Авиа двигатели. Виды и типы двигателей для самолетов и вертолетов
Именно благодаря использованию авиа двигателей, прогресс развития современной авиации продолжает развиваться. Первые самолёты которые не были оснащены двигателями практически не получили своего практического применения, так как не могли перевозить более одного человека, да и значительные расстояния преодолеваемые такими воздушными судами большими никак не назовёшь.
Все авиа двигатели принято разделять на 9 основных категорий.
- Паровые авиа двигатели;
- Поршневые авиа двигатели;
- Атомные авиа двигатели;
- Ракетные авиа двигатели;
- Реактивные авиа двигатели;
- Газотурбинные авиа двигатели;
- Турбовинтовые авиа двигатели;
- Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели;
- Турбовентиляторные авиа двигатели.
Паровые авиа двигатели
Паровые авиа двигатели практически не нашли своего практического применения в авиации из-за низкого КПД своей работы.
Главным принципом работы парового авиационного двигателя является преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение винтов за счёт энергии пара.
Стоит отметить, что первоначально паровые авиа двигатели предполагалось использовать на заре авиации, когда источник пара был наиболее доступным, однако из-за массивности своей конструкции паровые двигатели не смогли поднимать воздушные суда.
Поршневые авиа двигатели
Поршневой авиа двигатель представляет собой обычный двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяемого газа превращает поступательное движение поршня во вращательное движение винта. Такие авиа двигатели нашли своё применение, и применяются и по сегодняшний день из-за простоты своего функционирования и недорогостоящего изготовления.
КПД поршневого авиационного двигателя, как правило, не превышает 55 %, однако это ничуть не смущает современных авиаконструкторов, так как у этого двигателя имеется высокая надёжность.
Атомные авиа двигатели
Первые атомные авиа двигатели начали появляться в середине минувшего века, когда начались мирные исследования атома. Основным принципом работы атомного авиационного двигателя является осуществление контролируемой цепной ядерной реакции, что позволяло выдавать огромную мощность, при сравнительно небольшом уровне затрат.
Атомные авиа двигатели практически одновременно появились и в США и в СССР, однако сама идея того, что самолёт, пусть и с весьма компактным атомным реактором на своём борту может упасть и это впоследствии приведёт к катастрофе, заставила отказаться от этой идеи.
В США атомный авиационный двигатель применялся на самолёте Convair NB-36H, а в СССР на самолётах Ту-95 и Ан-22.
Ракетные авиа двигатели
Первые ракетные авиа двигатели появились в начале 40 годов прошлого столетия в Германии, когда немцы всеми усилиями пытались создать быстрый самолёт, который мог бы принести им победу во Второй мировой войне.
Тем не менее, стоит отметить, что наука в те годы не позволяла совершить точный расчёт некоторых параметров, поэтому проект так и не был реализован. Впоследствии ракетные авиа двигатели испытывались исключительно с возможностью их применения для разгона самолётов в стратосфере, но применимость их весьма ограничена, и потому на сегодняшний день они практически не используются.
Основным недостатком ракетного авиационного двигателя является практически полное отсутствие управляемости на высоких скоростях.
Реактивные авиа двигатели
Реактивные двигатели весьма распространены на сегодняшний день в авиации и авиаконструкторском деле. Принцип работы этих авиа двигателей основывается на то, что необходимая тяга для воздушного судна создаётся за счёт преобразования в кинетическую энергию реактивную струи внутренней энергии авиационного топлива.
Реактивные двигатели весьма надёжны и эффективны и потому в ближайшее время стоит ожидать их дальнейшего совершенствования и развития.
Газотурбинные авиа двигатели
Принцип работы газотурбинного авиационного двигателя основывается на сжатии и нагреве газа, энергия которого впоследствии преобразуется в механическую работу, заставляя вращаться газовую турбину. Первые двигатели данного класса появились в Германии ещё в начале 40-х годов прошлого века, и на сегодняшний день они по-прежнему продолжают широко применяться в военной авиации, в частности устанавливаются на самолётах Су-27, МиГ-29, F-22, F-35 и т.д.
Газотурбинные авиа двигатели весьма эффективны на сравнительно небольших скоростях перемещения воздушных судов, и потому их применение в гражданской авиации также весьма обоснованно.
Турбовинтовые авиа двигатели
Турбовинтовые авиа двигатели представляют собой своеобразную разновидность газотурбинный авиационных двигателей, принцип действия которых основывается на том, что энергия горячих газов преобразуется во вращение винта, а около 10% от совокупной энергии превращается в толкающую реактивную струю.
Турбовинтовые авиа двигатели имеют хороший КПД и надёжны, что делает их эффективными и применимыми в гражданской авиации на многих воздушных судах.
Пульсирующие воздушно-реактивные авиа двигатели
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели не нашли применения в современной авиации из-за неудовлетворительной своей эффективности. Главной особенностью их функционирования является то, что работают они на принципе воздушно-реактивного двигателя. С той лишь разницей, что топливо в камеру сгорания подаётся периодически, создавая своеобразные импульсы, позволяющие двигать объект в заданном направлении.
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели эффективны лишь при однократном своём использовании, в последующих же случаях, их использование снижает и саму надёжность и увеличивает затраты.
Турбовентиляторные авиа двигатели
Принцип работы турбовентиляторных авиационных двигателей сводится к тому, что подаваемый за счёт вентилятора воздух.
Обеспечивает полное сгорание топлива за счёт избытка кислорода, что делает такие авиа двигатели и более эффективными и в тоже время наиболее экологически чистыми. Применяются подобные турбовентиляторные авиа двигатели как правило на крупных авиалайнерах, так как практически всегда у них имеется большая конструкция за счёт необходимости нагнетания дополнительного объёма воздуха.
Двигатели тракторов и минитракторов. Устройство и топливная система
На тракторы и минитракторы современных моделей сегодня в основном устанавливаются четырехтактные моторы. Эти двигатели хорошо зарекомендовали себя как очень экономичные благодаря высокому крутящему моменту на малой частоте вращения. Тракторы прошлого оснащались паровыми двигателями, бензиновыми или карбюраторными моторами, можно было встретить тракторы, на которых устанавливался керосиновый калоризаторный движок.
Сверхлегкие тракторы (минитракторы или маленькие тракторы), предназначенные для газонных или садовых работ, в своем оснащении имеют двигатели, работающие на бензине; мощные тракторы работают при помощи газовых турбин.
Некоторые модели тракторов, предназначенные для работы в закрытом пространстве, имеют электродвигатель, питание на который подается при помощи кабеля или троллейных проводов.
Минитракторы и легкие тракторы, тяговый класс которых не превышает 1 тс, снабжаются дизельными моторами с воздушным охлаждением мощностью не более 50 лошадиных сил. Эти двигатели просты по своей конструкции, они недорогие по стоимости и могут работать на топливе не самого высокого качества. К недостаткам этих моторов относятся повышенный шум, существенная энергозатратность для осуществления работы вентилятора и проблематичность регулировки теплового режима.
Тракторы отечественного производства, например, пропашной трактор Т25 или Т40, самоходное шасси Т16, в своем оснащении имеют моторы с воздушным охлаждением. Тяжелые тракторы промышленного назначения комплектуются дизельными двигателями с жидкостным охлаждением. Но существуют модели, к примеру, промышленный трактор Т330, конструкцией которого предусмотрен мотор мощностью 330 лошадиных сил с воздушным охлаждением.
Блок-картер – основа двигателя трактора
Основной деталью остова тракторного мотора является блок-картер. Это деталь сложной формы, изготовленная путем литья из чугуна или алюминия. В блок-картере объединены опоры коленвала и газораспределительного устройства, гильзы цилиндров. К нижней части блок-картера присоединены нижние опоры коленвала и она закрыта навесным или несущим масляным поддоном. Спереди блока-картера располагается привод газораспределительного устройства и вспомогательные системы. Задняя часть служит для соединения блока-картера и деталей трансмиссии.
В двигателях воздушного охлаждения, как правило, единый блок-картер отсутствует. Цилиндры этих моторов съемные, а для более эффективного отвода тепла снаружи они имеют форму радиаторных ребер.
Головка блока цилиндров тракторных двигателей изготавливается путем литья из алюминиевых сплавов или из чугуна, в ней размещены каналы газообмена, клапаны, части газораспределяющего устройства и места посадки топливных форсунок.
Иногда в блоке головки цилиндров двигателя размещается камера сгорания, которая может быть неразделенного или разделенного типа.
Головки блоков цилиндров моторов, которые охлаждаются с помощью воздуха, снаружи имеют радиатор, а конструкцией головки блока цилиндров двигателей с жидкостным охлаждением внутри предусмотрены каналы для перемещения охлаждающей жидкости.
Двигатель трактора имеет практически такой же по конструкции кривошипно-шатунный механизм, как и мотор автомобиля. Но, в отличие от автомобильного, на поршень двигателя трактора передается больше силы от давления газов и меньше от инерционных сил. По этой причине поршни тракторных моторов чаще всего изготавливают из чугуна, однако, прослеживается тенденция внедрения в современные двигатели поршней из алюминия. В мощных тракторных двигателях используется принудительное охлаждение маслом.
Коленчатый вал тракторного мотора обычно представляет собой цельную, кованую из стали конструкцию. Модели тракторов прошлых лет укомплектовывались сборными коленчатыми валами.
Опоры коленвала тракторного двигателя представляют собой подшипники скольжения, смазка которых осуществляется под давлением. Каждая коренная шейка коленчатого вала тракторного мотора имеет собственную опору.
Виды конструкций тракторных двигателей
На тракторах обычно устанавливаются V-образные или рядные двигатели. Моторы с рядным расположением цилиндров распространены на моделях тракторов для пропашных работ. Тракторы для других видов работ в своем оснащении имеют моторы с V-образным расположением цилиндров. Эти двигатели более компактны, имеют короткий жесткий коленвал.
При одинаковом объеме двигатель автомобиля и двигатель трактора отличаются количеством цилиндров – у тракторного мотора оно меньше, как и соотношение диаметра к ходу поршня. Такая разница объясняется необходимостью достижения более высоких значений крутящего момента и меньшей частотой вращения. Двигатели современных моделей тракторов по своим значениям частоты вращения и другим характеристикам становятся все более похожими на автомобильные моторы.
Устройство газораспределения на тракторных моторах от автомобильных отличается немногим. На двигателях трактора клапаны расположены в головке блока цилиндров, а распредвал находится в блок-картере и передает движение при помощи тяг и коромысел. Эта конструкция характеризуется основным, но не существенным для трактора недостатком, – высокой инерционностью. Механизм газораспределения на тракторах устаревших моделей имел декомпрессионное устройство, с помощью которого можно было раскрутить коленвал при запуске мотора без сжатия воздуха в его цилиндрах. Механизм для декомпрессии состоял из кулачкового вала, который путем воздействия на впускные клапаны оставлял их открытыми. Современные системы пуска постоянно усовершенствуются, поэтому на современных моделях тракторов декомпрессионные механизмы отсутствуют.
Система смазки двигателей тракторов
Двигатели тракторов обычно имеют комбинированную систему смазки. Смазка подшипников коленвала и распредвала осуществляется под давлением, остальные трущиеся узлы – при помощи разбрызгивания.
Система смазки двигателя трактора обычно состоит из насоса и емкости с маслом в блок-картере. Тракторы большой мощности оснащаются двигателями с так называемым сухим картером, то есть, при помощи насоса масло из блок-картера подается в масляный бак, где отстаивается и перестает быть пенистым. Конструкционно такая система более сложна, однако, она значительно продлевает срок эксплуатации масла, так как оно в этом случае не подвергается длительному воздействию высоких температур и картерных газов.
Для очищения масла на тракторах старых моделей использовался центробежный способ. Современные модели тракторов укомплектованы комбинированными системами очистки, кроме того, на них используются бумажные фильтры по типу автомобильных.
Масло, используемое в двигателях тракторов, подвергается гораздо более серьезным тепловым нагрузкам, нежели в автомобильных. Именно по этой причине требуется его охлаждение. Для охлаждения масла в системе смазки двигателей тракторов установлены масляные радиаторы или ребристые поверхности масляного поддона или бака охлаждаются при помощи воздушного потока.
В двигателях современных тракторов используются высококачественные масла, более устойчивые к воздействию высоких температур, поэтому на таких моделях масляные радиаторы могут и не устанавливаться.
Воздух, который подается на двигатель трактора, обязательно должен быть очищенным. Учитывая тот факт, что работа трактора практически всегда ведется в условиях повышенной загрязненности воздуха (пыль, остатки травы, листвы, насекомые), машины оснащаются многоступенчатыми фильтрами очистки воздуха. Первая ступень воздухоочистителя состоит из быстро вращающегося цилиндра с металлической сеткой и задерживает крупные частицы, загрязняющие воздух. Благодаря центробежной силе, возникающей в цилиндре при вращении, крупный мусор не попадает на сетку. Вторая ступень представляет собой циклонный очиститель и предназначена для удаления из воздуха пыли. Циклонные уловители удерживают большое количество пыли, и поэтому крайне важна их автоматическая очистка без остановки мотора трактора. При помощи эжекционной системы пыль, попавшая на поддон уловителя, попадает в выхлопную систему, посредством которой и выводится.
На третьей стадии фильтрации происходит полная и окончательная очистка воздуха. Старые модели тракторов для завершающего этапа очистки воздуха комплектовались волокнистыми маслонаполненными фильтрами. Современные модели тракторов имеют бумажные фильтры типа автомобильных. В тех случаях, когда работа трактора ведется на угольных разработках, для улавливания угольной пыли используется фильтр увлажнитель.
Двигатели тракторов, как правило, имеют турбонаддув, эта конструкция позволяет добиться повышения мощности мотора при малых оборотах. За счет работы регулируемого турбонагнетателя возможно обеспечить постоянную мощность двигателя трактора независимо от диапазона частоты вращения. Моторы такой конструкции принято называть двигателями постоянной мощности. Установка таких двигателей на тракторах позволяет использовать трансмиссию с минимальным количеством передач и значительно облегчить труд тракториста. Двигатели постоянной мощности широко используются на тракторах различного назначения.
Топливная система двигателя трактора
Топливная система тракторного мотора состоит из ТНВД, топливных фильтров, форсунок, регулятора, подкачивающей помпы. Использование в старых моделях тракторов блочного топливного насоса высокого давления и механического центробежного регулятора приводило к повышенному расходу горючего, задымлению при переключении с одного режима на другой и нестабильной частоте вращения. Современные требования к экологичности и экономичности машин привели к необходимости разработки сложных видов топливных систем с электронным управлением. Современные тракторы имеют электронную систему управления топливной системой – топливо подается дозированно с учетом множества факторов (количество воздуха в цилиндрах, нагрузка двигателя, скорость трактора и др.). Электронное управление позволило существенно снизить расход топлива и практически исключить загрязнение атмосферы продуктами неполного сгорания.
Запуск двигателя трактора, работающего на дизельном топливе, может осуществляться при помощи электрического или инерционного стартера с ручным управлением, пускового бензинового мотора, сжатого воздуха.
В зависимости от применяемого на тракторе пускового устройства двигатели могут иметь несколько модификаций: трактор Т40 – двигатель Д37 может запускаться при помощи электростартера или бензинового мотора; трактор Т25 – запуск двигателя Д21 может производиться инерционным или электростартером; трактор МТЗ-100 – усовершенствованный двигатель Д245 имеет повышенные пусковые качества и модификация с бензиновым мотором ему не требуется. Производство тракторных моторов с пусковым бензиновым двигателем постепенно уходит в прошлое.
Помогите продвижению нашего ресурса кликните по кнопкам соц-сетей!
Распечатать страницу
Как двигатели крепятся к самолетам
Все мы привыкли видеть два или четыре двигателя, установленных в отсеках под крылом самолета. Это стало стандартным креплением двигателя для всех больших коммерческих самолетов. Однако их привязанность интересна и сложна. Это не так просто, как просто прикрутить двигатели к крылу настолько надежно, насколько это возможно.
Размещение двигателей в контейнерах
Двигатели большинства коммерческих самолетов размещены в контейнерах под крылом, что дает ряд преимуществ. Во-первых, это обеспечивает облегчение изгиба крыльев. Вес крыльев (включая топливо и двигатели) противодействует подъемной силе, изгибающей законцовки крыльев вверх. Это также обеспечивает более легкий доступ и обслуживание, но подвергает их большему риску повреждения посторонними предметами.
Двигатели обычно устанавливаются немного впереди крыла, чтобы предотвратить трепетание крыла (это также позволяет сделать общую конструкцию крыла легче).
Фото: Airbus
На некоторых небольших самолетах двигатели установлены в хвостовой части фюзеляжа (например, в семействе Embraer ERJ и региональном реактивном самолете COMAC ARJ21).
Будьте в курсе: Подпишитесь на наши ежедневные и еженедельные дайджесты авиационных новостей.
Двигатели крепятся к пилону
Двигатель в гондоле крепится не непосредственно к крылу, а к пилону.
Конструкции, конечно, различаются между типами самолетов, но принцип остается одинаковым. Пилон закреплен в конструкции крыла прочным и очень надежным креплением.
Пилон создает некоторое расстояние между двигателем и крылом. Это жизненно важно в случае возгорания двигателя для защиты крыла (и топлива, хранящегося в нем) до тех пор, пока возгорание двигателя не будет потушено.
Фото: Getty Images
Соединение гондолы двигателя с пилоном
Блоки двигателей затем соединяются с пилонами с помощью болтов. Блоки обычно соединяются всего в двух точках — в верхней части рамы вентилятора и в верхней части рамы турбины. Эти соединения рассчитаны на то, чтобы воспринимать массивные силы двигателя, как силу прямой тяги, так и направленную вниз силу веса двигателя.
Важнейшей частью этой конструкции является безопасное выдерживание максимальных усилий, но не слишком больших усилий. Привязанность, по сути, не так сильна, как могла бы быть. Болты, которые крепятся к конструкции пилона, невероятно прочны (по крайней мере, на 737 они сделаны из суперсплава, никелевого сплава 718), но это тщательно сбалансированная и рассчитанная конструкция.
Фото: Федеральное авиационное управление через Wikimedia
Эти болты будут выдерживать усилия, значительно превышающие максимально ожидаемые усилия, даже в случае очень жесткой посадки или экстремальной турбулентности. Но они будут срезаны в случае экстремальных сил.
Если двигатели соприкоснутся с землей при посадке (например, при посадке без шасси или выезде за пределы ВПП), возникающие силы сломают болты и вызовут отрыв двигателей от пилонов. Это предпочтительнее, чем если бы они оставались прикрепленными (значительный риск возгорания) или чтобы силы передавались крылу и вызывали его отрыв.
Почему бы не встроить двигатель в крыло?
Это также поднимает вопрос, почему двигатели не встроены в крыло. Так было с некоторыми ранними самолетами (включая первый реактивный самолет de Havilland Comet). Такая конструкция может показаться более прочной и обтекаемой, но у нее есть несколько проблем, и в коммерческих самолетах ее не используют.
Фото: Ян Данстер через Wikimedia
Во-первых, это главный вопрос безопасности.
Возгорание двигателя внутри крыла потенциально может быть более разрушительным, чем в отдаленном двигателе в гондоле. Надеюсь, что в гондоле огонь можно будет потушить до того, как он повредит крыло. Размещение двигателей в крыле также использует пространство, необходимое для топлива. Кроме того, поскольку турбовентиляторные двигатели усовершенствовались и увеличились в размерах, было бы просто нецелесообразно размещать их в конструкции крыла.
Фото: Airbus
25 мая 1979 года рейс 191 авиакомпании American Airlines разбился сразу после взлета в Чикаго из-за того, что у него оторвался один из двигателей. Рейс в Лос-Анджелес выполнялся самолетом McDonnell Douglas DC-10, и при вылете из аэропорта его двигатель номер один оторвался от крыла.
Двигатель отделился вместе с его пилоном в сборе, что также привело к отрыву метровой секции передней кромки крыла. Эти компоненты откатились назад через верхнюю часть крыла, прежде чем приземлиться позади самолета на взлетно-посадочной полосе.
NTSB в конце концов обнаружил, что узел пилона двигателя был поврежден во время технического обслуживания примерно за два месяца до этого. Выяснилось, что в целях экономии времени инженеры авианосца сняли двигатель и пилон с крыла как единое целое. Это противоречило указанию McDonnell Douglas делать каждый компонент отдельно. К сожалению, никто из 258 пассажиров и 13 членов экипажа не выжил.
Фото: Дин Морли через flickr
Еще один инцидент, связанный с пилоном, стал причиной самой смертоносной катастрофы в истории авиации Нидерландов. 4 октября 1992, рейс 1862 авиакомпании El Al выполнял двусторонний грузовой рейс в аэропорт Тель-Авива Бен-Гурион (TLV). Рейс вылетел из аэропорта Нью-Йорка имени Джона Кеннеди с промежуточной посадкой в Амстердаме Схипхол (AMS).
Вскоре после вылета, когда Boeing 747-200F поднялся на высоту 6500 футов, его двигатель номер три (и соответствующий пилон) отделились от крыла самолета. Когда он упал вниз и назад, он также столкнулся с двигателем номер четыре, в результате чего он и его пилон также оторвались от реактивного самолета.
Самолет врезался в многоквартирный дом в амстердамском районе Бийлмермер, в результате чего трагически погибли все четверо пассажиров самолета, а также 39 человек на земле. Расследование показало, что на штифтах предохранителя, удерживающих пилоны двигателя, образовались усталостные трещины, что в конечном итоге привело к катастрофе.
Хотите поделиться своими мыслями или получить дополнительную информацию о двигателях, корпусе и навесном оборудовании? Мы не часто обсуждаем эту тему, поэтому дайте нам знать, что вы думаете в комментариях.
CFM International Jet Engines CFM International
Самый продаваемый в мире реактивный двигатель.
Двигатель CFM56 установил отраслевой стандарт для узкофюзеляжных коммерческих реактивных двигателей, который остается актуальным и сегодня. Благодаря своему успеху благодаря исключительной надежности и производительности, CFM56 был создан на основе более чем четырех десятилетий опыта и технологического совершенства.
На сегодняшний день поставлено более 33 000 двигателей, которыми пользуются более 600 операторов по всему миру.
Более 1 миллиард летных часов.
НЕПРЕРЫВНОЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
Потребности клиентов стимулируют инвестиции CFM в технологии. Когда новые технологии созреют, CFM включит достижения в производственные стандарты и оживит флот, который уже летает, с помощью комплектов модернизации. В 2007 году Tech Insertion стала производственной конфигурацией для двигателей CFM56-5B PIP и CFM56-7BE с 2011 года, что позволило операторам значительно улучшить расход топлива, уровень выбросов и затраты на техническое обслуживание.
Двигатель семейства Airbus A320ceo
Двигатель CFM56-5B является предпочтительным для семейства A320ceo, поскольку он был выбран для установки почти на 60 % заказанных самолетов. Сегодня это единственный двигатель, который может привести в действие каждую модель семейства A320ceo с одной спецификацией. Этот двигатель получил широкое признание на рынке благодаря своей простой и прочной конструкции, обеспечивающей высочайшую надежность, долговечность, ремонтопригодность и самую низкую стоимость владения в своем классе.
Airbus A318CEO
24 500 — 32 900 фунтов. Семейство самолетов Boeing 737 Next-Generation
CFM56-7B — это эксклюзивный двигатель для узкофюзеляжного авиалайнера Boeing Next-Generation. В общей сложности было поставлено более 15 000 двигателей CFM56-7B для оснащения 737 самолетов, что делает его самой популярной комбинацией двигатель-самолет в истории коммерческой авиации. Широкое признание этого двигателя на рынке обусловлено его простой и прочной конструкцией, обеспечивающей высочайшую надежность, долговечность и ремонтопригодность при самой низкой стоимости владения в своем классе.
Boeing Next-Generation 737
24,500 – 32,900 pounds thrust
Boeing AEW&C (Airborne Early Warning & Control)
23,000 – 28,000 pounds thrust
Boeing P-8 Poseidon
27,980 – 30,000 pounds thrust
ДОСТИЖЕНИЕ РЕКОРДНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Спрос на семейство CFM56 по-прежнему высок.