Поршневого двигателя

Особенно широкое распространение газовые турбины получили на транспорте. Применение газовых турбин в качестве основных элементов авиационных двигателей * позволило в современной авиации достичь больших скоростей, грузоподъемности и высоты полета. Газотурбо-локомотивы на железнодорожном транспорте конкурентоспособны с тепловозами, оборудованными поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Преимущество газовых турбин перед поршневыми двигателями внутреннего сгорания состоит в отсутствии инерционных усилий, вызываемых возвратно-поступательным движением поршня. Эти двигатели, кроме того, позволяют в небольших по размерам агрегатах создавать большие мощности. Препятствием к применению их в энергетике служат высокие температуры, которые не могут быть использованы при существующих конструкционных материалах. В поршневых двигателях эти высокие температуры газов действуют в течение небольшой доли цикла, в то время

Особенно широкое распространение газовые турбины получили на транспорте. Применение газовых турбин как основных элементов авиационных двигателей * позволило в современной авиации достичь больших скоростей, грузоподъемности и высоты полета. Газотурболокомотивы на железнодорожном транспорте конкурентоспособны с тепловозами, оборудованными поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Особенно существенным для последующего развития воздушных сообщений явился относящийся к 1956 г. ввод в эксплуатацию первых в истории мировой транспортной авиации реактивных транспортных самолетов. С конца 50-х годов скоростные многоместные самолеты с турбореактивными и турбовинтовыми двигателями последовательно в ытесняли самолеты с поршневыми двигателями: в 1959 г. ими было выполнено 32% и в 1962 г.— 62% всего объема перевозочных работ [23]. Эксплуатационное освоение этих самолетов повлекло за собой переподготовку летного, инженерно-технического и обслуживающего персонала, реконструкцию аэропортов, введение совершенных аэронавигационных систем, переоборудование самолеторемонтных баз и т. д. Вместе с тем обновление самолетного парка способствовало дальнейшему быстрому росту авиалиний, длина которых внутри страны (без перекрывающихся участков) к концу 1966 г. составила 474,6 тыс. км и по которым в том же году было перевезено 47,2 млн. пассажиров и 1,34 млн. т почты и грузов [22]. В число этих авиалиний в 1965 г.— с появлением тяжелых грузовых

дивший немецкие самолеты-истребители по скорости и всем видам воздушного маневра при полете на высотах до 6000 м. Годом позднее на этом самолете с более мощным двигателем ВК-108 в ходе заводских испытаний была достигнута скорость 745 км/час — наибольшая для отечественных самолетов с поршневыми двигателями.

Помимо массового серийного производства разных боевых самолетов в военные годы проводились значительные опытные работы, главным образом по проектированию новых скоростных истребителей с высотными поршневыми двигателями и силовыми установками реактивного типа, развивающими тяговое усилие за счет реакции быстро вытекающей газовой струи.

Проектирование опытных самолетов с поршневыми высотными двигателями осуществлялось по двум направлениям. Одно из них имело целью модификацию серийных самолетов установкой на них более мощных и высотных двигателей (АШ-71, АШ-83, АМ-39, ВК-108). При этом опытные самолеты сохраняли весовые и геометрические характеристики серийных прототипов. Так, в результате увеличения мощности и высотности двигателей на опытном самолете конструкции А. С. Яковлева в 1944 г. была достигнута скорость 745 км/час. Другое направление предусматривало разработку новых опытных скоростных и высотных самолетов с мощными двигателями, оборудованными (для повышения высотности) турбокомпрессорами. Геометрические размеры этой группы самолетов оказывались несколько большими в связи с необходимостью размещения более громоздких и тяжелых двигательных установок, увеличения веса топлива и сохранения приемлемых взлетно-посадочных характеристик и, следовательно, отличались увеличенным аэродинамическим сопротивлением. В этой группе самолетов летом 1944 г. на опытном истребителе конструкции А. И. Микояна была достигнута рабочая высота полета 14 100 ж, а в начале 1945 г. реализована скорость полета 740—750 км/час. Дальнейший прирост скорости для самолетов с поршневыми двигателями был уже крайне затрудненным, и для преодоления возникших затруднений оказалось настоятельно необходимым применение принципиально новых — реактивных двигателей.

Повышение скорости и дальности (при выключенном ВРД) было достигнуто у самолета Н при сохранении полетного веса на уровне опытных истребителей с поршневыми двигателями (ниже 4 т). Это явилось следствием применения более совершенной (с меньшим удельным весом) силовой установки. Самолет Н строился серийно. В его конструкции был реализован ряд новшеств, характерных для будущих реактивных самолетов (тонкий профиль крыла, камера сгорания ВРД с регулируемой в полете площадью выходного сопла и др.). Создание самолетов с комбинированными силовыми установками выдвинуло перед институтами ЦАГИ, ЦИАМ, ВИАМ новые проблемы околозвуковой и сверхзвуковой аэродинамики, теоретических и экспериментальных работ по реактивным силовым установкам и материалам для них. Все это явилось базой для последующих работ по скоростным реактивным самолетам с турбореактивными двигателями.

Двигатели АШ-2ТК и ВД-4К были последними мощными поршневыми двигателями, разработанными в СССР. В дальнейшем для тяжелых самолетов дальнего и сверхдальнего действия были разработаны и освоены в производстве высокоэкономичные газотурбинные двигатели.

108. Графики роста рекордных скоростей •-1 молетов (а) и изменения зависимости между скоростями и высотами полета (б) А — самолеты с поршневыми двигателями: 1 — И-5, 2 — И-17, 3 — И-16, 4 — ЛаГГ-1, S — МиГ-1^ в — Ла-7^ 7 — ЯК-9У, 8 — МиГ-5А, 9 — Як-ЗВК1 108, 10 — «Хьюз-Спешиал» (США), 11 — «Мессер-шмитт Bf-109R», 12 — «Мессерпшитт Ме-109Н» В — реактивные самолеты: 13 — Н, И — МиГ-9, 15 — «Глостер-Метеор-IV» (Англия); 16 — «Дуглас-Скайстрик» (США), 17 — МиГ-15, IS— «Норд-Аме-рикэн F-86A» (США), 19 — Ла-176, 20 — МиГ-17, 21 — МиГ-19, 22 — МИГ-17Ф; 23 — Як-50; 24 — «Норд-Америкэн F-86D» (США), 25 — Е-бб; 26—Е-66А, 27—Е-166

Появление реактивных истребителей с высокой скоростью полета и мощным вооружением сделало нецелесообразным дальнейшее развитие фронтовых самолетов-бомбардировщиков с поршневыми двигателями. Однако для перехода к новым типам силовых установок в этой области авиационной техники необходимо было решение общей задачи обеспечения достаточной грузоподъемности и дальности действия тяжелого реактивного самолета, осложненной значительным расходованием топлива турбореактивными двигателями и, следовательно, существенным увеличением веса и объема топлива, нужного для полетов на большие расстояния.

каждого поршневого двигателя вполне определено, удаление из области резонанса достигается изменением частоты собственных колебаний <о0 за счет увеличения или уменьшения момента инерции. Модуль резонанса ?v =б 3 удается получить, если ю0 ^ l,15(ov или <в0 «с 0,82cov. Дальнейшее уменьшение амплитуды колебаний обеспечивается за счет уменьшения активного сопротивления демпферной обмотки, которое приводит к увеличению коэффициента демпфирования. Аналогичные вынужденные колебания ротора возникают в синхронных двигателях, приводящих в движение поршневые насосы. Для уменьшения амплитуды этих колебаний используются те же средства.

* Средняя мощность как мера мощности установки используется не только в электрических, но и в других технических устройствах. Так, например, мощностью поршневого двигателя внутреннего сгорания считается среднее значение мощности за один цикл его работы.

Решение о развитии реактивной истребительной авиации было принято Советским правительством еще в ходе Великой Отечественной войны. Весной 1946 г. начались летные испытания первых отечественных реактивных истребителей МиГ-9 и Як-15, а осенью того же года — летные испытания реактивного истребителя Ла-150. Истребитель МиГ-9 — цельнометаллический моноплан с двумя турбореактивными двигателями РД-20 ( 105) — был спроектирован ОКБ А. И. Микояна. Принятая в нем компоновка, характерная размещением двигателей непосредственно в фюзеляже и ставшая впоследствии классической для двухмоторных самолетов этого класса, значительно улучшила его аэродинамические качества. Истребитель Як-15 ( 106) был спроектирован ОКБ А. С. Яковлева на базе серийно строившегося самолета-истребителя Як-3 — с заменой поршневого двигателя турбореактивным двигателем РД-10 и с устройством специального экрана из жароупорной стали для защиты нижней поверхности фюзеляжа от действия горячих газов, выбрасываемых из выхлопного сопла. Опытный истребитель Ла-150 был построен по проекту, разработанному ОКБ С. А. Лавочкина.

Первый отечественный турбовинтовой двигатель ТВ-2М был сконструирован в 1953 г. коллективом, возглавлявшимся А. Д. Швецовым и позднее руководимым П. А. Соловьевым. Летные испытания двигателя на экспериментальных самолетах и «летающих лабораториях» подтвердили возможность обеспечения высокой скорости и высоты полета и высокую экономичность работы силовой установки. Конструкторским коллективом А. Г. Ивченко был создан турбовинтовой двигатель АИ-20 с осевым десятиступенчатым компрессором, кольцевой камерой сгорания и трехступенчатой турбиной. Его взлетная мощность равна 4000 э. л. с., а удельный вес по взлетной мощности составил 0,27 кг/э. л. с., тогда как наименьший удельный вес поршневого двигателя М-63 — 0,464 кг/л. с. Ресурс турбовинтовых двигателей, при запуске в серийное производство не превышавший 200 рабочих часов, в результате совершенствования технологии и конструктивных улучшений был увеличен до нескольких тысяч часов. Началась разработка конструкций пассажирских самолетов с турбовинтовыми двигателями.

Прекрасный солнечный день 7 июля 1981 г. ...Резво разбежавшись, легкий аэроплан «Солар челленджер», изготовленный из пластических материалов, упруго оттолкнулся от земли и серебристой уткой завис в прозрачном воздухе. Ни привычного рокота поршневого двигателя, ни пронзительного гудения мощных турбин... Едва уловимое жужжание электродвигателя. Пилотируемый Стефаном Птачеком (в переводе с чешского «птичкой»— символично, не правда ли?), он преодолел 290 км за 5,5 ч. Это был первый перелет через Ла-Манш за счет энергии Солнца.

существенно меньшие габариты при той же мощности двигателя. На протяжении многих лет был спроектирован и изготовлен целый ряд таких ДВС. Один из многих типов такого двигателя был использован в серийно изготавливаемом автомобиле марки Mazda, выпускаемого фирмой Toyo Kogyo в Японии. Появление этого автомобиля в начале 70-х годов сопровождалось многообещающей рекламой, однако сейчас продажа их в США не производится. Двигатель этой машины представляет собой усовершенствованный вариант двигателя, впервые спроектированного Ф. Ванке-лем. Поскольку этот двигатель в принципе может иметь существенные преимущества по сравнению с поршневым, равно как и ряд определенных недостатков, остановимся на нем более подробно. Принцип действия роторного двигателя Ванкеля показан на 4.11. В этом двигателе четыре такта поршневого двигателя реализуются при вращении трехгранного ротора, связанного с валом через шестеренчатую пару.

Двигатель Ванкеля размером в одну треть обычного V-образного 8-цилиндрового поршневого двигателя имеет ту же мощность при вдвое меньшей массе и в три раза меньше движущихся деталей. Обычный американский V-образный 8-цилиндровый двигатель мощностью 195 л. с. имеет массу около 1000 кг, занимает около 1,6 м3 и состоит из 1000 деталей, 390 из которых —движущиеся. Двигатель Ванкеля мощностью 185 л. с. должен иметь массу около 500 кг, занимать 0,5 м3 и состоять из 600 деталей, из которых 150 движутся. Ориентировочная себестоимость его изготовления будет на 35 % меньше, чем, у аналогичного поршневого двигателя.

«Весит» лошадиная сила авиационного поршневого двигателя обычно около 0,5 килограмма. Значит, вес поршневых двигателей одноместного самолета, имеющего скорость в 1000 километров в час, должен составлять примерно 6 тонн. Совершенно очевидно, что двигатель с таким весом на одноместный самолет поставить невозможно.

Тельство привело и к появлению роторио-поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Паровые турбины за полвека стали основным двигателем в большой энергетике. Газовые турбины в последнюю четверть века властно завоевывают все новые позиции. Первые 'Конструкции роторно-поршневого двигателя появились около шестидесяти лет назад. И хотя этого времени, казалось бы, было достаточно, для того чтобы новый двигатель, теоретические преимущества которого несомненны, воплотился в практически работоспособную конструкцию, этого еще не произошло. Не произошло именно потому, что чисто конструктивное исполнение ряда его деталей оказывается чрезвычайно сложным. А ведь только в СССР, ГДР и Чехословакии в последнее десятилетие на роторно-поршневые двигатели было выдано более двухсот патентов и авторских свидетельств.

Наиболее перспективный тип роторно-поршневого двигателя сконструировал немецкий инженер Феликс Ваякель. Более 30 лет заняли поиски и эксперименты. И, наконец, в 1957 году появился первый роторно-порш-невой двигатель этого изобретателя. Модель весила всего одиннадцать килограммов, но имела мощность в 45 лошадиных сил при 17 тысячах оборотов рабочего вала в минуту.