В первые годы сотрудники уделяли много внимания теории расчета быстроходного авиационного двигателя внутреннего сгорания. Борис Сергеевич рассматривает основные положения теплового расчета В. И. Гриневецкого не как средство вычисления мощности и коэффициента полезного действия двигателя, а для теоретического анализа моторов и построения их характеристик по расходу воздуха и по эффективному КПД. Эта теория тогда еще слабо была разработана. Труды Гриневецкого, отдельные статьи Брилинга, посвященные тепловому расчету двигателя, относились к тихоходным моторам. Авиационный двигатель, быстроходный, с большим числом оборотов вала, требовал особого подхода к расчету. В частности, большое значение здесь имеет аэродинамика всасывающих устройств, вопросы сгорания. Эти особенности и стал исследовать Стечкин со своим коллективом.
На специальной одноцилиндровой установке работал Вячеслав Иосифович Дмитриевский. Здесь создавалась методика расчета расхода воздуха — совершенно новая, учитывающая пульсирующий характер потока. Кроме того, Стечкин очень дальновидно предусмотрел создание высотных двигателей. Нужно поднять потолок машин. «Летать выше всех, быстрее всех, дальше всех!» — потребует Родина. Великая Отечественная война внесет в этот лозунг свои коррективы, но повышение высотности будет главным надолго. Им и стал заниматься крохотный винтомоторный отдел. Но не только этим. Еще и способами увеличения мощности авиационного двигателя путем наддува и повышения давления воздуха, поступающего в цилиндры. Мощность двигателя прямо пропорциональна весовому количеству воздуха, поступающего в цилиндры, а весовой расход воздуха можно увеличить за счет его начального давления. Поэтому, чтобы двигатель такого малого веса и объема, каким является авиационный мотор, развивал как можно большую мощность, нужно обеспечить его сжатым воздухом, иными словами, нужен наддув. Воздух загоняется в мотор специальными агрегатами, Эти агрегаты — турбокомпрессоры, приводные нагнетатели — разрабатывались в отделе, здесь они испытывались, здесь создавалась их теория.
Стечкин предложил построить камеру низкого давления и разработал ее проект. Строили ее даже не кустарным, а бог весть каким способом, и людей-то в отделе было немногим более десяти человек. Но сделали здорово: металлический цилиндр диаметром 4 метра и длиной 8 метров! В него входили довольно объемистые двигатели, их запускали, насосом «эксгаустер» из камеры отсасывали воздух и выхлопные газы, имитируя высотность до 5 тысяч метров. Сама камера походила на большой котел, куда на рельсах вкатывали двигатель. 400-сильный «либерти» в нее входил, и даже 600-сильные моторы она брала. Имелось и дистанционное управление. Много поработали над этой камерой вместе со Стечкиным инженеры Курт Владимирович Минкнер, Константин Адамович Рудский и Евграф Владимирович Кузнецов. Они ставили опыты по детонации двигателя и ее подавлению, устанавливали октановые числа для высотных и невысотных машин. Впервые пришлось работать и с тетраэтилсвинцом. Опытным путем устанавливалась детонационная характеристика каждого двигателя в зависимости от высотности, нагрузок и других параметров — Стечкин учитывал все. Это была первая такая камера в стране. Впоследствии она работала в Центральном институте авиационного моторостроения и принесла немало пользы при исследовании высотных свойств двигателей. В отделе построили несколько одноцилиндровых установок, чтобы не весь двигатель, а один цилиндр испытывать на режимах с повышенным давлением воздуха. Потом строили и исследовали мотор в натуральную величину.
В 1929 году Борис Сергеевич проводит опыты по исследованию камеры сгорания двигателя. Авиационный мотор не только должен быть легким, но и с единицы рабочего объема давать как можно большую мощность.
Одновременно Стечкин изучает процессы наполнения цилиндра, сгорания топлива в камере в движущемся потоке. Его интересуют система клапанов, система охлаждения. Мотор должен быть и экономичным. Чтобы повысить ее, надо увеличить степень сжатия, то есть отношение общего объема цилиндра к объему камеры сгорания. Подбирались специальные примеси для топлива.
Однако, когда увеличили степень сжатия, столкнулись с детонацией. Это новое явление свалилось неожиданно.
Обычно свеча дает искру, и начинается плавное горение. А тут, при определенных величинах давления и температуры, вместо плавного горения топливо взрывается, образуя мгновенный скачок давления, разрушающий кольца, поршни, клапаны...
Изучая вопросы детонации двигателя и ее подавления, Стечкин одним из первых заинтересовался ударными волнами и написал работу о скорости их распространения в трехмерном пространстве, определив нормальную скорость ударной волны для общего случая течения газа.
Стечкин экспериментально выясняет, какие элементы конструкции двигателя нужно усилить, когда его мощность будет повышена в результате наддува. В отделе проводят опыт, постепенно повышая давление воздуха, поступающего в двигатель.
— Интересно, какая деталь полетит первой? — говорит Стечкин.
Искали предел. Приводного нагнетателя еще не было — наддували от воздуходувки. Поршни прогорели, когда повысили давление до полутора атмосфер.
Наддув станет основным способом форсирования мощности двигателя. При почти неизменном весе авиационного мотора его мощность повысится в 2–3 раза. Так семьсотпятидесятисильный двигатель становился двухтысячесильным.
В литографически изданном «Тепловом расчете быстроходного авиациовного двигателя» Стечкин дает новые, усовершенствованные методы расчета поршневых моторов.
Давно Стечкина занимают мысли о реактивной технике. Он говорит, что не за горами то время, когда она появится в авиации, и начинает эксперименты с винтом, который вращался не как обычно — от вала поршневого двигателя, а за счет газовых струй, вытекающих из отверстий на концах лопастей — по типу Сегнерова колеса. Горючая смесь подавалась к оси винта, проходила через его полые лопасти, поджигалась, сгорала, а вытекающие газы создавали реактивную силу, вращающую винт. Сконструировали отдельные элементы винта, ставили опыты, но средств для постройки экспериментального образца не достали. Республика была бедна.
При создании высотных моторов столкнулись еще с такой трудностью: обычный винт для них не годился. На высоте плотность воздуха мала, и пропеллер, рассчитанный для земных условий, там не справлялся. Сотрудники отдела занялись проблемой винта изменяемого шага, с поворотной лопастью на ходу, то есть такого винта, у которого во время полета изменяется угол лопастей, и они приспосабливаются к разреженной среде. Винт был сделан, испытан на стенде и на самолете. Идея оправдалась.
