Дизельный мотор В-2 по праву можно считать выдающимся достижением отечественного машиностроения. Созданный в предвоенные годы, он производился во многих вариантах до начала семидесятых, а суммарный его выпуск превысил четверть миллиона единиц. Дизель В-2 служил “сердцем” знаменитых Т-34, КВ и ИС, его модификации устанавливались на тягачах и кораблях, а также использовались в промышленных силовых установках. В 1999 г. надежный и выносливый В-2 отметил свое шестидесятилетие, но остался одним из наиболее распространенных двигателей своего класса. Однако его путь к успеху не был легким – история создания и производства дизеля знала конструкторские победы и неудачи, множество разнообразных проблем в области металлургии и технологии, трудности налаживания массового выпуска, пришедшегося на последний предвоенный год…
Работы по созданию перспективного мощного дизельного мотора на Харьковском паровозостроительном заводе (ХПЗ им. Коминтерна) начались еще в годы первой пятилетки. Задание на разработку “мощного автотракторного мотора Дизеля” завод получил весной 1931 г. от управления “Парвагдиз” (ведавшего производством паровозов, вагонов и дизелей). Цель заказа была сформулирована вполне определенно – “создать дизель как новый тип двигателя для танка”. Дело в том, что к этому времени на ХПЗ разворачивалось массовое производство танков, требовавших мощных и надежных силовых установок, в составе которых приходилось использовать авиационные бензиновые карбюраторные двигатели. Но они не обладали требуемой выносливостью и долговечностью, были малоэкономичны и пожароопасны, слабо отвечали специфике эксплуатации – частым переменам тяговых усилий и скорости, тряске, ударам, запыленности. Двигателисты завода констатировали: “Наличие на заводе производства быстроходных танков БТ и мощных гусеничных тракторов поставило перед заводом задачу – в соответствии с новейшими тенденциями современной техники – заменить бензиновые моторы танков и тракторов двигателями Дизеля”.
Выданное заводу задание, помимо сосредоточения на нем производства и танков и двигателей, имело дополнительные резоны. На ХПЗ существовали давние традиции дизельного производства, начавшегося еще в дореволюционный период. Он выпускал судовые и стационарные “нефтянки” для промышленности, двигатели для тракторов и располагал собственным конструкторским отделом по дизелестроению, именовавшимся тогда “тепловым”. Однако строились преимущественно тяжелые и тихоходные моторы, обладавшие абсолютно неудовлетворительными для новых задач параметрами. Громоздкие и массивные бескомпрессорные дизели годились для цехов, но никак не вписывались в компоновку танка. Тракторные моторы также не подходили ввиду малой мощности, кроме того, небольшой объем их выпуска никак не отвечал масштабным планам моторизации и механизации Красной Армии.
Работникам конструкторского отдела, в том же 1931 г. переименованного в дизельный, предстояло создать мотор, аналогов которому в мире не было. Возглавил работы талантливый и энергичный 32-летний руководитель – Константин Федорович Челпан. Молодой конструктор был энтузиастом дизельного дела с семилетним опытом работы в этой области. Он прошел стажировку в лабораториях и на заводах Германии, Швейцарии и Англии. Конструкторской проработкой дизеля занимался его сокурсник по институту Яков Ефимович Вихман, назначенный начальником бюро практически одновременно с выдачей технического задания. Поступив в Харьковский технологический институт в 1916 г., из-за революции он закончил его только в 1924 г. и прошел все ступени: конструктор, старший конструктор, завподотделом и, наконец, начальник КБ.
В задании на разработку будущего дизеля устанавливалась мощность 300 л.с. при частоте вращения коленвала 1.600 об/мин. Для него была выбрана V-образная 12-цилиндровая схема. Охлаждение – принудительное водяное, пуск – воздушный с электростартером. Предполагалось использовать топливную аппаратуру известной германской фирмы “Бош” с переходом в дальнейшем на отечественную. Мотор существенно отличался от предыдущих разработок, для которых была характерна простая рядная схема и рабочая частота вращения, не превышавшая 250 об/мин. Эти соображения навели на мысль об использовании авиационного двигателя жидкостного охлаждения- легкого, мощного и высокооборотного – в качестве прототипа танкового дизеля.
История будущего В-2 имела и другие корни: в годы первой пятилетки в Харькове существовала лаборатория двигателей внутреннего сгорания, в июле 1931 г. получившая задание, как и ЦИАМ, на эскизный проект мощного авиационного дизеля. Небольшая лаборатория, насчитывавшая всего 45 сотрудников и шесть станков, выросла в Украинский научно-исследовательский авиадизельный институт (УНИАДИ), который возглавил Я. М. Майер, прежде заведовавший “подотделом тепловых двигателей” ХПЗ. В январе 1932 г. институт разработал эскизный проект 12-цилиндрового V-образного авиадизеля АД-1 со следующими параметрами: мощность 500 л.с. при частоте вращения 1.600 об/мин, расчетный удельный расход топлива 185…195 г/л.с.Зч. Для оценки принятых решений там разработали, построили и испытали несколько вариантов двухцилиндровых отсеков двигателя.
На 1 января 1934 г. коллектив УНИАДИ составлял 399 человек. Конструкторским отделом руководил Г.И.Аптекман, экспериментальным отделом – Ю.Б.Моргулис. В конце года был изготовлен первый рабочий образец авиадизеля АД-1. К началу июня 1935 г. этот мотор наработал 19 ч и показал мощность 427 л.с. при 1.200…1.300 об/мин, что соответствовало расчетам. Работы пришлось свернуть после изготовления трех экземпляров АД-1, когда стало очевидно, что задача создания авиадизеля большой мощности решена более опытным ЦИАМом, который начал летные испытания мотора АН-1 (“авиационный нефтяной”). В 1937 г. УНИАДИ был преобразован в отдел ХПЗ.
Практические работы на ХПЗ начались с создания экспериментального двухцилиндрового четырехтактного быстроходного дизеля БД-14. Испытанный осенью 1932 г., он показал мощность 70 л.с. при частоте вращения коленвала 1.700 об/мин и удельной массе 2 кг/л.с. По этому параметру двигатель заметно превзошел прежние конструкции (у Д-40, наиболее удачного серийного судового дизеля того времени, соответствующее значение составляло 55 кг/л.с.!). Мотор получился откровенно “сырым”, испытания его не удалось довести до конца, но первый опыт позволил сделать весьма важные выводы. Стало очевидно, что для быстроходного дизеля с напряженным режимом работы исключительное значение приобретают высокое качество материалов, достаточно прочных, жаро- и износостойких, а также большая точность изготовления распределительной и топливной аппаратуры.
В дальнейшем работы ХПЗ по дизельной тематике разделились на два направления. Первое связывалось с созданием четырехцилиндрового тракторного дизеля ТД-16 мощностью 130 л.с., конструкция которого базировалась на предыдущих образцах бензиновых и керосиновых моторов. Второе направление было нацелено на разработку танкового варианта БД-2 (второго варианта быстроходного дизеля), в основу проекта которого легли преимущественно “авиационные” решения. Руководство наркомата пошло на “разгрузку” завода от других заданий, создавая дизелистам все условия для плодотворной работы. Заказы на дизели народнохозяйственного назначения, находившиеся в разработке и производстве (включая и перспективный Д-40), были переданы другим предприятиям. От конструкторов, технологов и производственников ХПЗ потребовали как можно скорее дать армии мощный и надежный танковый мотор.
Основными конструктивными особенностями дизеля БД-2 были:
– картер из алюминиевого сплава с разъемом по линии коленчатого вала;
– общий на шесть цилиндров алюминиевый блок со стальными “мокрыми” гильзами и общая алюминиевая головка, которая притягивалась вместе с блоком к верхнему картеру силовыми шпильками;
– верхнеклапанный механизм газораспределения с одиночными впускным и выпускным клапанами;
– коленчатый вал с овальными щеками и центральными шатунами.
Коленчатый вал из легированной стали опирался на подшипники скольжения, нижний картер из алюминия служил поддоном для масла и не являлся несущим. Два шестисекционных топливных насоса немецкой фирмы “Бош” размещались в развале цилиндров и соединялись трубопроводами с закрытыми бошевскими форсунками. Поршни изготавливались из алюминия. Уплотнение газового стыка между головкой и фланцами гильз цилиндров осуществлялось медными прокладками. Коленчатый вал, шатуны, клапаны и шестерни – кованые. Алюминиевые корпусные детали – литые, с минимально необходимой механической обработкой.
Расчетные параметры БД-2 превышали требуемые: номинальная мощность 400…420 л.с. при частоте вращения 1700 об/мин, удельный вес около 1,5 кг/л.с., удельный расход топлива 180…194 г/л.с.Зч. Для сравнения следует привести аналогичные сведения о наиболее известных в то время дизельных моторах: “Клерже” при агрегатной мощности 400 л.с. имел удельный вес 0,85 кг/л.с., “Паккард” при 225 л.с. имел 1,05 кг/л.с., “Даймлер-Бенц” при 750 л.с. имел 1,3 кг/л.с.; “Юнкерс” при 710 л.с. имел 1,3 кг/л.с., а “МАН” при 480 л.с. – 1,7 кг/л.с.
Несомненным достижением, выделенным в отчете дизельного отдела, было то, что “за исключением… нефтяных насосов заграничной фирмы “Бош” и игольчатых форсунок этой же фирмы, вся машина построена целиком из советских материалов”. В цехах ХПЗ изготовили все специальные материалы – качественные бронзы, а также сплавы алюминия повышенной прочности. Подводя итоги работы, дизелисты констатировали: “Вообще из легких типов сверхлегких дизелей, запроектированных советскими и заграничными конструкторскими бюро, работоспособными оказались немногие, а из работоспособных – БД-2 является одним из лучших по показателям”.
28 апреля 1933 г. на испытательном стенде ХПЗ был запущен первый опытный образец БД-2. Испытания длились полгода, выявив множество дефектов – как конструктивных, так и производственных. Головка блока цилиндров с двумя клапанами не обеспечивала нормального рабочего процесса и заданной мощности. Оказались недостаточно жесткими картер и коленвал. Картер давал трещины, в его соединениях появлялись течи масла, разрушались подшипники коленвала. Трещины появлялись также в опорах кулачкового вала, а в соединении головок блоков с гильзами цилиндров пробивались газы. Недостаточной оказалась жесткость самих цилиндров: их “вело”, что сказывалось на качестве смазки поршневой группы; разрушались и поршневые кольца. Дизель работал неустойчиво, сильно вибрировал и потому нуждался в серьезной переделке конструкции.
Тем не менее, сразу после переборки опытный БД-2 установили на танк БТ-5 вместо авиамотора М-5. В ноябре 1933 г. начались пробные пробеги первого советского танка с дизель-мотором. Они проводились на заводском дворе: “сырой” двигатель не позволял вывезти машину на полигон, и каждый пробег оканчивался возвращением в заводской цех. Дизель в танке работал устойчиво, но сильно дымил и вибрировал по причине неуравновешенности, что вызывало у танкистов, помимо неприятных ощущений, трудности с управлением. По результатам стендовых испытаний и обкатки начали разработку улучшенной конструкции, которая должна была пойти в серию в качестве установочной. Для повышения коэффициента наполнения цилиндров и достижения заданной мощности перешли на четырехклапанную систему, установив по два впускных и выпускных клапана на каждом цилиндре. Всего с апреля 1933 г. по октябрь 1934 г. в конструкцию дизеля внесли 1.150 изменений.
На этом этапе к работе над БД-2 подключился молодой конструктор Иван Яковлевич Трашутин (будущий главный конструктор Кировского завода). Он вернулся из учебной командировки в США, куда был направлен для освоения “современных методов расчета узлов и деталей ДВС”. За время пребывания в Массачусетском технологическом институте он защитил диссертацию, получив ученую степень магистра. С его участием к концу 1934 г. были изготовлены пять дизелей первой серии. Один из них смонтировали на тяжелом артиллерийском тягаче “Ворошиловец”, два – на военных катерах ПК-1 и еще два – на танках БТ-5. Последние были показаны на военном параде 7 ноября 1934 г. в Москве. Состоялось правительственное решение: параллельно с доводкой начать подготовку этих машин к серийному выпуску, для чего на ХПЗ развернуть строительство новых цехов.
26 сентября 1935 г. постановлением ЦИК СССР “за создание мощных современных конструкций машин” ХПЗ был награжден орденом Ленина. Вместе с другими работниками орденами, в том числе и боевыми, наградили многих дизелестроителей, включая К.Ф.Челпана, Я.Е.Вихмана, мастеров, технологов и рабочих.
Помимо основного задания в 1932-34 гг. КБ дизельного отдела вело работы и над другими моделями быстроходного дизеля: тракторным 4-цилиндровым ТД-16 и 18-цилиндровым трехрядным 18БД-3 для тяжелых танков. Сам БД-2 рассматривался как базовый в семействе двигателей, предназначенных для широкого использования в различных транспортных средствах, в том числе и на самолетах. Так, в мае 1935 г. группа под руководством Г.И.Аптекмана приступила к проработке БД-2А -авиационного варианта дизеля. Его проектная мощность составляла 600 л.с. при 1.850 об/мин. В этом варианте двигателя применялся наддув, который обеспечивал требуемую высотность силовой установки (нагнетатели для первых образцов взяли от авиадвигателей АМ-34РН).
К концу декабря собрали два первых экземпляра БД-2А – один для доводочных испытаний, другой – для установки на самолет-разведчик Р-5. 14 января 1936 г. дизель был опробован на самолете, состоялась также первая скоростная рулежка с подлетом. На другой день самолет поднялся в воздух и выполнил облет аэродрома, набрав высоту 400 м.
В июле начались летные испытания Р-5 с БД-2А, продолжавшиеся полгода. Затем состоялся перелет из Харькова в Москву, где были выполнены демонстрационные полеты перед руководством наркоматов, и обратный перелет в Харьков. На земле и в воздухе дизель наработал 61,5 ч.
БД-2А отличался от танкового варианта конструкцией целого ряда узлов и деталей, в первую очередь – кривошипно-шатунным узлом и передачей к механизму газораспределения, обладавшими меньшей массой. Для увеличения надежности впервые на заводе использовали полировку ответственных деталей, в том числе коленвала и шатунов, повышавшую усталостную прочность. И все же дизель БД-2А не нашел применения в авиации. Причиной явилось появление более удачного мотора АН-1 конструкции ЦИАМа, да и преимуществ в мощности перед обычным авиамотором АМ-34 дизель БД-2А не имел. В то же время неполадки и дефекты основного варианта БД-2 заставили сконцентрировать на нем все силы. При доводке и освоении серийного выпуска танкового дизеля использовались и решения, отработанные на его авиационном собрате.
В 1936 г. в сотрудничестве с ЦИАМом в КБ приступили к разработке собственной конструкции 12-плунжерного топливного насоса, который должен был заменить дорогостоящий агрегат немецкого производства, приобретавшийся обходным путем через нейтральные скандинавские страны. Основой послужила отработанная германская конструкция – два спаренных насоса высокого давления с муфтой опережения впрыска. По результатам испытаний насос пришлось доработать. В частности, диаметр плунжера насоса увеличили до 10 мм, изменили число и расположение сопел форсунок, откорректировали и закон подачи топлива.
Всего за 1935-1936 гг. были построены 11 дизелей БД-2 первой серии. Из-за несовершенного оборудования дизельного цеха, впервые столкнувшегося с новыми материалами, технологиями и гораздо более высокими требованиями к точности изготовления, сразу не удалось обеспечить должную стабильность качества и заданный моторесурс. В итоге в 1936 г. дизель БД-2 не был представлен на 100-часовые госиспытания, как это планировалось.
Медленная доводка дизеля и отставание от установленных сроков беспокоили военных. Помимо поломок ряда деталей, не удавалось устранить вибрации и дымный выхлоп, демаскировавший машину. По приказу начальника вооружения и технического снабжения РККА Н.А.Халепского, курировавшего работы, на завод были командированы военные ученые – профессор Ю.А.Степанов из Военной академии механизации и моторизации и доктор технических наук М.А.Хайлов. Они внесли определенный вклад в совершенствование БД-2, сосредоточив основное внимание на повышении его эксплуатационных характеристик.
По результатам испытаний первой партии дизелей КБ выпустило техническую документацию на вторую серию БД-2, для производства которой уже сооружались новые цеха. Двигатель “обязан был получиться” – именно так стоял вопрос. После изменения конструкции камеры сгорания удалось снизить дымность и повысить мощность, одновременно уменьшив удельный расход топлива до 160…165 г/л.с.Зч. Повышая технологичность, предусмотрели переход на штамповку вместо ковки заготовок коленвалов, шатунов и поршней. Но как всегда, на смену конструктивным проблемам пришли производственные: продолжали вручную пришабриваться вкладыши, напильниками подгоняли профиль кулачков распредвала и шеек коленвала и т.п. Недостаток опыта и ручная подгонка все еще не обеспечивали требуемой точности изготовления и сборки. Кондиционных деталей не хватало.
Очередные стендовые испытания, проведенные в январе-марте 1937 г., снова выявили дефекты. Для решения проблем вопрос вынесли на заседание Совета труда и обороны, где в октябре 1937г. директор ХПЗ И.П.Бондаренко и военпред М.Н.Федоров отчитывались о ходе работ. Реакция последовала незамедлительно – завод тут же получил пополнение высококвалифицированными инженерами и рабочими, а дизельный отдел завода был преобразован в мощное производственное подразделение – отдел 400. Кроме того, заводу выделялись крупные ассигнования на строительство и оснащение производства, в том числе на закупку за границей станков и оборудования. С середины 1937 г. дизель БД-2 получил наименование В-2. Под этим обозначением началось развертывание массового производства, которое уже на первом этапе должно было давать ежегодно по 10.000 моторов, но на этот уровень удалось выйти только в ходе Великой Отечественной войны.
В том же 1937 г. ХПЗ в числе многих предприятий и организаций захлестнула волна борьбы с “врагами народа”. Началось истребление высококвалифицированных кадров руководителей, специалистов, мастеров, рабочих. Прологом этому послужило письмо военпреда П.Соколова наркому К.Е.Ворошилову “о подавляющем большинстве “бывших людей” в руководстве танкового отдела завода”. Кампанию тут же поддержало партийное руководство завода, возглавлявшееся А.Епишевым. “Вредителям” был предъявлен полный набор обвинений: К.Ф.Челпан уличался “в срыве правительственного задания по производству дизель-моторов” и “умышленной организации дефектов дизелей”, Г. И. Аптекмана арестовали, припомнив случавшиеся в ходе испытаний поломки, послужившие подтверждением его “вредительской” деятельности. Вместе со всеми были арестованы главный инженер ХПЗ Ф.И.Лящ, “приводивший станки в негодное состояние”, главный металлург А. М. Метанцев и многие другие, “завербованные” директором ХПЗ И. П. Бондаренко, перечень обвинений к которому включал едва ли не все мыслимые и немыслимые злодейства – от “притупления бдительности” до “организации взрыва на заводе”…