Авіаційний поршневий двигун. Пристрій та принцип роботи

03.04.2019

Раз наш блог почав розповідати про різні типидвигунів, ми не могли не пройти повз незвичайних типівДВСі неймовірних машинах, які ними їздять.
Звичайний, поршневий двигун внутрішнього згоряннявідомий усім - колінчастий вал, Його рухають від 1 до 16 (рідко до 32) поршнів, які переміщаються в циліндрах вгору-вниз. У циліндри подається суміш повітря та палива (бензину, гасу, ДП, водню та ін.). Відбувається швидке згоряння, з великим коефіцієнтом розширення – поршень рухається вниз і штовхає колінчастий вал.
Двигуни такого типу бувають рядними (L-подібними) або не рядними, коли циліндри стоять під кутом один до одного (V та W-подібні). Останній тип – двоповерховий та застосовується рідко.

Які ще є ДВС? Про одного з них ми хотіли б розповісти у цій статті.

Радіальні двигуни.

Коротка історія радіальних двигунів.

Перший радіальний двигунбув створений у 1901 році Чарльзом Менлі. Він був 5-циліндровим і з водним охолодженням. Він був зроблений з однієї з ротаційних машин Стівена Белзера, для літака Аеродрома Ленглі.
Потужність перового радіального двигуна становила 52 к.с. (39 кВт) при 950 об/хв.

У 1903-1904 рр. Яків Еллехеммере постарив перший у світі 3-х циліндровий радіальний двигун з повітряним охолодженням. Пізніше, в 1907 році він постотоїв більш потужний 5-циліндровий двигун, а в 1908 - 1909 роках він розробляв вже 6-циліндровий дворядний радіальний двигун.
Згодом радіальні або зіркоподібні двигуни отримали широке застосування в авіації через свою надійність, малі габарити і можливість. ефективного застосуванняповітряного охолодження.

Принцип дії.

На відміну від рядних двигунів, циліндри радіального двигунарозташовані у вигляді зірки, радіально розходячись на всі боки від центру. Таким чином, кожен циліндр відокремлений від інших і доступний для ремонту та обслуговування. Також така конструкція добре придатна для повітряного охолодження, тому переважна більшість таких двигунів випускається саме з повітряним охолодженням. Мінімальна кількість циліндрів для утворення радіального двигуна - три, якщо взяти два, то це вже або V-подібний, або оппозитник, двигун, в якому розташовані циліндри навпроти один одного, на одній лінії.
Всередині радіального двигуна, по центру знаходиться колінчастий вал з одним коліном та противагою. До нього кріпиться провідний шатун, до якого вже безпосередньо кріпляться всі інші, ведені шатуни. Це принципова відмінністькривошипно-шатунного механізму обумовлено самою конструкцією дигателя – довгий колінвал було б просто нікуди подіти.

Зіркоподібні двигунибувають двох та чотиритактними, останні зазвичай мають непарну кількість циліндрів, що дозволяє пускати іскру через один циліндр. На доказ наших слів наводимо відео демонстраційної моделі 7-ми циліндрового двигуна. Зверніть увагу на іскри запалювання.

Двотактні радіальні двигуниставилися на багато легких літаків та їх заводили різким поворотом гвинта.
Кожен циліндр зазвичай має два клапани, які рухаються через спиці, які у свою чергу штовхає розподільний диск, пов'язаний з колінчастим валом.
Анімація, розваги в autodesk inventor – тут все дуже добре видно

Єдиним недоліком радіального двигуна є можливість протікання маста в циліндри, що призводить до гідроудару та розриву нижніх циліндрів при спробі заводу двигуна. Але в сучасних двигунахці шанси мінімізовано.
Вихлопна система таких двигунів також радіальна, але зазвичай труби розводяться на дві сторони. Варіанти, коли циліндрів парна кількість, тоді нерідко кожен із циліндрів має свою вихлопну трубу.

Виготовлення зіркоподібних двигунів

Досі радіальні двигуни ставлять на літаки та навіть на гелікоптери. Все ж таки можливість обходиться без рідинного охолодження підкуповує, та й технологія відпрацьована роками не дозволяє відмовитися від цього типу ДВСв авіабудуванні. Також такі двигуни ставлять на легкі човни та на невеликі катери, що переміщаються за допомогою повітряного гвинта. В такому випадку моторний відсікобмежують сіткою.

Одним із виробників радіальних двигунів сьогодні є Австралійська компанія Rotec Engeneering. Ось відео виготовлення 150-сильного двигуна R3600

Альтернативне застосування

Але наш блог любить розповідати про неймовірні застосування всього, що можна. Ось і зараз ми обійде стороною цю можливість і покажемо кілька цікавих фотографій і відео, знайдених нами на просторах інтернету.
Наприклад, деякі умільців ставлять радіальні двигуни на мотоцикли.

7 циліндрів 110 л/с Rotec Engeneering R2800

Загальний вигляд

Такий самий Rotec Engeneering R2800 тільки встановлений у профіль

Робота радіального поршневого двигуна

Привіт друзі!

Сьогодні починаємо серію статей про конкретні типи авіаційних двигунів. Перший двигун, який удостоїться нашої уваги - це. Він має повне право бути першим, тому що він – ровесник сучасної авіації. Один з перших літаків, що піднялися в повітря, був Флаєр-1 братів Райт (я думаю ви читали про це :-)). І на ньому стояв поршневий двигун авторської розробки, який працював на бензині.

Довгий часцей тип двигуна залишався єдиним, і лише в 40-ті роки 20-го століття почалося використання двигуна зовсім іншого принципу впливу. Це був турбореактивний двигун. Чому це сталося читайте . Однак поршневий двигун, хоч і втратив свої позиції, але зі сцени не зійшов, і тепер у зв'язку з досить інтенсивним розвитком так званої малої авіації (або авіації загального призначення) він просто отримав друге народження. Що ж собою представляє авіаційний поршневий двигун?

Робота двигуна внутрішнього згоряння (той самий рядний поршневий двигун).

Як завжди:-)… У принциповому плані нічого складного (ТРД значно складніше:-)). По суті – це звичайний двигунвнутрішнього згоряння (ДВС), такий самий, як на наших з вами автомобілях. Хто забув, що таке ДВС, двома словами нагадаю. Це, попросту кажучи, порожнистий циліндр, в який вставлений суцільний циліндр, менший по висоті (це і є поршень). У простір над поршнем у потрібний моментподається суміш із палива (зазвичай це бензин) та повітря. Ця суміш спалахує від іскри (від спеціальної електричної свічки) і згоряє. Додам, що спалах може відбуватися і без іскри, в результаті стиснення. Так працює всім відомий дизельний двигун . Внаслідок згоряння виходять гази високого тискуі температури, які тиснуть на поршень і змушують рухатися. Ось цей рух і є суть усього питання. Далі воно передається через спеціальні механізми у потрібне нам місце. Якщо це автомобіль, значить на його колеса, а якщо це літак, то на нього повітряний гвинт. Таких циліндрів може бути кілька, точніше, навіть багато:-). Від 4-х до 24-х. Така кількість циліндрів забезпечує достатню потужність та стійкість роботи двигуна.

Ще одна схема роботи одного ряду циліндрів.

Звичайно, авіаційний поршневий двигун тільки принципово схожий на звичайний ДВС. Насправді тут обов'язково є авіаційна специфіка. виконаний з більш досконалих та якісних матеріалів, більш надійний. При тій же масі, він значно потужніший за автомобільний. Зазвичай може працювати в перевернутому положенні, адже для літака (особливо винищувача чи спортивного) пілотаж – звичайна справа, а автомобілю це, звісно, не потрібно.

Двигун М-17, поршневий, рядний, V-подібний. Встановлювався на літаки ТБ-3 (кінець 30-х років 20 ст.)

Двигун М-17 на крилі ТБ-3.

Поршневі двигуни можуть відрізнятися як за кількістю циліндрів, так і за їх розташуванням. Бувають рядні двигуни (циліндри в ряд) та радіальні (зіркоподібні). Рядні двигуни можуть бути однорядними, дворядними, V-подібними і т.д. У зіркоподібних циліндри розташовані по колу (у вигляді зірки) і буває їх зазвичай від п'яти до дев'яти (у ряді). Ці двигуни, до речі, також можуть бути багаторядними, коли циліндри блоками стоять один за одним. Рядні двигуни зазвичай мають рідинне охолодження(як в машині:-), вони і на вигляд більше схожі на автомобільні), а радіальні - повітряне. Вони обдуваються потоком повітря, що набігає, і циліндри, як правило, мають ребра для кращого теплознімання.

Двигун АШ-82, радіальний, дворядний. Встановлювався літаками ЛА-5, ПЕ-2.

Літак ЛА-5 із двигуном АШ-82.

Авіаційні поршневі двигуничасто мають таку особливість, як висотність. Тобто зі збільшенням висоти, коли щільність та тиск повітря падають, вони можуть працювати без втрати потужності. Підведення паливно-повітряної сумішіможе здійснюватися двома способами. Тут повна аналогія з автомашиною. Або суміш готується в спеціальному агрегаті, Називається карбюратором і потім подається в циліндри ( карбюраторні двигуни), або паливо безпосередньо впорскується в кожен циліндр відповідно до кількості повітря, що надходить туди ж. На автомобілях такого типу двигуни часто називають «інжекторними».

Сучасний радіальний поршневий двигун ROTEC R2800.

Більш потужний R3600 (більше циліндрів).

На відміну від звичайного автомобільного ДВС, Для літакового поршневого двигуна не потрібні громіздкі (ну і, звичайно, важкі:-)) передавальні механізми від поршнів до колес. Усі ці осі, мости, шестерні. Адже для літака вага дуже важлива. Тут рух від поршня одразу через шатун передається на головний колінчастий вал, а на ньому вже стоїть друга важлива частина літака з поршневим двигуном – повітряний гвинт. Гвинт - це, так би мовити, самостійна (і дуже важлива) одиниця. У нашому випадку він є «рушієм» літака, і від нього коректної роботизалежить якість польоту. Гвинт – це не частина двигуна, але працюють вони у тісній співпраці:-). Гвинт завжди підбирається або проектується і розраховується під конкретний двигун, або вони створюються одночасно, так би мовити комплектом:-).

Радіальний двигун М-14П. Встановлюється спортивні СУ-26, ЯК-55.

СУ-26 із двигуном М-14П.

Принцип роботи гвинта – це досить серйозне (і не менш цікаве:-)) питання, тому я вирішив виділити його в , а зараз поки повернемося до «заліза».

Я вже казав, що зараз поршневий авіаційний двигун знову «набирає обертів». Щоправда, склад авіації, яка використовує ці двигуни, тепер інший. Відповідно, змінився і склад застосовуваних двигунів. Важкі і громіздкі рядні двигуни майже відійшли в минуле. Сучасний поршневий двигун (найчастіше) - радіальний з кількістю циліндрів 7-9, з гарною паливною автоматикою електронним керуванням. Один із типових представників цього класу, наприклад, двигун ROTEC 2800 для легких літаків, створений та виробляється в Австралії (між іншим вихідцями з Росії:-)). Однак про рядних двигунахтеж не забувають. Такий, наприклад, ROTAX-912. Також добре відомий двигун вітчизняного виробництваМ-14П, який встановлюється на ЯК-55 та СУ-26.

Двигун Rotax-912, рядний. Встановлюється на легкі спортивні літаки Sports-Star Max

Спортивний літак Sport-Star Max з двигуном Rotax-912.

Існує практика застосування дизельних двигунів (як різновид поршневих) в авіації ще з часів війни. Однак широко цей двигун поки не застосовується через існуючі проблеми в розробці, зокрема в області надійності. Але роботи все одно ведуться, особливо у світлі майбутнього дефіциту нафтопродуктів.

Загалом ще рано списувати з рахунків:-). Адже, як відомо, нове – це добре забуте старе… Час покаже…

Поршневі двигуни зараз встановлюють лише на спортивні літаки або персональні літаки малих розмірів. Причин для такого низького відсотка використання достатньо. Перша і, напевно, найголовніша з них полягає в тому, що одиниця потужності на одиницю маси поршневого двигуна набагато менша, ніж, наприклад, у тих же газотурбінних двигунів. Також поршневі двигуни не можуть змагатися у швидкості з іншими авіаційними двигунами. Ну і, звичайно ж – це низький ККД, який насправді найкращому випадкуне перевищуватиме 30%.

Сучасні поршневі двигуни розрізняють розташування циліндрів щодо коленвала. Відповідно до цієї кваліфікації існує чимала кількість різних поршневих двигунів. З них набули найбільш широкого поширення такі види:

з V-подібним розташуванням;
із зіркоподібним розташуванням (радіальний двигун);
із рядним розташуванням (опозитний двигун).

Радіальний авіаційний поршневий двигун.
на Наразівикористання радіального поршневого двигуна в авіації знову набирає обертів. Тільки тепер змінився склад авіації, яка його встановлює. Якщо раніше радіальний двигун використовували на літаках повсюдно, то тепер він затребуваний виключно у спортивних та персональних літаках малих розмірів. Сьогодні Ви вже не побачите громіздких та важких двигунів, вони давно відійшли в минуле. На їхню заміну прийшли легші, з радіальною кількістю циліндрів від 7 до 9 і відмінною електронною. автоматичною системоюдля подачі палива. Сама собою конструкція радіального двигуна внутрішнього згоряння відрізняється від інших поршневих авіаційних двигунів тим, що його циліндри розташовуються через рівні кути навколо одного колінвала у вигляді радіальних променів (зірочки). Від цього й пішла ще одна назва радіального двигуна – зіркоподібна.
Головною відмінністю такого двигуна від інших поршневих авіаційних двигунів є різниця у конструкції кривошипно-шатунного механізму. Давайте розберемо його докладніше. У ньому один колінвал є головним. На вигляд він схожий на колінвал звичайного рядного двигуна. Шатуни причіпні, вони кріпляться навколо коленвала за його формою. В іншому принцип роботи такий же як і в звичайних двигунах. Зіркоподібні двигуни мають вихлопну системуяка також організована у вигляді радіальних променів. Такі двигуни можуть утворювати кілька зірок-відсіків шляхом збільшення довжини головного колінвалу. Зазвичай 4-тактні зіркоподібні мотори мають у своєму розпорядженні непарну кількість циліндрів, що дає можливість подати іскру в циліндри через один. Також існують радіальні двигуни з парною кількістю циліндрів, тільки їхня кількість не може бути ступенем двійки.
Плюси та мінуси радіального поршневого двигуна.
До єдиного недоліку таких двигунів відносять можливість влучення масла в нижні циліндри двигуна при стоянці літака. Це може призвести до миттєвого гідроудару і відповідно до поломки всього кривошипно-шатунного механізму. Щоб уникнути подібного срача, перед запуском двигуна постійно необхідно перевіряти нижні циліндри на відсутність в них масла. З плюсів радіального двигуна варто відзначити його порівняно невеликі розміри, простоту експлуатації і пристойну потужність (часто встановлюють на спортивні літаки).

Опозитний авіаційний поршневий двигун.
Як уже говорилося раніше, поршневі двигуни в авіації переживають своє чергове відродження. Крім зіркоподібних двигунівзнайшли своє застосування в авіабудуванні та опозитні двигуни. Їх часто встановлюють на легкі спортивні літаки невеликих розмірів, тому що їх потужності цілком достатньо для польоту високих швидкостях. У сучасній авіації існує кілька типів опозитних двигунів, а саме:
1) Двигун за типом боксер (Subaru). У ньому поршні протилежних циліндрів рухаються рівновіддалено один до одного. Це означає, що в певний момент один циліндр буде розташовуватися в верхньої мертвоїточці, а протилежний – у нижній мертвій точці.
2) Двигун із пристроєм OPOC. Ще донедавна ці двигуни мали дуже низький попит. Але зараз ситуація дещо змінилася. Двигун OPOC має дуже складну систему. У ньому один колінчастий вал рухають два поршні, які розташовуються в протилежних циліндрах.
3) Опозитний двигун на кшталт радянського 5ТДФ. У ньому поршні рухаються назустріч один одному й працюють попарно в одному циліндрі. Коли обидва поршні досягають верхньої мертвої точкиУ відстань між ними впорскується паливо. Завдяки такій конструкції цей двигун може працювати на різних видахпалива, починаючи від гасу і закінчуючи бензином. Потужність опозитних двигунів збільшують установкою на нього турбонаддува, бі-турбо чи твін-турбо. Також її можна підвищити при застосуванні у виробництві Н-подібних шатунів або кованих поршнів.

Плюси та мінуси опозитного поршневого двигуна.
До недоліків опозитного двигуна відносять насамперед висока витратапалива та моторної олії. Особливо це стосується другого. У цьому двигуні необхідно регулярно робити заміну масла інакше він швидко приходить у непридатність. Показники витрати палива та масла в порівнянні з іншими поршневими авіаційними двигунами найбільші і можуть перевищувати процентному співвідношеннібільш ніж 50%.
Головним плюсом опозитних двигунів є компактність, що дає змогу встановлювати їх на літаки малих розмірів. За таких габаритів потужності цих двигунів цілком достатньо навіть для спортивних літаків.

Сучасні авіаційні поршневі двигуни. Сучасний авіаційний поршневий двигун зазнав значних змін порівняно зі своїми первістками. Сьогодні це дуже складні пристрої, які оснащують великою кількістю додаткових механізмів, агрегатів, обслуговуючих системта приладів. Завдяки їм вдалося знизити загальну вагу двигуна та збільшити його потужність, що дозволило їх використовувати у легкій та спортивній авіації. Сьогодні їхнім головним показником стало співвідношення питомої потужності до ваги самого агрегату і в середньому воно дотягує до позначки 0,5 кг/л. с.

Робота радіального поршневого двигуна

Привіт друзі!

Сьогодні починаємо серію статей про конкретні типи авіаційних двигунів. Перший двигун, який удостоїться нашої уваги - це. Він має повне право бути першим, тому що він є ровесником сучасної авіації. Один з перших літаків, що піднялися в повітря був Флайєр-1 братів Райт (я думаю ви читали про це тут). І на ньому стояв поршневий двигун авторської розробки, який працював на бензині.

Довгий час цей тип двигуна залишався єдиним, і лише в 40-ті роки 20-го століття почалося використання двигуна зовсім іншого принципу впливу. То був турбореактивний двигун. Чому це сталося читайте тут. Однак поршневий двигун, хоч і втратив свої позиції, але зі сцени не зійшов, і тепер у зв'язку з досить інтенсивним розвитком так званої малої авіації (або авіації загального призначення) він просто отримав друге народження. Що ж собою представляє авіаційний поршневий двигун?

Робота двигуна внутрішнього згоряння (той самий рядний поршневий двигун).

Як завжди ... У принциповому плані нічого складного (ТРД значно складніше). По суті – це звичайний двигун внутрішнього згоряння (ДВС), такий же, як на наших з вами автомобілях. Хто забув, що таке ДВС, двома словами нагадаю. Це, попросту кажучи, порожнистий циліндр, в який вставлений суцільний циліндр, менший по висоті (це і є поршень). У простір над поршнем у потрібний момент подається суміш із палива (зазвичай це бензин) та повітря. Ця суміш спалахує від іскри (від спеціальної електричної свічки) і згоряє. Додам, що спалах може відбуватися і без іскри, в результаті стиснення. Так працює всім відомий дизельний двигун. В результаті згоряння виходять гази високого тиску та температури, які тиснуть на поршень та змушують його рухатися. Ось цей рух і є суть усього питання. Далі воно передається через спеціальні механізми у потрібне нам місце. Якщо це автомобіль, значить на колеса, а якщо це літак, то на його повітряний гвинт. Таких циліндрів може бути кілька, точніше навіть багато. Від 4-х до 24-х. Така кількість циліндрів забезпечує достатню потужність та стійкість роботи двигуна.

Ще одна схема роботи одного ряду циліндрів.

Звичайно, авіаційний поршневий двигун тільки принципово схожий на звичайний ДВС. Насправді тут обов'язково є авіаційна специфіка. Двигун літака виконаний з більш досконалих та якісних матеріалів, більш надійний. При тій же масі, він значно потужніший за автомобільний. Зазвичай може працювати в перевернутому положенні, адже для літака (особливо винищувача чи спортивного) пілотаж – звичайна справа, а автомобілю це, звісно, не потрібно.

Двигун М-17, поршневий, рядний, V-подібний. Встановлювався на літаки ТБ-3 (кінець 30-х років 20 ст.)

Двигун М-17 на крилі ТБ-3.

Поршневі двигуни можуть відрізнятися як за кількістю циліндрів, так і за їх розташуванням. Бувають рядні двигуни (циліндри в ряд) та радіальні (зіркоподібні). Рядні двигуни можуть бути однорядними, дворядними, V-подібними і т.д. У зіркоподібних циліндри розташовані по колу (у вигляді зірки) і буває їх зазвичай від п'яти до дев'яти (у ряді). Ці двигуни, до речі, також можуть бути багаторядними, коли циліндри блоками стоять один за одним. Рядні двигуни зазвичай мають рідинне охолодження (як в машині, вони і на вигляд більше схожі на автомобільні), а радіальні - повітряне. Вони обдуваються потоком повітря, що набігає, і циліндри, як правило, мають ребра для кращого теплознімання.

Двигун АШ-82, радіальний, дворядний. Встановлювався літаками ЛА-5, ПЕ-2.

Літак ЛА-5 із двигуном АШ-82.

Авіаційні поршневі двигуничасто мають таку особливість, як висотність. Тобто зі збільшенням висоти, коли щільність та тиск повітря падають, вони можуть працювати без втрати потужності. Підведення паливно-повітряної суміші може здійснюватися двома способами. Тут повна аналогія з автомашиною. Або суміш готується в спеціальному агрегаті, званому карбюратором і потім подається в циліндри (карбюраторні двигуни), або паливо безпосередньо впорскується в кожен циліндр відповідно до кількості повітря, що надходить туди ж. На автомобілях такого типу двигуни часто називають «інжекторними».

Сучасний радіальний поршневий двигун ROTEC R2800.

Більш потужний R3600 (більше циліндрів).

На відміну від звичайного автомобільного ДВС, для літакового поршневого двигуна не потрібні громіздкі (ну і, природно, важкі) передавальні механізми від поршнів до колес. Усі ці осі, мости, шестерні. Адже для літака вага дуже важлива. Тут рух від поршня відразу через шатун передається на головний колінчастий вал, а на ньому вже стоїть друга важлива частина літака з двигуном поршневим - повітряний гвинт. Гвинт - це, так би мовити, самостійна (і дуже важлива) одиниця. У нашому випадку він є рушієм літака, і від його коректної роботи залежить якість польоту. Гвинт - це не частина двигуна, але працюють вони у тісній співпраці. Гвинт завжди підбирається або проектується і розраховується під конкретний двигун, або вони створюються одночасно, так би мовити комплектом.

Радіальний двигун М-14П. Встановлюється спортивні СУ-26, ЯК-55.

СУ-26 із двигуном М-14П.

Принцип роботи гвинта - це досить серйозне (і не менш цікаве) питання, тому я вирішив виділити його в окрему статтю, а зараз поки повернемося до "заліза".

Я вже казав, що зараз поршневий авіаційний двигунзнову «набирає обертів». Щоправда, склад авіації, яка використовує ці двигуни, тепер інший. Відповідно, змінився і склад застосовуваних двигунів. Важкі і громіздкі рядні двигуни майже відійшли в минуле. Сучасний поршневий двигун (найчастіше) - радіальний з кількістю циліндрів 7-9, з гарною паливною автоматикою з електронним керуванням. Один із типових представників цього класу, наприклад, двигун ROTEC 2800 для легких літаків, створений і виробляється в Австралії (між іншим вихідцями з Росії). Однак про рядні двигуни теж не забувають. Такий, наприклад, ROTAX-912. Також добре відомий двигун вітчизняного виробництва М-14П, який встановлюється на спортивні літакиЯК-55 і СУ-26.