Бесшатунный двигатель Баландина – лучше всех?

С самого момента изобретения ДВС и кривошипно-шатунного механизма, последний на протяжении более двух веков становился предметом совершенствования. Патент на КШМ был получен Дж. Паккердом в 1780-м году. С тех пор постоянно предпринимаются попытки устранить присущие этому механизму недостатки. Ну, или хотя бы, свести их к минимуму.


Проектов предлагалось огромное множество: но все они оказывались малоэффективными, а то и вовсе непригодными к практическому использованию. Поэтому положение «классического» КШМ в ДВС только укреплялись. Тем не менее поиски лучшей конструкции продолжались.

Сергей Степанович Баландин

Для своего времени (с 30-х по 60-е годы) это был известный конструктор поршневых авиамоторов. В эпоху активного самолетостроения хорошо понимали перспективность бесшатунных двигателей, дававших много преимуществ, поэтому талантливого изобретателя, занимавшегося исследованием подобных вариантов ДВС, заметили и пригласили работать в Народный комиссариат обороны.


Изобретатель тоже занимался «практикой». Его мотор МБ-4, имевший такую же массу, как и движок от «Волги», развивал большую (в полтора раза!) мощность – 140 л. с. С 1936-го года Баландин занимал должность Главного конструктора в специальном КБ ВВС Красной Армии.


Все разработки, связанные с созданием, испытаниями бесшатунного мотора, были строго засекречены. После получения в 1957-м патента на свой двигатель (МБ), Баландин издал книгу, где подробно описывал преимущества своего «детища». Однако на его трудах долго еще стоял гриф «без публикации».


С мая 1943-го изобретатель возглавляет лабораторию спецдвигателей в ЦИАМ, а с 1946-го становится ведущим специалистом в ОКБ-2 при заводе МАП №500. Бюро занималось не только проектированием – было организовано опытное производство и поэтапная отладка агрегатов в диапазоне мощности от 140 до 3 тыс. 500 «лошадей». Одновременно разрабатывались «супердвигатели» для межконтинентальных ракет. Здесь уже – совсем иные параметры:

✅ М-127 – до 10 тыс. л. с.
✅ М-127К – 12 тыс. 500 л. с.
✅ М127Д (дизель для самолетов) – 14 тыс. л. с.

Был и «рекордсмен» (правда, в проекте) в 20 тыс. «лошадей», которые выдавали 24 цилиндра. Для сравнения: мотор ХР-7755, разработанный небезызвестной и ныне компанией Laicoming, при 36-ти поршнях и худших параметрах развивал 5 тыс. л. с. В 1947-м Баландин в соответствии с решением Совмина получает звание Главного конструктора по двигателям. С наступлением 50-х авиация стала переходить на реактивные силовые установки. Однако сказать, что о бесшатунном моторе совсем забыли, нельзя. Баландин переводится в ЦИАМ и возглавляет отдел по перспективным проектам. В 1976-м конструктор выходит на пенсию. Умер С. С. Баландин в 1992-м году 12 сентября.

Что представляет собой бесшатунная конструкция

Один из главных недостатков традиционного ДВС – существенные потери на трение. Поршень соединяется с шатуном через палец и поэтому постоянно колеблется, оказывая давление на стенки цилиндра двигателя, снижая КПД. В итоге ДВС теряет в мощности, сокращается его эксплуатационный ресурс.


Чтобы как-то решить эту проблему, поршням придают вид конуса, а их юбкам – эллипса. Но это мало помогало, нужно кардинальное решение – сделать так, чтобы шатун не качался в стороны, а совершал исключительно возвратно-поступательные движения.

Особенности МБ

Первое, что предложил Баландин – использовать в поршнях не качающиеся шатуны, а т. н. «точные прямила». Данный механизм тогда был хорошо известен: его теоретическое обоснование заключается в использовании гипоциклического движения. Однако не будем залезать в научные «дебри» и обратимся непосредственно к конструкции. В экспериментальном экземпляре, названном по фамилии изобретателя ОМБ (опытный мотор Баландина), использовались цилиндры, поршни от авиадвигателя М-НА. Позднее на базе экспериментального агрегата собрали еще несколько. В них вместо шатунов устанавливались штоки, которые жестко (не через пальцы, как в классическом ДВС!) соединялись с поршнями и охватывали шейки коленвала через подшипники.


Еще в картер вмонтировали направляющие, по которым скользили ползуны. В итоге и цилиндр и поршень почти полностью освобождались от боковых нагрузок. Последний превращался в «держатель» колец. При этом угол между расположенными друг против друга поршнями может быть любым, кроме 0° и 180°. Компоновка цилиндров – V- или Х-образная.


Если угловых колебаний нет, можно заставить движок функционировать в обоих направлениях. Это значит, что рабочий процесс станет осуществляться по двум сторонам поршня. В итоге снимается почти вдвое большая мощность. Подобное техническое решение не новое – его применяли в паровых и некоторых корабельных силовых агрегатах. Устанавливаемый движок снабжают не обычным КШМ, а т. н. крейцкопфным. Такой мотор экономичнее, мощнее, но по габаритам и массе больше традиционного.

Преимущества МБ

Они достаточно серьезные, что и привлекает внимание авто- и авиаконструкторов всего мира. Движок Баландина значительно лучше печально известно роторного агрегата Ванкеля, так и не получившего распространения из-за короткого ресурса, большого расхода топлива и иных минусов. Плюсы МБ:

✅ высокий, до 96 % КПД (у обычного ДВС – не более 86 %)
✅ меньшее выделение тепла – габариты радиаторов (в т. числе масляных) можно сократить в 1,5 раза
✅ увеличенный срок службы ЦПГ
✅ возможность работы МБ при более высоких скоростях поршня и степенях сжатия
✅ использование двухстороннего рабочего процесса
✅ низкий (на 10-12 %) расход горючего
✅ меньшие (в два раза по сравнению с традиционными ДВС) габариты и вес

И еще одно достоинство – сравнительная простота конструкции. При этом для изготовления МБ могут применяться технологии, детали, оборудование, используемые в ходе производстве обычных ДВС. Последнее – в бесшатунном двигателе, по сравнению с традиционным, очень мал уровень вибраций.

Попытки практического использования двигателя Баландина

Они производились неоднократно, причем, на разных заводах СССР. Например, столичный ЗиЛ в 80-х изготовил опытный образец дизельного МБ: мотор с успехом выдержал стендовые испытания и оказался по всем характеристикам лучше серийного ЯМЗ-238. Однако дальше тестировать новинку не стали: но пользу (возможную по тем временам) все же извлекли. На основе МБ разработали бесшатунный компрессор для пневмосистем грузовиков. Также свои эксперименты проводил столичный авиаинститут силами группы «Трек», мотоциклетный завод в Ирбите.

Почему так и не выпускают МБ серийно

В авиастроении он пригоден только для самолетов с винтами: на лайнеры этот движок не поставишь, а вот для малых летательных аппаратов он мог бы пригодиться. Однако сегодня мало что известно о работах в этом направлении, как в России, так и мире. Еще мешает бывшая завеса секретности: например, часть документации по использованию системы Баландина в авиамоторах утрачена.


Также существует интересное мнение, суть которого в том, что ведущие производители ДВС в своих экономических интересах целенаправленно мешают развитию серийного выпуска двигателей Баландина. Однако энтузиасты не дремлют: например, в РФ и сегодня в частном порядке пытаются собрать средства (КБ «Русмотор»), всего нужно 16 млн руб., для изготовления предсерийного образца МБ.