунов имеют плавающие втулки из фосфористой бронзы. Коленчатый вал Цельная деталь, выточенная из поковки азотированной никель-хром-молибденовой стали. Статически и динамически сбалансирован, имеет 7 коренных и 6 шатунных шеек. Внутренний смазочный канал, в который масло подаётся с двух сторон, обеспечивает его равномерное распределение между всеми коренными и шатунными подшипниками. «Плавающий» передний подшипник состоит из зубчатого венца, привинченного к коленчатому валу, который входит в зацепление с полуплавающим кольцом, имеющим шлицевое соединение с коротким соединительным валом. Передний конец соединительного вала, в свою очередь, имеет шлицевое соединение с ведущей шестернёй редуктора винта. Коленчатый вал, если смотреть сзади, вращается по часовой стрелке. Картер Собран из двух отливок из алюминиевого сплава. На верхней закреплены кожух привода нагнетателя, блоки цилиндров и часть кожуха редуктора винта; также она несёт коренные вкладыши (состоящие из двух полуколец из низкоуглеродистой стали, покрытых антифрикционным слоем свинцовистой бронзы). Нижняя образует поддон, в котором расположены масляные насосы: нагнетающий, два откачивающих, насос управления приводом нагнетателя. Там же находится насос охлаждающей жидкости, имеющий общий привод с масляными насосами. Кожух привода нагнетателя Представляет собой отливку из алюминиевого сплава, закреплённую сзади на картере. Кроме привода нагнетателя вмещает вспомогательные зубчатые передачи, тахометр, регулятор постоянных оборотов винта, насос интеркулера, топливный насос, образует заднюю стенку поддона картера, закрывая расположенные там насосы. Газораспределительный механизм В каждом цилиндре имеется по паре впускных и выпускных тарельчатых клапанов из аустенитной хромоникелевой стали «K.E.965». Штоки выпускных клапанов заполнены натрием для лучшего охлаждения. Сёдла клапанов, а также обращённая внутрь цилиндра поверхность выпускных клапанов покрыты защитным слоем хромоникелевого сплава «:en:Brightray». Каждый клапан удерживается в закрытом положении парой концентрически расположенных спиральных пружин. Распределительный вал один на каждый блок (SOHC-схема), опирается на 7 подшипников и управляет 24 отдельными коромыслами: 12 закреплены на оси у внутреннего края блока и открывают выпускные клапаны, а другие 12 – на оси у внешнего края, соответственно, впускные.

Объём двигателя, поток масс и наддув Хотя при сравнении поршневых двигателей и оценке потенциала их развития обычно обращают внимание на рабочий объём, это не даёт полного представления о возможностях двигателя. По словам Сирила Лавси, отвечавшего за развитие линейки Merlin:

Господствует мнение, что статический объём, называемый рабочим, – это основа для сравнения потенциальной мощности различных типов двигателей, но это не так, поскольку мощность двигателя зависит только от массы воздуха, которую он способен эффективно потребить, и в этом отношении важнейшую роль играет нагнетательLovesey 1946, p. 218..

В отличие от Merlin, Griffon изначально разрабатывался с одноступенчатым нагнетателем, имеющим двухскоростной привод с гидравлическим управлением. Модели II, III, IV и VI серий были рассчитаны на максимальную мощность на малых высотах, на которых действовали морские ударные самолёты. Моторы 60-й, 70-й и 80-й серий отличались двухступенчатым наддувом и достигали максимальной мощности на малых и средних высотах. В моторах 101-й, 121-й и 130-й серий, имевших общее обозначение Griffon 3 SMLFlight 1946, p. 34., использовался двухступенчатый трёхскоростной нагнетатель. Его привод получил дополнительную пониженную передачу L.S («малого наддува») к уже имеющимся M.S и F.S (соответственно, «среднего» и «полного наддува»). Другим изменением стало увеличение диаметра обеих крыльчаток нагнетателя, что увеличивало границы высотности для каждой его скоростиFlight 1946, pp. 34-35.. Моторы 101-серии использовались с 5-лопастным винтом, 121-я и 130-я серии проектировались для использования соосных винтов противоположного вращения. В 1946 г. мотор 101-й серии был установлен на Spiteful XVI с заводским номером RB518 (фактически это был Mk.XIV, у которого заменили двигатель), и этот истребитель с полной боевой нагрузкой смог развить скорость 795 км/чMorgan and Shacklady 2000, pp. 501, 503..

Переучивание пилотов Поскольку Griffon вращал винт в противоположном относительно Merlin направлении, это соответствующим образом отразилось на поведении одномоторных истребителей. Пилоты, пересевшие на «Спитфайры» с этим мотором, обнаружили, что на взлёте истребитель легче разворачивается вправо, чем влево. Эта тенденция проявилась ещё сильнее с появлением мощных моторов 60-й и 80-й серий с 5-лопастными винтами. Таким образом, пилоты должны были пользоваться на взлёте левым триммером, а не правым, как они привыкли до этогоPrice 1995, pp. 29, 32–33.. Газ на взлёте следовало давать плавно, поскольку неуправляемый разворот вправо при резкой даче газа приводил к движению юзом и чрезмерному износу покрышекAir Ministry 1946, paragraph 49 (i), pp. 26–27.

Несколько экспериментальных «Спитфайров» XIV, 21-й и 24-й серий оснащались соосными винтами противоположного вращения, не имевшими реактивного момента. «Детские болезни» сложного редуктора, необходимого для вращения подобных винтов, не позволили применить их на серийных машинах, но они получили распространение на позднейших самолётах, таких как Seafire FR. Mk 46, F и FR.47 с Griffon 87Morgan and Shacklady 2000, pp. 573, 579, 580.. Griffon 57 и 57A в составе универсальных винтомоторных установок с соосными винтами использовались на морском патрульном самолёте Avro ShackletonCarvell 2010, p. 57..

Варианты