Серге?й Степа?нович Бала?ндин?謝爾蓋·斯捷潘諾維奇·巴蘭金，1907年7月4日——1992年9月12日，蘇聯(lián)著名的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師，在二戰(zhàn)前后設(shè)計(jì)了一系列性能極佳的全新航空發(fā)動(dòng)機(jī)，取消了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)上的無(wú)曲柄設(shè)計(jì)，能夠輸出10000hp+。

巴蘭金于1972年出版的?Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания?《無(wú)曲柄式內(nèi)燃機(jī)》一書為我們展示了這一系列發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性呢和結(jié)構(gòu)，我節(jié)選了其中比較有趣的內(nèi)容和圖片進(jìn)行了翻譯，如下：

巴蘭金在1935-1936年率先在蒸汽機(jī)上使用了無(wú)曲柄的構(gòu)型，后來(lái)在1937-1951年他轉(zhuǎn)而試圖將這種構(gòu)型運(yùn)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上。在1938年到1948年，巴蘭金先后開發(fā)了ОМБ、МБ-4、МБ-46、МБ-8、МБ-86、ОМ-127о、ОМ-127РН這一系列的無(wú)曲柄構(gòu)型航空發(fā)動(dòng)機(jī)，并在之后設(shè)計(jì)建造了集大成者М-127К，理論上能輸出高達(dá)10000+匹馬力。

上圖顯示的是兩種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型的無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)，在這種構(gòu)型中，氣缸中活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)無(wú)曲柄連接動(dòng)力機(jī)構(gòu)（БСМ）轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的圓周運(yùn)動(dòng)；據(jù)圖所示，每對(duì)活塞在曲軸箱的兩側(cè)同軸布置，與一個(gè)共同的連桿-2相互連接，在運(yùn)行過(guò)程中活塞自Y-Y、X-X軸線提供直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在理想公差條件下，無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和氣缸壁之間存在承重油膜，可以完全不和氣缸壁產(chǎn)生摩擦就能完成工作。

上圖則是巴蘭金設(shè)計(jì)無(wú)曲柄連接動(dòng)力機(jī)構(gòu)（БСМ），帶有活塞和連桿的-1，ACB即БСМ，圍繞ОС和ОС'執(zhí)行圓周運(yùn)動(dòng)，在給定的公差里，АС=ВС=ОС=г=1/4 S，S=活塞的行程值，AB在結(jié)構(gòu)上和曲柄比較類似，通過(guò)軸承和連桿-1相連，沿著軸線進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)以一定的角速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)將動(dòng)力傳輸給曲軸。由于連桿和軸承中心的距離只有活塞行程的四分之一，所以尺寸和重量相比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)要小得多。

當(dāng)然看巴蘭丁的手稿還是不夠清楚，我制作了一份gif清晰展示了無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式

如果gif無(wú)法播放，下有視頻鏈接：

https://www.bilibili.com/video/BV1yP4y1S7Dh/?spm_id_from=333.999.list.card_archive.click

同時(shí)由于無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿是直來(lái)直去的，不像普通發(fā)動(dòng)機(jī)一樣會(huì)幅度搖晃，所以可以設(shè)計(jì)雙向燃燒室，能雙倍利用氣缸的工作容積。同時(shí)由于無(wú)曲柄機(jī)構(gòu)大幅削減了發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)活塞施加的橫向力，減少了活塞對(duì)氣缸壁的摩擦。

上圖是發(fā)動(dòng)機(jī)軸承上的功率負(fù)荷比較

1.????? V型連桿軸承AM-35發(fā)動(dòng)機(jī)，1200hp，2050rpm

2.????? V型連桿軸承V-1710C-15發(fā)動(dòng)機(jī)，1100hp，3000rpm

3.????? X型連桿軸承雙燃燒室無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)ОМ-127РН，3200hp，2800rpm

再這三條線無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)ОМ-127РН的負(fù)荷最低

左圖是最大功率110馬力的曲柄連桿發(fā)動(dòng)機(jī)M-11，右圖是無(wú)曲柄機(jī)構(gòu)的140馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞和氣缸是一致的，但是僅僅通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)，迎風(fēng)面積就減少了幾乎兩倍，二者后來(lái)還進(jìn)行了機(jī)械效率的測(cè)算，M-11發(fā)動(dòng)機(jī)在1580rpm時(shí)機(jī)械效率=0.845，而四缸無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)則有0.932，即無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)由于摩擦造成的功率損失要比M-11燒2.28倍。

高機(jī)械效率確保了無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)不僅升功率更高，而且每馬力的油耗也更低，壽命更長(zhǎng)。在雙燃燒室的八缸無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)中（即指ОМ-127РН），轉(zhuǎn)速=2650rpm時(shí)摩擦損耗僅占ihp的6%，比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)要少3-4倍，每生產(chǎn)10億馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)可以多獲得額外的1-1.5億馬力，因此它也更加便宜。

離心壓縮機(jī)1將軸流壓縮機(jī)2中溢出的空氣進(jìn)行額外壓縮，導(dǎo)向燃燒室3，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣也導(dǎo)向燃燒室3，充分混合后進(jìn)行后燃，渦輪機(jī)4將后燃的動(dòng)力傳輸給曲軸?

無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)最大的問(wèn)題在于如果設(shè)立了雙向燃燒室，就很冷卻活塞并且進(jìn)行潤(rùn)滑，而且要防止滑油進(jìn)入曲軸箱或者燃燒室內(nèi)，不過(guò)后來(lái)巴蘭金通過(guò)曲軸內(nèi)部潤(rùn)滑系統(tǒng)解決了問(wèn)題，后面會(huì)提到。

巴蘭金設(shè)計(jì)制造的第一臺(tái)無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)是四缸的ОМБ，輸出功率80-140hp，ОМБ主要是為了檢查測(cè)試無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)的力學(xué)特性和性能而誕生的測(cè)試機(jī)，除了連桿系統(tǒng)以外，ОМБ的所有部件都來(lái)自于M-11A五缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

ОМБ的迎風(fēng)面積為0.49㎡，而M-11A有0.908㎡，而前者的輸出功率還更高

后來(lái)在測(cè)試過(guò)程中將ОМБ的進(jìn)氣道擴(kuò)大，修好了化油器，并且按照了更大氣門的新汽缸蓋，發(fā)動(dòng)機(jī)立刻就達(dá)到了140hp，比原來(lái)多了1.5倍。ОМБ發(fā)動(dòng)機(jī)總共運(yùn)行了1843小時(shí)，期間沒(méi)有進(jìn)行過(guò)任何修理活塞、軸承、連桿零件的操作，大修間隔46倍于同馬力的普通發(fā)動(dòng)機(jī)。

140hp的МБ-4無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)

МБ-4是ОМБ的進(jìn)一步發(fā)展型號(hào)，氣缸組進(jìn)行了細(xì)節(jié)修正，凸輪軸系也匹配了無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。

普通發(fā)動(dòng)機(jī)МГ-31和無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)МБ-86的零件數(shù)量對(duì)比：

2100-2800hp的ОМ-127о發(fā)動(dòng)機(jī)

ОМ-127о是巴蘭金設(shè)計(jì)建造的第一臺(tái)無(wú)曲柄式大功率航空發(fā)動(dòng)機(jī)，單燃燒室構(gòu)型、液冷，它在設(shè)計(jì)之處就考慮使用雙燃燒室的構(gòu)型，但這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)最終沒(méi)有被制造出來(lái)。

3200hp的ОМ-127РН發(fā)動(dòng)機(jī)

雙燃燒室的ОМ-127РН發(fā)動(dòng)機(jī)最初是巴蘭金為了研究9000馬力的М-127發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試機(jī)，最初被稱為ОМ-127，后來(lái)獨(dú)立出來(lái)被改裝為ОМ-127РН型發(fā)動(dòng)機(jī)，М-127則后來(lái)被改裝成了10000馬力的М-127К。

ОМ-127РН還是經(jīng)典的四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用X型無(wú)曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)，使用缸內(nèi)直噴和火花塞點(diǎn)火，氣缸采用了雙燃燒室的設(shè)計(jì)。

發(fā)動(dòng)機(jī)連桿是空心的，內(nèi)部灌入滑油，通向活塞進(jìn)行油冷，活塞的油冷系統(tǒng)是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，所以消除了熱油進(jìn)入軸承的可能性。

ОМ-127РН在實(shí)際測(cè)試中的機(jī)械效率達(dá)到了0.94

ОМ-127РН運(yùn)行時(shí)幾乎不需要余熱的時(shí)間，通過(guò)關(guān)閉或者打開燃料供應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)從全功率轉(zhuǎn)換為半功率只要1.5-2秒，反之亦然，發(fā)動(dòng)機(jī)理論上還能提升壓縮比到7.5來(lái)進(jìn)一步降低油耗，但沒(méi)有實(shí)踐。

ОМ-127РН發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸僅重29.6kg。

10000hp的無(wú)曲柄式雙燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)М-127К

М-127К是X型四沖程雙燃燒室的水冷發(fā)動(dòng)機(jī)，總共有24個(gè)氣缸，總排量82L。發(fā)動(dòng)機(jī)增壓依靠的是一級(jí)渦輪增壓和一級(jí)雙速離心式機(jī)械增壓，在二級(jí)增壓之間有中冷器進(jìn)行冷卻。М-127К發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)之初計(jì)劃將功率保持到12km的高度。

在ОМ-127РН發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上還計(jì)劃開發(fā)М-127К的柴油機(jī)型號(hào)，計(jì)劃功率高達(dá)14000hp，已經(jīng)建造了單缸測(cè)試機(jī)進(jìn)行實(shí)測(cè)，單位油耗極低。柴油型號(hào)的М-127К排量和汽油機(jī)相同。

無(wú)曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞冷卻系統(tǒng)是很有趣的，通過(guò)滑油進(jìn)行冷卻，由于無(wú)曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)的特性滑油在活塞邊緣滲出，在氣缸壁和活塞之間形成一道密封油膜，大大降低了活塞的摩擦損耗，而滑油還能順帶帶走了活塞的熱量。

滑油通過(guò)計(jì)量板控制滲出的油量，計(jì)量板用膨脹系數(shù)比活塞低一些的材料制成，通過(guò)簡(jiǎn)單的熱脹冷縮進(jìn)行控制。