Люди и моторы. Историческая зарисовка
Истории развития техники присуще особое очарование. В ней нет кровавых войн и дворцовых интриг, зато сполна представлены энтузиазм одаренных одиночек и творческие озарения. Чьи-то имена актуальны и сейчас, а кто-то давно и несправедливо забыт. В этой статье пойдет речь о некоторых фрагментах истории модельных двигателей внутреннего сгорания.
История модельных ДВС начинается в 1912-1914 годах. Мировой рекорд длительности полета модели с бензиновым двигателем в 1914 году составил 51 секунду! И этот рекорд держался 18 лет, пока в 1932 году модель Боудена (да, его фамилия дала название гибкой трубке с тягой внутри) не продержалась в воздухе 71 секунду. Прямо скажем, моторесурс тогда был невелик… Затем, в период с 1932 по 1934 произошел поистине взрывной рост качества модельных двигателей. В 1934 году модель с двигателем Олсона продержалась в воздухе 1 час 6 минут. Именно в начале тридцатых годов прошлого века началась настоящая эра модельных ДВС.
Увы, слишком много исторической информации утрачено, в те времена мало кто задавался целью архивировать документы и сохранять образцы. Энтузиасты кропотливо коллекционируют первые модельные двигатели и реставрируют их. Для некоторых двигателей созданы комплекты CAD-документации и репликация антикварных модельных ДВС является самостоятельным хобби. Об этом будет сказано в конце статьи, а сейчас – о пионерах модельного моторостроения и первых двигателях для авиамоделей. Хочу сразу отметить, что биография Сигео Огавы (Shigeo Ogawa) и история двигателей O.S. Engines подробно и неоднократно описаны в сети, например:
- http://www.craftsmanshipmuseum.com/Ogawa.htm (биография)
- http://www.osengines.com/history.html (история двигателей)
Не вижу смысла в пересказе содержания этих ёмких ресурсов, желающие могут ознакомиться с ними самостоятельно. В статье будет рассказано о первых двигателях Мэла Андерсена, Дика Маккоя, Ирвина Олсона и Билли Брауна, и нам не удастся обойтись без рассказа о биографиях этих людей, потому что история первых двигателей неразделима с судьбами их создателей. Почему выбраны именно эти люди? Во-первых, они были действительно первыми, в те годы едва ли не единственными инженерами модельных мотоустановок. Поэтому им приходилось учиться друг у друга. Маккой строил самолет с двигателем Олсона и переделывал первые двигатели Андерсона. Андерсон заимствовал решения у Олсона. И все они ориентировались на двигатели Брауна – знаменитые Brown Junior. Во-вторых, именно их разработки определили развитие модельного моторостроения на многие годы вперед. Сравните хотя бы внешний вид и глубину конструктивной проработки первых двигателей Андерсона и Огавы. Но, увы, жизнь сложилась так, что двигатели O.S. знает каждый моделист, а двигатели Андерсона остались лишь на полках коллекционеров.
Mel Anderson
(1902-1973)
двигатели "Baby Cyclone", "Super Cyclone", "Anderson Spitfire"
Андерсон начал заниматься авиамоделизмом с 15 лет, и уже в 17-летнем возрасте разработал собственный модельный двигатель – двухцилиндровый, работающий на сжатом воздухе. Но это был, разумеется, далеко не оптимальный вариант силовой установки для авиамодели. Работая в ювелирной мастерской Лос-Анджелеса, Андерсон освоил навыки точных токарных работ и литья из различных сплавов. В свободное от работы время он занимался конструированием и доработкой двухтактных мотоциклетных двигателей, а также двигателя автомобиля Ford T.
В 1932 году Андерсон создал свой первый бензиновый модельный ДВС (рис.1). Большая часть деталей была отлита из алюминиевого сплава в формы собственной разработки. Цилиндр из расточенной стальной отливки венчает свеча зажигания Bosh, которая просто огромна по сравнению с двигателем (впоследствии Андерсон изготавливал двигатели с диаметром гильзы цилиндра, меньшим, чем диаметр свечи). Поршень диаметром 1 дюйм отлит из алюминия и имеет три кольца., внутренний диаметр гильзы 1,125 дюйма. Картер отлит из алюминия, и на нем нет характерных монтажных площадок под мотораму, двигатель крепился на модель при помощи болтов со стороны задней тарелки картера. Карбюратор имеет две впускных горловины и два канала, для рабочего и холостого хода. Автомобильные "корни" двигателя проглядывают в механизме подстройки фазы впуска и узле крепления пропеллера, который представляет собой уменьшенную копию узла крепления вентилятора двигателя Ford T. Двигатель весил 792 гр.
Разумеется, Мэл понимал, что получившийся двигатель хоть и работает неплохо, но чересчур тяжел для авиамодели и годится больше для экспериментов. Поэтому вскоре Мэл разработал двигатель с объемом .525 (рис.2 и рис.3) - первый известный модельный ДВС с фронтальным роторным клапаном и игольчатым клапаном карбюратора. Он уже имел алюминиевую рубашку цилиндра и стальную гильзу. Диаметр гильзы 0,875 дюйма. Кроме того, в этой модели введена клиновидность гильзы, дающая сужение в районе верхней мертвой точки. Такое решение, повышающее герметичность рабочей камеры, Мэл позаимствовал из конструкции двигателя мотоцикла "Indian". Интересная деталь: свеча AC украшена гравированным по телу гайки орнаментом в виде часовой цепочки. Это было сделано для совместной рекламной кампании с ювелирной фирмой, в которой Мэл работал. Сейчас нам трудно понять, каким образом можно рекламировать ювелирную фирму при помощи свечей зажигания и авиамоделей, но факт остается фактом.
Рис.1 Первый модельный ДВС Мэла Андерсона, 1932г. Владелец – Ted Enticknap, USA
|
Рис.2 Двигатель Андерсона образца 1934г.
|
Рис.3 Второй образец двигателя Андерсона .525 Владелец – Bill Simpson, USA.
|
В 1936 году Андерсон совместно с Биллом Атвудом разработал двигатель Baby Cyclone, а в 1939 г. он разработал двигатель "Super Cyclone". На время Второй Мировой войны производство модельных двигателей было приостановлено, так как правительство запретило расходовать стратегическое сырье на побочные нужды. После войны Андерсон открыл собственную производственную компанию и начал выпускать двигатели "Baby Spitfire" (рис.4). Сначала они имели рабочий объем 0.60, но вскоре объем был увеличен до 0.65. Различные варианты этого двигателя производились также по лицензии компаниями American Junior, Wen-Mac и Royal. Цилиндр в сборе, включая поршень и головку, использовались в двигателях Cox Special для первых моделей гоночных автомобилей. На этом двигателе еще можно видеть топливный бак, прикрепляемый сзади к картеру одним винтом.
Андерсон был талантливым инженером, но, как это часто случается, не очень хорошим предпринимателем. Нареканий на качество двигателей не было, удачную конструкцию заимствовали другие производители, но в результате коммерческих ошибок компаньонов фирма Андерсона разорилась, оборудование и остатки товара были пущены с молотка. Андерсон перешел на работу к Джилу Генри в компанию VECO и разработал серию VECO100 с объемами .19, .29, .35. Кстати, с компанией VECO сотрудничал также человек-легенда в мире модельного моторостроения Кларенс Ли, инженер-разработчик и специалист по тюнингу модельных двигателей. Он не продавал серийные двигатели под своим именем, работая в основном по заказу компаний VECO и K&B, но созданные и настроенные им двигатели позволили стать чемпионами не одному десятку американских спортсменов, а теоретические и практические наработки (например, методики точной доводки и стендовых испытаний) актуальны и сегодня.
Dick McCoy
(9.06.1907 – 30.12.2005)
Двигатели "McCoy", калильные свечи и глушители C&H
Дик Маккой также является пионером модельного моторостроения, но его увлечения всегда лежали в области гоночных автомоделей, поэтому он начал с адаптации авиамодельных двигателей к специфическим требованиям автомоделей. Получилось очень хорошо, оснащенные его двигателями модели установили не один рекорд скорости. Двигатели стали популярны не только среди авто- но и авиамоделистов.
Вообще-то Маккой сначала попробовал заниматься авиамоделизмом, но неудачно. Модель, оснащенная двигателем Ohlsonn .23 была сразу разбита. После этого Маккой решил, что отныне он будет заниматься исключительно автомоделями и двигателями для них. Получилось весьма неплохо: в 1942 году его гоночные модели с двигателями собственной разработки победили практически во всех заездах, установив попутно несколько рекордов. Разумеется, после этого на них обратили внимание многие моделисты, появился хороший спрос. Покупатели двигателей тоже начали занимать призовые места. Это был несомненный успех! Причем Маккою пришлось-таки разработать и версии двигателей для авиамоделей. Но он не стал сразу открывать собственную фирму, а заключил контракт на производство с компанией Duro-Matic, хотя двигатели выпускались с торговой маркой "McCoy" на корпусе (рис.6), и некоторые моделисты думают, что так всегда называлась собственная фирма Дика. Затем Duro-Matic вошла в состав компании Testors, в нее же и перешел Маккой. В общей сложности он сотрудничал с этими фирмами 35 лет и получил 16 патентов на конструкцию модельных двигателей.
Рис.5 Дик Маккой в 1957 году, за рабочим столом в компании Testors.
|
Рис.6 Один из первых двигателей McCoy. Владелец экземпляра Dave Gierke, США.
|
Рис.7 Двигатель McCoy "Red Head", 1945г. Объем .607, искровое зажигание.
|
Рис.8 Компрессионный двигатель McCoy, 1954г., объем .099.
|
В 1983 году Маккой продал бизнес по производству модельных двигателей и переключился на производство запасных частей и аксессуаров для двигателей, создав вместе с сыновьями фирму Carl & Harold Products, известную на рынке под торговой маркой C & H. Разработанные Диком и его сыновьями калильные свечи всегда считались одними из лучших. Сегодня C&H является одним из крупнейших в мире производителей калильных свечей, глушителей и некоторых других аксессуаров. На упаковках свечей C&H есть броская надпись "Real McCoy", как символ высокого качества.
Irvin Ohlsson
(1913 – 20.04.1996)
двигатели "Ohlsson Engines", "O&R"
Свою первую " кордовую модель" маленький Ирвин построил в семь лет. Это был самолет из дощечек, который нужно было вращать вокруг себя на веревке, привязанной за крыло. Так началась биография одного из знаменитых разработчиков и доводчиков модельных двигателей. К 18-летнему возрасту Ирвин построил множество моделей с резиномоторами и выиграл несколько соревнований, поставив на одном из них рекорд продолжительности и дальности полета.
На свои первые авиамодели с ДВС Олсон ставил переделанные моторы Brown Junior, предназначавшиеся для моделей лодок. На одной из таких моделей он и установил в 1934 году новый рекорд длительности полета. Первая самостоятельная конструкция Олсона была довольно забавной. Она представляла собой газовый двигатель, а источником газа являлся сгорающий в закрытом контейнере брикет твердого топлива. Но проблема заключалась в том, что контейнер очень сильно раскалялся и при посадке или аварии это часто приводило к пожару. От идеи пришлось отказаться.
Свои первые модельные ДВС Ирвин изготовил при помощи приятеля, станочника Гэрри Райса. Они стоили 16,5 долларов, что равнялось тогда средней недельной зарплате рабочего. Двигатель "Ohlson Mini", известный также как "Gold Seal" имел объем .056, кованый шатун и "глухой" цилиндр (без съемной головки). Олсон продавал также наборы для сборки авиамоделей, и, что примечательно, оснащал их двигателями "Brown Junior". Пусть это выглядит странновато, зато позволило заработать деньги для развития собственного производства.
В 1941 году Олсон и Райс начали полноценное серийное производство двигателей "Ohlson&Rice" или, сокращенно O&R. Это были двигатели с объемом .19, .23 и .60. которые стали чрезвычайно популярными. Они имели шариковые опорные подшипники коленвала и роликовые подшипники шатуна. Крышка топливного бака, расположенного сзади, объединена с впускным патрубком карбюратора. Конструкция оказалась слишком дорога в производстве, и после войны была существенно упрощена. Никакие другие двигатели не могли сравниться с O&R в надежности, долговечности и простоте ухода. В 1947 году фирма Олсона и Райса производила тысячу двигателей в день.
Надежные калильные свечи пришли на рынок в 1947 году, и соответствующие двигатели тут же появились в товарной линии O&R. Кроме того, Олсон и Райс выпускали собственное топливо для искровых и калильных двигателей. Кульминацией карьеры Олсона стала разработка в 1949 году двигателя "Redhead 33". Увы, стремительное расширение ассортимента и объема производства привело к заметному снижению качества и появлению конструктивных недостатков. Возросло количество возвратов бракованной продукции на фабрику. Попытка применить шатуны, отлитые из алюминиевого сплава, оказалась неудачной. Они деформировались и рвались. Пришлось возвращаться к стальным шатунам. Но конструкция под них изначально рассчитана не была, и при детонации топлива более жесткий шатун передавал удар на недостаточно прочный картер, отчего двигатель иногда разваливался на части во время полета.
Рис.9 Первый двигатель Олсона, 1934г.
|
Рис.10 Двигатель Ohlsson выпуска 1947г. Рабочий объем .23.
|
Рис.11 Двигатель O&R выпуска 1940г. Рабочий объем .60.
|
Большой объем брака и связанные с этим финансовые проблемы привели к разрыву партнерских отношений Олсона и Райса. Но перед этим они успели продать в общей сложности более полумиллиона модельных двигателей.
Впоследствии Олсон вернулся в модельный бизнес, купил у наследников Андерсона компанию "Spitfire", включая завод по расфасовке топлива, и начал производство калильных свечей и топлива под своим именем, а также для нескольких других модельных производителей, но под их торговой маркой.
William (Bill) Brown
(30.05.1911 – 8.01.2003)
двигатели Brown Junior
Да, это тот самый Билли Браун, который носил почетный титул "Mr. Model Engine", создатель знаменитых двигателей "Brown Junior". Карьера моделиста началась у Брауна с семи лет, когда отец купил ему книгу Моргана "Model Flying Machines" издания 1913 года. В то время у его одноклассника уже была модель с резиномотором. Первые опыты Билла были неудачными, и только в 12 лет он сделал модель, которая летала более-менее хорошо. Прототипом этой модели был двухмоторный самолет Cecil Paoli. Биллу очень хотелось, чтобы у этой модели были настоящие маленькие моторчики, как у оригинала.
Изучение ДВС Билл начал с отцовского двухцилиндрового подвесного лодочного мотора, откуда он позаимствовал некоторые конструктивные решения для своего будущего двигателя. Юность Билла пришлась на период Великой Депрессии, когда отец потерял работу, и перебивался случайными заработками. Но это не помешало Биллу приступить к постройке первого собственного модельного ДВС во время учебы в старших классах технической школы (приблизительный аналог нашего ПТУ). Каждую свободную минуту он проводил в мастерской отца на первом этаже дома. Самодельными были все детали двигателя. Даже миниатюрные свечи зажигания Браун сделал сам, на основе конструкции настоящих авиационных свечей. Изоляторы свечей он изготовил из слюды. Много хлопот доставили толкатели тарельчатых клапанов – очень ответственная деталь – но, наконец, удались и они. Первый двигатель завелся, о чем Билл с восторгом сообщил отцу. Но, увы, изнуренный жизненными неурядицами отец его не поддержал и посоветовал бросить эти глупости и заняться делом, дабы помочь прокормить семью. Это здорово испортило отношения с отцом.
Билл сложил первый двигатель в чемодан и отнес в школу, где показал в действии студентам и преподавателю. Преподаватель, опытный инженер, был потрясен, когда Билл признался, что сделал двигатель сам. Чуть позже Билл подружился с Максвеллом Бассетом, талантливым разработчиком авиамоделей и знаменитым впоследствии моделистом. Они быстро нашли общий язык и построили первую модель самолета с двигателем Брауна. Увы, она никак не хотела взлетать выше, чем на четыре фута от земли – не хватало мощности двигателя. Браун тут же начал менять конструкцию и строить новый двигатель. Напомню, что Билл и Максвелл в то время были студентами технической школы!
В день 20-летия Билла филадельфийская газета "Evening Bulletin" опубликовала фотографию Билла с бензиномоторной моделью самолета в руках. В этой же газете были опубликованы рабочие чертежи и статья "Как построить миниатюрный бензиновый мотор". Все желающие могли приобрести заготовку картера и цилиндра. И заказы после публикации статьи действительно появились. Это убедило отца, что сын занят реальным делом, и они вместе разработали новый двигатель "Brown Midget Motor" с рабочим объемом .045. Изготовили три экземпляра, и ни один не завелся… Тем не менее, на основе этого двигателя был создан первый серийный двигатель, выпускаемый фирмой Брауна "Junior Motors Incorporated".
В начале тридцатых годов правила американской модельной ассоциации подразумевали только один общий класс "модели с мотором". Когда в 1932 году на соревнования пришли Максвелл и Браун с бензомоторной моделью, у конкурентов с двигателями на сжатом воздухе не осталось шансов. В то время соревнования моторных моделей проводились по простым параметрам – продолжительность и высота или дальность полета. Новички выиграли несколько чемпионатов подряд, после чего пришлось вносить изменения в правила и вводить новые категории. Лучшее время полета в 1932 году составило 28 минут 18 секунд. Все модельные журналы и газеты Америки опубликовали восторженные статьи, некоторые с нелепыми преувеличениями, но это послужило толчком к появлению спроса на ДВС для моделей. И вот ведь парадокс: описанные события приходятся на середину и конец периода Великой Депрессии. Однако тысячи людей желали отдать накопленные по центу деньги, чтобы приобрести новый двигатель на модель!
Первый серийный двигатель под маркой Brown Junior стоил $21,50 – очень существенная сумма для того времени. Но за первые два года фирма Брауна продала 5000 экземпляров! Двигатель Brown D за период с 1938 по 1942г.г. был продан в количестве 16600 штук. Модели с двигателем Брауна выигрывали один чемпионат за другим. Напомню, что первые удачные двигатели другого известного разработчика, Ирвина Олсона, представляли собой переделанные двигатели Брауна. Браун-старший, вначале усомнившийся в "нелепой затее", теперь был почетным президентом компании.
Рис.12. Реклама двигателя Брауна образца 1940г. в модельном каталоге.
|
Рис.13 Двигатель Brown D, 1938-1942г.
|
И немного о неожиданном. Оказывается, Браун еще и "Мистер СО2". Идея использовать сжатую углекислоту возникла еще в 1890 году, а в 1906 году взлетел первый полноразмерный самолет на сжатом CO2. Это был француз Traian Vuia. А мистер Браун, мимоходом, занимаясь ДВС, разработал оригинальную конструкцию модельного двигателя на CO2. Самый знаменитый вариант двигателя имеет размер не больше ногтя. Ветераны моделизма в разных странах с умилением вспоминали, как именно этот двигатель Брауна позволил им построить первую моторную модель. Разработанные Биллом и его отцом конструкции газовых двигателей защищены несколькими патентами США.
Последующая гонка за миниатюризацией двигателей привела к тому, что бензиновые и калильные двигатели Брауна не выдержали конкуренции и их производство свернули. Зато в области миниатюрных двигателей на CO2 Браун всегда был вне конкуренции и нашел в этой области рыночную нишу, к тому же защищенную патентами. Двигатели на CO2 с торговой маркой "Brown Junior" выпускаются в США и сегодня.
Восстановление и репликация модельных ДВС
Вообще-то, репликация и восстановление антикварных ДВС, и модельных в том числе, давно стала самостоятельным направлением хобби. Если читатели проявят к этой теме интерес, я расскажу о ней подробнее. А пока коротко, в нескольких словах и только про модельные двигатели.
Очень часто антикварные модельные ДВС, попавшие в руки коллекционера, сломаны или им недостает некоторых деталей. Если приобрести нужные детали не получается, их восстанавливают по имеющимся образцам или чертежам, стараясь максимально соблюсти достоверность. Кроме того, двигатели чистят, полируют, восстанавливают покрытие окрашенных, вороненых и анодированных деталей. Качественно восстановленный двигатель, как правило, полностью работоспособен, "как новый". Восстановленные двигатели, содержащие неоригинальные детали, называют винтажными образцами, их можно приобрести через Интернет. Добросовестные продавцы указывают, какие детали заменены. Обычно они же скупают ненужные двигатели и детали.
Когда двигатель полностью изготавливают заново, это называется репликацией или копированием. При изготовлении используются как оригинальные антикварные чертежи, так и неоригинальные, снятые по физическим образцам. Готовые копии или наборы для их изготовления (разной степени готовности) также можно приобрести в сети. Существуют как абсолютно точные копии, когда во главу угла поставлена копийность, так и образцы, доработанные с учетом современных знаний. Внешне они выглядят достоверно, но у них изменены формы окон, фазы газораспределения, материалы гильзы и поршня и т.п. Это облегчает запуск и настройку копии. Можно приобрести набор, состоящий из копии оригинальных чертежей и комплекта необработанных заготовок: отливки картера, поршня, шатуна, прутки и пружинную проволоку… В этом случае моделист самостоятельно, по чертежам, изготавливает детали примерно так, как это делал бы его коллега много лет назад. Работоспособность будущего двигателя полностью зависит от аккуратности и умения моделиста. Зато, какова радость, когда двигатель заведется!
Источники, использованные при подготовке статьи
В этой статье приведена лишь малая часть тех сведений, которые могут быть интересны любителю истории моделизма. Ниже приведен перечень источников, иллюстрации и исторические сведения из которых были использованы при подготовке статьи:
- http://www.collectair.com/ - настоятельно советую посетить этот сайт! Огромное количество информации для коллекционеров и моделистов, бесчисленное множество отличных иллюстраций. Есть образцы на продажу.
- http://modelenginenews.org/rsch/index.html – наборы литых деталей для изготовления реплик модельных ДВС. С этого адреса можно перейти на статью "Как изготовить работающий двигатель" и на главную страницу сайта, который тоже заслуживает самого внимательного изучения.
- http://www.craftsmanshipmuseum.com/enginemen.htm – страница Музея прикладного мастерства, посвященная создателям модельных ДВС.
- http://www.modelaircraft.org – сайт Ассоциации модельной аэронавтики США, основанной в 1936 году. Есть специальный раздел "Музей", где можно найти биографии многих знаменитых моделистов и инженеров.
- http://www.mh-aerotools.de/airfoils/index.htm – сайт "Aerodinamics for model Aircraft", кроме множества прочей полезной информации содержит раздел посвященный истории и коллекционированию двигателей Cox Engines. Хорошие фотографии, исторические справки.
- Книга Dave Gierke: "Airplane Engine Guide" – Air Age Media, 2005.