8 самых известных типов двигателей в мире и их отличия

После прочтения нашего обзора вы будете понимать, как работают восемь типов двигателей в мире.

Двигатель – это агрегат, который может преобразовать одну энергию в механическую. В эту категорию входит множество видов двигателей, начиная от паровых (двигатели внешнего сгорания) и электрических и заканчивая двигателями внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные моторы и т. д.). Мы покажем вам восемь самых известных в мире двигателей, а также просто и интуитивно понятно расскажем вам, как они работают, описав принципы их работы.

1. Оппозитный двигатель

В горизонтально противоположном двигателе (оппозитном) поршни двигаются по обеим сторонам коленчатого вала влево и вправо в горизонтальном направлении. В этом случае высота двигателя уменьшена. За счет использования оппозитного двигателя уменьшается центр тяжести транспортного средства – автомобиль движется более плавно. Крутящий момент, создаваемый поршнями с обеих сторон, компенсирует друг друга, значительно уменьшая вибрацию транспортного средства во время движения.

Также подобная конструкция позволяет сделать двигатели высокооборотистыми. Но, несмотря на высокие обороты, оппозитные моторы имеют меньше шума, чем обычные ДВС.

Двигатели с горизонтальным ходом поршней использует компания Porsche почти во всех моделях. Но, например, в Porsche Cayenne и Panamera оппозитные двигатели не применяются.

2. Рядный двигатель

В рядном двигателе все его цилиндры расположены рядом друг с другом в одной плоскости. Конструкция цилиндров и коленвала довольно-таки проста. Головка блока цилиндров имеет небольшую стоимость при изготовлении. Также рядные двигатели отличаются высокой стабильностью, характеристиками крутящего момента на низких оборотах, низким расходом топлива и компактным размером. Рядные двигатели обычно обозначаются латинской буквой «L-n», где n – количество цилиндров рядного двигателя. Современные автомобили в основном имеют двигатели с обозначением L3, L4, L5, L6.

3. Двигатель V-типа (V-образный силовой агрегат)

V-образный двигатель разделяет все цилиндры на две группы друг напротив друга под определенным углом. В итоге мотор образует плоскость под углом. Если посмотреть на этот тип двигателя со стороны, то он будет иметь V-образную форму. V-образные двигатели имеют небольшую высоту и длину. Этот тип моторов удобнее размещать в автомобиле по сравнению с обычными рядными моторами, которые по своим размерам гораздо больше.

В настоящее время во многих автомобилях среднего и люкс-класса используются V-образные двигатели. Чаще всего это 6-цилиндровые силовые агрегаты. Например, такие двигатели стоят на Volkswagen Passat, Audi A6 и Mercedes E-класса AMG.

4. Квазитурбинный двигатель

Квазидвигатель представляет собой модифицированный двигатель, основанный на роторном силовом агрегате. Если в обычном роторном двигателе задействованы три лопасти, то квазидвигатель использует цепной ротор, состоящий из четырех частей. Это беспоршневой роторный мотор с ромбовидным ротором. Преимущество двигателя: это новый тип двигателя небольшого размера, с высокой мощностью, высоким крутящим моментом, который может работать на множестве источников энергии.

В настоящий момент квазидвигатель не используется ни на одном автомобиле, поэтому невозможно проверить, подходит ли он для замены обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания или в качестве лучшей альтернативы обычным роторным моторам. Квазидвигатель все еще находится в стадии создания прототипа.

5. Роторный двигатель

Внутреннее пространство корпуса роторного двигателя всегда разделено на три рабочие камеры. Во время движения ротора объем трех рабочих камер постоянно изменяется. Двигатель также имеет четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск последовательно завершаются в циклоидальном цилиндре.

Роторный двигатель сильно отличается от обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Себестоимость производства роторных моторов существенно больше, также как и их последующее обслуживание и ремонт. Кроме того поршневой двигатель по сравнению с роторным эффективней с точки зрения мощности, веса, выбросов и энергопотребления.

В сочетании с этим, а также в связи со странности технологий роторного двигателя, крупные автомобильные компании пришли к выводу, что использование роторных силовых агрегатов в автопромышленности бессмысленно. Так как роторные моторы не показали своих преимуществ перед обычными, у автомобильных компаний не появилось энтузиазма по их дальнейшей разработке. Только компания Mazda до сих пор тратит огромные деньги на разработку новых поколений роторных моторов.

6. Двигатель Green Steam

Green Steam – эффективный, экономичный и простой двигатель, разработанный изобретателем Робертом Грином из Лагуна Вудс, Калифорния, США. Этот мотор преобразует избыточное тепло в водяной пар, который и приводит в движение силовой агрегат. Легкий и компактный двигатель Green Steam преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное. Его основной характеристикой является гибкий вал, который передает возвратно-поступательное движение от поршней к кривошипу «Z», таким образом, совершая вращательное движение, не используя запястья, шатуны или коленчатые валы.

Этот мотор может использоваться для воздушных насосов, генераторов, водяных насосов, воздуходувок горячего воздуха, аппаратов дистилляции воды, тепловых насосов, кондиционеров, модельных самолетов и т. д.

Одним из наиболее уникальных преимуществ двигателя является его способность генерировать энергию из тепла двигателей. По существу, отработанное тепло выхлопных газов от двигателя транспортного средства может быть преобразовано в энергию, используемую для некоторых систем охлаждения и насосов транспортного средства. Этот двигатель повысит уровень эффективности любого транспортного средства или системы машины, на которой он установлен.

7. Двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга относится к типам силовых агрегатов внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменении давления. Принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянном сжатии рабочего цилиндра, в результате чего происходит нагревание его внутренней части, а затем охлаждение. Из-за перепада давления из цилиндра извлекается энергия, образуемая при изменении давления. Обычно в качестве рабочего тела используется водород или гелий. Но чаще в таких моторах используется воздух.

Двигатели Стирлинга отлично подходят для преобразования тепла в электроэнергию. Например, многие специалисты считают, что эти моторы подходят для солнечных электрических установок.

То есть это идеальные силовые агрегаты для преобразования солнечной энергии в электричество.

8. Радиальный двигатель (звездообразный)

Звездообразный двигатель представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены вокруг коленчатого вала. Один поршень соединен с коленвалом через главный шатун. Остальные поршни прикреплены через шатуны к кольцам главного ведущего шатуна.

Двигатель преимущественно создан для использования в самолетах. До появления реактивных двигателей в большинстве поршневых авиационных двигателей использовались подобные звездообразные конструкции силовых агрегатов. Эти моторы, как правило, устанавливались на самолеты небольшой дальности. Остальные самолетные моторы имели V-образную форму.

Некоторые современные легкие самолеты до сих пор оснащаются радиальными моторами.

Ряд компаний продолжает строить радиальные системы сегодня. Например, вот современный авиационный радиальный 9-цилиндровый двигатель Веденеев мощностью 360–450 л. с., который в настоящий момент используется на самолетах Яковлева и Сухого.

Радиальный двигатель — Radial engine

Звездообразный двигатель представляет собой тип возвратно — поступательного движения внутреннего сгорание конфигурации двигателя , в котором цилиндры «излучает» наружу от центрального картера , как спицы колеса. При взгляде спереди он напоминает стилизованную звезду и на некоторых языках называется «звездным двигателем» ( немецкий Sternmotor , французский moteur en étoile , японский 星 型 エ ン ジ ン ( hoshigata enjin ) , итальянский motore stellare ). Радиальная конфигурация обычно использовалась для авиационных двигателей до того, как газотурбинные двигатели стали преобладающими.

Содержание

• 1 Работа двигателя
• 2 История
  • 2.1 Вторая мировая война
    • 2.1.1 Самолет
    • 2.1.2 Танки
  • 2.2 Современные радиалы
• 3 Сравнение с рядными двигателями
• 4 Другие типы радиальных двигателей
  • 4.1 Многорядные радиалы
  • 4.2 Дизельные радиалы
  • 4.3 Пневматические радиальные двигатели
  • 4.4 Модели радиальных двигателей
• 5 См. Также
• 6 Примечания
• 7 ссылки
• 8 Внешние ссылки

Работа двигателя

Поскольку оси цилиндров копланарны, все шатуны не могут быть напрямую прикреплены к коленчатому валу, если не используются механически сложные вилкообразные шатуны, ни один из которых не был успешным. Вместо этого поршни соединены с коленчатым валом с помощью узла ведущего и шарнирного штока. Один из поршней, самый верхний на анимации, имеет главный стержень, непосредственно прикрепленный к коленчатому валу. Остальные поршни прикрепляют крепления своих шатунов к кольцам по краю ведущего штока. Дополнительные «ряды» радиальных цилиндров могут быть добавлены для увеличения мощности двигателя без увеличения его диаметра.

Четырехтактные радиальные двигатели имеют нечетное количество цилиндров в ряду, поэтому можно поддерживать постоянный порядок срабатывания каждого второго поршня , обеспечивая плавную работу. Например, в пятицилиндровом двигателе порядок запуска составляет 1, 3, 5, 2, 4 и обратно в цилиндр 1. Кроме того, при этом всегда остается однопоршневой зазор между поршнем на его такте сгорания и поршнем на его такте сгорания. сжатие. Активный ход непосредственно помогает сжать следующий цилиндр для выстрела, делая движение более равномерным. Если бы использовалось четное количество цилиндров, цикл зажигания с одинаковым временем был бы невозможен. Прототипы радиальных аэродизелей Zoche (внизу) имеют четное количество цилиндров, четыре или восемь; но это не проблема, потому что это двухтактные двигатели с удвоенным числом рабочих ходов, чем четырехтактный двигатель на один оборот коленчатого вала.

Как и в большинстве четырехтактных двигателей, коленчатому валу требуется два оборота для завершения четырех тактов каждого поршня (впуск, сжатие, сгорание, выпуск). Кольцо распределительного вала должно вращаться медленнее и в направлении, противоположном коленчатому валу. Его кулачковые выступы расположены в два ряда; один для впускных клапанов и один для выпускных клапанов. Радиальный двигатель обычно использует меньше кулачков, чем другие типы. Например, в двигателе на анимированной иллюстрации четыре кулачка обслуживают все 10 клапанов пяти цилиндров, тогда как 10 потребуется для типичного рядного двигателя с тем же количеством цилиндров и клапанов.

В большинстве радиальных двигателей используются верхние тарельчатые клапаны, приводимые в движение толкателями и подъемниками на кулачковой пластине, которая концентрична с коленчатым валом, с несколькими меньшими радиальными частями, такими как Kinner B-5 и российский Shvetsov M-11 , с использованием отдельных распределительных валов в картере для каждого цилиндр. В некоторых двигателях используются клапанные клапаны, такие как 14-цилиндровый Bristol Hercules и 18-цилиндровый Bristol Centaurus , которые работают тише и плавнее, но требуют гораздо более жестких производственных допусков .

История

CM Мэнли построен с водяным охлаждением пятицилиндровый звездообразный двигатель в 1901 году, преобразование одного из Стивен Бальцер «ы роторных двигателей , для Лэнгли » с Аэродром самолета. Двигатель Мэнли развивал 52 л.с. (39 кВт) при 950 оборотах в минуту.

В 1903–1904 годах Якоб Эллехаммер использовал свой опыт конструирования мотоциклов для создания первого в мире радиального двигателя с воздушным охлаждением — трехцилиндрового двигателя, который он использовал в качестве основы для более мощной пятицилиндровой модели в 1907 году. Он был установлен на его триплан. и сделал несколько коротких прыжков вольным полетом.

Другой ранний радиальный двигатель был трехцилиндровый Anzani , первоначально построен как «вентилятор» конфигурации W3, один из которых питание Луи Блерио «s Блерио XI через Ла- Манш . До 1914 года Алессандро Анзани разработал радиальные двигатели с 3 цилиндрами (разнесенными на 120 °) — достаточно рано, чтобы их можно было использовать на нескольких французских экземплярах знаменитого Blériot XI с оригинальной фабрики Blériot — до массивных 20-цилиндровых двигатель мощностью 200 л.с. (150 кВт), цилиндры которого расположены в четыре ряда по пять цилиндров в каждом.

Большинство радиальных двигателей имеют воздушное охлаждение , но одним из наиболее успешных из первых радиальных двигателей (и самой ранней «стационарной» конструкцией, созданной для боевых самолетов Первой мировой войны) была серия девятицилиндровых радиальных двигателей с водяным охлаждением Salmson 9Z, которые были произведены в большом количестве во время Первой мировой войны . Жорж Кантон и Пьер Унне запатентовали оригинальную конструкцию двигателя в 1909 году, предложив ее компании Salmson ; двигатель часто назывался Canton-Unné.

С 1909 по 1919 год радиальный двигатель уступал место своему близкому родственнику, роторному двигателю , который отличался от так называемого «стационарного» радиального тем, что картер и цилиндры вращались вместе с винтом. Он был похож по концепции на более поздний радиальный, главное отличие заключалось в том, что винт крепился к двигателю, а коленчатый вал — к планеру. Проблема охлаждения цилиндров, являвшаяся основным фактором ранних «стационарных» радиалов, была решена за счет того, что двигатель генерировал собственный охлаждающий воздушный поток.

Во время Первой мировой войны многие самолеты французских и других союзников летали с роторными двигателями Gnome , Le Rhône , Clerget и Bentley , лучшие образцы которых достигали мощности 250 л.с. (190 кВт), хотя ни один из самолетов мощностью более 160 л.с. (120 кВт) не имел успеха. К 1917 году роторные двигатели отставали от новых рядных и V-образных двигателей, которые к 1918 году производили до 400 л.с. (300 кВт) и устанавливали почти все новые французские и британские боевые самолеты.

Большинство немецких самолетов того времени использовали рядные 6-цилиндровые двигатели с водяным охлаждением. Motorenfabrik Oberursel изготовила лицензионные копии роторных силовых установок Gnome и Le Rhône, а Siemens-Halske построила свои собственные проекты, в том числе одиннадцатицилиндровый роторный двигатель Siemens-Halske Sh.III , что было необычно для того периода, поскольку приводилось через конический редуктор. в заднем конце картера без того, чтобы коленчатый вал был жестко прикреплен к корпусу самолета, так что внутренние рабочие компоненты двигателя (полностью внутренний коленчатый вал, «плавающий» в подшипниках картера, с его шатунами и поршнями) вращались в противоположном направлении. картер и цилиндры, которые все еще вращались, как и сам пропеллер, поскольку они все еще были жестко прикреплены к передней стороне картера, как и в случае с обычными немецкими роторными двигателями umlaufmotor .

К концу войны роторный двигатель достиг пределов своей конструкции, особенно в отношении количества топлива и воздуха, которые можно было втягивать в цилиндры через полый коленчатый вал, в то время как достижения в области металлургии и охлаждения цилиндров, наконец, позволили стационарно. радиальные двигатели, чтобы заменить роторные двигатели. В начале 1920-х годов компания Le Rhône переоборудовала ряд своих роторных двигателей в стационарные радиальные двигатели.

К 1918 году потенциальные преимущества радиальных двигателей с воздушным охлаждением по сравнению с рядным двигателем с водяным охлаждением и роторным двигателем с воздушным охлаждением , которые использовались в самолетах Первой мировой войны, были оценены, но не реализованы. Британские конструкторы выпустили радиальные радиаторы ABC Dragonfly в 1917 году, но не смогли решить проблемы с охлаждением, и только в 1920-х годах Bristol и Armstrong Siddeley выпустили надежные радиальные радиаторы с воздушным охлаждением, такие как Bristol Jupiter и Armstrong Siddeley Jaguar .

В Соединенных Штатах Национальный консультативный комитет по аэронавтике (NACA) отметил в 1920 году, что радиальные блоки с воздушным охлаждением могут обеспечить увеличение удельной мощности и надежности; к 1921 году ВМС США объявили, что будут заказывать только самолеты, оснащенные радиаторами с воздушным охлаждением, и другое военно-морское авиационное вооружение последовало их примеру. Двигатель J-1 Чарльза Лоуренса был разработан в 1922 году при финансовой поддержке ВМФ, и с использованием алюминиевых цилиндров со стальными гильзами проработал беспрецедентные 300 часов, в то время как 50-часовой ресурс был нормальным. По настоянию армии и флота Wright Aeronautical Corporation купила компанию Лоуренса, и последующие двигатели были построены под именем Wright. Радиальные двигатели вселяли уверенность в летчиков ВМФ, выполняющих дальние полеты над водой.

Радиальный двигатель J-5 Whirlwind мощностью 225 л.с. (168 кВт) 1925 года получил широкое признание как «первый по-настоящему надежный авиационный двигатель». Райт нанял Джузеппе Марио Белланку, чтобы спроектировать самолет, чтобы продемонстрировать его, и результатом стал Wright-Bellanca WB-1 , который впервые полетел в том же году. J-5 использовался на многих современных самолетах того времени, включая « Дух Сент-Луиса» Чарльза Линдберга , на котором он совершил первый самостоятельный трансатлантический полет.

В Соединенном Королевстве Bristol Airplane Company концентрировалась на разработке радиалов, таких как Юпитер, Меркурий , и радиальных клапанов Геркулеса . Германия, Япония и Советский Союз начали с создания лицензионных версий радиальных радиаторов Armstrong Siddeley, Bristol, Wright или Pratt & Whitney, а затем выпустили свои собственные улучшенные версии. Франция продолжала разработку различных роторных двигателей, но также производила двигатели, заимствованные из конструкций Бристоля, особенно Юпитер.

Хотя другие конфигурации поршней и турбовинтовые двигатели стали применяться в современных самолетах с винтом , Rare Bear , представляющий собой Grumman F8F Bearcat, оснащенный радиальным двигателем Wright R-3350 Duplex-Cyclone , по-прежнему остается самым быстрым самолетом с поршневым двигателем .

Вторая Мировая Война

Самолет

125 334 американских двухрядных 18-цилиндровых Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp с рабочим объемом 2800 дюймов³ (46 л) и мощностью от 2000 до 2400 л.с. (1500-1800 кВт) приводили в движение американский одномоторный Vought. F4U Corsair , Grumman F6F Hellcat , Republic P-47 Thunderbolt , двухмоторный Martin B-26 Marauder , Douglas A-26 Invader , Northrop P-61 Black Widow и т. Д. Меньший рабочий объем (30 литров) той же фирмы, упомянутый выше, 14-цилиндровый двухрядный радиальный двигатель Twin Wasp использовался в качестве основного двигателя для самолетов B-24 Liberator , PBY Catalina и Douglas C-47 , причем каждая конструкция входила в число мировых лидеров по производственным показателям для каждого типа планера. дизайн.

Американская серия Райт Циклон твин-рядок радиалы питания американских боевых самолетов: литр смещение почти-43, 14-цилиндровый Твин Циклон мощного однима двигателя Grumman TBF Avenger , двухмоторный североамериканский В-25 Mitchell , и некоторые версии Douglas A-20 Havoc , с массивным двухрядным двигателем объемом почти 55 литров, 18-цилиндровым Duplex-Cyclone, установленным на четырехмоторный Boeing B-29 Superfortress и другие.

Советское конструкторское бюро Швецова ОКБ-19 было единственным источником проектирования для всех советских государственных заводских радиальных двигателей, используемых в его самолетах времен Второй мировой войны, начиная с Швецова М-25 (который сам был основан на американском циклонах Райта 9 ». s) и приступили к разработке четырнадцатицилиндрового радиального двигателя Швецова АШ-82 рабочим объемом 41 литр для истребителей и массивного восемнадцатицилиндрового двигателя Швецова АШ-73 рабочим объемом 58 литров в 1946 году — радиальной конструкции с наименьшим рабочим объемом из серии ОКБ Швецова во время войны разработало 5-цилиндровый радиальный двигатель Швецова М-11 рабочим объемом 8,6 л .

Более 28000 немецких 14-цилиндровых двухрядных BMW 801 с рабочим объемом 42 литра, мощностью от 1560 до 2000 л.с. (1540–1970 л.с., или 1150–1470 кВт) приводили в движение немецкий одноместный одномоторный автомобиль Focke. -Wulf Fw 190 Würger и двухмоторный Junkers Ju 88 .

В Японии большинство самолетов оснащалось радиальными двигателями с воздушным охлаждением, такими как 14-цилиндровые Mitsubishi Zuisei (11 903 единицы, например Kawasaki Ki-45 ), Mitsubishi Kinsei (12 228 единиц, например Aichi D3A ), Mitsubishi Kasei (16 486 единиц, например Kawanishi H8K ), Nakajima Sakae (30 233 единицы, например, Mitsubishi A6M и Nakajima Ki-43 ) и 18-цилиндровый Nakajima Homare (9089 единиц, например, Nakajima Ki-84 ). Кавасаки Кий-61 и Йокосуки D4Y были редкими примерами японского жидкостного охлаждения рядного двигателя самолета в то время , но позже, они были также переработаны , чтобы соответствовать радиальным двигателям , как Kawasaki Ki-100 и Йокосука D4Y 3.

В Великобритании Bristol производил радиальные клапаны как с втулочными, так и с традиционными тарельчатыми клапанами : более 57 400 двигателей Hercules приводили в действие Vickers Wellington , Short Stirling , Handley Page Halifax и некоторые версии Avro Lancaster , более 8000 новаторских двигателей. Bristol Perseus с втулочными клапанами использовались в различных типах, и более 2500 британских радиалов с самым большим рабочим объемом от фирмы Bristol использовали втулочные клапаны, Bristol Centaurus были использованы для двигателей Hawker Tempest II и Sea Fury . Радиалы с тарельчатыми клапанами той же фирмы включали: около 32000 автомобилей Bristol Pegasus, использовавшихся в Short Sunderland , Handley Page Hampden и Fairey Swordfish, и более 20000 экземпляров девятицилиндровых двигателей Mercury производства 1925 года, использовавшихся для двигателей Westland Lysander , Bristol Бленхейм и Блэкберн Поморник .

Танки

В годы, предшествовавшие Второй мировой войне, когда возникла потребность в бронетехнике, конструкторы столкнулись с проблемой питания этих машин и обратились к использованию авиационных двигателей, в том числе радиальных. Радиальные авиационные двигатели обеспечивали большую удельную мощность и были более надежными, чем обычные рядные автомобильные двигатели, доступные в то время. Однако у этой опоры была и обратная сторона: если двигатели были установлены вертикально, как в M3 Lee и M4 Sherman , их сравнительно большой диаметр придавал танку более высокий силуэт, чем конструкции с рядными двигателями.

Continental R-670 , 7-цилиндровый радиальный аэро двигатель , который первым полетел в 1931 году, стал широко использоваться бак силовой установки , устанавливается в M1 Combat Car , M2 Light Tank , M3 Stuart , M3 Lee и LVT-2 Water Buffalo .

Guiberson Т-1020 , 9-цилиндровый дизельный радиальная аэродинамический двигатель, был использован в M1A1E1 , в то время как Continental R975 пилы службы в M4 Sherman , M7 Priest , M18 Hellcat истребитель танков , а сам M44 гаубицы .

Современные радиалы

Ряд компаний и сегодня продолжают производство радиалов. Веденеев производит радиальные М-14П мощностью 360–450 л.с. (270–340 кВт), которые используются на пилотажных самолетах Яковлев и Сухой . M-14P также используется строителями самодельных самолетов , таких как Culp Special и Culp Sopwith Pup , Pitts S12 «Monster» и Murphy «Moose» . 7-цилиндровые двигатели мощностью 110 л.с. (82 кВт) и 9-цилиндровые двигатели мощностью 150 л.с. (110 кВт) поставляются австралийской компанией Rotec Aerosport . HCI Aviation предлагает 5-цилиндровый R180 (75 л.с. (56 кВт)) и 7-цилиндровый R220 (110 л.с. (82 кВт)), доступные «готовые к полету» и в виде комплекта для самостоятельной сборки. Verner Motor в Чехии производит несколько радиальных двигателей мощностью от 25 до 150 л.с. (от 19 до 112 кВт). Миниатюрные радиальные двигатели для авиамоделей доступны от OS Engines , Saito Seisakusho из Японии и Shijiazhuang из Китая, а также Evolution (разработанных Вольфгангом Зайделем из Германии и произведенных в Индии) и Technopower в США.

Сравнение с рядными двигателями

Системы жидкостного охлаждения обычно более уязвимы для боевых повреждений. Даже незначительное повреждение осколками может легко привести к потере охлаждающей жидкости и последующему перегреву двигателя, в то время как радиальный двигатель с воздушным охлаждением может в значительной степени не пострадать от незначительных повреждений. Радиальные коленчатые валы короче и жестче, однорядный радиальный двигатель требует только двух подшипников коленчатого вала, в отличие от семи, необходимых для шестицилиндрового рядного двигателя с жидкостным охлаждением аналогичной жесткости.

В то время как однорядный радиальный двигатель позволяет одинаково охлаждать все цилиндры, этого нельзя сказать о многорядных двигателях, где на задние цилиндры может влиять тепло, исходящее от переднего ряда, и поток воздуха маскируется.

Потенциальный недостаток радиальных двигателей состоит в том, что цилиндры, подвергающиеся воздействию воздушного потока, значительно увеличивают сопротивление . Ответом стало добавление специально разработанных кожухов с перегородками, которые заставляли воздух перемещаться между цилиндрами. Первым эффективным обтекателем, уменьшающим лобовое сопротивление, не ухудшающим охлаждение двигателя, было кольцо British Townend или «тормозное кольцо», которое образовывало узкую полосу вокруг двигателя, покрывающую головки цилиндров, уменьшая сопротивление. Национальный консультативный комитет по аэронавтике изучил проблему, развивая обтекатели NACA , которая дополнительно снижается лобовое сопротивление и улучшенное охлаждение. С тех пор почти все радиальные двигатели самолетов использовали капоты типа NACA.

В то время как рядные двигатели с жидкостным охлаждением продолжали быть обычным явлением в новых конструкциях до конца Второй мировой войны , радиальные двигатели впоследствии доминировали, пока их не обогнали реактивные двигатели, в том числе Hawker Sea Fury и Grumman F8F Bearcat позднего периода войны , два самых быстрых поршневых двигателя в производстве когда-либо построенные самолеты с двигателями и радиальными двигателями.

Другие типы радиальных двигателей

Многорядные радиалы

Первоначально у радиальных двигателей был один ряд цилиндров, но по мере увеличения объема двигателя возникла необходимость добавить дополнительные ряды. Первая радиальная конфигурация двигателя , как известно, использовать конструкцию двойного рядка был 160 л.с. Гном «Двойной Лямбда» роторный двигатель 1912, выполнен в виде 14-цилиндровый версии твин-строки 80 л.с. фирмы Lambda однорядной семь-цилиндровый роторный, однако его успех ограничивали проблемы надежности и охлаждения.

Двухрядные конструкции начали появляться в большом количестве в 1930-х годах, когда размеры и вес самолетов выросли до такой степени, что однорядные двигатели необходимой мощности были просто слишком большими, чтобы их можно было использовать. В двухрядных конструкциях часто возникали проблемы с охлаждением заднего ряда цилиндров, но были введены различные перегородки и ребра, которые в значительной степени устранили эти проблемы. Обратной стороной была относительно большая лобовая часть, которую пришлось оставить открытой для обеспечения достаточного воздушного потока, что увеличивало сопротивление. Это привело к серьезным спорам в отрасли в конце 1930-х годов о возможности использования радиальных опор для высокоскоростных самолетов, таких как современные истребители.

Решение было представлено с 14-цилиндровым двухрядным радиальным двигателем BMW 801. Курт Танк разработал новую систему охлаждения для этого двигателя, в которой использовался высокоскоростной вентилятор для вдувания сжатого воздуха в каналы, которые переносят воздух в середину рядов, где ряд перегородок направляет воздух по всем цилиндрам. Это позволило плотно прилегать к двигателю, уменьшив лобовое сопротивление, и при этом обеспечить (после ряда экспериментов и модификаций) достаточное количество охлаждающего воздуха для задней части. Эту базовую концепцию вскоре скопировали многие другие производители, и многие самолеты конца Второй мировой войны вернулись к радиальной конструкции, поскольку начали появляться новые и гораздо более крупные конструкции. Примеры включают Bristol Centaurus в Hawker Sea Fury и Швецов АШ-82 в Лавочкине Ла-7 .

Для еще большей мощности добавление дополнительных рядов не было сочтено целесообразным из-за трудности обеспечения необходимого потока воздуха к задним берегам. Были спроектированы более крупные двигатели, в основном с использованием водяного охлаждения, хотя это значительно увеличило сложность и устранило некоторые преимущества конструкции с радиальным воздушным охлаждением. Одним из примеров этой концепции является BMW 803 , который так и не поступил на вооружение.

Основное исследование воздушного потока вокруг радиалов с использованием аэродинамических труб и других систем было проведено в США и продемонстрировало, что при тщательном проектировании возможен достаточный воздушный поток. Это привело к созданию R-4360 , который имеет 28 цилиндров, расположенных в 4-х рядную конфигурацию кукурузных початков . Пила сервис R-4360 на больших американских самолетах в пост- Второй мировой войны периода. США и Советский Союз продолжали эксперименты с более крупными радиальными колесами, но Великобритания отказалась от таких конструкций в пользу более новых версий Centaurus и быстрого движения к использованию турбовинтовых двигателей, таких как Armstrong Siddeley Python и Bristol Proteus , которые легко производили больше мощности, чем радиалы. без веса и сложности.

Большие радиалы продолжали строиться для других целей, хотя они больше не используются. Примером может служить 5-тонный дизельный двигатель Звезда М503 с 42 цилиндрами в 6 рядах по 7, рабочим объемом 143,6 литра (8760 куб. Дюймов) и мощностью 3942 л.с. (2940 кВт). Три из них использовались на быстрых ракетных катерах класса «Оса» . Другим был Lycoming XR-7755, который был самым большим поршневым авиадвигателем, когда-либо построенным в Соединенных Штатах, с 36 цилиндрами, общим рабочим объемом около 7750 кубических дюймов (127 л) и выходной мощностью 5000 лошадиных сил (3700 киловатт).

Дизельные радиалы

В то время как большинство радиальных двигателей производилось для бензиновых двигателей, были и дизельные радиальные двигатели. Два основных преимущества в пользу дизельных двигателей — более низкий расход топлива и меньшая опасность пожара.

Packard , спроектирована и построена 9-цилиндровый 980 кубический дюйм (16,06 л) перемещение дизель радиальное авиационный двигатель, 225 лошадиных сил (168 кВт) DR-980 , в 1928 году 28 мая 1931 года DR-980 питается Bellanca СН-300 , с 481 галлоном топлива, пилотируемый Уолтером Эдвином Лисом и Фредериком Бросси, установил рекорд пребывания в воздухе в течение 84 часов 32 минут без дозаправки. Этот рекорд продержался 55 лет, пока его не побил « Рутан Вояджер» .

Экспериментальный Bristol Phoenix 1928–1932 годов успешно прошел летные испытания на Westland Wapiti и в 1934 году установил рекорды высоты, продержавшиеся до Второй мировой войны.

В 1932 году французская компания Clerget разработала 14-цилиндровый двухтактный дизельный радиальный двигатель 14D . После ряда улучшений в 1938 году модель 14F2 выдавала 520 л.с. (390 кВт) при крейсерской мощности 1910 об / мин, с удельным весом, близким к соотношению мощности современных бензиновых двигателей, и удельным расходом топлива примерно 80% по сравнению с эквивалентный бензиновый двигатель. Во время Второй мировой войны исследования продолжались, но массовое производство не производилось из-за нацистской оккупации. К 1943 году двигатель вырос производить более 1000 л.с. (750 кВт) с турбокомпрессором . После войны компания Clerget была интегрирована в компанию SNECMA и планировала создать 32-цилиндровый дизельный двигатель мощностью 4000 л.с. (3000 кВт), но в 1947 году компания отказалась от разработки поршневых двигателей в пользу новых газотурбинных двигателей.

Нордберг Manufacturing Company США разработала и выпустила серию больших двухтактных радиальных дизельных двигателей с конца 1940 — х годов для электрического производства, в первую очередь на алюминиевых плавильных печах и для перекачивания воды. Они отличались от большинства радиальных двигателей тем, что имели четное количество цилиндров в одном ряду (или ряду) и необычный двойной главный шатун. Были созданы варианты, которые могли работать на дизельном топливе или бензине или на их смеси. Ряд электростанций, в которых используется большое количество этих двигателей, был произведен в США.

Electro-Motive Diesel (EMD) построил «блины» двигатели 16-184 и 16-338 для морского использования.

Пневматические радиальные двигатели

Был разработан ряд радиальных двигателей, работающих на сжатом воздухе, в основном для использования в моделях самолетов и в газовых компрессорах.

Модель радиальных двигателей

Ряд многоцилиндровых 4-тактных моделей двигателей был коммерчески доступен в радиальной конфигурации, начиная с пятицилиндрового двигателя FR5-300 японской фирмы OS Max объемом 3,0 куб. Дюйма. Радиальный «Sirius» рабочим объемом 50 см 3 в 1986 г. Американская фирма «Technopower» уже в 1976 г. производила радиальные двигатели с пятью и семью цилиндрами меньшего рабочего объема, но двигатель фирмы OS был первым серийным радиальным двигателем. конструкция двигателя в истории авиамоделирования . Конкурирующая фирма Saito Seisakusho в Японии с тех пор произвела собственный пятицилиндровый радиальный четырехтактный двигатель аналогичного размера в качестве прямого конкурента конструкции OS, при этом Сайто также создал серию трехцилиндровых моделей, работающих на метаноле и бензине. радиальные двигатели от 0,90 куб. дюймов (15 см 3 ) до 4,50 куб. Дюймов (75 см 3 ), также все теперь доступны в формате с искровым зажиганием, с рабочим объемом до 84 см 3 для использования с бензином. Фирма Немецкие Сейдело ранее сделала как семи- и девять-цилиндровый «большой» (начиная с 35 см 3 смещения) модель управления по радио радиальных двигателей, в основном для тлеющего зажигания, с экспериментальными четырнадцатью-цилиндровым твином-строкой радиальными существами опробовали — Фирма American Evolution теперь продает радиалы, разработанные Зайделем, и их производство осуществляется в Индии.

Авиационный поршневой двигатель: обзор, устройство и характеристики

Долгое время, с конца XIX века и до середины XX, поршневой авиационный двигатель оставался единственным мотором, который обеспечивал полеты самолетов. И только в сороковых годах прошлого века он уступил свое место двигателям с иными принципами работы — турбореактивным. Но, несмотря на то, что поршневые моторы и утратили свои позиции, они не исчезли со сцены.

Современные области применения поршневых моторов

В настоящее время авиационные поршневые двигатели применяют в основном на спортивных самолетах, а также на малых летательных аппаратах, изготовленных по персональным заказам. Одной из главных причин того, что моторы этого типа используются крайне мало, является то, что соотношение единицы мощности к единице массы поршневого двигателя существенно меньше по сравнению с газотурбинными. Поршневые по скоростным показателям не выдерживают никакой конкуренции с иными моторами, применяемыми в авиастроении. Более того, КПД их не превышает 30 %.

Виды поршневых авиамоторов

Поршневые авиационные двигатели имеют различия в основном по порядку расположения цилиндров по отношению к коленвалу. Вследствие этого имеется достаточно большое количество разнообразных видов поршневых моторов. Наиболее широкое применение получили следующие:

• двигатели, у которых V-образное расположение цилиндров;
• поршневой радиальный двигатель, где цилиндры расположены звездообразно;
• оппозитный двигатель, у него цилиндры располагаются рядно.

Двигатели с V-образным расположением цилиндров

Они являются самыми известными и применяемыми типами двигателей внутреннего сгорания в авиастроении и не только. Их название связано с характерным расположением цилиндров по отношению к коленвалу. При этом они имеют различный уровень наклона по отношению друг другу. Он может составлять от 10 до 120 градусов. Такие моторы работают по тем же принципам, как и иные двигатели внутреннего сгорания.

К достоинствам двигателей с V-образным расположением цилиндров относится относительная их компактность при сохранении мощностных показателей, а также возможность получать приличный крутящий момент. Конструкция позволяет достигать значительных ускорений вала вследствие того, что инерция, создаваемая при работе, значительно выше, чем у иных типов двигателей внутреннего сгорания. По сравнению с другими типами, эти отличаются наименьшей высотой и длиной.

Моторы этого вида имеют высокую жесткость коленвала. Это обеспечивает большую конструктивную прочность, что увеличивает сроки службы всего двигателя. Рабочие частоты таких моторов отличаются большими диапазонами. Это позволяет быстро набирать обороты, а также устойчиво работать на предельных режимах.

К недостаткам поршневых авиационных двигателей с V-образным мотором относят сложность их конструкции. Вследствие этого они стоят значительно дороже других типов. Более того, они отличаются достаточно большой шириной двигателя. Также V-образные моторы характеризуются высоким уровнем вибрации, сложностями при балансировке. Это приводит к тому, что приходится специально утяжелять различные их части.

Радиальный авиационный поршневой двигатель

В настоящее время радиальные поршневые моторы опять стали востребованы в авиации. Они активно применяются в спортивных моделях самолетов, либо в изготовленных по персональным заказам. Все они малых размеров. Устройство авиационного поршневого двигателя радиального вида, в отличие от иных моторов, заключается в том, что его цилиндры расположены вокруг коленвала через равные углы, как радиальные лучи (звездочки). Это и дало ему название — звездообразный. Такие моторы оборудуются выхлопной системой, которая расходится радиальными лучами. Более того, двигатель этого типа может иметь несколько звезд — отсеков. Это возможно вследствие того, что коленвал увеличивают в длину. Как правило, радиальные двигатели изготавливают с нечетным количеством цилиндров. Это позволяет подавать искру в цилиндр через один. Но делают и радиальные моторы с четным числом цилиндров, однако их количество должно быть больше двух.

Самым большим недостатком двигателей радиального типа является возможность проникновения масла к нижним цилиндрам мотора, когда самолет находится на стоянке. Эта проблема достаточно часто приводит к возникновению мгновенного гидроудара, что влечет поломку всего кривошипно-шатунного механизма. Для недопущения таких проблем перед пуском мотора требуется постоянная проверка состояния нижних цилиндров на предмет отсутствия проникновения к ним масла.

К достоинствам двигателей радиального типа относят их малые габариты, простоту эксплуатации и приличную мощность. Обычно их устанавливают на самолеты спортивных моделей.

Оппозитный авиационный поршневой двигатель

В настоящее время оппозитные авиационные моторы начинают переживать свое второе рождение. Вследствие того, что они обладают небольшими размерами и сравнительно малым весом, их ставят на легкие спортивные самолеты. Они способны развивать достаточную мощность и обеспечивают очень высокие скорости.

Оппозитные двигатели имеют несколько типов конструкций:

1. Мотор, изготовленный по методу «боксер» (Subaru). В таких двигателях поршни цилиндров, расположенных против друг друга, двигаются равноудалено. Это приводит к тому, что в каждом цикле один находится в верхней мертвой точке, а противоположный — в нижней.

2. Двигатели, снабженные устройством ОРОС (Opposed Piston Opposed Cylinder). В таких моторах цилиндры по отношению к коленвалу, расположены горизонтально. В каждом из них находится по два поршня, которые при работе двигаются навстречу. Дальний поршень связан с коленвалом специальным шатуном.

3. Двигатель, сделанный на основании принципа, примененного в советском моторе 5ТДФ. В таком изделии поршни передвигаются навстречу друг другу, работая попарно в каждом отдельном цилиндре. При достижении обоих поршней верхней мертвой точки между ними впрыскивается топливо. Двигатели такой разновидности могут функционировать на горючем различных видов, от керосина до бензина. Для увеличения мощности оппозитных моторов их снабжают турбонаддувом.

Главное достоинство в двигателях оппозитного типа — это компактность, малые габариты. Их можно применять на самолетах очень маленьких размеров. Мощность их достаточно высока. В настоящее время они находят все большее распространение в спортивных летательных аппаратах.

В качестве основного недостатка отмечается высокий расход топлива и особенно моторного масла. По отношению к двигателям других типов оппозитные моторы расходуют горюче-смазочные материалы в два раза больше. Они требуют постоянной замены масла.

Современные авиадвигатели

Современные поршневые авиационные двигатели – это очень сложные системы. Они оснащены современными узлами и агрегатами. Их работу обеспечивают и контролируют современные системы и приборы. Вследствие применения передовых технологий весовая характеристика двигателя существенно снижена. Мощности их возросли, что способствует широкому применению в легкомоторной — спортивный авиации.

Авиационные масла

Масло в поршневых авиационных двигателях работает в достаточно сложных условиях. Это высокие температуры в зонах поршневых колец, на внутренних частях поршней, на клапанах и иных узлах. Поэтому для качественного обеспечения работы мотора в условиях значительных температур, давления, нагрузок, в них используют высоковязкие масла, которые подвергают специальной очистке. Они должны обладать высокой смазочной способностью, оставаться нейтральными к металлам и иным конструктивным материалам двигателя. Авиационные масла для поршневых моторов должны быть стойкими к окислению при воздействии высоких температур, не терять своих свойств при хранении.

Отечественные поршневые авиационные моторы

История производства поршневых моторов в России начинается с 1910 года. Массовый выпуск начался в годы Первой мировой войны. В Советском Союзе советские поршневые авиационные двигатели собственной конструкции стали создавать с 1922 года. С ростом промышленного производства, в том числе авиационного, страна стала массово выпускать поршневые моторы 4-х производителей. Это были двигатели В. Климова, А. Швецова, завода № 29, А. Микулина.

После войны начинается процесс модернизации авиации СССР. Проектируются и создаются авиадвигатели для новых самолетов. Активно развивается реактивное самолетостроение. В 1947 году вся военная авиация, работающая на высоких скоростях, переходит на реактивную тягу. Поршневые авиадвигатели применяются только на учебных, спортивных, пассажирских и военно-транспортных самолетах.

Самый большой поршневой авиадвигатель

Самый мощный поршневой авиационный двигатель был создан в США В 1943 году. Он назывался Lycoming XR-7755. Это был мотор с тридцатью шестью цилиндрами. Его рабочий объем составляла 127 литров. Он был способен развить мощность в 5000 лошадиных сил. Предназначался для самолета Convair B-36. Однако в серию не пошел. Был создан в двух экземплярах, в качестве прототипов.

Источник http://1gai.ru/publ/522108-8-samyh-izvestnyh-tipov-dvigateley-v-mire-vot-chem-oni-otlichayutsya.html
Источник http://ru.qaz.wiki/wiki/Radial_engine
Источник Источник http://fb.ru/article/426773/aviatsionnyiy-porshnevoy-dvigatel-obzor-ustroystvo-i-harakteristiki