Εμβολοφόρος κινητήρας αεροσκάφους: επισκόπηση, συσκευή και χαρακτηριστικά

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, από τα τέλη του 19ου αιώνα έως τα μέσα του 20ου αιώνα, ο κινητήρας των εμβόλων αεροσκαφών παρέμεινε ο μόνος κινητήρας που παρείχε πτήσεις αεροσκαφών. Και μόνο στη δεκαετία του σαράντα του περασμένου αιώνα, έδωσε τη θέση του σε κινητήρες με άλλες αρχές λειτουργίας - turbojet. Όμως, παρά το γεγονός ότι οι εμβολοφόροι κινητήρες έχουν χάσει τις θέσεις τους, δεν έχουν εξαφανιστεί από τη σκηνή.

Σύγχρονες εφαρμογές για παλινδρομικούς κινητήρες

Επί του παρόντος, οι εμβολοφόροι κινητήρες της αεροπορίας χρησιμοποιούνται κυρίως σε αθλητικά αεροσκάφη, καθώς και σε μικρά αεροσκάφη που κατασκευάζονται κατά παραγγελία. Ένας από τους κύριους λόγους που οι κινητήρες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται ελάχιστα είναι ότι ο λόγος της μοναδιαίας ισχύος προς τη μονάδα μάζας ενός εμβολοφόρου κινητήρα είναι σημαντικά μικρότερος σε σύγκριση με τους αεριοστρόβιλους. Όσον αφορά την ταχύτητα, οι εμβολοφόροι κινητήρες δεν μπορούν να ανταγωνιστούν άλλους κινητήρες που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία αεροσκαφών. Επιπλέον, η απόδοσή τους δεν υπερβαίνει τα 30%.

Τύποι εμβολοφόρων κινητήρων αεροσκαφών

Οι εμβολοφόροι κινητήρες αεροσκαφών διαφέρουν κυρίως ως προς τη σειρά των κυλίνδρων σε σχέση με τον στροφαλοφόρο άξονα. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει ένας αρκετά μεγάλος αριθμός διαφορετικών τύπων κινητήρων εμβόλου. Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα είναι τα ακόλουθα:

• Μηχανές σε σχήμα V;
• παλίνδρομος ακτινωτός κινητήρας όπου οι κύλινδροι είναι διατεταγμένοι σε σχήμα αστεριού;
• κινητήρας boxer, οι κύλινδροι του είναι εν σειρά.

V-κινητήρες

Είναι οι πιο διάσημοι και χρησιμοποιημένοι τύποι κινητήρων εσωτερικής καύσης στην αεροναυπηγική και όχι μόνο. Το όνομά τους συνδέεται με τη χαρακτηριστική διάταξη των κυλίνδρων σε σχέση με τον στροφαλοφόρο άξονα. Ταυτόχρονα, έχουν διαφορετικό επίπεδο κλίσης μεταξύ τους. Μπορεί να κυμαίνεται από 10 έως 120 μοίρες. Τέτοιοι κινητήρες λειτουργούν με τις ίδιες αρχές με άλλους κινητήρες εσωτερικής καύσης.

Τα πλεονεκτήματα των κινητήρων με διάταξη κυλίνδρων σε σχήμα V περιλαμβάνουν τη σχετική τους συμπαγή διατηρώντας παράλληλα την απόδοση ισχύος, καθώς και την ικανότητα απόκτησης αξιοπρεπούς ροπής. Ο σχεδιασμός επιτρέπει την επίτευξη σημαντικών επιταχύνσεων του άξονα λόγω του γεγονότος ότι η αδράνεια που δημιουργείται κατά τη λειτουργία είναι πολύ υψηλότερη από αυτή άλλων τύπων κινητήρων εσωτερικής καύσης. Σε σύγκριση με άλλους τύπους, αυτοί χαρακτηρίζονται από το μικρότερο ύψος καιμήκος.

Οι κινητήρες αυτού του τύπου έχουν υψηλή ακαμψία του στροφαλοφόρου άξονα. Αυτό παρέχει μεγαλύτερη δομική αντοχή, η οποία αυξάνει τη διάρκεια ζωής ολόκληρου του κινητήρα. Οι συχνότητες λειτουργίας τέτοιων κινητήρων διαφέρουν σε μεγάλες περιοχές. Αυτό σας επιτρέπει να αποκτάτε γρήγορα ορμή, καθώς και να εργάζεστε σταθερά σε λειτουργίες ορίου.

Τα μειονεκτήματα των εμβολοφόρων κινητήρων αεροσκαφών με κινητήρα V περιλαμβάνουν την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού τους. Ως αποτέλεσμα, είναι πολύ πιο ακριβά από άλλα είδη. Επιπλέον, διαφέρουν σε αρκετά μεγάλο πλάτος του κινητήρα. Επίσης, οι κινητήρες σχήματος V χαρακτηρίζονται από υψηλό επίπεδο κραδασμών, δυσκολίες στην εξισορρόπηση. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι είναι απαραίτητο να ζυγίζονται ειδικά τα διάφορα μέρη τους.

Ακτινικός εμβολοφόρος κινητήρας αεροσκαφών

Προς το παρόν, οι κινητήρες με ακτινωτό έμβολο είναι και πάλι σε ζήτηση στην αεροπορία. Χρησιμοποιούνται ενεργά σε μοντέλα σπορ αεροσκαφών ή σε αυτά που κατασκευάζονται κατά παραγγελία. Όλα τους είναι μικρά σε μέγεθος. Η συσκευή ενός κινητήρα εμβόλου αεροπορίας ακτινικού τύπου, σε αντίθεση με άλλους κινητήρες, έγκειται στο γεγονός ότι οι κύλινδροι του βρίσκονται γύρω από τον στροφαλοφόρο άξονα σε ίσες γωνίες, όπως οι ακτινικές ακτίνες (αστερίσκοι). Αυτό του έδωσε το όνομα - σε σχήμα αστεριού. Τέτοιοι κινητήρες είναι εξοπλισμένοι με σύστημα εξάτμισης που αποκλίνει σε ακτινικές δοκούς. Επιπλέον, ένας κινητήρας αυτού του τύπου μπορεί να έχει πολλά αστέρια - διαμερίσματα. Αυτό είναι δυνατό λόγω του γεγονότος ότι ο στροφαλοφόρος άξονας έχει αυξηθεί σε μήκος. Κατά κανόνα, οι ακτινωτοί κινητήρες κατασκευάζονται με περιττό αριθμό κυλίνδρων. Αυτό επιτρέπει την εφαρμογή σπινθήρα στον κύλινδροένας. Κατασκευάζουν όμως και ακτινωτούς κινητήρες με ζυγό αριθμό κυλίνδρων, αλλά ο αριθμός τους πρέπει να είναι μεγαλύτερος από δύο.

Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των radial κινητήρων είναι η δυνατότητα διείσδυσης λαδιού στους κάτω κυλίνδρους του κινητήρα όταν το αεροσκάφος είναι σταθμευμένο. Αυτό το πρόβλημα πολύ συχνά οδηγεί στην εμφάνιση ενός στιγμιαίου σφυριού νερού, το οποίο οδηγεί σε βλάβη ολόκληρου του μηχανισμού στροφάλου. Για την αποφυγή τέτοιων προβλημάτων πριν από την εκκίνηση του κινητήρα, απαιτείται συνεχής έλεγχος της κατάστασης των κάτω κυλίνδρων για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει διείσδυση λαδιού σε αυτούς.

Τα πλεονεκτήματα των radial κινητήρων περιλαμβάνουν το μικρό τους μέγεθος, την ευκολία στη λειτουργία και την αξιοπρεπή ισχύ τους. Συνήθως εγκαθίστανται σε αεροσκάφη σπορ μοντέλου.

Αντίθετος εμβολοφόρος κινητήρας αεροσκαφών

Προς το παρόν, οι κινητήρες αεροσκαφών boxer αρχίζουν να βιώνουν την αναγέννησή τους. Λόγω του ότι είναι μικρού μεγέθους και σχετικά μικρού βάρους, τοποθετούνται σε ελαφριά αθλητικά αεροσκάφη. Είναι σε θέση να αναπτύξουν επαρκή ισχύ και να παρέχουν πολύ υψηλές ταχύτητες.

Οι κινητήρες Boxer έχουν διάφορους τύπους σχεδίων:

1. Κινητήρας κατασκευασμένος σύμφωνα με τη μέθοδο "boxer" (Subaru). Σε τέτοιους κινητήρες, τα έμβολα των κυλίνδρων που βρίσκονται το ένα απέναντι από το άλλο κινούνται σε ίση απόσταση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το ένα στο πάνω νεκρό σημείο και το άλλο στο κάτω νεκρό σημείο κάθε κύκλο.

2. μηχανές,εξοπλισμένο με συσκευή OROS (Opposed Piston Opposed Cylinder). Σε τέτοιους κινητήρες, οι κύλινδροι βρίσκονται οριζόντια σε σχέση με τον στροφαλοφόρο άξονα. Κάθε ένα από αυτά περιέχει δύο έμβολα, τα οποία κινούνται το ένα προς το άλλο κατά τη λειτουργία. Το μακρινό έμβολο συνδέεται με τον στροφαλοφόρο άξονα με μια ειδική μπιέλα.

3. Ένας κινητήρας κατασκευασμένος με βάση την αρχή που εφαρμόζεται στον σοβιετικό κινητήρα 5TDF. Σε ένα τέτοιο προϊόν, τα έμβολα κινούνται το ένα προς το άλλο, δουλεύοντας σε ζεύγη σε κάθε μεμονωμένο κύλινδρο. Όταν και τα δύο έμβολα φτάσουν στο ανώτερο νεκρό σημείο, γίνεται έγχυση καυσίμου ανάμεσά τους. Οι κινητήρες αυτής της ποικιλίας μπορούν να λειτουργήσουν με διάφορους τύπους καυσίμων, από κηροζίνη έως βενζίνη. Για να αυξηθεί η ισχύς των κινητήρων boxer, παρέχονται με υπερσυμπιεστή.

Το κύριο πλεονέκτημα στους κινητήρες boxer είναι το συμπαγές μέγεθος, οι μικρές διαστάσεις. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολύ μικρά αεροσκάφη. Η δύναμή τους είναι αρκετά υψηλή. Τώρα χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε αθλητικά αεροσκάφη.

Το κύριο μειονέκτημα είναι η υψηλή κατανάλωση καυσίμου και ιδιαίτερα το λάδι κινητήρα. Σε σχέση με κινητήρες άλλων τύπων, οι κινητήρες boxer καταναλώνουν διπλάσια καύσιμα και λιπαντικά. Απαιτούν συνεχείς αλλαγές λαδιών.

Σύγχρονοι κινητήρες αεροσκαφών

Οι σύγχρονοι εμβολοφόροι κινητήρες αεροσκαφών είναι πολύ περίπλοκα συστήματα. Είναι εξοπλισμένα με σύγχρονες μονάδες και συγκροτήματα. Η εργασία τους παρέχεται και ελέγχεται από σύγχρονα συστήματα και συσκευές. Λόγω της εφαρμογήςπροηγμένης τεχνολογίας, το χαρακτηριστικό βάρος του κινητήρα μειώνεται σημαντικά. Οι ικανότητές τους έχουν αυξηθεί, γεγονός που συμβάλλει στην ευρεία χρήση τους σε ελαφρές και αθλητικές αερομεταφορές.

Λάδια αεροπορίας

Το λάδι σε παλινδρομικούς κινητήρες αεροσκαφών λειτουργεί κάτω από μάλλον δύσκολες συνθήκες. Πρόκειται για υψηλές θερμοκρασίες στις περιοχές των δακτυλίων του εμβόλου, στα εσωτερικά μέρη των εμβόλων, στις βαλβίδες και σε άλλα εξαρτήματα. Επομένως, για να εξασφαλίσουν την υψηλής ποιότητας λειτουργία του κινητήρα σε συνθήκες σημαντικών θερμοκρασιών, πιέσεων, φορτίων, χρησιμοποιούν λάδια υψηλού ιξώδους, τα οποία υποβάλλονται σε ειδικό καθαρισμό. Πρέπει να έχουν υψηλή λιπαντικότητα, να παραμένουν ουδέτερα σε μέταλλα και άλλα δομικά υλικά του κινητήρα. Τα λιπαντικά αεροσκαφών για εμβολοφόρους κινητήρες πρέπει να είναι ανθεκτικά στην οξείδωση όταν εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες, ώστε να μην χάνουν τις ιδιότητές τους κατά την αποθήκευση.

Εσωτερικοί εμβολοφόροι κινητήρες αεροσκαφών

Η ιστορία της παραγωγής εμβολοφόρων κινητήρων στη Ρωσία ξεκινά το 1910. Η μαζική παραγωγή ξεκίνησε κατά τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο. Στη Σοβιετική Ένωση, το 1922 άρχισαν να δημιουργούνται σοβιετικοί κινητήρες αεροσκαφών με έμβολα του δικού τους σχεδιασμού. Με την ανάπτυξη της βιομηχανικής παραγωγής, συμπεριλαμβανομένης της αεροπορίας, η χώρα άρχισε να παράγει μαζικά εμβολοφόρους κινητήρες 4 κατασκευαστών. Αυτοί ήταν οι κινητήρες των V. Klimov, A. Shvetsov, εργοστάσιο με αριθμό 29, A. Mikulin.

Μετά τον πόλεμο ξεκινά η διαδικασία εκσυγχρονισμού της αεροπορίας της ΕΣΣΔ. Σχεδιάζονται και κατασκευάζονται κινητήρες αεροσκαφών για νέα αεροσκάφη. Το αντιδραστικόκατασκευή αεροσκαφών. Το 1947, όλα τα στρατιωτικά αεροσκάφη που λειτουργούσαν σε υψηλές ταχύτητες μεταπήδησαν σε αεριωθούμενη πρόωση. Οι εμβολοφόροι κινητήρες αεροσκαφών χρησιμοποιούνται μόνο σε εκπαιδευτικά, αθλητικά, επιβατικά και στρατιωτικά μεταφορικά αεροσκάφη.

Ο μεγαλύτερος εμβολοφόρος κινητήρας αεροσκαφών

Ο ισχυρότερος εμβολοφόρος κινητήρας αεροσκαφών δημιουργήθηκε στις ΗΠΑ το 1943. Ονομάστηκε Lycoming XR-7755. Ήταν ένας κινητήρας τριάντα έξι κυλίνδρων. Ο όγκος εργασίας του ήταν 127 λίτρα. Μπόρεσε να αναπτύξει ισχύ 5000 ίππων. Σχεδιασμένο για το αεροσκάφος Convair B-36. Ωστόσο, η σειρά δεν πήγε. Δημιουργήθηκε σε δύο αντίγραφα, ως πρωτότυπα.