Rolls-Royce Merlin 61

Rolls-Royce Merlin 61 — это британский поршневой авиационный двигатель V-образной конфигурации с жидкостным охлаждением, разработанный компанией Rolls-Royce Limited в 1942 году. Относится к семейству двигателей Merlin, выпускавшихся с 1936 года, и представляет собой первую серийную модификацию с двухступенчатым двухскоростным нагнетателем, что обеспечило значительный прирост мощности на больших высотах. Merlin 61 стал одним из ключевых факторов, позволивших истребителю Supermarine Spitfire сохранить боеспособность против новых немецких самолётов, таких как Focke-Wulf Fw 190.

История создания

К началу 1942 года британские истребители Spitfire Mk.V с двигателем Merlin 45 (одноступенчатый нагнетатель) начали уступать по высотным характеристикам новейшему немецкому истребителю Focke-Wulf Fw 190, который превосходил их на высотах более 6000 метров. Для восстановления паритета требовалось существенно увеличить мощность двигателя на высоте, что было невозможно без кардинального изменения системы наддува.

Компания Rolls-Royce, имевшая опыт разработки двухступенчатых нагнетателей для двигателей Vulture и Griffon, адаптировала эту технологию для Merlin. В 1941 году инженер Стэнли Хукер (Stanley Hooker) предложил концепцию двухступенчатого нагнетателя с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха. В отличие от одноступенчатого, где одна крыльчатка сжимала воздух, двухступенчатый агрегат имел две последовательно расположенные крыльчатки, что позволяло достичь более высокого давления наддува на больших высотах.

Первые прототипы Merlin 61 были собраны в начале 1942 года. В марте 1942 года двигатель прошёл 100-часовые стендовые испытания на номинальную мощность. В апреле 1942 года Merlin 61 был установлен на прототип Spitfire Mk.IX (серийный номер AB507), который совершил первый полёт 10 апреля 1942 года. Испытания показали, что на высоте 7000 метров Spitfire Mk.IX развивал скорость около 660 км/ч — на 40–50 км/ч больше, чем Spitfire Mk.V. Уже в июне 1942 года началось серийное производство, и к концу года Merlin 61 устанавливался на все новые истребители Spitfire Mk.IX, а также на бомбардировщики de Havilland Mosquito и Avro Lancaster.

Конструкция

Общая компоновка

Merlin 61 — 12-цилиндровый V-образный двигатель с углом развала блоков цилиндров 60 градусов. Рабочий объём — 27,0 литров (диаметр цилиндра 137,16 мм, ход поршня 152,4 мм). Система охлаждения — жидкостная, с принудительной циркуляцией воды и этиленгликоля. Сухая масса двигателя — около 745 кг.

Двухступенчатый нагнетатель

Главное отличие Merlin 61 от предыдущих модификаций — двухступенчатый двухскоростной нагнетатель. Первая ступень (низкого давления) и вторая ступень (высокого давления) размещены в едином корпусе, установленном сзади двигателя. Привод нагнетателя осуществляется от коленчатого вала через планетарный редуктор и гидравлическую муфту, позволяющую переключать передаточное отношение на две скорости: низкую (для полёта на малых и средних высотах) и высокую (для больших высот).

Между первой и второй ступенями установлен промежуточный радиатор (интеркулер), который охлаждает сжатый воздух перед подачей во вторую ступень. Это повышает плотность заряда и предотвращает детонацию. Охлаждение интеркулера осуществляется отдельным контуром с гликолевой смесью, циркулирующей через радиатор, расположенный в крыле самолёта.

Система наддува

Максимальное давление наддува на взлётном режиме составляло +18 psi (1,24 бар избыточного давления) по сравнению с атмосферным. На высоте 7600 метров (25 000 футов) двигатель развивал мощность 1490 л.с. (1100 кВт) при 3000 об/мин. Для сравнения, Merlin 45 на той же высоте выдавал не более 1100 л.с. (820 кВт). Благодаря двухступенчатому нагнетателю Merlin 61 сохранял высокую мощность до высоты около 8500 метров, что позволяло истребителям Spitfire Mk.IX эффективно бороться с Fw 190 на всех боевых высотах.

Карбюратор и система впрыска

Merlin 61 оснащался карбюратором типа SU с автоматической регулировкой состава смеси в зависимости от высоты. Для предотвращения обеднения смеси при отрицательных перегрузках (например, при пикировании) использовался модифицированный карбюратор с поплавковой камерой, расположенной ниже диффузора, что обеспечивало непрерывную подачу топлива даже при перевёрнутом полёте. В поздних сериях (с 1944 года) на некоторых модификациях применялся впрыск топлива.

Система зажигания

Зажигание — двойное, от двух магнето (по одному на каждый блок цилиндров). Свечи зажигания — с платиновыми электродами, рассчитанные на высокое давление наддува. Угол опережения зажигания автоматически регулировался в зависимости от оборотов и давления наддува.

Модификации

Merlin 61 стал основой для целого семейства двигателей, различавшихся степенью форсирования, типом карбюратора и системой охлаждения:

• Merlin 63 — модификация с увеличенным до +20 psi (1,38 бар) давлением наддува, мощность на взлёте — 1710 л.с. (1275 кВт). Устанавливался на Spitfire Mk.IX и Mosquito.
• Merlin 66 — вариант с усиленным интеркулером и более высоким давлением наддува (+25 psi, 1,72 бар), мощность на взлёте — 1800 л.с. (1340 кВт). Использовался на Spitfire Mk.XIV.
• Merlin 70 — модификация с изменённым профилем лопаток нагнетателя для оптимизации работы на высотах более 9000 метров. Устанавливался на высотные разведчики Spitfire PR.XI.
• Merlin 77 — версия с системой впрыска топлива и увеличенной степенью сжатия, мощность — 1720 л.с. (1280 кВт). Применялся на Mosquito B.XVI.

Применение

Истребители

• Supermarine Spitfire Mk.IX — основной носитель Merlin 61. С апреля 1942 года по 1945 год выпущено более 5600 самолётов этой модификации. Merlin 61 обеспечил Spitfire превосходство в высотном бою до появления реактивных истребителей.
• Supermarine Spitfire Mk.VII — высотный перехватчик с герметичной кабиной, оснащался Merlin 61 или Merlin 64.
• Supermarine Spitfire Mk.VIII — улучшенная версия с увеличенным запасом топлива, использовавшаяся в Средиземноморье и на Тихом океане.

Бомбардировщики и многоцелевые самолёты

• de Havilland Mosquito — скоростной бомбардировщик и разведчик. Merlin 61 устанавливался на модификации Mosquito B.IV, B.IX, PR.IX, FB.VI. Двигатель обеспечивал скорость до 680 км/ч на высоте 8000 метров.
• Avro Lancaster — тяжёлый бомбардировщик. Merlin 61 использовался на ранних сериях Lancaster Mk.I, но затем был заменён на более мощный Merlin 24.

Экспериментальные и рекордные машины

• Supermarine Spitfire PR.XI — высотный разведчик с Merlin 70, способный подниматься на высоту 13 500 метров.
• Miles M.20 — прототип лёгкого истребителя, оснащался Merlin 61, но в серию не пошёл.

Эксплуатационные характеристики

• Взлётная мощность: 1490 л.с. (1100 кВт) при 3000 об/мин и давлении наддува +18 psi.
• Мощность на высоте 7600 м: 1490 л.с. (1100 кВт) — максимальная мощность на высоте.
• Мощность на высоте 3000 м: около 1300 л.с. (970 кВт) при работе на низкой скорости нагнетателя.
• Удельный расход топлива: 0,28–0,32 кг/л.с.·ч (в зависимости от режима).
• Высотность: до 8500 м (эффективная работа), до 10 000 м (с ограничениями).
• Ресурс: 200–300 часов до капитального ремонта (в зависимости от условий эксплуатации).

Значение

Merlin 61 стал одним из наиболее удачных поршневых авиационных двигателей Второй мировой войны. Его внедрение позволило быстро и без кардинальной перестройки производства перевооружить истребительную авиацию Королевских ВВС, сохранив паритет с немецкими самолётами. Двухступенчатый нагнетатель, разработанный для Merlin 61, впоследствии использовался на более мощных двигателях Rolls-Royce Griffon и Packard V-1650 (американская лицензионная версия Merlin). Всего за годы войны было выпущено около 15 000 двигателей семейства Merlin 61/63/66/70, что сделало его одной из самых массовых модификаций Merlin.

Источники

• Hooker, Stanley. Not Much of an Engineer. — Shrewsbury: Airlife Publishing, 1984. — ISBN 978-0-906393-35-6.
• Lumsden, Alec. British Piston Engines and Their Aircraft. — Shrewsbury: Airlife Publishing, 1994. — ISBN 978-1-85310-294-3.
• Price, Alfred. The Spitfire Story. — London: Arms and Armour Press, 1982. — ISBN 978-0-85368-464-2.
• Jane's Fighting Aircraft of World War II. — London: Jane's Publishing Company, 1989. — ISBN 978-0-517-67964-7.