Поршневые двигатели: Страница не найдена | Научно-учебный комплекс «Энергомашиностроение» — RallySale.ru Продажа спортивных автомобилей, гоночной техники и экипировки для автоспорта. Работа. Аренда и тюнинг машин

Содержание

О кафедре

Кафедра «Поршневые двигатели» и специальность «Двигатели внутреннего сгорания» созданы в 1907 г. выдающимся теплотехником В.И. Гриневецким. В настоящее время кафедра готовит специалистов по разработке, исследованию и сервисному обслуживанию высокоэффективных, экологически чистых поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания и двигателей с внешним подводом теплоты для машин наземного, водного и воздушного транспорта и энергоустановок, а также средств малой механизации. С 2004 года кафедра (одна из первых в МГТУ) приступила к подготовке бакалавров и магистров.

Двигатели внутреннего сгорания составляют основу транспортной и малой стационарной энергетики вследствие наибольшей экономичности и наименьшей стоимости их изготовления. Поршневые двигатели выпускаются мощностью от нескольких Вт (микродвигатели) до 80000 кВт (мощные судовые дизели). Коэффициент полезного действия в современных ДВС достиг 56 % и имеет перспективы дальнейшего увеличения.


Силовая установка корвета	Автомобильный двигатель

В комбинированных установках с двигателями внутреннего сгорания, вырабатывающих электрическую энергию, теплоту и холод, коэффициент использования теплоты достигает 80 – 90 %. На планете Земля работают свыше миллиарда поршневых двигателей в составе транспортных средств и энергетических установок, обеспечивающих потребности человечества в механической, тепловой и электрической энергии.

Выпускники кафедры работают в российских и зарубежных организациях, занимающихся проектированием, производством, исследованием, эксплуатацией и сервисным обслуживанием поршневых и комбинированных двигателей, а также транспортных средств и энергоустановок с этими двигателями (Bosh, Siemens, Deutz, Ricardo, AVL, Cammins, Caterpillar, Reno, Газпром ВНИИГАЗ, Коломенский завод, ЯМЗ и многих других). Поршневые двигатели настолько широко распространены во всем мире (и они постоянно развиваются), что у выпускников кафедры всегда есть и будет возможность для хорошего трудоустройства. Выпускники кафедры трудятся в Германии, Англии, США, Египте, Сирии, Китае, Канаде, Индии, Австралии.

Преподавание на кафедре ведут крупные специалисты в области двигателестроения, в числе которых 7 докторов технических наук, 2 Заслуженных деятеля науки России, 8 кандидатов технических наук. Среди преподавателей кафедры доктора технических наук, профессора Иващенко Н.А., Чайнов Н.Д., Грехов Л.В., Гришин Ю.А., Кавтарадзе Р.З., Марков В.А., Путинцев С.В. Руководит кафедрой Марков В.А.

Студенты кафедры изучают теплофизику, механику жидкости и газа, механику твердого тела, процессы смесеобразования и сгорания в двигателях, процессы в системах двигателей, методы компьютерного проектирования, исследования и доводки двигателей нового поколения, физическое и математическое моделирование, автоматизацию управления и научных исследований двигателей и их систем, принципы создания экологически чистых двигателей и энергоустановок, методы диагностирования технического состояния и научные основы организации сервисного обслуживания двигателей, маркетинг и менеджмент, современные информационные технологии для обеспечения полного жизненного цикла двигателей и энергоустановок, в том числе и технологии с дистанционным доступом к программным комплексам, разработанным на кафедре.


Конечно-элементная модель поршня	Трехмерная модель турбокомпрессора

Полученные знания студенты закрепляют практической работой в лабораториях и дисплейных классах, оснащенных современными измерительными комплексами и вычислительной техникой, практикой в научных центрах и двигателестроительных предприятиях России и зарубежных стран.

Студенты участвуют в выполнении научных исследований, проводимых кафедрой по заказам двигателестроительных фирм России, а также фирм и научных центров Германии, Австрии, Южной Кореи, Китая. Студенты кафедры активно работают в студенческом научно-техническом обществе (СНТО) докладывают результаты своих работ на научно-технических конференциях, а также посылают свои работы на конкурсы лучших студенческих работ и получают за них дипломы и премии. Студенты, хорошо зарекомендовавшие себя в научной работе, принимаются в аспирантуру и рекомендуются для продолжения образования в лучших технических университетах мира. На кафедре проходят обучение студенты и аспиранты из Китая, США и других стран мира.


Учебная лаборатория кафедры	Разрезанный макет двигателя

Силами преподавателей и научных сотрудников кафедры изданы многотомные учебники по ДВС, выдержавшие несколько изданий, переведенные на иностранные языки, написаны 36 монографий и сборников научных трудов, опубликовано свыше 2100 статей в научно-технических журналах, организованы и проведены 8 всероссийских и международных научно-технических конференций, в том числе 3 студенческих.

Публикации кафедры

За 105 лет своей деятельности кафедра подготовила 272 кандидата технических наук, 49 докторов технических наук. Среди ее питомцев 6 академиков РАН (Добрынин В.А., Климов В.Я, Микулин А.А., Стечкин Б.С., Чудаков Е.А., Брилинг Н.Р.), 8 Героев Социалистического труда, 28 Лауреатов Ленинских, Сталинских и Государственных премий, 4 Лауреата премий Совмина, Правительства РФ, 24 Заслуженных деятеля науки и техники РСФСР и науки РФ.

Кафедра подготовила свыше 3000 высококвалифицированных инженеров, многие из которых стали главными конструкторами, руководителями двигателестроительных предприятий, государственными деятелями (С.А. Степанов, В.А. Малышев, П.М. Зернов, В.М. Пятов, А.С. Орлин, М.Г. Круглов, Н.П. Козлов, В.И. Крутов).

Более 30 питомцев кафедры трудились и трудятся ректорами, проректорами и заведующими кафедрами технических вузов страны.

На чем летать малой авиации? Ренессанс поршневых двигателей наконец созрел и в РФ

13 Октября 2020

В последние годы появилось множество образцов легких самолетов, призванных решить транспортные проблемы в российских регионах, да только вот двигатели у всех прототипов импортные. Это критично и для гражданской авиации, и для поставляемых Министерству обороны беспилотников. Какова ныне ситуация с разработкой и производством поршневых авиационных двигателей, «Военно-промышленному курьеру» рассказал Михаил Гордин,

генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова.

– Давайте начнем с глобального – какова ныне роль ЦИАМа в отечественном авиационном двигателестроении, кто за что отвечает?

– Мы головной отраслевой научно-исследовательский институт, отвечающий за все исследования, создание научно-технического задела и регуляторной базы, за контроль исполнения в области опытно-конструкторских работ… Ранее ЦИАМ, ЦАГИ и ГосНИИАС были в составе Министерства авиационной промышленности, теперь мы входим в НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского». Ныне статус института – федеральное государственное унитарное предприятие. 1 июля вышел указ президента о реорганизации ФГУП «ЦИАМ» в формат Федерального государственного бюджетного учреждения, и со следующего года мы будем уже ФГБУ, но все выполняемые нами функции сохранятся в прежнем объеме.

Для решения стоящих перед нами задач мы задействуем весьма солидную испытательную базу, выполняем большое количество специальных испытаний – весь комплекс работ, необходимый для проведения государственных испытаний и сертификации всех используемых в отечественной авиации двигателей. Наш Научно-испытательный центр в Лыткарине по размерам является вторым в мире – после Центра Арнольда (Arnold Engineering Development Center) ВВС США. И загруженность наших испытательных площадей сейчас полная.

– Иностранные авиадвигатели, используемые в РФ, тоже должны получить ваше одобрение?

– За валидацию сертификата типа двигателя отвечает Росавиация, наша сфера – экспертиза для установления соответствия требованиям, предъявляемым подобной продукции.

– От иностранных двигателей перейдем к отечественным. А конкретно к тем, что предназначены для малой авиации, от сверхлегких летательных аппаратов и до самолетов регионального масштаба – соответственно поршневых и газотурбинных малой мощности.

Как обстоят дела с их созданием и производством?

– Серийных отечественных двигателей этого сегмента попросту нет. Чтобы они были, их кто-то должен разрабатывать, а это как минимум требует заказа. В 90-е в этой области, говоря словами Гамлета, «прервалась связь времен» – последний серийный поршневой двигатель М-14 для спортивных пилотажных самолетов собрали лет пятнадцать назад, и с той поры серийных моторов не производилось. Продолжать разработку и производство двигателей бессмысленно, если нет заказов от самолетостроителей, а их не стало. Нет заказа, нет и финансирования, потому разработка новых и модификация уже существующих двигателей прекратились. При этом легкие воздушные суда, пусть и в единичных экземплярах, создавались, и для них пришлось использовать импортные двигатели.

В принципе единичный экземпляр самолета сделать несложно. И даже двигателя – берешь любой подходящий и делаешь из него авиационный. Но это будет именно единичный экземпляр, уникальный. Сделать же серийный куда сложнее. Он должен делаться правильно: с соответствующей документацией буквально на каждую деталь, с подготовкой производства, с налаживанием кооперационных связей, чтобы в результате возникла повторяемость. Безопасность в авиации обеспечивается тем, что и разработчики, и изготовители подчиняются очень жестким правилам. По сути в этом и есть главное отличие серийного изделия от самоделки.

– У нас есть несколько компаний, которые выпускают самолеты малыми сериями, изначально ориентируясь на импортные двигатели: у них нет финансовых возможностей заказать разработку и производство отечественных моторов. А большие КБ, вроде ильюшинского или туполевского, свои перспективы связывают с чем угодно, но не с малой авиацией. То есть потенциального заказчика, во всяком случае в гражданской авиации, физически не существует. Но при этом существует насущная потребность в двигателях. Порочный круг?

– Этот порочный круг уже разорван. И в годы безвременья самолеты делались, какие-то наработки сохранялись, у нас в ЦИАМе продолжает работать подразделение, которое занимается научным аспектом разработки поршневых двигателей, мы даже в лихие 90-е изделия-демонстраторы создавали. Но о серийном производстве действительно речь не шла долго – до тех пор, пока мировой авиационной модой не стало создание беспилотных летательных аппаратов. Лет десять назад о них активно заговорили и у нас, а с массовым введением санкций встал вопрос и о собственном производстве поршневых двигателей для БЛА. И в России, и за рубежом главной нишей использования беспилотников пока является военное применение. Надо сказать, что они по сути спасли мировое поршневое авиадвигателестроение, оно ведь во всем мире пребывало в кризисе. Хороший пример с вертолетами «пляжного» класса» Robinson 44. Отличная машина – как наблюдательный, патрульный, операторский этот вертолет массово закупался ООН, пользовался хорошим спросом у частных аэроклубов и пилотов-любителей. И вдруг компания-производитель выпускает на рынок модель R66 уже с газотурбинным двигателем, специально для этого заказанным у «Роллс-Ройса». Почему? Одной из главных причин был назван риск остаться без двигателей для своих популярных моделей, ибо их производитель – компания «Лайкоминг» на тот момент пребывала в кризисе и ей грозило банкротство. И не ей одной, «поршневая ниша» схлопывалась…

А появление беспилотников вновь сгенерировало спрос на поршневые авиадвигатели. К нам это пришло с задержкой в несколько лет, и одновременно с созданием аппаратов с иностранными двигателями делались попытки локализовать в России производство импортных аналогов. Есть примеры проведенных опытно-конструкторских работ, в том числе и весьма грамотных, но дело в том, что локализация производства поршневого двигателя связана с серьезными проблемами. Поршневое двигателестроение, а это в первую очередь создание автомобильных моторов, подразумевает очень широкую кооперацию. Этого нет у производителей газотурбинных двигателей, поскольку в изделиях очень много критичных узлов и деталей, которые фирмы-разработчики не рискуют заказывать на стороне и предпочитают все делать сами. В производстве автомобильных двигателей все иначе: топливную аппаратуру делают одни, систему зажигания другие, различные вспомогательные агрегаты третьи, блоки и поршни четвертые и так далее. Это разделение в первую очередь выгодно в производстве больших серий, и в автопромышленности система сложилась достаточно органичная.

Потому попытки локализовать производство поршневых авиадвигателей в России сталкиваются с необходимостью поставки комплектующих. Где их взять? Никто с мелкой серией связываться не будет, а в производстве авиамоторов выпуск сотен, а то и десятков изделий в год уже хорошая серия, что в сравнении с массовым производством автомобильных двигателей – мизер. Потому проекты локализации удачными так и не стали.

– А что бы не заказать авиационный двигатель тому же ВАЗу, к примеру?

– Делать авиадвигатель на базе автомобильного – давно существующая практика, взять, например, Thielert (Германия) и Austro Engine (Австрия), но у многих автопроизводителей свои традиции, и нынешняя продукция российского автопрома – в подавляющем большинстве та же локализованная импортная. И права на ее производство принадлежат не нам. Потому, когда встал вопрос о поиске прототипа для создания современного авиационного поршневого двигателя, выбор пал на линейку моторов, разработанных для единой модульной платформы «Кортеж». Это самый современный поршневой двигатель в стране, он очень хорош, а главное – все права на его производство принадлежат России. Мы взяли первую, восьмицилиндровую версию этого двигателя, договорились с НАМИ и в рамках отдельной НИР создали из автомобильного двигателя 500-сильный авиационный поршневой – АПД-500. Пересчитали все ресурсы, адаптировали его под авиационное назначение, что было непросто. Скажем, в автомобильном двигателе в случае аварийной ситуации подача топлива должна отключаться – автомобиль остановится. Самолет в воздухе остановиться не может, поэтому что бы ни происходило, какие бы системы ни отказывали, топливо должно поступать в двигатель. То есть при условно одинаковой компонентной базе у авиадвигателя совсем иные интеграционные решения. Но главное – сколь бы ни отличалась авиационная модификация двигателя от автомобильного прототипа, а отличия могут быть весьма существенными, производство по отлаженной в автопроме технологии всегда будет дешевле и быстрее, нежели разработка и производство чисто авиационного двигателя.

– И какова ситуация с «летающим «Кортежем» сейчас?

– Мелкосерийное производство автомобильных двигателей в НАМИ уже налажено, пока там есть импортные компоненты, но при крупносерийном производстве все станет выгодно производить в России. Нам же НАМИ в рамках проводимых НИР поставил несколько моторкомплектов, полтора года назад мы сделали первый конструктивный облик, испытали его. Сейчас готовим испытания третьего облика, успешно прошедшего наземные испытания, в термобарокамере, имитирующей условия высотного полета. Этим мы должны подтвердить его высотно-скоростные характеристики. В следующем году начнем подготовку к летным испытаниям. После этого двигатель будет уже на пятом-шестом уровне готовности технологий и можно открывать достаточно быстрый и нерисковый этап опытно-конструкторских работ для подготовки запуска АПД-500 в серию.

– На Ан-2 стоит двигатель порядка 1000 сил, для чего пригоден 500-сильный?

– Из гражданских самолетов – на Як-152, к примеру. Или на сельскохозяйственный или даже двухдвигательный региональный самолет. Причина, почему мы выбрали для НИР именно 500-сильный двигатель, простая – ничего другого из современных моторов, интеллектуальная собственность на которые принадлежит России, не было. И эта работа укладывается в общую концепцию: как быстро создать отечественный авиационный поршневой двигатель. И тогда уже можно говорить о создании целой линейки двигателей.

ЦИАМ недавно завершил формирование единого типоразмерного ряда отечественных авиационных двигателей, подлежащих разработке, в первую очередь для использования на БЛА. Эта линейка включает не только поршневые и роторно-поршневые двигатели, но также электрические и малоразмерные газотурбинные авиационные в диапазоне мощностей от 50 до 500 лошадиных сил. Эти наши предложения по унифицированному типоряду являются составной частью межведомственной программы по созданию беспилотных авиационных систем на период до 2025 года, ведущейся под руководством Минпромторга.

– Но по каким-то иным двигателям из этой линейки ведутся работы?

– Иных пока попросту нет. При этом есть хорошие автомобильные двигатели, которые производятся в РФ, но это западные образцы, к их разработке наши инженеры и конструкторы отношения не имеют. И даже если двигатель произведен в Калуге, все права на него сохраняются у «Фольксвагена».

– Вы упомянули типоряд, то есть некие фиксированные мощности грядущих наших авиадвигателей – по какому принципу он строится?

– Это на самом деле очень непростая задача. Послушать авиастроителей, так им нужны мощности с шагом буквально в десять сил, но ассортимент не может быть бесконечным. Верхняя граница понятна – свыше 500–600 лошадиных сил поршневой двигатель делать смысла нет, там уже выгоднее газотурбинные. И тут вот что получается. По топливной экономичности лучше всего дизельные двигатели, потом – бензиновые, самые прожорливые – газотурбинные. А вот по весу при одинаковой мощности тяжелее всех дизель, чуть легче бензиновый и уже намного легче ГТД. И выбор двигателя для каждого воздушного судна напрямую связан с его назначением. До определенной дальности предпочтительным оказывается бензиновый мотор, потом на первое место по эффективности выходит дизель, а если дальность еще больше – вне конкуренции газотурбинный. Все это просчитывается, равно как и стоимость жизненного цикла каждого из типов двигателей, поскольку стоимость поршневых меньше, а вот ресурс гораздо выше у газотурбинных. Линейку потребных для легкой авиации двигателей мы разрабатывали не на пустом месте, поскольку ряд воздушных судов, в первую очередь беспилотных, уже выпускается нашей промышленностью серийно. Собственно, мы и разбирались, как грамотно составить ее в первую очередь для импортозамещения, чтобы затем, уже на базе отечественных двигателей можно было создавать новые беспилотники самого различного назначения. В итоге имеем следующий список: бензиновый двигатель – 80 лошадиных сил, роторно-поршневые – в диапазонах 50–70 и 100–150 лошадиных сил, дизели – 200 и 300 сил и тот самый 500-сильный АПД-500. Такая линейка полностью закрывает потребность российских разработчиков и пилотируемой, и беспилотной авиатехники в этом диапазоне мощностей.

– А доступна ли сегодня такая конструкторская роскошь – отказаться от адаптации автомобильных моторов и создавать изначально авиационный? Или дорого и неразумно?

– Почему же. Сейчас ведутся несколько ОКР как раз по разработке авиационных двигателей, просто до их окончания преждевременно говорить о результатах. Два прототипа на «АРМИИ-2020» показал УЗГА – Уральский завод гражданской авиации, с которым у нас подписано соглашение о сотрудничестве. Это 80-сильный двигатель для замещения импортного на БЛА «Форпост» и 200-сильный дизель для учебного самолета «Даймонд», которые собираются на этом же заводе. Еще разработкой своего нового двигателя для беспилотников занимается машиностроительный завод «Агат» – это Гаврилов Ям, Ярославская область. Но я бы не сказал, что и эти чисто авиационные двигатели создаются без оглядки на достижения автопрома – у экономики свои законы и так выгоднее. При этом производители автомобильных двигателей не рвутся на авиационный рынок – серийность куда меньше, хлопот больше, прибыль мизерная. А еще они не хотят, чтобы название фирмы фигурировало в марках авиадвигателей, считая, что фраза «На самолете отказал мерседесовский двигатель» ударит по репутации компании куда сильнее, нежели сотня автомобильных аварий.

– Допустим, разработали хороший и всех устраивающий поршневой двигатель. Будут ли в его изготовлении проблемы технологические – нужны ведь и специальные сплавы, и современные керамические покрытия трущихся поверхностей… Кто это обеспечит?

– Полагаю, каких-то глобальных проблем с производством не будет. В качестве примера: в прошлом году мы совместно с Фондом перспективных исследований завершили создание роторно-поршневого двигателя как раз с использованием самых современных материалов. Собственно, и решали проблему увеличения ресурса классического вазовского двигателя Ванкеля, который был всем хорош, но недолговечен. Мы довели разработку до создания и ресурсных испытаний нескольких демонстраторов и убедились – технически задача вполне выполнима.

– За рубежом, в тех же Штатах частный маленький самолет – вполне обычная вещь. В РФ, как считаете, это тоже когда-нибудь станет обыденностью?

– Я сам пилот-любитель и с удовольствием разделил бы подобные мечты, но у меня есть сомнения на этот счет. Тут против нас и несравнимый доход на душу населения, и разные авиационные традиции. У нас полеты малой авиации жестко регламентированы, это идет с советских времен. И гораздо сложнее будет решить не технические, а регуляторные проблемы использования авиации общего назначения. Купить самолет можно и сейчас, но мало кто покупает и летает. И если наша промышленность освоит производство легкого и надежного самолета для частных нужд, почему она будет продавать его дешевле зарубежных?

– Если не будет массового производства малых гражданских самолетов, то вся надежда на производство военных беспилотников, но там объемы все-таки конечные.

Какие перспективы у поршневой авиации?

– Пока нормально ориентироваться можно только на планы военных, и возможно, что реализация гособоронзаказа в этой области как-то потянет за собой и развитие гражданской авиации. Но опять мы упремся в существующие правила полетов. В малой авиации аварии неизбежны, хотя и не в тех масштабах, что на дорогах. Но если с автомобильной аварийностью государство вынуждено мириться, то идеал авиационной безопасности – чтобы никто не летал. В тех же США твоя безопасность – твоя же и проблема: хочешь летать – летай, убьешься – это был твой выбор. А у нас государство думает о жизнях своих граждан. Вспомним, как развивалась малая авиация в СССР. ДОСААФ, «Комсомолец – на самолет!» – это же было напрямую связано с необходимостью иметь большое количество пилотов. Сейчас государственной потребности в этом нет по простой причине – стране и армии такое количество летчиков, как раньше, просто не требуется. Была бы такая нужда на государственном уровне – было бы и финансирование, а значит, и производство.

– Можете сказать о каких-то конкретных сроках, когда в небе массово появятся наши поршневые двигатели?

– Не могу. Это имеет непосредственное отношение к разработкам и поставкам по гособоронзаказу. Что и когда рассказывать в этой области – прерогатива военных.

– Вошедшие в моду квадрокоптеры наводят на мысль, что поршневые двигатели имеют в своей нише серьезного конкурента…

– Еще какого! Первые беспилотники, которые мы увидели, – детские вертолетики. Но с электрической силовой установкой есть строгая зависимость: чем она больше, тем сложнее. Да, пока энергетическая отдача от аккумуляторов на порядок-полтора меньше, чем от химического топлива, но весь авиационный мир сегодня занимается гибридными силовыми установками для летательных аппаратов. Планируется, что таковыми где-то к 2050 году будут оснащаться не только региональные, но и магистральные самолеты. Сейчас уже есть одно-двухместные самолеты, способные на аккумуляторах летать почти час, сделать их не проблема. Но такой мало кому нужен. А вот использование газотурбинного двигателя с генератором, аккумуляторами и чисто электрическими движителями или другой вариант – турбовинтовой двигатель, соосно с главным валом у которого расположен стартер-генератор, – вполне жизнеспособная схема. В первом случае традиционный двигатель работает в постоянном оптимальном режиме с минимумом вредных выбросов. Во втором – генератор при пиковых нагрузках работает как электродвигатель, добавляя мощности традиционному мотору, а в крейсерском режиме подзаряжает аккумуляторную батарею. Но это очень общее описание, на пальцах, в реальности все куда сложнее. В сочетании с использованием водородного топлива самолет на гибридной тяге будет выгоден во всех отношениях.

– Еще раз о «связи времен». Можно говорить, что в области поршневого авиационного двигателестроения конструкторская школа восстановилась?

– Процесс идет, но очень медленно. Какой бы умный и грамотный ни был выпускник вуза, он еще не конструктор, а чтобы стать им, он должен поработать в коллективе КБ, впитать накопленный там опыт, научиться мыслить не отвлеченно, а на базе уже созданного. Андрей Николаевич Туполев как-то заметил, что если в самолете новаций больше 30 процентов, он не полетит. Традиции в конструировании – важнейшая вещь. Для формирования полноценного конструктора нужны годы, что уж говорить о главном или генеральном конструкторе. Но все-таки и здесь заметно, что ситуация улучшается.

Беседовал Алексей Песков

Источник: газета «Военно-промышленный курьер», № 39 (852) от 13 октября 2020 года

Сравнение поршневых и турбовинтовых двигателей

Автор: Попов Михаил Владимирович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №33 (375) август 2021 г.

Дата публикации: 10. 08.2021 2021-08-10

Статья просмотрена: 706 раз

Скачать электронную версию

Скачать Часть 1 (pdf)

Библиографическое описание:

Попов, М. В. Сравнение поршневых и турбовинтовых двигателей / М. В. Попов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 33 (375). — С. 16-18. — URL: https://moluch.ru/archive/375/83563/ (дата обращения: 05.10.2022).

В статье рассмотрены поршневые и турбовинтовые двигатели, их преимущества и недостатки, а также их сравнение.

Ключевые слова: поршневой двигатель, турбовинтовой двигатель, сравнение двигателей.

Поршневой авиационный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяющихся в результате горения топлива газов внутри цилиндров приводит в движение поршни, которые в группе вращают вал и вместе с ним винт. Такой двигатель является одним из вариантов классического поршневого двигателя, привычного для большинства современных транспортных средств — такие стоят под капотом большинства автомобилей.

Турбовинтовой авиационный двигатель является представителем семейства газотурбинных двигателей, в число которых входят и наиболее распространенные в современной большой гражданской и военной авиации реактивные двигатели. В реактивном двигателе воздух всасывается, сжимается несколькими рядами вентиляторов в компрессоре, а потом смешивается с топливом, воспламеняется и выбрасывается назад с огромной скоростью, попутно вращая вал и вместе с ним турбину и компрессор. В отличие от реактивных двигателей, тянущих самолет вперед за счет выброса газа на огромной скорости, турбовинтовые двигатели используют этот принцип лишь частично. Основным для них является именно вращение вала — он обеспечивает не только работу компрессора, но и приводит в движение большой винт, который в данном случае и является основным движителем для самолета в полете.

Поршневые и турбовинтовые двигатели по принципу работы совершенно разные, а общая черта у них всего одна — большой винт, который они вращают. Различия принципов работы двигателей вносят огромное количество нюансов во все аспекты работы от производства и обслуживания до характеристик и эксплуатации [1].

Стоимость самолетов с поршневыми двигателями меньше, чем с турбовинтовыми. На первый взгляд турбовинтовые двигатели имеют достаточно простую общую конструкцию: компрессор, турбина, камера сгорания — это может привести к выводу, что они должны быть дешевле поршневых двигателей, в которых большое количество механизмов. Однако газотурбинные силовые установки создают внутри себя среду с огромными давлением, температурой и скоростями, поэтому все их элементы выполняются из очень сложных материалов и сплавов с максимальным качеством изготовления на всех этапах, а это очень дорого. Большое же количество механизмов в поршневом двигателе компенсируется менее жесткими требованиями к производству и материалам, а массовость многих элементов, часто применяемых помимо авиации, также снижает себестоимость. Цена многих поршневых авиадвигателей около 100 тысяч долларов, а даже близкие им турбовинтовые двигатели превышают эту стоимость в несколько раз и могут стоить больше миллиона. Значительная часть малой авиации — это достаточно бюджетная техника, которая не может позволить себе излишеств, поэтому на них устанавливают преимущественно поршневые двигатели.

Турбовинтовые двигатели надежнее поршневых. При всей дороговизне материалов и изготовления, общая конструкция остается простой. В нормальном режиме работы все элементы имеют достаточно стабильную динамику, в основном вращение с постоянной скоростью, к тому же большая часть деталей не вступает друг с другом в динамический контакт, сопровождающийся трением, при хорошем балансе даже особых вибраций не будет [2]. Все это очень хорошо сказывается на надежности и долговечности. По ресурсу турбовинтовой двигатель значительно превосходит поршневой и имеет многократно большие межремонтные периоды, его можно эксплуатировать очень активно и долго, что очень важно в коммерческих перевозках, когда самолеты проводят в небе много часов ежедневно.

Но очень важный нюанс эксплуатации происходит из высокой энергетики процессов внутри турбовинтового двигателя. Он весьма требователен к условиям работы и имеет строгие ограничения, поэтому многие аппараты с турбовинтовыми двигателями оснащаются различной автоматикой [3]. Компьютер берет на себя мониторинг и регулирование двигателя в пределах допустимых параметров, а также повышает безопасность и упрощает работу пилотам. Но FADEC сложная и дорогая система, прилично увеличивающая стоимость самолета. Ремонт турбовинтовых двигателей стоит дорого, из-за сложности и точности изготовления двигателей для их ремонта требуется квалифицированный персонал, специальное оборудование и запчасти. Даже незначительные дефекты могут стать причиной аварии. В полевых условиях зачастую проще полностью заменить двигатель и отправить его на ремонт, чем пытаться починить на месте.

В состав поршневых двигателей входит довольно большое количество механизмов, а чем больше механизмов, тем выше вероятность, что какой-то из них рано или поздно начнет давать сбои. К тому же наличие постоянного поступательно-возвратного движения поршней, сменяющееся нагрузкой и вибрациями, уменьшают ресурс двигателя. Однако преимуществом поршневого двигателя являются меньшие риски для полета в случае отказов. Главным плюсом поршневого двигателя является его высокая ремонтопригодность. Многие элементы силовой установки куда более лояльны к работающим с ними механиком, и, хоть и требуют к себе уважительного отношения, все же допускают простой ремонт.

Чем выше над землей, тем меньше плотность воздуха. Ниже всех летают поршневые самолеты. На небольших высотах, до 4 километров, поршневые двигатели демонстрируют свои лучшие качества, а вот если подниматься выше, начинаются проблемы — плотность воздуха оказывается слишком низкой, мощность падает, а поступающая в цилиндры топливо-воздушная смесь становится несбалансированной. В турбовинтовом двигателе воздух, поступающий в турбину, имеет значительно повышенное давление, так как проходит через компрессор. Так что высота полетов турбовинтовых аппаратов обычно прилично превосходит поршневые. Оптимальные высоты, на которых турбовинтовые двигатели демонстрируют свои лучшие показатели, находятся на отметках от 4 до 7 километров.

Различие принципов работы двигателей приводит к различиям методов повышения их мощностей. Увеличение мощности поршневых двигателей требует увеличения рабочих объемов, увеличения количества цилиндров, а значит усложнения всей конструкции. Наращивание же мощности турбовинтовых двигателей по большей части требует обеспечения более энергетически плотных режимов без внедрения дополнительных механизмов и с небольшим увеличением габаритов и массы.

Авиационные поршневые двигатели большой мощности сейчас не производятся. С появлением турбовинтовых и реактивных двигателей это стало бессмысленно. С другой стороны, если мощность не очень большая и составляет всего несколько сотен лошадиных сил, фактор сложности и массы становится не столь критичен. При малой потребной мощности поршневые двигатели экономичнее, дешевле и проще в обслуживании, но с увеличением мощности они становятся слишком сложными, тяжелыми и ненадежными. Тут уже лучше себя показывает турбовинтовой двигатель с его компактностью, надежностью и отличной удельной мощностью.

Скорость полета для самолетов в значительной степени зависит от двух противостоящих друг другу факторов: тяги двигателя и сопротивления воздуха. Если от самолета требуется большая скорость полета, ему необходимо иметь большую мощность силовой установки, а также летать как можно выше. В этом случае выигрывает турбовинтовая силовая установка — она может работать на больших высотах, а большая удельная мощность обеспечит лучшую тягу. Для турбовинтовых самолетов средняя скорость 500–600 км/ч, но со снижением скорости полета преимущества турбовинтовых двигателей нивелируются. Если летать максимально быстро, лучше использовать турбовинтовые самолеты, но на малых скоростях до 200–300 км/ч намного лучше себя проявляют поршневые двигатели — их мощности еще достаточно, а экономичность лучше.

Одним из преимуществ турбовинтового двигателя является то, что он генерирует огромное количество нагретого воздуха, часть которого можно использовать для обеспечения вторичных функций самолета, например, защиты от обледенения или поддержания давления в кабине и в системе кондиционирования. А поршневые двигатели порой сами нуждаются в подогреве. В некоторых условиях при температурах окружающей среды, близких к нулевым, и высокой влажности на входном тракте топливной автоматики может возникать обледенение, способное вызвать перебои в работе двигателя.

Важной характеристикой двигателей является скорость их реакции на изменение режима, задаваемого пилотом. Если поршневой двигатель реагирует почти сразу, то газотурбинным двигателям, ввиду некоторой инертности вращающихся механизмов, нужно некоторое время на выход на нужный режим. На современных двигателях это время измеряется в секундах, но порой эти секунды важны, например, при разбеге перед взлетом поршневой самолет разгонится быстрее, а близкому ему турбовинтовому самолету потребуется полоса чуть длиннее.

Также есть нюансы, касающиеся винта. Воздушные винты могут иметь механизмы изменения шага, когда лопасть может поворачивать вокруг своей оси и корректировать тягу без изменения скорости вращения. Кроме того, лопасть можно вообще развернуть, и винт будет не тянуть самолет вперед, а толкать назад подобно реверсу. Проблема в том, что на поршневых двигателях сложный по динамике механизм повышает риски повреждений. Если при развороте лопастей сопротивление возрастет слишком резко, это может привести к заклиниванию механизма. В это же время благодаря простой динамике в турбовинтовом двигателе подобное сопротивление приведет только к снижению оборотов вала.

Поршневые авиационные двигатели считаются самыми экономичными, и работают они на бензине. Но используется не обычный бензин, а его более специальные варианты, в состав которых входят дополнительные примеси. Авиационный бензин более эффективен, но имеет и недостатки, среди которых определенные экологические нюансы и деньги — он дороже обычного бензина. Турбовинтовые двигатели потребляют больше топлива, и потребляют они уже не бензин, а авиационный керосин, но керосин зачастую дешевле авиационного бензина.

Авиация, как и любая другая промышленная область, является вечной борьбой технологий и компромиссов. Каждый самолет — это сложный набор задач и решений для них. И одна из этих задач — выбор двигателя. Этот выбор зависит от конкретных задач, условий эксплуатации самолета, предполагаемого бюджета.

Литература:

Поршневой самолет VS Турбовинтовой самолет. — Текст: электронный // LiveJournal: [сайт] — URL: https://arzo-ss.livejournal.com/6078.html (дата обращения: 08.08.2021).
Почему авиационный поршневой двигатель уступил реактивному. — Текст: электронный // Авиация, потная всем: [сайт] — URL: http://avia-simply.ru/pochemu-porshnevoj-dvigatel-ustupil-reaktivnomu/ (дата обращения: 08.08.2021).
Турбовинтовой двигатель. — Текст: электронный // Техника и человек: [сайт] — URL: https://zewerok.ru/turbovintovoj-dvigatel/ (дата обращения: 08.08.2021).

Основные термины (генерируются автоматически): двигатель, турбовинтовой двигатель, поршневой двигатель, самолет, FADEC, авиационный бензин, обычный бензин, огромная скорость, плотность воздуха, силовая установка.

Ключевые слова

поршневой двигатель, турбовинтовой двигатель, сравнение двигателей

Поршневой авиационный двигатель | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.

Привет, друзья!

Сегодня начинаем серию статей о конкретных типах авиационных двигателей. Первый движок, который удостоится нашего внимания – это поршневой авиационный двигатель. Он имеет полное право быть первым, потому что он – ровесник современной авиации. Один из первых самолетов, поднявшихся в воздух был Флайер-1 братьев Райт (я думаю вы читали об этом здесь :-)). И на нем стоял поршневой двигатель авторской разработки, работавший на бензине.

Долгое время этот тип движка оставался единственным, и только в 40-е годы 20-го века началось внедрение двигателя совсем иного принципа действия. Это был турбореактивный двигатель. Из-за чего это произошло читайте тут. Однако поршневой движок, хоть и утратил свои позиции, но со сцены не сошел, и теперь в связи с достаточно интенсивным развитием так называемой малой авиации (или же авиации общего назначения) он просто получил второе рождение. Что же из себя представляет авиационный поршневой двигатель?

Работа двигателя внутреннего сгорания (тот же рядный поршневой двигатель).

Как всегда :-)… В принципиальном плане ничего сложного (ТРД значительно сложнее :-)). По сути дела – это обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), такой же, как на наших с вами автомобилях. Кто забыл, что такое ДВС, в двух словах напомню. Это, попросту говоря, полый цилиндр, в который вставлен цилиндр сплошной, меньший по высоте (это и есть поршень). В пространство над поршнем в нужный момент подается смесь из топлива (обычно это бензин) и воздуха. Эта смесь воспламеняется от искры (от специальной электрической свечи) и сгорает. Добавлю, что воспламенение может происходить и без искры, в результате сжатия. Так работает всем известный дизельный двигатель. В результате сгорания получаются газы высокого давления и температуры, которые давят на поршень и заставляют его двигаться. Вот это самое движение и есть суть всего вопроса. Далее оно передается через специальные механизмы в нужное нам место. Если это автомобиль, значит на его колеса, а если это самолет, то на его воздушный винт. Таких цилиндров может быть несколько, точнее даже много :-). От 4-х до 24-х. Такое количество цилиндров обеспечивает достаточную мощность и устойчивость работы двигателя.

Еще одна схема работы одного ряда цилиндров.

Конечно авиационный поршневой двигатель только принципиально похож на обычный ДВС. На самом деле здесь обязательно присутствует авиационная специфика. Двигатель самолета выполнен из более совершенных и качественных материалов, более надежен. При той же массе, он значительно мощнее автомобильного. Обычно может работать в перевернутом положении, ведь для самолета (особенно истребителя или спортивного) пилотаж – обычное дело, а автомобилю это, естественно, не нужно.

Двигатель М-17, поршневой, рядный, V-образный. Устанавливался на самолеты ТБ-3 (конец30-хгодов 20 в.)

Двигатель М-17 на крыле ТБ-3.

Поршневые двигатели могут различаться как по количеству цилиндров, так и по их расположению. Бывают рядные двигатели (цилиндры в ряд) и радиальные (звездообразные). Рядные двигатели могут быть однорядные, двухрядные, V-образные и т.д. В звездообразных цилиндры расположены по окружности (в виде звезды) и бывает их обычно от пяти до девяти (в ряду). Эти двигатели, кстати, тоже могут быть многорядными, когда цилиндры блоками стоят друг за другом. Рядные двигатели обычно имеют жидкостное охлаждение (как в автомашине :-), они и по виду больше похожи на автомобильные), а радиальные – воздушное. Они обдуваются набегающим потоком воздуха и цилиндры, как правило, имеют ребра для лучшего теплосъема.

Двигатель АШ-82, радиальный, двухрядный. Устанавливался на самолеты ЛА-5, ПЕ-2.

Самолет ЛА-5 с двигателем АШ-82.

Авиационные поршневые двигатели часто имеют такую особенность, как высотность. То есть с увеличением высоты, когда плотность и давление воздуха падают, они могут работать без потери мощности. Подвод топливно-воздушной смеси может осуществляться двумя способами. Здесь полная аналогия с автомашиной. Либо смесь готовится в специальном агрегате, называемом карбюратором и потом подается в цилиндры (карбюраторные двигатели), либо топливо непосредственно впрыскивается в каждый цилиндр в соответствии с количеством поступающего туда же воздуха. На автомобилях такого типа двигатели часто обзывают «инжекторными».

Современный поршневой радиальный двигатель ROTEC R2800.

Более мощный R3600 (большее количество цилиндров).

В отличие от обычного автомобильного ДВС, для самолетного поршневого движка не нужны громоздкие (ну и, естественно, тяжелые :-)) передаточные механизмы от поршней к колесам. Все эти оси, мосты, шестерни. Для самолета ведь вес очень важен. Здесь движение от поршня сразу через шатун передается на главный коленчатый вал, а на нем уже стоит вторая важная часть самолета с поршневым двигателем – воздушный винт. Винт – это, так сказать, самостоятельная (и очень важная) единица. В нашем случае он является «движителем» самолета, и от его корректной работы зависит качество полета. Винт – это не часть двигателя, но работают они в тесном сотрудничестве :-). Винт всегда подбирается или проектируется и рассчитывается под конкретный двигатель, либо же они создаются одновременно, так сказать комплектом :-).

Радиальный двигатель М-14П. Устанавливается на спортивные СУ-26, ЯК-55.

СУ-26 с двигателем М-14П.

Принцип работы винта – это достаточно серьезный ( и не менее интересный :-)) вопрос, поэтому я решил выделить его в отдельную статью, а сейчас пока вернемся к «железу».

Я уже говорил, что сейчас поршневой авиационный двигатель опять «набирает обороты». Правда состав авиации использующей эти двигатели теперь другой. Соответственно изменился и состав применяемых двигателей. Тяжелые и громоздкие рядные движки практически отошли в прошлое. Современный поршневой двигатель (чаще всего) – радиальный с количеством цилиндров 7-9, с хорошей топливной автоматикой с электронным управлением. Один из типичных представителей этого класса, например, двигатель ROTEC 2800 для легких самолетов, создан и производится в Австралии (между прочим выходцами из России :-)). Однако о рядных двигателях тоже не забывают. Таков, например, ROTAX-912. Так же хорошо известен двигатель отечественного производства М-14П, который устанавливается на спортивные самолеты ЯК-55 и СУ-26.

Двигатель Rotax-912, рядный. Устанавливается на легкие спортивные самолеты Sports-Star Max

Спортивный самолет Sport-Star Max c двигателем Rotax-912.

Существует практика применения дизельных двигателей ( как разновидность поршневых) в авиации, еще со времен войны. Однако широко этот двигатель пока не применяется из-за существующих проблем в разработке, в частности в области надежности. Но работы все равно ведутся, особенно в свете грядущего дефицита нефтепродуктов.

Поршневой авиационный двигатель вообще еще рано списывать со счетов :-). Ведь, как известно, новое – это хорошо забытое старое… Время покажет…

This entry was posted in АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ and tagged двигатель самолета. Bookmark the permalink.

Поршневой двигатель

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

Компоненты типового, четырехтактный цикл, поршневой двигатель внутреннего сгорания.

С. Коленчатый вал
E. Выхлоп распредвал
I. Впускной распределительный вал
П. Поршень
Р. Шатун
С. Свеча зажигания
W. Водяная рубашка для потока охлаждающей жидкости
В. Клапаны

А Поршневой двигатель, также часто называемый поршневой двигатель, обычно Тепловой двигатель (хотя есть и пневматический и гидравлический поршневые двигатели), который использует один или несколько возвратно-поступательный поршни преобразовать давление в вращательное движение. В этой статье описаны общие черты всех типов. Основные типы: двигатель внутреннего сгорания, широко используется в автомобилях; то паровой двигатель, основа Индустриальная революция; и нишевое приложение двигатель Стирлинга. Двигатели внутреннего сгорания далее классифицируются двумя способами: либо двигатель с искровым зажиганием (SI), где свеча зажигания инициирует горение; или двигатель с воспламенением от сжатия (CI), где воздух внутри цилиндра сжимается, таким образом нагревая его, так что нагретый воздух воспламеняет впрыскиваемое топливо тогда или же ранее. ^[1]

Содержание

1 Общие черты всех типов
2 История
3 Мощность двигателя
4 Мощность
5 Другие современные типы без внутреннего сгорания
6 Возвратно-поступательный квантовый тепловой двигатель
7 Разные двигатели
8 Смотрите также
9 Примечания
10 внешняя ссылка

Общие черты всех типов

Изображение поршневого двигателя с трассировкой лучей

Может быть один или несколько поршней. Каждый поршень находится внутри цилиндр, в который вводится газ, либо уже находящийся под давлением (например, паровой двигатель ), либо нагревается внутри цилиндра за счет зажигание топливовоздушной смеси (двигатель внутреннего сгорания ) или при контакте с горячим теплообменником в цилиндре (двигатель Стирлинга ). Горячие газы расширяются, толкая поршень ко дну цилиндра. Это положение также известно как нижняя мертвая точка (НМТ), или когда поршень образует наибольший объем в цилиндре. Поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра (Верхняя мертвая точка ) (ВМТ) на маховик мощность от других поршней, подключенных к тому же валу или (в цилиндр двойного действия ) тем же самым процессом, действующим на другой стороне поршня. Именно здесь поршень образует наименьший объем цилиндра. В большинстве типов расширенный или «измученный «газы удаляются из цилиндра этим Инсульт. Исключение составляет двигатель Стирлинга, который многократно нагревает и охлаждает одно и то же количество газа. Ход — это просто расстояние между ВМТ и НМТ, или наибольшее расстояние, которое поршень может пройти в одном направлении.

В некоторых конструкциях поршень может приводиться в действие в обоих направлениях цилиндра, и в этом случае говорят, что он двойного действия.

Паровой поршневой двигатель
Помеченная схематическая диаграмма типичного одноцилиндрового парового двигателя простого расширения двойного действия высокого давления. Отбор мощности от двигателя осуществляется ремнем.

Поршень
Шток поршня
Подшипник крейцкопфа
Шатун
Кривошип
Эксцентриковое движение клапана
Маховик
Скользящий клапан
Центробежный регулятор

В большинстве типов линейное движение поршня преобразуется во вращательное движение через шатун и коленчатый вал или автомат перекоса или другой подходящий механизм. А маховик часто используется для обеспечения плавного вращения или для накопления энергии, необходимой для прохождения двигателем части цикла без двигателя. Как правило, чем больше цилиндров имеет поршневой двигатель, тем без вибрации (плавность) он может работать. Мощность поршневого двигателя пропорциональна объему комбинированного рабочего объема поршней.

Между скользящими поршень и стены цилиндр чтобы газ под высоким давлением над поршнем не просачивался мимо него и не снижал эффективность двигателя. Это уплотнение обычно обеспечивается одним или несколькими поршневые кольца. Это кольца из твердого металла, которые подпружинены в кольцевой канавке в головке поршня. Кольца плотно входят в канавку и слегка прижимаются к стенке цилиндра, образуя уплотнение, и более сильно, когда более высокое давление сгорания перемещается к их внутренним поверхностям.

Такие двигатели принято классифицировать по количеству и расположению цилиндров, а также по общему объему смещение газа поршнями, движущимися в цилиндрах, обычно измеряемыми в кубических сантиметрах (см3 или куб. литры (л) или (л) (США: литр). Например, для двигателей внутреннего сгорания одно- и двухцилиндровые конструкции распространены в небольших транспортных средствах, таких как мотоциклы, пока автомобили обычно бывает от четырех до восьми, и локомотивы, и корабли может иметь дюжину цилиндров или больше. Объем цилиндров может варьироваться от 10 см³ и менее в модельных двигателях до тысяч литров в двигателях судов.^[2]

В коэффициент сжатия влияет на производительность в большинстве типов поршневых двигателей. Это соотношение между объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней части своего хода, и объемом, когда поршень находится в верхней части своего хода.

В отношение диаметр цилиндра / ход поршня представляет собой отношение диаметра поршня или «отверстия» к длине хода внутри цилиндра или «ходу». Если это около 1, двигатель называется «квадратным», если он больше 1, то есть диаметр цилиндра больше, чем ход поршня, он считается «квадратным». Если он меньше 1, т. Е. Ход больше диаметра отверстия, это «под квадрат».

Цилиндры могут быть выровнены в соответствии, в V-образная конфигурация, горизонтально напротив друг друга, или радиально вокруг коленвала. Двигатели с оппозитными поршнями поместите два поршня, работающие на противоположных концах одного и того же цилиндра, и это было расширено до треугольных конструкций, таких как Napier Deltic. В некоторых конструкциях цилиндры приводились в движение вокруг вала, например, Роторный двигатель.

Поршневой двигатель СтирлингаРомбический привод — Бета-версия двигателя Стирлинга, показывающая второй поршень буйка (зеленый) внутри цилиндра, который направляет рабочий газ между горячим и холодным концом, но сам не производит энергии.

Стенка горячего цилиндра
Стенка холодного цилиндра

Поршень буйка
Силовой поршень
Маховики

В паровых двигателях и двигателях внутреннего сгорания клапаны необходимы для обеспечения входа и выхода газов в правильные моменты цикла поршня. Они приводятся в действие кулачками, эксцентриками или кривошипами, приводимыми в движение валом двигателя. Ранние проекты использовали Золотниковый клапан D но это было в значительной степени вытеснено Поршневой клапан или же Тарельчатый клапан конструкции. В паровых двигателях точка поршневого цикла, в которой закрывается впускной клапан пара, называется отрезать и этим часто можно управлять, чтобы настроить крутящий момент снабжается двигателем и повышает эффективность. В некоторых паровых машинах действие клапанов можно заменить на качающийся цилиндр.

Двигатели внутреннего сгорания работают через последовательность тактов, которые впускают и удаляют газы в цилиндр и из него. Эти операции повторяются циклически, и двигатель называется 2-тактный, 4-тактный или же 6-тактный в зависимости от количества движений, необходимых для завершения цикла.

В некоторых паровых двигателях цилиндры могут иметь различный размер, при этом цилиндр с наименьшим внутренним диаметром работает с паром самого высокого давления. Затем он последовательно подается через один или несколько цилиндров с увеличивающимся диаметром цилиндра для извлечения энергии из пара при все более низком давлении. Эти двигатели называются Составные двигатели.

Помимо мощности, которую может производить двигатель, среднее эффективное давление (MEP) также может использоваться для сравнения выходной мощности и производительности поршневых двигателей того же размера. Среднее эффективное давление — это фиктивное давление, которое будет производить такое же количество чистой работы, которое было произведено во время цикла рабочего хода. Об этом свидетельствуют:

W_сеть = MEP × Площадь поршня × Ход = MEP × Рабочий объем

и поэтому:

MEP = W_сеть / Объем вытеснения

Какой бы двигатель с большим значением MEP не производил больше чистой работы за цикл и работал более эффективно.^[1]

История

Дальнейшая информация: История паровой машины и История двигателя внутреннего сгорания

Одним из первых известных примеров преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение является заводить механизм. Самые ранние ручные кривошипы появились в Китай вовремя династия Хан (202 г. до н.э. – 220 г. н.э.).^[3] Китайцы использовали кривошипно-шатунную тягу для работы квернов еще во времена династии Западная Хань (202 г. до н.э. — 9 г. н.э.). В конце концов, кривошипно-шатуны были использованы для взаимного преобразования вращательного и возвратно-поступательного движения для других приложений, таких как просеивание муки, намоточные машины, прялки с педалями и сильфоны печи, приводимые в движение лошадьми или водяными колесами. ^[4]^[3] Несколько пилорамы в Римская Азия и Византийская Сирия в течение 3–6 веков нашей эры были кривошип и шатун механизм, который преобразовал вращательное движение водяное колесо в поступательное движение пильных полотен.^[5] В 1206 году арабский инженер Аль-Джазари изобрел коленчатый вал.^[6]

Поршневой двигатель, разработанный в Европе в 18 веке, сначала как атмосферный двигатель затем позже, как паровой двигатель. За ними последовали двигатель Стирлинга и двигатель внутреннего сгорания в 19 веке. Сегодня наиболее распространенной формой поршневого двигателя является двигатель внутреннего сгорания, работающий на сгорании бензин, дизель, Сжиженный газ (LPG) или сжатый природный газ (CNG) и используется для питания автомобили и двигатели силовые установки.

Одним из примечательных поршневых двигателей эпохи Второй мировой войны был 28-цилиндровый, 3500л.с. (2600 кВт) Pratt & Whitney R-4360 Оса Майор радиальный двигатель. На нем устанавливалось последнее поколение больших самолетов с поршневыми двигателями, до того как с 1944 года на смену им пришли реактивные двигатели и турбовинтовые самолеты. Он имел общий объем двигателя 71,5 л (4360 куб. Дюймов) и высокое соотношение мощности к массе.

Самый большой из производимых в настоящее время поршневых двигателей, но не самый большой из когда-либо построенных, — это Wärtsilä-Sulzer RTA96-C турбированный двухтактный дизельный двигатель 2006 г. постройки Wärtsilä. Он используется для питания крупнейших современных контейнеровозов, таких как Эмма Мэрск. Его высота составляет пять этажей (13,5 м или 44 фута), длина 27 м (89 футов), а его масса составляет более 2300 метрических тонн (2500 коротких тонн) в самой большой версии с 14 цилиндрами и мощностью более 84,42 МВт (114 800 л.с.). Каждый цилиндр имеет объем 1820 л (64 куб. Футов), что составляет 25 480 л (900 куб. Футов) для самых больших версий.

Мощность двигателя

Для поршневых двигателей мощность двигателя равна объем двигателя Другими словами, объем, охватываемый всеми поршнями двигателя за одно движение. Обычно измеряется в литры (l) или кубические дюймы (c.i.d., cu in, или же дюйм³) для двигателей большего размера и кубические сантиметры (сокращенно куб. см) для двигателей меньшего размера. При прочих равных, двигатели с большей мощностью являются более мощными, и соответственно увеличивается расход топлива (хотя это не относится к каждому поршневому двигателю), хотя на мощность и расход топлива влияют многие факторы, помимо рабочего объема двигателя.

Мощность

Поршневые двигатели можно охарактеризовать удельная мощность, который обычно выражается в киловаттах на литр объем двигателя (в США также Лошадиные силы на кубический дюйм). Результат предлагает приблизительное значение максимальной выходной мощности двигателя. Это не следует путать с эффективность топлива, поскольку для высокого КПД часто требуется обедненное соотношение топлива и воздуха и, следовательно, более низкая удельная мощность. Двигатель современного высокопроизводительного автомобиля вырабатывает более 75 кВт / л (1,65 л.с. / дюйм³).

Другие современные типы без внутреннего сгорания

Поршневые двигатели, приводимые в действие сжатым воздухом, паром или другими горячими газами, все еще используются в некоторых приложениях, например, для привода многих современных торпед или в качестве экологически чистой движущей силы. Большинство приложений с паровым приводом используют паровые турбины, которые более эффективны, чем поршневые двигатели.

В автомобилях FlowAIR французской разработки используется сжатый воздух, хранящийся в цилиндре, для приведения в действие поршневого двигателя городского автомобиля, не загрязняющего окружающую среду.^[7]

Торпеды могут использовать рабочий газ, производимый высокий уровень перекиси или же Отто Топливо II, которые создают давление без горения. 230 кг (510 фунтов) Марк 46 торпеда, например, может проехать 11 км (6,8 мили) под водой со скоростью 74 км / ч (46 миль / ч) на топливе Otto без окислитель.

Возвратно-поступательный квантовый тепловой двигатель

Квантовые тепловые двигатели представляют собой устройства, вырабатывающие энергию из тепла, которое течет из горячего резервуара в холодный. Механизм работы двигателя можно описать законами квантовая механика. Квантовые холодильники — это устройства, которые потребляют электроэнергию с целью перекачки тепла из холодного резервуара в горячий.

В возвратно-поступательном квантовом тепловом двигателе рабочим телом является квантовая система, такая как спиновые системы или гармонический осциллятор. Цикл Карно и Цикл Отто являются наиболее изученными.^[8]Квантовые версии подчиняются законам термодинамика. Кроме того, эти модели могут оправдать предположениянеобратимая термодинамика Теоретическое исследование показало, что возможно и практично построить поршневой двигатель, состоящий из одного колеблющегося атома. Это область для будущих исследований и может найти применение в нанотехнологии.^[9]

Разные двигатели

Существует большое количество необычных разновидностей поршневых двигателей, которые имеют различные заявленные преимущества, многие из которых практически не используются в настоящее время:

Свободнопоршневой двигатель
Оппозитно-поршневой двигатель
Качающийся поршневой двигатель
Двигатель IRIS
Двигатель Бурка
Термомагнитный двигатель

Смотрите также

Тепловой двигатель для обзора термодинамика задействованы в этих двигателях.
Для контрастного подхода без поршней см. Можно ли построить автомобильный двигатель из одной частицы? Physorg, 30 ноября 2012 г. Автор: Лиза Зига. Доступ 01-12-12

внешняя ссылка

Видео сгорания — внутрицилиндровое сгорание в оптически доступном двухтактном двигателе
HowStuffWorks: Как работают автомобильные двигатели
Поршневые двигатели в Infoplease.
Поршневые двигатели в Комиссии по случаю столетия полетов США.

АВИАЦИОННЫЕ ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ (СБОРНИК) | REAA

mikoma

Старейший участник

27 Ноя 2017

Поршень Двигатели

Содержание
Связанный Ссылки

Узнайте, как работают поршневые двигатели

Знание некоторых общих принципов работы двигателя эксплуатация помогает пилотам эффективно управлять двигателями, продлевает срок службы силовой установки и помогает избежать отказов двигателя.

Основные принципы работы поршневых двигателей

Наиболее распространены поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением. силовые установки на самолетах авиации общего назначения. Эти двигатели практически идентичны автомобильным двигателям, за тремя важными исключениями:

Большинство авиационных двигателей имеют воздушное охлаждение. Этот подход экономит вес радиатора и охлаждающей жидкости и добавляет меру безопасности. Потеря охлаждающей жидкости или выход из строя системы охлаждения двигателя с жидкостным охлаждением двигатель быстро приводит к полному отказу двигателя.
Авиационные двигатели имеют двойную систему зажигания, с энергия для создания искры, генерируемой магнето. Магнето, вращаемое коленчатым валом, не зависит на авиабатарейке. Каждый цилиндр также имеет два Свечи зажигания. Если один штекер или магнето выходит из строя, другой обеспечивает искру для сжигания топлива.
Поскольку авиационный двигатель работает в течение широкий диапазон высот, регуляторы мощности включают ручное управление смесью, которое пилот использует для поддерживать правильное соотношение воздух/топливо, так как самолет поднимается и опускается.

Четырехтактный цикл

Типичный поршневой двигатель работает по четырехтактный цикл.

Впуск: Поршень движется вниз в цилиндр, всасывающий воздух и топливо через открытый впускной клапан.

Компрессия: Клапаны впускные и выпускные в цилиндр закрывается и поршень движется вверх в цилиндр, сжимающий топливно-воздушную смесь.

Мощность: Когда поршень приближается к верхней части цилиндра на такте сжатия, разрыв электричество от системы зажигания генерирует искру в свечах зажигания. Искры воспламеняют воздух/топливо смесь, которая быстро расширяется при горении. Сила этого расширения толкает поршень обратно вниз в цилиндр. При движении поршня вниз он поворачивает коленчатый вал, который вращает гребной винт.

Выхлоп: Когда поршень достигает дна цилиндра открывается выпускной клапан. поршень затем возвращается в цилиндр, выталкивая сгоревший топливно-воздушной смеси из цилиндра.

Каждый цилиндр выполняет эти четыре такта за оборот, следя за тем, чтобы хотя бы один поршень всегда производящая мощность.

Карбюраторы и топливные форсунки

Большинство поршневых двигателей, используемых в самолетах, имеют карбюратор или система впрыска топлива для подачи топлива и воздуха в цилиндры. Карбюратор смешивает топливо и воздух до того, как он попадет в цилиндры. Карбюраторы распространены на меньших двигателях, потому что они относительно недорогой. Большие двигатели обычно имеют впрыск топлива. системы, которые впрыскивают топливо прямо в цилиндры, где он смешивается с воздухом во время всасывания Инсульт.

Системы зажигания

Система зажигания обеспечивает искру для воспламенения воздушно-топливной смеси в цилиндрах поршневого двигателя. Большинство современных авиационных двигателей используют магнето для генерации Искра. Хотя и не такой изощренный, как электронные системы зажигания, применяемые в новейших автомобилях, Магнето полезны в самолетах, потому что:

Они производят более горячую искру при высоких оборотах двигателя. чем аккумуляторная система, используемая в автомобилях.
Они не зависят от внешнего источника энергии, такой как батарея, генератор или генератор.

Начало работы
Магнето вырабатывают электричество при вращении. Итак, чтобы запустить двигатель, пилот должен включить аккумуляторный стартер, который вращает коленчатый вал. После того, как магнето начинают вращаться, они подают искра на каждый цилиндр для воспламенения воздушно-топливной смеси и система запуска отключена. Батарея нет больше не принимает участия в работе двигателя. Если выключатель батареи (или главный) выключен, двигатель продолжает работать.

Двойное зажигание

Большинство авиационных двигателей оснащены двойным зажиганием. система — два магнето, питающих электричеством тока на две свечи зажигания на каждый цилиндр. Один система магнето подает ток на один набор заглушки; вторая система подает ток на другой комплект заглушек. Вот почему зажигание включено Cessna Skyhawk SP Model 172 (отмечен как MAGNETO на некоторых самолетах) имеет пять позиций: ВЫКЛ , л ( слева ), р ( справа ), ОБА , и СТАРТ . С переключатель в положении L или R , только один магнето подает ток и только один комплект искры пробки загораются. С выключателем ОБА положение, оба магнето подают ток и оба набора свечи горят.

Преимущества двойного зажигания
Самолеты имеют двойную систему зажигания для безопасности и эффективность.

При выходе из строя одной магнето двигатель может работайте в другой системе, пока не сможете сделать безопасный посадка.
Две свечи зажигания улучшают горение и сгорание смесь, обеспечивающая улучшенные характеристики.

Управление системой зажигания
Вы должны повернуть ключ зажигания в положение ОБА после запуска двигателя и оставить на ОБА во время полета. Выключите его OFF после выключения двигатель. Если оставить зажигание включенным ОБА (или L или R ), двигатель может возгорание, если винт перемещается снаружи самолете, даже если главный выключатель выключенный.

Проверка перед взлетом
Чтобы убедиться, что обе системы зажигания работают должным образом, проверьте каждую систему во время запуска двигателя перед взлетом. Обычная процедура заключается в установке мощность около 1700 об/мин. Поверните ключ зажигания из ОБА до R , затем обратно к ОБА , затем до L , а потом обратно до ОБЕ . Вам следует наблюдайте небольшое падение оборотов каждый раз, когда вы переключаетесь с ОБА по R или L . Если оба магнето работают нормально, капля должна быть не более 75 об/мин.

Выключение двигателя
Вы не должны останавливать поршневой двигатель, поворачивая замок зажигания на ВЫКЛ . Вместо этого переместите регулятор смеси в положение отсечки холостого хода для выключения подача топлива в цилиндры. После двигателя останавливается, поверните ключ зажигания в положение OFF . Этот процедура гарантирует, что топливо не останется в цилиндрах и что двигатель не запустится случайно, если кто-то поворачивает винт или если нагар откладывается внутри цилиндры создают горячие точки, которые воспламеняют остаточные топливо.

Органы управления поршневым двигателем

Большинство современных поршневых двигателей имеют два или три основных контролирует.

A дроссельная заслонка , управление, которое имеет больше всего прямое влияние на мощность.
Управление воздушным винтом (если самолет оснащен винтом постоянной скорости) для регулировки скорость вращения винта, измеренная в оборотов в минуту (об/мин).
Регулятор смеси для регулировки соотношения воздух/топливо смеси при наборе высоты и снижении самолета.

Карбюраторные двигатели также имеют подогрев карбюратора для предотвращения образования или таяния льда в карбюраторе. Двигатели мощностью около 200 лошадиных сил и более обычно имеют закрылки капота, чтобы позволить пилоту регулировать количество охлаждающий воздух, обтекающий двигатель. Открытие заслонки капота особенно важно во время большой мощности операций, таких как взлет и продолжительное поднимается.

Воздушные винты

Поршневые двигатели обычно подключаются к винт фиксированного шага или винт постоянной скорости.

Гребные винты фиксированного шага крепятся болтами непосредственно к коленчатый вал двигателя и поэтому всегда поворачивайте с той же скоростью, что и двигатель. Винт с фиксированным шагом что-то вроде коробки передач только с одной передачей. Этот конфигурация компенсирует свою неэффективность за счет будучи очень простым в эксплуатации. Единственный датчик, который вы нужно следить за тахометром.

Винт постоянной скорости имеет регулятор который регулирует угол лопастей, чтобы поддерживать выбранных вами оборотов. Этот тип пропеллера делает гораздо больше эффективное использование мощности двигателя. На малой скорости, когда требуется максимальная мощность (как при взлете), вы выберите максимальные обороты или «полное увеличение» с помощью управление винтом, а лопасти винта соответствуют воздуха под небольшим углом. Во время круиза вы регулируете обороты на более низкую настройку, и лезвия кусают больше воздуха при уменьшении скорости.

Управление мощностью

С винтом фиксированного шага управление мощностью просто. Нажмите на дроссельную заслонку, и обороты (и мощность) увеличивается. Вытяните дроссельную заслонку, и обороты уменьшатся. Быть известно, однако, что с увеличением воздушной скорости число оборотов в минуту стремится тоже подползти. Внимательно следите за тахометром при спусках на высокой скорости убедиться, что обороты остается в пределах.

Винт с постоянной скоростью вращения делает управление питанием немного сложнее. Вы должны следить за коллектором манометр, управляемый дроссельной заслонкой, и тахометр, показывающий обороты винта. Вы корректируете об/мин с управлением пропеллером.

При установке мощности с винтом с постоянной скоростью вращения, запомнить эти основные правила, чтобы не перенапрягать двигатель:

Для увеличения мощности

Увеличение оборотов путем опережения гребного винта контроль.
Увеличьте давление в коллекторе с помощью дроссель.

Для уменьшения мощности

Уменьшите давление в коллекторе с помощью дроссель.
Уменьшить обороты с помощью гребного винта контроль.

Двигатели с карбюраторами

Многие авиационные поршневые двигатели используют карбюраторы для смешивание воздуха и топлива для создания горючей смеси что горит в цилиндрах.

Как работает карбюратор

Наружный воздух проходит через воздушный фильтр, затем в карбюратор. Воздух проходит через трубку Вентури, узкое горло в карбюраторе. Воздух ускоряется в трубку Вентури и давление в ней падает в соответствии с Принцип Бернулли. Частичный вакуум нагнетает топливо втекать через струю в воздушный поток, где он смешивается с набегающим воздухом. Затем воздушно-топливная смесь течет во впускной коллектор, который направляет его к каждому цилиндр.

Правильное соотношение

Карбюратор смешивает воздух и топливо по весу. Поршень двигатели обычно развивают максимальную мощность, когда смесь воздух/топливо составляет около 15:1.Карбюраторы откалиброван при давлении на уровне моря для измерения правильного количество топлива при контроле смеси в полном объеме богатое положение. С увеличением высоты плотность воздуха уменьшается. Чтобы компенсировать эту разницу, пилот использует регулятор смеси для регулировки воздушно-топливной смеси попадание в камеру сгорания.

Для контроля количества топлива, которое смешивается с воздуха, в большинстве карбюраторов используется поплавок в топливной камере. А игла, прикрепленная к поплавку, открывает и закрывает отверстие в топливопроводе, дозирование правильного количества топлива в карбюратор. Положение поплавка, контролируется уровнем топлива в поплавковой камере, определяет, когда клапан открывается и закрывается.

Running Rich

Слишком богатая топливно-воздушная смесь, т.е. он содержит слишком много топлива — вызывает чрезмерное количество топлива расход, неровная работа двигателя и потеря мощности. Работа двигателя на слишком богатой смеси также приводит к охлаждению двигателя. что приводит к снижению температуры горения ниже нормы. камеры, что приводит к загрязнению свечей зажигания, среди другие проблемы.

Работа на обедненной смеси

Работа со слишком бедной смесью — слишком мало топлива на нынешний вес воздуха — получается неровная работа двигателя, детонация, перегрев и потеря мощности.

Карбюратор Ice

Испарение топлива и расширение воздуха в карбюратор вызывает резкое охлаждение воздуха/топлива смесь. Температура может упасть до 60 F (15 в) за долю секунды. Это охлаждение вызывает водяной пар в воздухе конденсируется, и если температура в карбюраторе достигает 32 градусов по Фаренгейту (0 в) вода замерзает в каналах карбюратора. Даже незначительное накопление этого депозита может ограничить поступление воздуха в карбюратор, снижение мощности. Обледенение карбюратора также может привести к полной поломке двигателя. неисправности, особенно когда дроссельная заслонка частично или полностью закрыт.

Условия обледенения

В сухие дни или когда температура значительно ниже мороза, влага в воздухе обычно не привести к обледенению карбюратора. Но если температура между 20 F (-7 C) и 70 F (21 C), с видимой влажностью или высокая влажность, пилот должен постоянно находиться на оповещение об обледенении карбюратора.

Признаки обледенения карбюратора

Для самолетов с винтами фиксированного шага первый Признаком обледенения карбюратора является падение оборотов на тахометр. Для самолетов с регулируемым шагом (постоянной скорости) пропеллеры, первое указание обычно падение давления в коллекторе. В обоих случаях двигатель может начать работать неровно. В самолетах с гребные винты с постоянной скоростью вращения, число оборотов в минуту остается постоянным.

Оттаивание

Для предотвращения образования льда в карбюраторе и устранить образующийся лед, карбюраторы оснащены обогреватели. Подогреватель карбюратора предварительно нагревает воздух перед доходит до карбюратора. Этот предварительный нагрев растапливает лед или снег, попадая в водозабор, растапливает лед, образующийся в проходы карбюратора (при условии, что скопление не слишком большой) и удерживает воздушно-топливную смесь выше замораживание для предотвращения образования льда в карбюраторе.

Использование обогрева карбюратора

При полете в условиях, благоприятных для карбюратора обледенения, следите за приборами двигателя, чтобы следить за признаки образования льда. Если вы подозреваете, что обледенение карбюратора, включить полный обогрев карбюратора немедленно. Оставьте его включенным до тех пор, пока не убедитесь, что весь лед снят. Применение частичного нагрева или оставлять тепло на слишком короткое время может усугубить ситуация.

При первом включении подогрева карбюратора ожидайте падения в об/мин на самолетах с фиксированным шагом пропеллеры; в самолетах с постоянной скоростью гребные винты, ожидайте падения давления в коллекторе. Если нет наличие льда в карбюраторе, обороты или давление во впускном коллекторе останется ниже нормы, пока карбюратор не нагреется. выключен. Если на карбюраторе присутствует лед, ожидайте повышение оборотов или давления в коллекторе после первоначального падения (часто сопровождается периодическими неровностями двигателя). Когда вы отключаете обогрев карбюратора, обороты или коллектор давление поднимается выше значения до подачи тепла. Двигатель также должен работать более плавно после гололеда. растаял.

В крайних случаях обледенения карбюратора, после обледенения был удален, вам может потребоваться применить достаточно обогрев карбюратора для предотвращения дальнейшего образования льда.

Нагрев карбюратора как мера предосторожности

Всякий раз, когда дроссель закрыт во время полета, особенно когда готовишься к посадке двигатель остывает быстро и испарение топлива менее полное чем если двигатель прогрет. Если вы подозреваете карбюратор обледенения, включите полный обогрев карбюратора перед закрыть дроссельную заслонку и оставить обогрев включенным.

Повышенная мощность

Использование тепла карбюратора снижает мощность двигатель и увеличить работу двигателя температура. Поэтому не используйте обогрев карбюратора, когда нужна полная мощность (как при взлете) или во время нормальную работу двигателя, за исключением проверки наличие или удаление льда из карбюратора.

Двигатели с впрыском топлива

Поршневые двигатели мощностью более 200 л.с. часто используют систему впрыска топлива, а не карбюратор.

Система впрыска топлива впрыскивает топливо непосредственно в цилиндров или непосредственно перед впускным клапаном. затем топливо смешивается с воздухом в цилиндрах. Потому что это тип системы требует насосов высокого давления, блок управления воздухом/топливом, распределитель топлива и нагнетательные форсунки для каждого цилиндра, это вообще дороже карбюратора.

Как и в случае двигателя с карбюратором, пилот контролирует подачу топлива, регулируя контроль смеси.

Преимущества впрыска топлива

Впрыск топлива имеет ряд преимуществ перед карбюраторная топливная система, которые компенсируют его большая стоимость и сложность.

Отсутствие возможности обледенения карбюратора (хотя воздействие лед может блокировать воздухозаборники).
Улучшенный поток топлива.
Более быстрая реакция дроссельной заслонки.
Точный контроль смеси.
Лучшее распределение топлива.
Легкий запуск в холодную погоду.

Недостатки впрыска топлива

Впрыск топлива имеет некоторые недостатки, самое важное из них:

Проблемы с запуском горячего двигателя.
Паровые пробки при наземных работах на горячих дней.
Затрудненный перезапуск двигателя, который останавливается при результат топливного голодания.

— Топ —

Возьмем двигатель Ford, Toyota или Chevy 1970-х годов и поместим его рядом с двигателем, произведенным сегодня, и различия легко заметить. Покопайтесь в показателях производительности и экономичности, и вы увидите, что нет никакого сравнения между технологиями 30-летней давности и сегодняшними — новые двигатели лучше почти во всех отношениях, с настройками, которые теперь требуются раз в 100 000 миль, интервалы замены масла 15 000 миль и экономия топлива для многих новых небольших седанов 40 миль на галлон или лучше. Тем не менее, если вы поднимите капот на 19Самолет 70-х годов и сравните то, что вы видите, с совершенно новым поршневым двигателем, они будут очень похожи. Это приводит к неизбежному вопросу: почему технология поршневых двигателей в самолетах, по-видимому, так сильно отстает от достижений, достигнутых в автомобильном мире?

Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте зададим еще пару вопросов: знаете ли вы, что системы впрыска топлива с общей топливной рампой на новейших авиационных двигателях Lycoming на самом деле намного опережают автомобильные технологии впрыска топлива и лишь немногим менее сложны, чем те, что используются в Машины Формулы-1? Или что почти все мыслимые параметры новейших двигателей Continental Motors отслеживаются и контролируются полнофункциональными цифровыми блоками управления двигателем, которые в некоторых отношениях более совершенны, чем системы фейдеров на турбовентиляторных двигателях?

Дело в том, что технология поршневых двигателей в авиации значительно продвинулась за последнюю дюжину или около того лет, даже если внешне эти новейшие авиационные двигатели кажутся мало изменившимися. Многие ошибочно полагают, что двигатели, производимые Continental , Lycoming , Rotax и другими, похожи на те, что летали на самолетах GA в течение многих лет, и действительно основаны на тех же базовых сертификатах. — они не очень далеко продвинулись за последние 30 или 40 лет. Это совершенно неправильно.

Одним из самых больших улучшений для самолетов с поршневыми двигателями стало общее качество сборки. Производители авиадвигателей потратили много миллионов долларов на усовершенствование и автоматизацию своих производственных процессов, чтобы добиться гораздо более жестких допусков на сборку, что привело к повышению долговечности. Они также усовершенствовали свои системы подачи топлива для самолетов с поршневыми двигателями, внедрили передовые покрытия для многих компонентов и, возможно, самый большой прорыв, подключили двигатели к передовым компьютерам авиационного класса, которые способны отслеживать практически все мыслимые параметры, связанные с двигателем. миллион раз за несколько минут. Также были достигнуты успехи в технологии турбонагнетателей, и несколько производителей в настоящее время работают над альтернативными топливными технологиями, не говоря уже о дизельных двигателях с высокой топливной экономичностью, которые предназначены для сжигания реактивного топлива.

Как далеко мы продвинулись
Прежде чем мы углубимся в техническое обсуждение современного состояния технологии поршневых авиационных двигателей, вот небольшой простой вопрос для начала: кто построил первый успешный поршневой авиационный двигатель? Очевидно, что ответом является парень, который построил двигатель первого самолета, Райт Флаер. Мы не празднуем его, но четверг, 12 февраля 1903 года, считается одним из самых важных дней в истории авиации с точки зрения самолетов с поршневыми двигателями. Для братьев Райт это было всем. В этот день строители велосипедов из Дейтона, штат Огайо, наконец-то получили подтверждение того, что их причудливые мечты стать первыми, кто осуществит пилотируемый полет с двигателем, были близки к осуществлению — у них наконец-то появился двигатель.

Стоя бок о бок в своем велосипедном магазине, Райты наблюдали, как Чарли Тейлор, их единственный сотрудник, вносил последние коррективы в четырехцилиндровый бензиновый двигатель, который он только что закончил изготавливать по индивидуальному заказу, в качестве источника энергии для необычного летательного аппарата. братья выдумывали. Это был напряженный момент. Двумя месяцами ранее Орвилл Райт связался не менее чем с 10 производителями в безрезультатных поисках двигателя с удельной мощностью, достаточной для того, чтобы вращать два больших деревянных пропеллера, вращающихся в противоположных направлениях, и уводить их хрупкие самолеты по рельсам в небо. Но ни один из производителей двигателей, от которых Орвилл получил ответ, не выпустил двигатель, соответствующий спецификациям Райтов — что еще хуже, никто не хотел его строить.

Не имея вариантов, Орвилл и Уилбур передали проект в руки Тейлора, который первоначально был нанят для починки велосипедов, но вскоре взял на себя повседневные операции в магазине, в то время как братья посвящали почти все свое время совершенствованию своих велосипедов. конструкции самолетов. Райты поручили Тейлору построить двигатель весом не более 180 фунтов и мощностью не менее 8 лошадиных сил. Тейлор, чей единственный опыт работы с бензиновыми двигателями состоял из неудачной попытки починить один из них, поставил двигатель, способный производить более 12 лошадиных сил, и сделал это всего за шесть недель.

Следует отметить, что двигатель Чарли Тейлора был примитивным даже по меркам того времени — в конце концов, его наняли мастером по ремонту велосипедов. Но двигатель работал, и во многом это было еще и инженерное произведение искусства. Чтобы уменьшить вес, Тейлор приказал местному литейному заводу изготовить картер из алюминия. По необходимости двигатель имел водяное охлаждение, а топливо подавалось самотеком из канистры, установленной на внутренней стойке крыла. Двигатель не имел топливного насоса, карбюратора, свечей зажигания и даже дроссельной заслонки. Зажигание осуществлялось путем размыкания и замыкания контактов прерывателя. Для запуска использовались четыре сухие батареи (которые остались на земле, потому что они были очень тяжелыми), после чего магнето низкого напряжения, приводимое в движение 20-фунтовым грузом, давало электрическую искру, чтобы поддерживать работу двигателя.

Когда Тейлор в первый раз запустил двигатель в феврале 1903 года, он лопнул, зашипел и заработал на удивление хорошо, но вскоре раскалился докрасна вокруг выпускных клапанов. Тейлор начал возиться с различными топливно-воздушными смесями, но перестарался — двигатель заклинило, а картер рассыпался в креплениях. Тейлору пришлось полностью перестроить двигатель, но первое испытание было признано успешным. Райты знали, что двигатель может работать. К маю того же года Тейлор обнаружил правильное соотношение топлива и воздуха, которое позволило его творению работать без сбоев. А утром 17, 19 декабря03 чудесный маленький двигатель Чарли Тейлора заработал на полную мощность, заставив Райт Флаер и его изобретателей войти в учебники истории.

Удивительно, что более 100 лет спустя легкие самолеты все еще оснащаются поршневыми двигателями с алюминиевыми картерами, топливными системами с гравитационной подачей, рядными цилиндрами, магнето и даже водяным охлаждением в некоторых конструкциях. Тем не менее, современный поршневой двигатель, производимый сегодня, имеет не больше сходства с ранними авиационными двигателями, чем совершенно новый 9-цилиндровый двигатель. 0045 Cirrus SR22 относится к первым толкающим бипланам Райтов. И хотя основа сертификации, скажем, поршневого авиадвигателя 1970-х годов и двигателя, построенного сегодня, мало чем отличается, как мы уже намекали, многое изменилось — и все к лучшему.

Темп инноваций
Усовершенствования в производстве современных поршневых двигателей начинаются с перехода на более современную обработку, которая позволяет резать металл с невероятно жесткими допусками. Это означает, что двигатель Continental, Lycoming или Rotax, построенный сегодня, является физически лучшим авиационным двигателем, чем когда-либо производившийся серийно. Возможно, вы помните, что Continental в какой-то момент предлагала двигатель серии Platinum, который стоил дороже, но имел более жесткие допуски и, следовательно, более длительную гарантию. Благодаря улучшениям в механической обработке, в том числе переходу на автоматизированные производственные процессы, все двигатели, которые сегодня производит Continental, соответствуют спецификациям Platinum или превосходят их, поэтому выпуск специальной линейки был прекращен.

Еще одно существенное различие между авиационными двигателями прошлых лет и нынешним уровнем развития техники заключается во внедрении полнофункциональных цифровых средств управления двигателем, или так называемых фейдеров. Цифровые системы управления серийными поршневыми авиационными двигателями существуют уже более десяти лет, но за это время они претерпели огромные изменения. Например, последние интегрированные технологии Fadec от Continental и Lycoming обеспечивают полностью электронное зажигание двигателя, управление системами последовательного впрыска топлива двигателей и функции управления двигателем, которые отслеживают все параметры и управляют потоком топлива в цифровом виде без необходимости участия пилота.

Помимо лучшей оптимизации двигателя, это также означает, что пилоту больше не нужно беспокоиться о обеднении или обогащении топливно-воздушной смеси двигателя при увеличении или уменьшении высоты. Компьютеры выполняют работу автоматически, оптимизируя наклон в каждом цилиндре для достижения максимальной производительности и эффективности в любых условиях, в том числе при взлете из аэропорта с высокой плотностью населения. Постоянное наличие идеально наклоненного двигателя является огромным плюсом для эффективности и долговечности двигателя.

«Наши двигатели действительно имеют однорычажное управление, с полным управлением температурой и винтом», — отметил Майк Крафт, старший вице-президент и генеральный менеджер Lycoming. «Это гораздо ближе к современному газотурбинному двигателю, где все, о чем должен беспокоиться пилот, — это какой процент вырабатываемой мощности. Все остальное контролируется компьютерами».

Системы Fadec в новейших поршневых авиационных двигателях обеспечивают электронное управление искрой и впрыском топлива для постоянной оптимальной работы. Эти двигатели по-прежнему имеют ручные механические дроссели, но бортовые компьютеры получают постоянный поток данных, связанных с параметрами давления во впускном коллекторе, оборотами в минуту, EGT и CHT, а затем постоянно регулируют смесь для достижения максимальной производительности. Fadec также автоматически управляет прокачкой двигателя, запуском и холостым ходом, а нажатие всего одной кнопки на панели переключает настройки с максимальной мощности на максимальную экономичность.

Система подачи топлива в современных поршневых авиационных двигателях также усовершенствована. То, что технология двигателя Lycoming iE2 в двигателе TO-540 использует систему впрыска топлива, аналогичную технологии, используемой в F1, не должно вызывать удивления: Lycoming разработал технологию на гоночной трассе вместе с Джоном Шарпом на его Lycoming TIO-540. Победитель Nemesis Reno на базе NXT. В этом двигателе впервые была применена технология Fadec Lycoming iE2, которая контролирует подачу топлива с более высоким постоянным давлением. «Это позволяет вам делать вещи, которые раньше были невозможны, например, как мы управляем подачей топлива в каждый цилиндр», — сказал Крафт.

Эпоха Дизеля?
Следующим значительным прорывом в технологии авиационных двигателей, вероятно, станет поток конструкций, способных работать на альтернативных видах топлива и реактивных двигателях А. Наиболее доступным источником топлива является реактивное топливо, которое дешевле авиационного газа и может работать в авиационных дизельных двигателях. Continental Motors усердно работает над созданием четырехцилиндрового дизельного двигателя TD300 с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом мощностью 230 л. Конструкция будет иметь прямой привод без коробки передач, что позволит снизить вес и повысить надежность. Межремонтный ресурс составит 2000 часов, как и у его бензиновых двигателей.

Однако у дизелей есть некоторые недостатки. Помимо того, что они весят больше, они также более дороги в строительстве. Одна только система подачи топлива на порядок дороже, чем системы впрыска топлива для бензиновых поршневых двигателей, по той причине, что дизельные топливные системы должны работать при гораздо более высоком давлении, чтобы вызвать распыление топлива для чистого сгорания.

«Мы хотели бы, чтобы это было дешевле, но, к сожалению, дизельные двигатели более сложны, и это увеличивает цену», — сказал Кит Чаттен, руководитель отдела инженерных разработок Continental. «Хорошая новость заключается в том, что расход топлива дизельного двигателя составляет около девяти галлонов в час, что почти вдвое меньше, чем у сопоставимого поршневого двигателя».

Производство TD300 планируется запустить к концу этого или началу следующего года, сказал Майк Гиффорд, директор заводских служб Continental. Ни о каких OEM-клиентах не сообщается, но Гиффорд сказал, что переговоры с клиентами находятся на продвинутой стадии. Он сообщил, что помимо четырехцилиндрового дизеля Continental также работает над двумя шестицилиндровыми версиями, первой из которых является TD450 с ожидаемой номинальной мощностью в диапазоне 300 лошадиных сил.

Гиффорд также отметил, что TD300 будет системой прямого привода без редуктора, что снижает вес и повышает производительность. Эта технологическая необходимость задела многих владельцев Diamond DA42, когда они узнали, что им нужно будет проверять (и, возможно, заменять) коробки передач в своих дизельных двигателях Thielert каждые 300 часов. После того, как Thielert обанкротился, Даймонд сформировал Austro Engine, чтобы построить новый аэродизельный двигатель, чтобы заменить проблемную линейку Centurion Тилерта. Поскольку он работает на тех же оборотах, что и Thielert, Austro AE300 имеет понижающую коробку передач, но набор шестерен имеет улучшенную конструкцию и имеет межремонтный ресурс 1800 часов. Сообщается, что характеристики топлива для двигателя Austro на 20 процентов лучше, чем у линейки Centurion, и это утверждение согласуется с характеристиками двигателя в экономичном автомобиле Mercedes A-класса, который расходует до 56 миль на галлон на шоссе.

Это не означает, что бензиновые поршневые двигатели исчезнут. Ясно то, что дни авиационного бензина 100LL становятся короче, и его место должны занять альтернативы для удовлетворения потребностей авиации общего назначения, которая включает около 225 000 самолетов с поршневым двигателем только в Соединенных Штатах. Учитывая инновации, которых производители двигателей достигли за десятилетия, прошедшие после триумфа авангарда Чарли Тейлора, нет особых причин сомневаться в том, что будущее разработки поршневых самолетов будет столь же ярким, как и его легендарное прошлое.

По сравнению с автомобильными или мотоциклетными двигателями авиационные поршневые двигатели просты и, по мнению некоторых, грубы. Тем не менее, пока вы учитесь летать, этот трясущийся старый шумодав перед брандмауэром таит в себе как тайну, так и ожидание. Что там происходит? Будет ли он продолжать работать, пока я пересекаю эту линию хребта?

Вы, вероятно, много слышали о том, что авиационные двигатели стоят на одну ступеньку выше по пищевой цепочке, чем обычные газонокосилки или садовые тракторы, и в самом грубом упрощении это правда. Силовые установки самолетов, за исключением нескольких повстанцев, представляют собой упрощенные, с воздушным охлаждением, горизонтально-оппозитные, четырехтактные устройства внутреннего сгорания с низкими рабочими скоростями и малой удельной мощностью. Если бы вам нужно было описать автомобильный эквивалент, наиболее близкий к среднему авиационному, вам пришлось бы указать на почтенный двигатель Volkswagen Beetle.

Как и в случае с Народным автомобилем, в подавляющем большинстве эксплуатируемых сегодня поршневых авиационных двигателей используется цикл Отто, изобретенный Николаусом Августом Отто в 1876 году. Эти двигатели, также называемые четырехтактными или четырехтактными, содержат цилиндр, в который встроен поршень; поршень воздействует на коленчатый вал через шатун. Коленчатый вал, который в большинстве случаев применения в самолетах крепится болтами непосредственно к пропеллеру, преобразует линейные движения поршня (взад и вперед) во вращательную работу.

В схеме цикла Отто есть четыре различных цикла, различающихся ходами поршня внутри цилиндра. При первом такте поршень движется вниз, втягивая топливо и воздух через кошмар домовладельца, связанный с водопроводом, в камеру сгорания внутри цилиндра. При втором такте поршень поднимается в отверстии, сжимая эту смесь. Топливо в чистом виде не отличается особой летучестью — то есть не воспламеняется при малейшей провокации. Но сжатый, он будет. Типичные авиационные двигатели пытаются сжать эту топливно-воздушную смесь в 6,5–8,5 раза; это называется степенью сжатия. Степень сжатия фактически измеряется путем определения объема всего цилиндра с поршнем в нижней мертвой точке хода (нижней мертвой точке) к объему с поршнем в верхней мертвой точке хода (верхней мертвой точке). Суммарный объем всех цилиндров, измеренный в НМТ, называется рабочим объемом. Итак, 1,6-литровый двигатель в вашем автомобиле имеет рабочий объем 1,6 литра (около 96 кубических дюймов), а Lycoming O-235 имеет водоизмещение около 235 кубических дюймов.

После того, как поршень сжал смесь, свеча зажигания (или две в авиации) поджигает смесь. Возникающий в результате взрыв толкает поршень к НМТ и называется рабочим тактом. В последнем полете вверх в канале ствола поршень выталкивает отработавшие газы через выхлопную систему в небо.

Движение впускных и выпускных газов в цилиндр и из цилиндра управляется клапанами в форме тюльпана, расположенными в верхней части головки цилиндров. Клапаны, в свою очередь, активируются короткими коромыслами через длинные толкатели (вы найдете их над коленчатым валом на большинстве Lycoming и ниже на Continental). Распределительный вал, представляющий собой стальной стержень с яйцевидными выступами по всей длине, приводит в действие толкатели через подъемники размером с пленку (или гидравлические регуляторы зазора) в корпусе двигателя, непосредственно прилегающие к распределительному валу и коромыслам на конце толкателей со стороны клапана. .

Чтобы лучше понять компоновку оборудования, давайте посмотрим на Lycoming O-235, который используется в Cessna 152; другие распространенные типы, такие как Continental O-200 в Cessna 150 и другие версии силовых установок обеих марок, имеют одинаковую базовую компоновку. Между прочим, эти номера моделей что-то значат. O означает противопоставление; ряды цилиндров расположены под углом 180 градусов друг к другу или плоские, как у двигателя Жука. (Умные инженеры иногда называют эти V-образные двигатели на 180 градусов, но что они знают?) Следующее число — это общий рабочий объем двигателя в кубических дюймах, округленный до ближайшего 0 или 5. Буква I в префиксе обозначает впрыск топлива. Для Continental приставка TS означает «с турбонаддувом» или «с турбонаддувом», а для Lycoming вы найдете приставку T. Наличие буквы G в префиксе указывает на редукторный двигатель, в котором гребной винт вращается медленнее, чем сам двигатель; Однако подавляющее большинство популярных двигателей имеют прямой привод. Эти префиксы являются аддитивными, поэтому GTSIO-520 представляет собой редукторный, турбированный, инжекторный, оппозитный двигатель объемом 520 кубических дюймов. Суффиксы смещения обозначают вариации типа. Например, Lycoming O-235-C2A — это версия двигателя мощностью 115 л. с., а O-235-F2A — на 10 л.с. больше.

Вот вам и цифры. Проще говоря, двигатель внутреннего сгорания вырабатывает энергию за счет преобразования тепла в движение. Тепло исходит от сжигания топлива (в сочетании с большим количеством воздуха, как правило, в соотношении 15:1). Поскольку они имеют воздушное охлаждение, в цилиндрах используются тонкие ребра — в отличие от Cadillac 1959 года — чтобы способствовать передаче тепла, выделяемого в процессе сгорания, воздушному потоку, направляемому вокруг них кожухом и металлическими перегородками вокруг цилиндров.

Если вы сравните двигатель среднего самолета с новейшими автомобилями из Германии, Японии или Детройта, вы будете сильно разочарованы. Вы не найдете высокотехнологичного электронного впрыска топлива, верхних распределительных валов, стратосферных скоростей или приятной для инженеров высокой удельной мощности. Но двигатели рассчитаны на длительную работу на максимальной номинальной мощности; 2000 часов в автомобиле — это 110 000 миль, и автомобиль потребляет в среднем около 20 процентов мощности. Подумайте об этом, пересекая следующую линию хребта во время поездки по пересеченной местности.

Основными основными компонентами поршневого двигателя являются картер, цилиндры, поршни, шатуны, клапаны, механизм управления клапанами и коленчатый вал. В головке каждого цилиндра находятся клапаны и свечи зажигания. Один из клапанов находится в проходе, ведущем от системы впуска; другой находится в проходе, ведущем к выхлопной системе. Внутри каждого цилиндра находится подвижный поршень, соединенный с коленчатым валом шатуном. На рис. 1 показаны основные части поршневого двигателя.

Рисунок 1. Основные части поршневого двигателя

Основание двигателя. Он содержит подшипники и подшипниковые опоры, в которых вращается коленчатый вал. Картер должен не только поддерживать сам себя, но и обеспечивать герметичность для смазочного масла, а также поддерживать различные внешние и внутренние механизмы двигателя. Он также обеспечивает поддержку для крепления узлов цилиндров и силовой установки к самолету. Он должен быть достаточно жестким и прочным, чтобы предотвратить перекос коленчатого вала и его подшипников. Литой или кованый алюминиевый сплав обычно используется для изготовления картера, потому что он легкий и прочный.

Картер подвергается различным механическим нагрузкам и другим воздействиям. Поскольку цилиндры прикреплены к картеру, огромные силы, воздействующие на цилиндр, стремятся оторвать цилиндр от картера. Неуравновешенные центробежные силы и силы инерции коленчатого вала, действующие через коренные подшипники, подвергают картер изгибающим моментам, которые непрерывно изменяются по направлению и величине. Картер должен иметь достаточную жесткость, чтобы выдерживать эти изгибающие моменты без значительных прогибов. [Рисунок 2]

Рис. 2. Картер

Если двигатель оснащен редуктором гребного винта, передняя или ведущая части подвергаются дополнительным нагрузкам. В дополнение к силам тяги, развиваемым воздушным винтом при большой выходной мощности, на картер действуют значительные центробежные и гироскопические силы из-за внезапных изменений направления полета, например, возникающих при маневрах самолета. Гироскопические силы особенно велики, когда установлен тяжелый винт. Для поглощения центробежных нагрузок в носовой части используется большой центробежный подшипник.

Форма носовой части или передней части картера значительно различается. Как правило, он либо конусообразный, либо круглый. В зависимости от типа поршневого двигателя носовая или передняя часть картера несколько различается. Если гребной винт приводится в движение непосредственно коленчатым валом, для этого компонента двигателя требуется меньшая площадь. Картеры, используемые в двигателях с оппозитным или рядным расположением цилиндров, различаются по форме для разных типов двигателей, но в целом они имеют приблизительно цилиндрическую форму. Одна или несколько сторон имеют поверхность, которая служит основанием, к которому цилиндры крепятся с помощью винтов с головкой под ключ, болтов или шпилек. Эти точно обработанные поверхности часто называют колодками цилиндров.

Если гребной винт приводится в действие с помощью редуктора (шестерни, которые замедляют скорость гребного винта меньше, чем двигатель), требуется больше площади для размещения редукторов. Коническая носовая часть довольно часто используется на маломощных двигателях с прямым приводом, поскольку для размещения редукторов винта не требуется дополнительного места. Носовые части картера обычно отливают либо из алюминиевого сплава, либо из магниевого сплава. Носовая часть картера двигателей мощностью от 1000 до 2500 л.с. обычно больше для размещения редукторов и иногда ребристая для придания максимальной прочности.

Регулятор используется для управления скоростью вращения винта и углом наклона лопасти. Крепление регулятора гребного винта различается. На некоторых двигателях он расположен в задней части, хотя это усложняет установку, особенно если гребной винт приводится в действие или управляется давлением масла, из-за расстояния между регулятором и гребным винтом. Там, где используются гребные винты с гидравлическим приводом, рекомендуется устанавливать регулятор на носовой части как можно ближе к гребному винту, чтобы уменьшить длину масляных каналов. Затем регулятор приводится в действие либо зубьями шестерни на периферии угловой шестерни, либо каким-либо другим подходящим способом. Эта базовая компоновка также используется для турбовинтовых двигателей.

На некоторых крупных радиальных двигателях в нижней части носовой части расположена небольшая камера для сбора масла. Это называется масляным поддоном носовой части. Поскольку носовая часть передает на основной картер или силовую часть множество различных сил, ее необходимо правильно закрепить, чтобы эффективно передавать нагрузки.

Механически обработанные поверхности, на которые устанавливаются цилиндры, называются колодками цилиндров. Они снабжены подходящими средствами удержания или крепления цилиндров к картеру. Общей практикой крепления фланца цилиндра к колодке является установка шпилек в резьбовые отверстия в картере. Внутренняя часть прокладок цилиндра иногда имеет фаску или конусность, чтобы можно было установить большое резиновое уплотнительное кольцо вокруг юбки цилиндра, которое эффективно герметизирует соединение между цилиндром и прокладками картера от утечки масла.

Поскольку масло обтекает картер, особенно на перевернутых рядных и радиальных двигателях, юбки цилиндров заходят на значительное расстояние в секции картера, чтобы уменьшить поток масла в перевернутые цилиндры. Поршень и кольца в сборе должны быть расположены так, чтобы они выбрасывали брызги масла прямо в них.

Монтажные проушины расположены на расстоянии друг от друга по периферии задней части картера или секции диффузора радиального двигателя. Они используются для крепления узла двигателя к мотораме или каркасу, предназначенному для крепления силовой установки к фюзеляжу однодвигательного самолета или к конструкции гондолы крыла многодвигательного самолета. Крепежные проушины могут быть как цельными с картером или секцией диффузора, так и съемными, как в случае гибких или динамических опор двигателя.

Крепление поддерживает всю силовую установку, включая винт, и поэтому обеспечивает достаточную прочность для быстрых маневров или других нагрузок. Из-за удлинения и сжатия цилиндров впускные трубы, по которым смесь поступает из камеры диффузора через отверстия впускных клапанов, устроены так, чтобы обеспечить скользящее соединение, которое должно быть герметичным. Атмосферное давление снаружи корпуса двигателя без наддува выше, чем внутри, особенно когда двигатель работает на холостом ходу. Если двигатель оснащен нагнетателем и работает на полном газу, внутри картера давление значительно выше, чем снаружи. Если соединение шлицевого соединения имеет небольшую утечку, двигатель может работать на холостом ходу из-за небольшого обеднения смеси. Если утечка довольно большая, он может вообще не работать на холостом ходу. При открытой дроссельной заслонке небольшая утечка, вероятно, не будет заметна при работе двигателя, но незначительное обеднение топливно-воздушной смеси может вызвать детонацию или повреждение клапанов и седел клапанов. На некоторых радиальных двигателях впускная труба имеет значительную длину, а на некоторых рядных двигателях впускная труба расположена под прямым углом к цилиндрам. В этих случаях гибкость впускной трубы или ее расположение устраняют необходимость в скользящем соединении. В любом случае система впуска двигателя должна быть устроена так, чтобы она не пропускала воздух и не изменяла требуемое соотношение топливо/воздух.
Вспомогательная секция
Вспомогательная (задняя) секция обычно имеет литую конструкцию и может быть изготовлена либо из алюминиевого сплава, который используется наиболее широко, либо из магниевого сплава, который использовался в некоторой степени. На некоторых двигателях он отлит как единое целое и снабжен средствами для установки аксессуаров, таких как магнето, карбюраторы, топливные, масляные, вакуумные насосы, стартер, генератор, привод тахометра и т. д., в различных местах, необходимых для облегчения доступа. . Другие приспособления состоят из отливки из алюминиевого сплава и отдельной литой крышки из магниевого сплава, на которой расположены крепления для принадлежностей. Приводные валы вспомогательных агрегатов монтируются в подходящих узлах привода, которые выполняются на монтажных площадках вспомогательных агрегатов. Таким образом, различные передаточные числа могут быть установлены для обеспечения надлежащей скорости привода магнето, насосов и других аксессуаров для обеспечения правильной синхронизации или функционирования.
Вспомогательные зубчатые передачи
Зубчатые передачи, содержащие как прямозубые, так и конические шестерни, используются в различных типах двигателей для привода компонентов двигателя и вспомогательного оборудования. Цилиндрические зубчатые колеса обычно используются для привода более тяжело нагруженных аксессуаров или тех, которые требуют наименьшего люфта или люфта в зубчатой передаче. Конические шестерни допускают угловое расположение коротких коротких валов, ведущих к различным монтажным площадкам для аксессуаров. На оппозитных поршневых двигателях вспомогательные зубчатые передачи обычно представляют собой простые устройства. Многие из этих двигателей используют простые зубчатые передачи для приведения в движение вспомогательных агрегатов двигателя с надлежащей скоростью.
СВЯЗАННЫЕ СООБЩЕНИЯ
Возможный путь к гибридным электромобилям – Центр исследования горения
Команда Sandia исследует новый путь к гибридным электромобилям: двигатель со свободным поршнем. Названный так потому, что поршень механически не связан с другими системами двигателя, такими как коленчатый вал, двигатель со свободным поршнем может обеспечить большую эффективность, чем его обычные дизельные и бензиновые аналоги. Работая на водороде из возобновляемых источников, он также может однажды дебютировать с нулевым выбросом углерода, заменив бензиновый двигатель в гибридных электромобилях. В качестве дополнительного преимущества свободнопоршневой двигатель может использовать значительный опыт и инфраструктуру, созданную для двигателя внутреннего сгорания.
При спонсорской поддержке Управления транспортных технологий Министерства энергетики США команда Sandia, состоящая из Терри Джонсона, Майка Лейка и Йона Перраса (сейчас на пенсии), исследовала все еще развивающуюся технологию, создав и испытав свободнопоршневой двигатель. Результаты дают ценную информацию другим разработчикам, особенно партнерам по проекту, GM и Мичиганскому университету, которые использовали данные Sandia для калибровки модели конструкции свободнопоршневого двигателя.
Двигатель Sandia
Конструкция двигателя Sandia, разработанная отставным Сэндианом Питером Ван Блариганом, предусматривала сгорание с воспламенением от компрессии гомогенного заряда (HCCI), высокоэффективную технологию, которая сжимает смесь топлива и воздуха до точки самовоспламенения, устраняя необходимость для свечи зажигания.
Приводимые в движение друг к другу системой отражательной камеры, два противоположных поршня создают сжатие, необходимое для самовоспламенения топлива в центральной камере сгорания.
Конструкторы также выбрали противоположную конфигурацию поршня; также распространены однопоршневые конструкции. «В конструкции с противоположными поршнями два поршня движутся навстречу друг другу внутри цилиндра, куда впрыскивается топливо, создавая достаточно высокое давление и температуру, чтобы вызвать самовоспламенение», — пояснил Терри. «Взрыв отталкивает поршни друг от друга к пневматическим камерам отскока, которые затем сталкивают поршни вместе, чтобы начать цикл заново». Механическая энергия двигателя преобразуется в электрическую с помощью линейных генераторов переменного тока, состоящих из намагниченных поршней и обмоток, окружающих цилиндр.
Испытания прототипа, начавшиеся в 2012 году, были направлены на демонстрацию высокой эффективности свободнопоршневого двигателя и низкого уровня выбросов. Другая цель состояла в том, чтобы показать, что этот тип двигателя можно построить относительно просто, без каких-либо механических сложностей.
Демонстрация потенциальной эффективности
Команда обнаружила, что прототип может достичь эффективности, близкой к 30%, что выгодно отличается от эффективности 25%, ожидаемой для обычных дизельных или бензиновых двигателей, соединенных с генератором/генератором переменного тока. Терри объяснил, что результаты эффективности представляли собой смесь двух разных видов эффективности: тепловой эффективности, меры работы, производимой при сжигании топлива, и механической эффективности (которая включает эффективность генератора переменного тока), меры того, насколько хорошо произведенная работа преобразуется. к электрической энергии.
В то время как тепловой КПД был очень высоким, более 55%, механический КПД был ниже. Терри сказал, что эти результаты помогли команде точно определить источники потери эффективности. «Мы знали, что линейный генератор переменного тока, хотя и изготовленный по индивидуальному заказу, не был оптимизирован для нашей конструкции. Мы также поняли, что трение приводит к значительным потерям».
Эта информация будет полезна другим дизайнерам. «В автомобильной промышленности уже есть действительно хорошие решения для снижения трения, а Питер и его команда уже разработали концептуальный дизайн гораздо более эффективных генераторов переменного тока», — сказал Терри. «Итак, мы смоделировали дизайнерские решения, но решили не акцентировать внимание на этих направлениях. Нашей целью было тщательно протестировать и понять прототип».
Выбросы все еще неясны
В общем, выбросы от сжигания HCCI представляют собой смешанный пакет. Работая на обычном топливе, HCCI генерирует чрезвычайно низкий уровень выбросов оксидов азота (NOX), но относительно высокий уровень выбросов углеводородов и монооксида углерода. Однако при использовании водородного топлива выбросы NOX могут стать проблемой, которую, как показали исследования, можно решить с помощью технических средств.
Однако в этой области данные команды были неубедительными, объяснил Терри. «К сожалению, нам не удалось запустить двигатель достаточно долго, чтобы получить надежные данные о выбросах. Опять же, с таким новым дизайном вы не всегда можете быть уверены, что найдете. Однако это то, что мы хотели бы изучить подробнее».
Все просто
Часть процесса проектирования заключалась в определении оптимального метода обеспечения синхронного движения двух поршней, поскольку любая разница во времени между поршнями вызывает нежелательную вибрацию. В большинстве противоположных конструкций поршней используется механическая связь для синхронизации поршней. Стремясь к простоте, команда CRF изучила другой вариант: пассивную синхронизацию поршней с помощью электромагнитной силы, создаваемой линейными генераторами переменного тока.
Результаты группы показали, что пассивная синхронизация достижима, но, возможно, недостаточно надежна для практичного дизайна. Коммерческим системам, вероятно, потребуется использовать линейные генераторы переменного тока для активного управления синхронизацией поршня.
Взгляд в будущее
Всего было построено всего несколько современных свободнопоршневых двигателей. Правительство Германии профинансировало разработку однопоршневого двигателя, а Toyota R&D также имеет демонстрационный двигатель, который работал несколько часов подряд.
«Создав и испытав конструкцию с противоположно расположенными поршнями, Sandia укрепила доверие к этой концепции, и наши данные привлекают внимание всего мира», — сказал Терри. «Помимо демонстрации потенциала высокой эффективности, наша конструкция точно определила области, на которых следует сосредоточиться для достижения высокой эффективности, которую может предложить свободнопоршневой двигатель».
Десять самых больших лжи о поршневых авиационных двигателях
Ложь №1:

Двигатели Lycoming лучше, чем двигатели Continental.
(Или наоборот.)
Свой первый самолет я купил 30 лет назад. Это была Cessna 182 с двигателем Continental O-470-R. С тех пор у меня было несколько самолетов, и каждый из них — по совершенно случайному совпадению — был оснащен двигателем Continental большого диаметра. Мои двигатели всегда проходили капитальный ремонт и были относительно безотказны. Так что неудивительно, что я являюсь фанатом двигателей TCM.
Столь же неудивительно, что по крайней мере половина пилотов и владельцев самолетов, которых я встречаю, являются фанатиками. Они дерзко заявляют: «У меня никогда не было бы самолета с двигателем Continental!» Если вы спросите, почему, они расскажут вам серию анекдотических эпизодов о том, как их Turbo Saratoga с двигателем Lycoming проработал 1000 часов после межремонтного пробега, в то время как их лучшему другу пришлось снести заводской ремонт TCM на своем Mooney 231 или Beech B36TC после всего 475 часов.
Давайте внесем ясность. Двигатели Lycoming и TCM имеют очень похожую конструкцию, в них используются очень похожие технологии и металлургия. Оба представляют собой горизонтально-оппозитные конструкции с воздушным охлаждением, алюминиевыми половинками корпуса, скрепленными болтами, и цилиндрами с болтовым креплением, алюминиевые головки, отлитые в песчаную форму, привинчены к стволам из азотированной стали. Оба используют системы зажигания с двойным магнето с фиксированной синхронизацией и клапанные механизмы с верхними коромыслами, полыми толкателями с кожухами и гидравлическими толкателями клапанов. Оба используют одинаковые степени сжатия, одинаковые красные линии оборотов и одинаковые отношения мощности к рабочему объему. Оба имеют сопоставимые показатели надежности и долговечности.
Некоторые проблемы возникают чаще у той или иной марки. У Continental гораздо больше трещин в картере, отслоения головки от цилиндра и проблем с преждевременным износом направляющих клапанов, чем у Lycoming. С другой стороны, Лайкоминги гораздо чаще Континенталей страдают заеданием и поломкой клапанов, выкрашиванием кулачков и толкателей.
Некоторые модели TCM и Lycoming имеют лучший послужной список, чем другие модели TCM и Lycoming. Например, серия TCM TSIO-360 (используемая в Mooneys, Skymasters и других самолетах), как правило, более хлопотная и требующая больших затрат на техническое обслуживание, чем другие модели Continental. Точно так же двигатель Lycoming O-320-h3AD имел печальную историю проблем с распредвалом и подъемником при нерегулярных полетах и эксплуатации в холодном климате.
Но хотя определенные модели TCM и Lycoming подвержены проблемам, просто неправильно делать общее утверждение о том, что двигатели одного производителя более надежны, чем двигатели другого. Это не так.
Ложь №2:

Двигатели с турбонаддувом неудобны, неэффективны и дороги.
Когда я учился летать на Восточном побережье тридцать с лишним лет назад, турбонаддув был ругательством. Все говорили, что турбины дороги, неэффективны, требуют интенсивного обслуживания и проблем; это сокращает TBO и резко увеличивает эксплуатационные расходы, и не имеет смысла, если вы не живете в горах. Или так все говорили.
Что ж, все ошибались. Я владел, эксплуатировал и обслуживал твинЦессну с турбонаддувом в течение последних одиннадцати лет. Это оказался самый надежный самолет, который у меня когда-либо был: надежный, эффективный и почти полностью безотказный. Оба двигателя проработали 500 часов после межремонтного пробега, ни разу не отключив цилиндр, и когда они наконец были доработаны, они оказались в отличной форме.
Большинство аргументов против турбонаддува, которые вы слышите, — чепуха. Возьмем, к примеру, утверждение, что двигатели с турбонаддувом неэффективны. Это правда, что большинство двигателей с турбонаддувом имеют более низкую степень сжатия, чем их аналоги без наддува (обычно 6,5: 1 против 7,5: 1), и что турбо будет сжигать немного больше топлива при любой заданной мощности. Но удельный расход топлива — это только часть истории. Другая часть заключается в том, что планеры гораздо более эффективны на больших высотах, которые позволяет турбонаддув.
Например, набирая высоту с 6000 футов до 12 000 футов и снижая мощность с 75% до 65%, мой Turbo 310 может летать на 5 узлов быстрее, чем 310 без наддува, и делать это при меньшем расходе топлива. Если я захочу использовать кислород и подняться на FL200, я смогу превзойти 310 без турбонаддува на 25 узлов без потери расхода топлива. Самолет без наддува более эффективен, чем турбо, только если вы заставляете оба самолета летать на одной и той же малой высоте, а это бессмысленное сравнение.
Как насчет заявления о том, что двигатели с турбонаддувом намного дороже в эксплуатации и обслуживании? Это правда, что турбодвигатели более уязвимы для злоупотреблений в руках неуклюжего пилота. Если ваш самолет используется для обучения или сдачи в аренду и на нем летает много пилотов, вам, вероятно, не нужен турбодвигатель. Но исключая такое злоупотребление, мой анализ наихудшего случая показывает, что двигатель с турбонаддувом мощностью 300 л.с. должен стоить не более чем на 10 долларов в час больше, чем его обычный брат. Если учесть, что самолеты с такими двигателями — «Бонанза», «Центурион», «Саратога» и т. д. — обычно стоят от 100 до 150 долларов в час в полете, вы можете увидеть, что разница ничтожна. 0023
Ложь №3:

Современное многовязкое масло обеспечивает превосходную смазку и более длительный срок службы двигателя, чем старомодное одновязкое масло.
В течение 70-х и 80-х годов произошел резкий переход от масел с одной вязкостью к маслам с разной вязкостью среди эксплуатантов самолетов авиации общего назначения… в значительной степени благодаря очень эффективным рекламным кампаниям Shell и Mobil, которые рекламировали их многоцелевые продукты (Aeroshell 15W50). и Mobil AV 1) как величайшее авиационное новшество со времен носового колеса.
За тот же 20-летний период резко увеличилось количество преждевременных проблем с двигателем в самолетах G.A. флот. Это не было совпадением.
В отличие от «рабочих самолетов», которые летают почти каждый день, большинство частных самолетов проводят большую часть своей жизни в колодках. Самый большой враг их двигателей — не неадекватная смазка. Это ржавчина.
Многоцелевое масло просто не обеспечивает столь же эффективной защиты от ржавчины, как однокомпонентное масло. Определяющая характеристика мультивязкого масла — тот факт, что оно не загустевает при низких температурах, — делает его паршивым ингибитором коррозии. В периоды неиспользования многоцелевое масло снимается со стенок цилиндров и кулачков гораздо легче, чем густое одновязкое масло, оставляя эти детали уязвимыми для коррозии с последующим растрескиванием и, в конечном итоге, разрушением.
А как насчет превосходных смазывающих свойств многоцелевого масла? В основном койка!
Получается, что многоцелевое масло , а не лучше, чем односегментное масло. На самом деле оно немного хуже. Причина в том, что многовязкое масло получают, начиная с тонкой, одновязкой нефти и добавляя искусственные полимеры, называемые «улучшителями индекса вязкости», которые увеличивают вязкость при повышении температуры. Однако такие улучшители вязкости не являются смазками, и их добавление фактически вытесняет определенное количество базового компонента смазки (порядка 10%). Другими словами, в литре одновязкого масла содержится больше «масла», чем в литре многоцелевого масла.
В этом нет ничего страшного, так как потребность в смазке большинства поршневых авиационных двигателей довольно скромна (по сравнению, например, с автомобильными двигателями). Что важно, так это тот факт, что однокомпонентное масло лучше защищает двигатели от ржавчины в период простоя. Вот почему мы уже давно рекомендуем однокомпонентное масло для любого двигателя, который не летает хотя бы раз в неделю.
К счастью, после двух десятилетий мании мультивиза теперь выясняется, что все больше и больше Г.А. операторы начинают осознавать недостатки многовязкого масла и возвращаются к одновязкому. Все большее число мастерских по капитальному ремонту в настоящее время рекомендуют использование одновязкого масла.
Ложь № 4:

Если вы не можете летать регулярно, по крайней мере, переворачивайте винт вручную каждую неделю или две, чтобы перераспределить масло.
Вот уж действительно дурацкая идея! Интересно, кто первым это придумал?
Двигатели, которые не летают регулярно, подвержены ржавчине, потому что масляная пленка, защищающая их стальные детали от коррозии, начинает сдираться через неделю или две. Виновником является гравитация — масло течет сверху вниз — поэтому зонами наибольшего риска являются верхние части отверстий цилиндров, верхние части кулачков и так далее.
Теперь предположим, что вы переворачиваете реквизит вручную. Это «перераспределяет нефть»? Конечно, да! Он соскребает масло с верхней части цилиндров и ускоряет его движение вниз по склону. То же самое относится к кулачкам и подъемникам.
Теперь я прекрасно понимаю, что по крайней мере один из производителей двигателей рекомендует периодически переворачивать винт вручную в своих рекомендациях по «летательному хранению». Однако я по-прежнему утверждаю, что единственный способ восполнить защитную масляную пленку — это энергично облить большим количеством масла внутренности вашего двигателя. И единственный способ сделать это — запустить двигатель на высоких оборотах… желательно, управляя прикрепленным к нему самолетом. Просто перевернуть опору вручную не получится.
Ложь №5:

Чем меньше масла сжигает двигатель, тем лучше.
Несколько владельцев самолетов собираются за кружкой пива, и разговор неизбежно переходит к потреблению масла. «Я использую только кварту за 30 часов», — скажет один. «Это ничего, — хвастается другой владелец, — мне не нужно доливать масло между 50-часовыми заменами масла!» Владельцы, хвастающиеся этим, вероятно, не понимают, что они, вероятно, не доберутся до TBO без дорогостоящего среднесрочного капитального ремонта! Оказывается, сверхнизкий расход масла часто является плохим предзнаменованием, когда речь идет о долговечности цилиндров.
Для того, чтобы цилиндр прошел капитальный ремонт, он должен быть защищен от трения металла о металл поршневыми кольцами. Эта защита исходит от масляной пленки, покрывающей корпус цилиндра и вызывающей «аквапланирование» колец вместо того, чтобы царапать ствол.
Теперь, если ствол цилиндра надлежащим образом покрыт маслом, часть этого масла неизбежно сгорит в процессе сгорания. Вот почему определенное количество масла является совершенно нормальным.
Сверхнизкий расход масла указывает на одно из двух: либо масляная пленка слишком тонкая, либо масло не достигает критических верхних частей стенок цилиндра, где компрессионные кольца меняют направление вращения в верхней мертвой точке (т. называется «кольцевая степь»). Без надлежащей смазки существует высокий риск контакта металла с металлом между компрессионными кольцами и стенкой цилиндра.
Опыт показывает, что расход масла менее одной кварты за 20 часов может не сулить ничего хорошего в отношении длительного срока службы цилиндра. Становится вероятным износ ствола в районе кольцевой ступени, что приводит к быстрому ухудшению компрессии и ускорению расхода масла на 500-1000 часов.
Несмотря на то, что низкий расход масла всегда считался признаком плотного, хорошо обкатанного двигателя, есть веские доказательства того, что литр масла за 30 или 40 часов может оказаться слишком большим плюсом.
Ложь №6:

Чем ниже температура моторного масла и головки блока цилиндров, тем лучше.
Получается, что понятие «чем холоднее, тем лучше» не совсем верно. Чрезмерно высокие температуры вредны для двигателя, но и низкие температуры тоже не помеха.
Измерьте температуру масла. Большинство наших самолетов имеют датчики температуры масла, которые имеют зеленую дугу, работающую от 75F до 240F, с красной линией на 240F. Теперь 240F намного горячее, чем мы хотели бы видеть. Имейте в виду, что датчик температуры масла обычно находится в том месте масляной системы, где масло наиболее холодное, часто рядом с выпускным отверстием масляного радиатора. Таким образом, если датчик показывает 240F, масло, вероятно, приближается к 280F в самой горячей точке контура двигателя. Этого достаточно, чтобы масло на нефтяной основе окислялось и разлагалось ускоренными темпами. Нам либо приходится снижать температуру масла, либо менять масло очень часто.
С другой стороны, температура масла ниже 170F или около того на манометре представляет собой другую проблему… а именно, что масло, вероятно, не достигает точки кипения воды в самой горячей точке своего пути. Почему это важно? Каждый раз, когда мы глушим двигатель, в охлаждающем двигателе конденсируется сгусток воды, который стекает в маслосборник. Если мы не избавимся от этой воды в следующий раз, когда будем летать, внутри двигателя будет накапливаться вода. Эта вода будет смешиваться с побочными продуктами сгорания серы и азота с образованием серной и азотной кислоты. И это начнет разъедать внутренности нашего двигателя. Решение состоит в том, чтобы убедиться, что масло достаточно нагрето для выкипания захваченной воды, чтобы образующийся пар безвредно выходил из сапуна.
Температура масла от 180F до 200F на манометре достаточно высока, чтобы избавиться от этой воды, но достаточно холодна, чтобы не ускорить разложение масла. Так что это идеальное место, где мы хотели бы видеть наш датчик температуры масла в полете.
Как насчет температуры головки блока цилиндров? Датчик CHT на TCMengine обычно имеет зеленую дугу от 200F до 460F с красной линией на 460F. У Lycomings вообще есть красная линия CHT 500F. Еще раз, красная линия CHT слишком горяча для оптимального срока службы двигателя. При таких температурах алюминиевые головки цилиндров подвержены растрескиванию, а направляющие выпускных клапанов подвержены ускоренному износу.
С другой стороны, CHT ниже 300F создают еще одну проблему: загрязнение свинцом. Наши двигатели работают на авиационном газе, содержащем большое количество тетраэтилсвинца (TEL). Даже так называемый «100LL» содержит достаточно TEL, чтобы EPA не спал ночью. Целью TEL является повышение октанового числа (детонационной стойкости) топлива. К сожалению, он также может вызывать отложения свинца в двигателе, особенно на электродах свечей зажигания и в канавках поршневых колец.
Чтобы предотвратить такое загрязнение свинцом, авиационный газ содержит «агент для удаления свинца», называемый дибромидом этилена, задачей которого является растворение избытка свинца и его безопасное выведение из выхлопной трубы. Однако дибромид этилена не выполняет свою работу по очистке, если только температура горения не является достаточно высокой. Вот почему проблемы со свинцовым загрязнением обычно возникают, когда CHT ниже 300F.
В идеале мы должны стараться поддерживать CHT в диапазоне от 350F до 400F, насколько это возможно. Это достаточно прохладно, чтобы головки цилиндров и направляющие клапанов были довольны, но достаточно жарко для эффективного удаления свинца.
Ложь № 7:

Агрессивный наклон приводит к прогоранию клапанов и детонации.
Страх перед красной ручкой — одна из самых пагубных областей дезинформации среди пилотов авиации общего назначения. Большинство пилотов большую часть времени работают на слишком высоких оборотах, и делают это из-за ошибочного убеждения, что наклон двигателя навредит их двигателю. В результате обычно возникают проблемы: загрязненные свечи зажигания, ускоренный износ направляющих выпускных клапанов и заедание выпускных клапанов.
Компания Lycoming уже давно разрешает использовать пиковую выработку выхлопных газов при любом крейсерском режиме до 75% мощности. TCM разрешает использовать режим обеднения EGT до 65%, а его последние рекомендации даже одобряют работу на обедненной смеси для многих двигателей большого диаметра, при условии, что двигатели будут работать плавно при работе на такой обедненной смеси.
Вопреки распространенному мнению, при агрессивном наклоне клапаны не прогорают. Большинство прогоревших клапанов являются результатом чрезмерного износа направляющих клапанов или загрязнения штока клапана.
Агрессивный наклон также не вызывает детонацию. Большинство наших двигателей неспособны к детонации на крейсерских режимах мощности, при условии, что мы не превышаем красную линию CHT или пытаемся сжечь загрязненное топливо. Кроме того, недавние тесты двигателей Lycoming, проведенные ASTM, показали этот удивительный результат: детонация, скорее всего, произойдет при настройке смеси на 11% богаче стехиометрической (т. е. значительно богаче, чем пиковая EGT).
Наклоняйтесь так агрессивно, как позволяет книга. Для Lycoming это означает пиковую выработку выхлопных газов при всех режимах мощности до 75%. Для континентальных автомобилей обедненная до пиковой EGT до 65%, 50F богатая до 75%. Для двигателей с турбонаддувом также ограничьте TIT до 1600F.
Наклон во время всех наземных операций, кроме запуска двигателя. Особенно важно наклоняться для руления и разгона. Так как EGT обычно зашкаливает на холостом ходу, лучший метод — ориентироваться на пиковые обороты на холостом ходу.
Ложь №8:

Плохо ездить на крейсерском режиме при высоком давлении в коллекторе и низких оборотах («квадрат»).
Старая поговорка о том, что скорость MP не должна превышать 100 оборотов в минуту, — чепуха! К счастью, этот, кажется, наконец приближается к заслуженной смерти после десятилетий принятия его как Евангелия бесчисленными благонамеренными пилотами.
TCM и Lycoming разрешают работу в крейсерском режиме с превышением площади от 1 до 3 дюймов для большинства двигателей без наддува и допускают превышение площади от 9 до 12 дюймов для большинства двигателей с турбонаддувом. Проверьте круизные карты в вашем POH или, что еще лучше, получите руководство по эксплуатации для вашего двигателя.
Работа на минимальных оборотах и максимальном MP (в пределах допустимого диапазона) на самом деле продлевает срок службы вашего двигателя. Работа на низких оборотах дает множество преимуществ: лучшее сжатие цилиндров, более низкие потери на трение, повышенный КПД гребного винта, более холодный ход клапанов, более низкие EGT и TIT, а также более тихая кабина.
Круиз на самых низких оборотах и максимальном MP, которые разрешены в книге для желаемого процента мощности. Обычно у вас есть несколько возможных комбинаций RPM/MP на меньших высотах в самолетах без наддува и практически на всех высотах в самолетах с турбонаддувом.
Ложь № 9:

Продолжение эксплуатации двигателя за пределами рекомендуемого производителем межремонтного пробега опасно, незаконно и может привести к аннулированию вашей страховки.
Фигня!
Прежде всего, важно понимать, что TBO — это актуарная цифра… лучшее предположение производителя о том, как долго типичный двигатель сможет работать, прежде чем потребуется капитальный ремонт. Некоторые двигатели не выдержат. Другие двигатели пройдут техническое обслуживание в отличном состоянии и обеспечат много сотен дополнительных часов надежной работы, прежде чем потребуется демонтаж.
Думайте об опубликованных TBO как об опубликованных показателях ожидаемой продолжительности жизни человека. Мы не ожидаем, что все люди доживут до этого возраста, а затем упадут. Одни умрут раньше времени, другие переживут своих детей. Конечно, мы не подвергаем произвольной эвтаназии людей, когда они достигают среднего возраста ожидания!
Опубликованное TBO не имеет юридического значения для большинства из нас, летающих по FAR Part91. Для коммерческих операторов, согласно Части 135, TBO теоретически является «обязательным», поскольку TCM и Lycoming публикуют свои показатели TBO в форме сервисного бюллетеня, а операторы по Части 135 обязаны соблюдать сервисные бюллетени. Однако оператор части 135 может обратиться к своему местному FSDO за расширением TBO, и такое расширение обычно предоставляется FAA. Например, одна компания, которая управляет огромным парком самолетов Cessna 402 (опубликовано, что межремонтный пробег составляет 1600 часов), имеет разрешение FAA на 2400 часов до капитального ремонта.
Вашу авиационную страховую компанию не волнует, прошел ли ваш двигатель техническое обслуживание. Ваша политика просто требует, чтобы ваш самолет и его пилот были легальными в соответствии с FAR. Как мы видели, опубликованный TBO не имеет юридических последствий для операторов Части 91. Операторы Part 135 должны получить разрешение FAA, прежде чем пролетать мимо TBO, но такое разрешение является обычным явлением.
Мы рекомендуем проводить капитальный ремонт двигателя по мере его утомления, а не через какое-то произвольное количество часов.
Ложь №10:

Заводской ремонт лучше, чем капитальный ремонт в полевых условиях, потому что только завод предлагает настоящий «нулевой» двигатель.
Хотя восстановленный на заводе двигатель действительно имеет бортовой журнал нулевого времени, а двигатель, прошедший капитальный ремонт в полевых условиях, — нет, это не по той причине, по которой вы можете подумать.
Когда ваш двигатель ремонтируют Mattituck, RAM, T.W. Смит, Виктор или кто-то еще, этот двигатель сохраняет большинство своих оригинальных деталей, а также серийный номер, табличку с техническими данными и журнал регистрации двигателя или другие записи о техническом обслуживании. Отремонтированный двигатель, который вы получаете обратно, по закону является тем же самым двигателем, который вы прислали, только очищенным и с большим количеством новых деталей.
С другой стороны, когда TCM или Lycoming получают от заказчика неисправный сердечник, этот двигатель теряет свою идентичность. Паспортная табличка снимается и уничтожается. Журналы регистрации тоже. Половинки ящиков очищаются, проверяются и добавляются к большой куче многоразовых половинок ящиков. Коленчатый вал очищают, проверяют и добавляют в большую стопку многоразовых шатунов. То же самое относится к распределительным валам, шатунам, вспомогательным шестерням и т. д. Эти многоразовые детали становятся «анонимными», поскольку они больше не связаны с каким-либо конкретным серийным номером двигателя.