Звездное сердце

Уже почти 60 лет высокую скорость российскому ВМФ обеспечивают уникальные машины, которые никто еще не превзошел по соотношению веса и передаваемой мощности, – звездообразные дизельные двигатели. Это поршневые двигатели внутреннего сгорания, цилиндры которых расположены радиальными лучами вокруг одного коленчатого вала через равные углы. За 150-летнюю историю ДВС придумано множество типоразмеров с разным количеством цилиндров и способами их расположения: рядные, оппозитные, V-образные, W-образные. Но конструкция «звездочек» остается одной из самых сложных.

Ее главное отличие в устройстве кривошипно-шатунного механизма: один шатун – основной, прочие – прицепные – крепятся к нему по периферии.

Единственное в мире предприятие, выпускающее судовые двигатели с радиальным расположением цилиндров в форме семиконечной звезды, – петербургский завод «Звезда». Новый дизель разработан здесь после Великой Отечественной войны. Разработка представляла собой легкий высокооборотный 42-цилиндровый четырехтактный двигатель водяного охлаждения с газотурбинным наддувом мощностью 4000 л.с. Цилиндры располагались в виде семилучевой звезды, а всего таких звезд в двигателе было шесть.

До начала работ над М503 в Центральном институте авиационного моторостроения имелся опытный образец подобной «звезды», но другой размерности. Двигатель разрабатывали для авиации, но из-за многочисленных поломок при испытаниях проект был отклонен.

Для создания опытного образца М503 нужны были положительные рецензии академиков, которые долго не могли получить. По традиционным и до сих пор действующим расчетам семь цилиндров не могут работать на одну шейку коленчатого вала – его запас прочности при такой работе не превышает 8%, и если опираться на эти расчеты, двигатель неработоспособен.

Суть же в том, что нагрузка распределяется равномерно в семи точках, и в результате ее значение находится в допустимых пределах. Запас прочности оказался немалым: на первых испытаниях ломалось все, кроме коленчатого вала.

Когда спустя несколько лет звездообразные двигатели проходили сертификацию для германского регистра Ллойда, возникала та же проблема – немецкие специалисты тоже пользовались базовыми расчетами. Но к тому времени уже десятки тысяч звездообразных двигателей эксплуатировались по всему миру. Сертификат в итоге получили.

Для создания двигателя нового типа потребовалась значительная модернизация завода. Опытное конструкторское бюро превышало по площади 11 тыс. кв. м: механосборочный цех, лаборатория, цех для сборки больших машин, испытательная станция. В конструкцию вносили до 100 изменений в год, за этот период на опытных станциях и в ОКБ расходовалось до 36 тыс. т топлива.

Положительные результаты испытаний показали, что М503 является легким мощным судовым дизелем нового типа, обладающим лучшими весовыми и габаритными показателями, а также высокой экономичностью.

Параллельно началась разработка более мощного двигателя – М504, состоящего из 56 цилиндров мощностью 6000 л.с.

Принятие на вооружение все более совершенных противокорабельных ракет привело к тому, что уже в середине 1960-х годов главком ВМФ потребовал разработать проект нового ракетного катера с усиленным ударным ракетным вооружением.

Создание проекта 1234, получившего шифр «Овод», было поручено ЦМКБ «Алмаз». Он предполагал размещение шести противокорабельных ракет типа «Малахит» с радиолокационным комплексом выдачи целеуказания «Титанит», одного ЗРК «Оса-М» и спаренной 57-миллиметровой арт-установки АК-725 с РЛС управления «Барс». В результате водоизмещение судна возросло до 600 т.

Для обеспечения заданной скорости первоначально хотели использовать газотурбинную энергетическую установку. Однако турбины имели большие размеры и снова вели к увеличению водоизмещения. Расчеты показывали, что даже для обеспечения скорости в 35 узлов требовались шесть М504, что тоже было нереально.

Разработать новый двигатель за выделенное время было невозможно. Решением стало создание устройства, состоящего из двух М504, соединенных редуктором, передающим мощность на один вал. Так появился двигатель М507, имеющий 112 цилиндров, мощностью 10 000 л.с. Мало кто верил, что можно вообще сделать эту машину: конструкция включала более 10 тысяч деталей.

Звездообразными двигателями сегодня оснащены практически все скоростные корабли ВМФ и пограничных войск. Многие успешно эксплуатируются и в других странах, а некоторые стали легендами мирового флота, в том числе и благодаря звездообразным двигателям.

Одним из массовых удачных проектов с использованием М503 стал ракетный катер проекта 205 (шифр «Москит»), в НАТО получивший обозначение «Оса». Он был разработан в ЦКБ «Алмаз», в состав нашего ВМФ вошел в 1960 году. Катера широко использовались в вооруженных конфликтах между Индией и Пакистаном, участвовали в арабо-израильской войне 1973 года. Корабли «Оса» состоят на вооружении Египта, Алжира, Кубы, Сирии и других стран; малые ракетные корабли проекта 1234 поставлялись в СССР, Алжир, Ливию и Индию.

Проект «Овод», для которого был специально разработан М507, оставил заметный след в истории русского кораблестроения. С энергетической установкой суммарной мощностью 30 тыс. л.с. он мог развивать скорость 36 узлов. Адмирал С.Г. Горшков когда-то назвал эти маневренные, до предела насыщенные военным снаряжением корабли «пистолетом у виска империализма». Благодаря высокой эффективности и надежности противокорабельного комплекса «Малахит» они могли как самостоятельно, так и во взаимодействии с другими силами флота уничтожать самые крупные суда противника, включая авианосцы, и громить десантные отряды. «Оводы» обладали уникальными для эпохи «холодной войны» возможностями.

Среди свежих проектов стоит упомянуть десантный катер «Дюгонь» с двигателем М507Д, спущенный на воду в 2010 году.

Корабль рассчитан на перевозку десанта и техники, развивает скорость до 50 узлов (около 90 км/ч) при грузоподъемности до 140 тонн. Высокую скорость ему обеспечивает «воздушная каверна», которая сокращает площадь соприкосновения днища с водой, снижая сопротивление. Катеру не требуется береговая инфраструктура, он может десантировать технику со специального трапа.

Регулярные экскурсии внутрь звездообразных двигателей сегодня устраивают специалисты научно-образовательного центра Политехнического университета «Параллельные компьютерные технологии и моделирование в системах виртуального окружения». Так совместно с конструкторами проверяется работоспособность основных узлов.

Оборудование центра позволило создать виртуальный прототип дизельного двигателя, и теперь все изменения, происходящие с ним в условиях реальной работы, можно наблюдать на специальных стендах в формате 3D.

Создание прототипа – результат анализа сверхбольших математических моделей.

– Визуализация позволяет увидеть новые пути для совершенствования. Уже сейчас мы придумали простое и красивое решение по изменению конструкции. Если его удастся внедрить, ресурс звездообразных дизелей увеличится на 40–60 процентов. Тогда на них можно будет летать, – говорит инженер-конструктор ОАО «Звезда» Николай Мелещенко.

Текст: Анастасия Колпакова