Lėktuvo stūmoklinis variklis: apžvalga, įrenginys ir charakteristikos

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Ilgą laiką, nuo XIX amžiaus pabaigos iki XX amžiaus vidurio, stūmoklinis orlaivio variklis išliko vienintelis variklis, užtikrinantis orlaivių skrydžius. Ir tik praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje jis užleido vietą kitų veikimo principų varikliams – turboreaktyviniams. Tačiau nepaisant to, kad stūmokliniai varikliai prarado savo pozicijas, jie nedingo iš scenos.

Šiuolaikinės stūmoklinių variklių programos

Šiuo metu aviaciniai stūmokliniai varikliai daugiausia naudojami sportiniuose orlaiviuose, taip pat mažuose orlaiviuose, gaminamuose pagal užsakymą. Viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl tokio tipo varikliai naudojami labai mažai, yra ta, kad stūmoklinio variklio vienetinės galios ir masės santykis yra žymiai mažesnis lyginant su dujų turbinomis. Pagal greitį stūmokliniai varikliai negali konkuruoti su kitais orlaivių pramonėje naudojamais varikliais. Be to, jų efektyvumas neviršija 30%.

Stūmoklinių orlaivių variklių tipai

Stūmokliniai orlaivių varikliai daugiausia skiriasi cilindrų tvarka, atsižvelgiant į alkūninį veleną. Dėl to yra gana daug įvairių tipų stūmoklinių variklių. Plačiausiai naudojami yra šie:

• V formos varikliai;
• stūmoklinis radialinis variklis, kurio cilindrai išdėstyti žvaigždute;
• bokserio variklis, jo cilindrai yra vienoje linijoje.

V varikliai

Jie yra žinomiausi ir naudojami vidaus degimo variklių tipai orlaivių pramonėje ir ne tik. Jų pavadinimas siejamas su būdingu cilindrų išdėstymu alkūninio veleno atžvilgiu. Tuo pačiu metu jie turi skirtingą polinkio lygį vienas kito atžvilgiu. Jis gali svyruoti nuo 10 iki 120 laipsnių. Tokie varikliai veikia tais pačiais principais kaip ir kiti vidaus degimo varikliai.

Variklių su V formos cilindrų išdėstymu pranašumai yra jų santykinis kompaktiškumas, išlaikant galią, taip pat galimybė išgauti tinkamą sukimo momentą. Konstrukcija leidžia pasiekti didelius veleno pagreičius dėl to, kad eksploatacijos metu susidaranti inercija yra daug didesnė nei kitų tipų vidaus degimo variklių. Palyginti su kitais tipais, šie pasižymi mažiausiu aukščiu irilgio.

Šio tipo varikliai pasižymi dideliu alkūninio veleno standumu. Tai suteikia didesnį konstrukcijos stiprumą, o tai padidina viso variklio tarnavimo laiką. Tokių variklių veikimo dažniai skiriasi dideliais diapazonais. Tai leidžia greitai įgyti pagreitį ir stabiliai dirbti ribiniais režimais.

Stūmoklinių orlaivių variklių su V formos varikliu trūkumai yra jų konstrukcijos sudėtingumas. Dėl to jie yra daug brangesni nei kitų tipų. Be to, jie skiriasi gana dideliu variklio pločiu. Taip pat V formos varikliai pasižymi aukštu vibracijos lygiu, balansavimo sunkumais. Tai lemia tai, kad būtina specialiai pasverti įvairias jų dalis.

Orlaivio radialinis stūmoklinis variklis

Šiuo metu radialiniai stūmokliniai varikliai vėl yra paklausūs aviacijoje. Jie aktyviai naudojami sportinių orlaivių modeliuose arba gaminamuose pagal užsakymą. Visi jie yra mažo dydžio. Radialinio tipo aviacinio stūmoklinio variklio įtaisas, skirtingai nuo kitų variklių, slypi tame, kad jo cilindrai yra aplink alkūninį veleną vienodais kampais, kaip radialiniai spinduliai (žvaigždutės). Dėl to jis gavo pavadinimą - žvaigždės formos. Tokiuose varikliuose yra išmetimo sistema, kuri skiriasi radialinėmis sijomis. Be to, tokio tipo variklis gali turėti kelias žvaigždes – skyrius. Tai įmanoma dėl to, kad alkūninis velenas yra padidintas. Paprastai radialiniai varikliai gaminami su nelyginiu cilindrų skaičiumi. Tai leidžia kibirkštį įterpti į cilindrąvienas. Tačiau jie taip pat gamina radialinius variklius su lyginiu cilindrų skaičiumi, tačiau jų turi būti daugiau nei du.

Didžiausias radialinių variklių trūkumas yra galimybė alyvai prasiskverbti pro apatinius variklio cilindrus, kai orlaivis stovi. Dėl šios problemos gana dažnai atsiranda momentinis vandens plaktukas, dėl kurio sugenda visas švaistiklio mechanizmas. Norint išvengti tokių problemų prieš užvedant variklį, būtina nuolat tikrinti apatinių cilindrų būklę, kad į juos nepatektų alyvos.

Radialinių variklių pranašumai yra jų mažas dydis, paprastas valdymas ir tinkama galia. Paprastai jie montuojami sportiniuose lėktuvų modeliuose.

Priešinamas orlaivio stūmoklinis variklis

Šiuo metu boksininkų orlaivių varikliai pradeda atgimti. Dėl mažo dydžio ir santykinai lengvo svorio jie dedami į lengvus sportinius lėktuvus. Jie gali išvystyti pakankamai galios ir užtikrinti labai didelį greitį.

Boxer varikliai yra kelių tipų:

1. Variklis pagamintas pagal "boxer" metodą (Subaru). Tokiuose varikliuose cilindrų stūmokliai, esantys vienas priešais kitą, juda vienodu atstumu. Dėl to kiekvieną ciklą vienas yra viršutiniame negyvajame taške, o kitas - apačioje.

2. varikliai,aprūpintas OROS įtaisu (Opposed Piston Opposed Cylinder). Tokiuose varikliuose cilindrai yra horizontaliai alkūninio veleno atžvilgiu. Kiekviename iš jų yra du stūmokliai, kurie veikimo metu juda vienas kito link. Tolimasis stūmoklis yra sujungtas su alkūniniu velenu specialiu švaistikliu.

3. Variklis pagamintas pagal principą, taikomą sovietiniame 5TDF variklyje. Tokiame gaminyje stūmokliai juda vienas kito link, dirbdami poromis kiekviename atskirame cilindre. Kai abu stūmokliai pasiekia viršutinį negyvąjį tašką, tarp jų įpurškiamas kuras. Šios veislės varikliai gali veikti naudojant įvairių rūšių kurą – nuo žibalo iki benzino. Siekiant padidinti bokserių variklių galią, jie tiekiami su turbokompresoriumi.

Pagrindinis bokserių variklių privalumas – kompaktiškumas, maži matmenys. Jie gali būti naudojami labai mažuose lėktuvuose. Jų galia yra gana didelė. Dabar jie vis dažniau naudojami sportiniuose orlaiviuose.

Pagrindinis trūkumas yra didelės degalų ir ypač variklio alyvos sąnaudos. Lyginant su kitų tipų varikliais, bokseriniai varikliai sunaudoja du kartus daugiau degalų ir tepalų. Jiems reikia nuolat keisti alyvą.

Šiuolaikiniai orlaivių varikliai

Šiuolaikiniai stūmokliniai orlaivių varikliai yra labai sudėtingos sistemos. Juose įrengti modernūs įrenginiai ir mazgai. Jų darbą užtikrina ir kontroliuoja modernios sistemos ir įrenginiai. Dėl paraiškospažangios technologijos, variklio charakteristika yra žymiai sumažinta. Jų pajėgumai padidėjo, todėl jie plačiai naudojami lengvųjų variklių ir sportinėje aviacijoje.

Aviacinės alyvos

Alyva stūmokliniuose orlaivių varikliuose veikia gana sudėtingomis sąlygomis. Tai aukšta temperatūra stūmoklių žiedų srityse, ant vidinių stūmoklių dalių, ant vožtuvų ir kitų komponentų. Todėl, norėdami užtikrinti kokybišką variklio veikimą esant didelėms temperatūroms, slėgiui, apkrovoms, jie naudoja didelio klampumo alyvas, kurios yra specialiai valomos. Jie turi turėti didelį tepimą, išlikti neutralūs metalams ir kitoms variklio konstrukcinėms medžiagoms. Aviacinės alyvos, skirtos stūmokliniams varikliams, turi būti atsparios oksidacijai, kai yra veikiamos aukštoje temperatūroje, kad neprarastų savybių laikant.

Bietiniai stūmokliniai orlaivių varikliai

Stūmoklinių variklių gamybos istorija Rusijoje prasideda 1910 m. Masinė gamyba prasidėjo Pirmojo pasaulinio karo metais. Sovietų Sąjungoje savos konstrukcijos stūmokliniai orlaivių varikliai pradėti kurti 1922 m. Augant pramonės gamybai, įskaitant aviaciją, šalyje pradėti masiškai gaminti 4 gamintojų stūmokliniai varikliai. Tai buvo V. Klimovo, A. Švecovo, gamyklos numeris 29, A. Mikulino varikliai.

Po karo prasideda SSRS aviacijos modernizavimo procesas. Projektuojami ir gaminami orlaivių varikliai naujiems orlaiviams. Reaktyvusislėktuvų statyba. 1947 metais visi dideliu greičiu skridę kariniai lėktuvai perėjo prie reaktyvinio varymo. Stūmokliniai orlaivių varikliai naudojami tik mokomuosiuose, sportiniuose, keleiviniuose ir kariniuose transporto orlaiviuose.

Didžiausias stūmoklinis orlaivio variklis

Galingiausias stūmoklinis lėktuvo variklis buvo sukurtas JAV 1943 m. Jis buvo vadinamas Lycoming XR-7755. Tai buvo trisdešimt šešių cilindrų variklis. Jo darbinis tūris buvo 127 litrai. Jis sugebėjo išvystyti 5000 arklio galių galią. Sukurta Convair B-36 lėktuvui. Tačiau serialas nepraėjo. Sukurta dviem egzemplioriais kaip prototipai.