Поршневой авиационный двигатель своими руками
Обновлено: 08.07.2024
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 называемоймалой 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.
Современный поршневой радиальный двигатель ROTEC R2800.
Более мощный R3600 (большее количество цилиндров).
Радиальный двигатель М-14П. Устанавливается на спортивные СУ-26, ЯК-55.
СУ-26 с двигателем М-14П.
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…
Bristol Brabazon
Так назывался экспериментальный британский пассажирский лайнер с трансконтинентальными возможностями. Расшифруем. Bristol – это город в Англии, а также одна из старейших и давно поглощенных авиастроительных компаний страны. Brabazon – фамилия подполковника, английского лорда и пионера британской авиации. В военные годы лорд Джон Брабазон возглавлял Министерство транспорта, но потом был вынужден подать в отставку после того, как выразил надежду на взаимное уничтожение СССР и Германии в ходе Сталинградской битвы. Это был скандал. Тем не менее в 1943 году подполковник возглавил правительственную комиссию, в задачу которой входило определение послевоенного будущего британского авиапрома.
Первый полет первого и единственного образца был совершен 4 сентября 1949 года, в следующем году он уже красовался на авиасалоне в Фарнборо. Тем не менее Bristol Brabazon, названный в честь лорда-покровителя, оказался ошибкой и тупиком. И дело не только в поршневых двигателях в эпоху, когда на крыло уже становилась реактивная и турбовинтовая пассажирская авиация, но и в чисто маркетинговом просчете. При огромных размерах самолет должен был брать на борт около 100 человек, которым предлагались просто царские условия: огромное пространство на каждого пассажира, плюс бар, кинотеатр, лаунж. В общем, подсчитали и прослезились: в экономику авиаперевозок послевоенного времени такой шик никак не вписывался. Проект закрыли, самолет утилизировали наряду со вторым, недостроенным опытным образцом. Кстати, его проектировали уже под турбовинтовые силовые установки.
Lockheed Сonstellation
ОКБ Туполева пошло в том же направлении, начав в ответ работы над модификацией Ту-4, которая получила название Ту-80. Потом в США появился межконтинентальный стратегический бомбардировщик B-36 и задача для советских авиаконструкторов стала еще сложнее. Следующей ступенью стал Ту-85 – бомбардировщик с практической дальностью 12000 км при бомбовой нагрузке 5 т. На высоте 10 000 м он мог развивать скорость 638 км/ч. Первый полет опытного экземпляра Ту-85 состоялся в январе 1951 года. Самолет оснастили четырьмя турбокомпаундными (то есть дополнительно использующими энергию турбин) поршневым двигателем со звездчатым расположением блоков цилиндров (четыре цилиндра – 6 лучей). Охлаждение силовых установок – жидкостное с дополнительным воздушным. Существовала и конкурирующая силовая установка на воздушном охлаждении — АШ-2ТК – но она так и не была доведена до нужной кондиции. В том же 1951 году проект Ту-85 был закрыт.
Convair B-36
Поначалу военные запросили нечто фантастическое – рабочий потолок 14 000м, максимальная скорость 720 км/ч и дальность 19 000 км. Им объяснили, что существующие технологии пока не позволяют соответствовать этим запросам. Тогда требования снились: потолок 12000 м, дальность 16000 км, максимальная скорость 700 км/ч. Самолет впервые поднялся в воздух уже после окончания войны – в 1946 г., а в 1948 году был принят на вооружение.
История поршневых двигателей насчитывает на несколько десятилетий больше, чем история самой авиации. Они сдвинули с места первый автомобиль, подняли в небо первый самолет и первый вертолет, прошли две Мировые войны и до сих пор используются в 99.9% автомобилей мира. Однако в авиации на сегодняшний день поршневые двигатели практически полностью вытеснены газотурбинными двигателями и используются исключительно в малоразмерных персональных либо спортивных самолетах.
Это произошло по причине того, что даже самый простой и неэффективный газотурбинный двигатель имеет большую удельную мощность (единица мощности на единицу массы двигателя), чем самый современный поршневой, а в авиации масса – исключительно важный параметр. Кроме того, газотурбинный двигатель более универсальный и может двигать самолет за счет реактивной струи, исключительно этот факт позволил самолетам достичь скоростей в 2, 3 или даже 4 раза выше скорости звука.
Коэффициент полезного действия самых современных поршневых двигателей не превышает 25-30%, т.е. реально около 70% всей энергии, получаемой во время сгорания топлива, превращается в тепло, которое необходимо выводить из двигателя. Система охлаждения очень важный компонент в силовой установке и во многом определяет ее характеристики. По типу вывода тепла (иначе охлаждения) двигатели подразделяются на воздушный и жидкостный тип.
И если в автомобилях воздушное охлаждение практически не используется, из-за своей низкой эффективности на малых скоростях и ее полного отсутствия при остановке, то в поршневой авиации двигатели воздушного охлаждения очень и очень широко используются, ведь имеют ряд преимуществ перед двигателями жидкостного охлаждения. А именно меньшая масса, соответственно большая удельная мощность и более простая, а значит и более надежная конструкция. Кроме того, из-за большой силы набегающего потока во время полета, эффективность охлаждения обычно достаточна для нормальной работы двигателя.
Большинство поршневых двигателей – многоцилиндровые, это необходимо для повышения мощности и общей их эффективности. В связи с этим их классифицируют по расположению цилиндров относительно коленвала. В пик своего развития, авиационные двигатели имели до 24 цилиндров, а некоторые, несерийные экземпляры и более. И основными, наиболее широко используемыми вариантами расположения цилиндров является V-образное, рядное и звездообразное.
Различить их нетрудно, ведь если смотреть спереди они и выглядят как буква V в первом случае, один ряд (колонна) – во втором случае, и звезда (или при наличии большого количества цилиндров - скорее блюдечко) в третьем. Традиционно два первых типа используют систему жидкостного охлаждения, в то время как последний – воздушного. Соответственно кроме вышеназванных преимуществ и недостатков двигателей по типу их охлаждения, можно еще добавить, что рядные двигатели компактные, могут быть установлены в перевернутом положении, но при наличии большого количества цилиндров, они получаются очень уж длинными.
V-образные имеют 2 цилиндра в ряду, соответственно они имеют в два раза меньшую длину, чем рядные, но зато менее компактны, хотя также могут быть установлены в перевернутом положении, имеют большее фронтальное сечение, а значит и большее лобовое сопротивление. Звездообразные, или радиальные двигатели, имеют цилиндры, распложенные вокруг коленвала, соответственно они наиболее громоздкие, имеют просто таки огромное фронтальное сечение и лобовое сопротивление, но благодаря этому могут эффективно охлаждаться набегающим потоком и имеют очень незначительные показатели длины.
Реактивная тяга самая мощная из всего, что пока существует. Наглядно продемонстрировать ее принцип действия можно на самодельной модели. Это вполне безопасное устройство, так как работает от газа для заправки зажигалок, поэтому его можно собрать в домашних условиях.
Материалы:
- труба 32 мм;
- жесть или тонкий листовой алюминий;
- супер клей;
- велосипедная спица;
- электромотор от игрушки;
- пустой стержень от шариковой ручки;
- доска;
- тонкий шланг
- газовые зажигалки – 2 шт.
Процесс изготовления реактивного двигателя
В один ее торец вклеивается скоба из листового металла. В ней должно быть отверстие в центре для оси с лопастями.
Из тонкого листового металла вырезается 4 диска под внутренний диаметр трубы. Их нужно просверлить по центру, нарезать на них лопасти и выгнуть из них крыльчатки.
Далее берется кусок велосипедной спицы длиной 70 мм. На него надеваются крыльчатки. Чтобы их закрепить, используется клей и втулки с разрезанного на куски пустого стержня от шариковой ручки.
Ось с лопастями вставляется в трубку. Затем в нее вклеивается второе крепление. Чтобы ось не болталась, нужно поставить перед скобами втулки из стержня.
Их можно снять с телескопической антенны, также подойдут металлические стержни от шариковой ручки.
Двигатель прикручивается к деревянному основанию скобами из листового металла так, чтобы отверстие в конусе без трубки было вверху. Аналогично на подошву крепится электродвигатель. Его ось соединяется с реактивным мотором посредством стержня от ручки.
Их нужно продолжить к свободной части деревянной подошвы и подключить к штуцерам закрепленных зажигалок.
Теперь при нажатии кнопок на зажигалках газ из них поступит в конус реактивного двигателя, где его нужно поджечь. Затем при запуске поддува воздуха появится тяга. Она будет продолжаться пока не отпустить зажигалки.
Смотрите видео
Читайте также: