Учитывая эти соображения, Отдел оборудования Корпуса связи в мае 1917 года принял решение приступить к проектированию и производству стандартного двигателя для боевых сил авиационного подразделения армии. В инженерной сфере выделялись два человека, которые сочетали в себе опыт проектирования двигателей внутреннего сгорания, наиболее близких к боевым моторам, с опытом крупносерийного производства.
Дж. Г. Винсент с инженерным штабом компании Packard Motor Car Co. примерно два года занимался исследовательскими работами, разрабатывая несколько типов 12-цилиндровых авиационных двигателей мощностью примерно от 125 до 225 лошадиных сил, которые, однако, не подходили для военных целей из-за своего веса на лошадиную силу. Эта работа привела к сбору большого объема данных и информации, которые были бесценны при проектировании такого двигателя, как предполагаемый; кроме того, она привела к созданию эффективной экспериментальной организации. Он также обладал богатым опытом проектирования двигателей внутреннего сгорания для серийного производства.
Э. Дж. Холл из компании Hall-Scott Motor Car Co. в течение восьми лет занимался разработкой, а в последнее время и производством нескольких типов авиационных двигателей, поставлявшихся на службу нескольким иностранным правительствам, включая Россию, Норвегию, Китай, Японию, Австралию, Канаду и Англию. Он также завершил и испытал 12-цилиндровый двигатель мощностью 300 лошадиных сил, который, однако, имел слишком большой вес на лошадиную силу, чтобы в своей тогдашней форме подходить для военных целей. Таким образом, он приобрел огромный опыт и запас сведений, охватывающих правильные площади и материалы для деталей двигателя, а также надлежащие методы испытаний таких моторов, а вдобавок обладал общим опытом серийного производства. Вся эта информация и опыт оказали бесценную помощь не только при проектировании нового двигателя, но и при определении его основных металлургических и производственных спецификаций.
Эти два человека обладали достаточной квалификацией и практическим опытом, чтобы набросать на бумаге контуры и габариты предполагаемого двигателя — двигателя, который отвечал бы требованиям армии и при этом легко поддавался бы быстрому серийному производству. В их руках находилась возможность свободно опираться на прошлый опыт и достижения практически всего мира в отношении любых особенностей, которые они могли решить внедрить в создаваемую модель силовой установки. И это относилось не только к запатентованным особенностям американских моторов, но также и зарубежных двигателей; ведь каждый из них исчерпывающим образом изучил ведущие европейские моторы, включая Mercedes, на который Германия в значительной степени возлагала свои надежды вплоть до конца войны.
Что касается американских патентов на двигатели, в автомобильной промышленности сложилась интересная ситуация. Ведущие производители автомобилей состояли в ассоциации, принявшей соглашение, известное как соглашение о перекрестном лицензировании. В соответствии с этим соглашением все патенты, получаемые различными производителями (за редким исключением), поступали в общий фонд, из которого любой производитель мог свободно черпать решения без выплаты лицензионных отчислений.
Аналогичное соглашение было принято в отношении двигателя Либерти, за исключением того, что правительство обязалось выплачивать согласованное роялти за использование патентов. Таким образом, проектировавшие двигатель инженеры могли брать все, что им нравилось, независимо от патентных прав. В результате теоретически должен был получиться композитный тип, вобравший в себя лучшие черты лучших двигателей из всех, когда-либо построенных. По крайней мере теоретически в результате таких усилий должен был родиться супермотор.
Идеальный авиационный двигатель должен выдавать максимум мощности при минимальном весе; он обязан работать на максимальной мощности в течение значительной части своего рабочего времени, чего автомобильный мотор почти никогда не делает (если вообще делает) дольше нескольких минут подряд; кроме того, он должен экономично расходовать масло и топливо, чтобы экономить пространство и вес на самолете.
Именно такая задача — проектирование двигателя, отвечающего этим требованиям, — встала перед этими двумя инженерами, когда их вызвали в Вашингтон и попросили взяться за эту работу.
Существовало столько версий истории создания и экспериментального проектирования двигателя Либерти, что уместно изложить здесь точную историю тех памятных недель.
Двигатель был спроектирован на бумаге в комнатах, занимаемых полковником Э. А. Дидсом в отеле Willard в Вашингтоне. Полковник Дидс был человеком с широким кругозором, который, приняв во внимание элементы перечисленных выше проблем, решил, что Америка сможет внести наилучший вклад в авиационную программу путем создания собственного, типично своего двигателя. Он предложил этот план своему соратнику, полковнику С. Д. Уолдону, который после этого изучил вопрос и полностью согласился с планом. Оба офицера убедили господ Холла и Винсента отказаться от дальнейших усилий по их индивидуальным разработкам и посвятить свои объединенные навыки и опыт созданию чисто американского двигателя. Проект был дополнительно обсужден с европейскими авторитетами в Вашингтоне и получил единогласную поддержку.
На этих совещаниях было решено спроектировать две линейки боевых двигателей. Каждый из них должен был иметь диаметр цилиндра 5 дюймов и ход поршня 7 дюймов; однако один тип должен был иметь 8 цилиндров, а другой — 12. 8-цилиндровый двигатель должен был развивать 225 лошадиных сил, поскольку все эксперты тогда, в мае 1917 года, верили, что такой мотор опередит требования по мощности на весну 1918 года, в то время как 12-цилиндровый двигатель должен был развивать 330 лошадиных сил, так как считалось, что это будет соответствовать любому другому двигателю, разработанному в течение 1919 и 1920 годов. Каждый зарубежный представитель в Вашингтоне с авиационным опытом сходился на том, что 8-цилиндровый двигатель мощностью 225 лошадиных сил станет ровней всему, что использовалось весной 1918 года; однако история авиации развивалась настолько стремительно, что в течение 90 дней стало столь же очевидно: именно на 12-цилиндровый двигатель мощностью 330 лошадиных сил, а не на 8-цилиндровый, нам следует сделать упор на весну 1918 года.
Учитывая эти соображения, господа Холл и Винсент приступили к разработке чертежей на бумаге. Вместе с ними работали полковник Дидс и полковник Уолдон — офицеры настаивали на том, чтобы в двигатели не встраивалось ничего неиспробованного или экспериментального, а инженеры руководствовались этим обязательным условием в своих технических познаниях. Размер цилиндров (5 на 7 дюймов) был принят не только потому, что компании Curtiss и Hall-Scott, крупнейшие производители авиационных двигателей в Соединенных Штатах, имели опыт работы с моторами такого размера, но и потому, что только что появился новый и многообещающий французский двигатель Lorraine-Dietrich в экспериментальном исполнении, и он представлял собой двигатель примерно такого же размера.
29 мая 1917 года господа Винсент и Холл приступили к работе. За два-три дня они обрисовали важные характеристики двигателя в достаточной степени, чтобы 4 июня получить одобрение Совета по производству самолетов и Объединенного технического совета армии и флота на создание пяти экспериментальных моделей каждого размера: 8-цилиндрового и 12-цилиндрового.
Детальные и производственные чертежи двух двигателей выполнялись частично сотрудниками компании Packard Motor Car Co. под руководством мистера О. Э. Ханта, а частично — организацией, набранной из различных автомобильных заводов и приступившей к работе под руководством мистера Винсента в Бюро стандартов в Вашингтоне. Здесь необходимо отдать должное доктору С. В. Сраттону, директору этого важного правительственного научного бюро. Пионеры двигателя Либерти разбудили его в полночь и рассказали о своих потребностях. Он незамедлительно предоставил все мощности Бюро стандартов, передав под работу целое здание уже на следующее утро. В дальнейшем доктор Сраттон оказывал самое тесное содействие работе со стороны себя и своих помощников.
Пока создавались детальные чертежи, детали для 10 двигателей были немедленно запущены в производство по инструментальным цехам и экспериментальным мастерским различных автомобильных компаний. Эта работа была сосредоточена на заводе компании Packard, которая отдала ей всю свою энергию и потрясающие возможности.
Каждая особенность конструкции этих двигателей основывалась на тщательно проверенной прошлой практике. То, что двигатель был составным, видно по происхождению его различных частей:
Цилиндры: Двигатель Либерти заимствовал тип своих цилиндров у немецкого Mercedes, английского Rolls-Royce, французского Lorraine-Dietrich и других, выпускавшихся как до, так и во время войны. Цилиндры представляли собой стальные внутренние гильзы, окруженные рубашками охлаждения из штампованной стали. Компания Packard разработала практичный производственный метод сварки вместе нескольких частей стального цилиндра.
Распределительные валы и клапанный механизм над головками цилиндров: Их конструкция основывалась на общей компоновке Mercedes и Rolls-Royce и была усовершенствована компанией Packard Motor Car Co. для автоматической смазки без перерасхода масла.
Привод распределительного вала: Общий тип, используемый на Hall-Scott, Mercedes, Hispano-Suiza, Rolls-Royce, Renault, Fiat и других.
СВАРКА РУБАШКИ НА ЦИЛИНДРЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ЛИБЕРТИ. КОМПАНИЯ CADILLAC MOTOR CAR CO., ДЕТРОЙТ, ШТАТ МИЧИГАН.
СВЕРЛЕНИЕ ФЛАНЦЕВ ЦИЛИНДРОВ МНОГОШПИНДЕЛЬНЫМ СВЕРЛИЛЬНЫМ СТАНКОМ. КОМПАНИЯ PACKARD MOTOR CAR CO.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ШАТУНОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ЛИБЕРТИ. КОМПАНИЯ CADILLAC MOTOR CO.
КАЛИБРОВКА КЛАПАНОВ И ПОРШНЕЙ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ЛИБЕРТИ. КОМПАНИЯ LINCOLN MOTOR CO.
Угол между цилиндрами: В двигателе Либерти угол между осями цилиндров составляет 45°. Этот угол был принят для уменьшения сопротивления головки, придания большей прочности картеру и снижения периодической вибрации. Это решение основывалось на опыте двигателей Renault и Packard.
Электрический генератор и зажигание: Была принята система Delco, но специально спроектированная для Либерти с целью обеспечения надежного двойного зажигания.
Поршни: Изготовленные методом литья под давлением поршни из алюминиевого сплава для Либерти основывались на разработках компании Hall-Scott Co., выполненных в условиях эксплуатации.
Шатуны: Они были вилкообразного типа или типа с раздвоенной нижней головкой, как на автомобильных моторах DeDion и Cadillac, а также на Hispano-Suiza и других авиационных двигателях.
Коленчатый вал: Конструкция стандартной практики, когда каждая шатунная шейка работает между двумя коренными подшипниками, как на Mercedes, Rolls-Royce, Hall-Scott, Curtiss и Renault.
Картер: Коробчатое сечение, несущее вал в подшипниках, зажатых между верхней и нижней половинами посредством длинных сквозных болтов, как у Mercedes и Hispano-Suiza.
Смазка: Система смазки была изменена, причем это стало единственным изменением конструкции Либерти после того, как он был впервые занесен на бумагу. Первоначальная система объединяла особенности сухого картера, как у Rolls-Royce, с подачей под давлением к главным подшипникам коленчатого вала и подачей с помощью черпаков к подшипникам шатунных шеек, как у Hall-Scott и некоторых зарубежных двигателей. Впоследствии принятая система добавляла подачу под давлением к подшипникам шатунных шеек, как у Rolls-Royce, Hispano-Suiza и других двигателей.
Втулка воздушного винта: Спроектирована по практике, применяемой на таких хорошо известных двигателях, как Hispano-Suiza и Mercedes.
Водяной насос: К двигателю Либерти был приспособлен обычный центробежный тип.
Карбюратор: К двигателю был приспособлен карбюратор типа Zenith.
По мере завершения детальных и производственных чертежей в Вашингтоне и Детройте их отвозили на различные заводы, где строились детали для первого двигателя.
Компания General Aluminum & Brass Manufacturing Co. из Детройта изготавливала бронзовые вкладыши подшипников с баббитовой заливкой.
Компания Cadillac Motor Car Co. из Детройта изготавливала шатуны, втулки верхней головки шатуна, шатунные болты и узлы коромысел.
Компания L. O. Gordon Manufacturing Co. из Маскигона, штат Мичиган, изготавливала распределительные валы.
Компания Park Drop Forge Co. из Кливленда изготавливала поковки коленчатого вала. Эти поковки, прошедшие полную термообработку, были изготовлены за три дня, поскольку мистер Холл разрешил кливлендскому предприятию использовать штампы Hall-Scott.
Компания Packard Motor Car Co. осуществляла механическую обработку коленчатых валов и всех деталей, не поставлявшихся и не обрабатывавшихся в других местах.
Компания Hall-Scott Motor Car Co. из Беркли, штат Калифорния, изготавливала все конические шестерни.
Компания Hess-Bright Manufacturing Co. из Филадельфии изготавливала шариковые подшипники.
Компания Burd High-Compression Ring Co. из Рокфорда, штат Иллинойс, изготавливала поршневые кольца.
Компания Aluminum Castings Co. из Кливленда изготавливала штампованные литые поршни из сплава и выполняла их механическую обработку вплоть до шлифовки.
Компания Rich Tool Co. из Чикаго изготавливала клапаны.
Компания Gibson Co. из Маскигона (штат Мичиган) изготавливала пружины.
Компания Packard Co. изготовила все модели для алюминиевых отливок, которые выпускались компанией General Aluminum & Brass Manufacturing Co. из Детройта.
Компания Packard Motor Car Co. использовала многие из собственных штампов для быстрого получения подходящих штамповок, а также изготовила все необходимые новые штампы, которые не производились в других местах.
По мере изготовления этих различных деталей их спешно доставляли в инструментальную комнату компании Packard Co., где полным ходом шла сборка двигателей новой модели.
Однако до того, как были построены модели, были приняты чрезвычайные меры предосторожности, чтобы гарантировать безупречность механизма, насколько это позволял уровень технического мастерства американских инженеров. Разработанные чертежи были переданы Г. М. Крейну, инженеру компании Simplex Motor Car Co. и корпорации Wright-Martin Aircraft Corporation, который специально изучал авиационные двигатели в Европе и на протяжении более чем года работал над производством 150-сильного двигателя Hispano-Suiza в этой стране. Он изучил чертежи, как и Дэвид Фергюссон, главный инженер компании Pierce-Arrow Motor Car Co. Многие другие лучшие эксперты страны в области производства двигателей внутреннего сгорания подвергли чертежи конструктивной критике; среди них были такие специалисты, как Генри М. Лиланд и Джордж Х. Лэйнг из компании Cadillac Motor Car Co., а также Ф. Ф. Билл и Эдвард Робертс из компании Packard Car Co.
Когда инженеры закончили работу, настал черед практических специалистов по производству. Создатели планеров и двигателей изучили чертежи, чтобы убедиться, что каждая мельчайшая деталь спроектирована так, чтобы быть максимально приспособленной к серийному производству. Тщательная проверка чертежей двигателя Либерти затронула производственный масштаб еще глубже: для изучения спецификаций были привлечены непосредственные изготовители станков, чтобы при необходимости предложить модификации, которые сделали бы производство деталей наиболее целесообразным на станках либо существующих типов, либо наиболее простых в изготовлении.
Пройдя столь тщательную проверку и критику, чертежи двигателя стали лучшими со всех точек зрения, какие только мог создать американский промышленный гений за отведенное время. Благодаря этому исчерпывающему предварительному исследованию в первоначальную конструкцию никогда не вносилось никаких радикальных изменений. Двигатель Либерти не был воплощением магии или продуктом какого-либо отдельного лица или компании; он представлял собой хорошо продуманную и тщательно подготовленную конструкцию, основанную на обширном практическом опыте создания авиационных двигателей.
4 июля 1917 года в Вашингтон был доставлен первый 8-цилиндровый двигатель Либерти. Это произошло менее чем через шесть недель после того, как господа Холл и Винсент провели первую линию на своих чертежах. В то же самое время аналогичная процедура повторялась и в отношении 12-цилиндрового двигателя. К 25 августа 12-цилиндровая модель двигателя Либерти успешно выдержала 50-часовые испытания. В ходе этих испытаний его мощность составляла от 301 до 320 лошадиных сил.
В качестве достижения в области скорости разработки нового успешного двигателя этот показатель никогда не был превзойден в истории моторостроения ни одной страны. Ни один успешный американский автомобильный двигатель никогда не запускался в производство быстрее, чем за год испытаний и экспериментов. Мы вполне можем поверить, что на третьем году войны европейские разработчики авиатехники работали на предельной скорости, пытаясь усовершенствовать силовые установки самолетов; тем не менее, в отчете британского военного кабинета за 1917 год содержатся следующие слова:
Опыт показывает, что, как правило, с момента зарождения идеи и проектирования авиационного двигателя до поставки производителем первого серийного двигателя проходит более года.
Но Америка за шесть недель спроектировала и изготовила экспериментальным путем хороший двигатель, а за три месяца — великолепный, и через пять месяцев начала его серийные поставки. Это стало возможным благодаря тому, что мы смогли без ограничений задействовать наш лучший инженерный талант, благодаря тому, что не было никаких ограничений на использование нами конструкций и патентов, доказавших свою успешность на практике, а также благодаря тому, что первоначальная конструкция двигателя, созданная в таких условиях, выдержала любую экспертную критику и испытания, которым ее подвергли, и вышла из этих испытаний без существенных модификаций.
Как только первые модели двигателя Либерти прошли официальные испытания, были немедленно составлены планы по их запуску в производство.
Члены Совета военной промышленности выбрали руководителем отдела производства двигателей Гарольда Х. Эммонса, юриста и промышленника из Детройта (штат Мичиган), который в качестве лейтенанта Военно-морского резерва как раз призывался Военным министерством на действительную службу.