Авиационные и авиамодельные двигатели
В этой главе, которая имеет целью лишь ознакомить с устройством и принципом действия авиационных и авиамодельных двигателей, мы расскажем читателям только в самых общих чертах об авиационных поршневых и турбореактивных двигателях, а затем уже перейдем к авиамодельным моторчикам и реактивным пульсирующим двигателям.Авиационные двигатели
Двигатель — это «сердце» самолета, — так говорили и теперь говорят авиаторы. И действительно, без двигателя трудно полететь тогда, когда вы хотите. На это можно возразить, что планеры летают без мотора. Это, конечно, FtepHo, по планер надо сперва забуксировать на высоту или забросить его в воздух при помощи амортизаторов. Планер не может полететь в любой момент, а самолет это может сделать, так как он имеет собственный источник тяги в виде двигателя и винта или реактивного двигателя. Эта тяга сдвигает самолет с места, заставляет его все быстрее разбегаться по земле, взлетать и делать в воздухе разнообразные фигуры, пока работает двигатель. Когда двигатель остановится, самолет сейчас же должен искать место для посадки. Как человек может жить лишь пока работает сердце, так и самолет летает свободно до тех пор, пока работает его «сердце» — двигатель.Поршневой авиационный двигатель (мотор)
До самого недавнего времени на самолетах применялся двигатель внутреннего сгорания.
На рис. 223 показан схематически один из цилиндров этого двигателя. В подписи пол рисунком вы найдете и названия от-дельных частей этого двигателя.
Рис. 223. Устройство авиационного двигателя внутреннего сгорания
Как же работает двигатель?
Само название «двигатель внутреннего сгорания» указывает, что внутри его цилиндров происходит процесс сгорания, который заключается в том, что здесь воспламеняются пары бензина, смешанные с воздухом. Возникающее при этом сильное давление на дно поршня, расположенного в каждом цилиндре, толкает поршень вдоль цилиндра. Это движение поршня передается посредством шатуна на коленчатый вал двигателя и вызывает вращение вала. На коленчатом валу двигателя укреплен воздушный винт. Каждая вспышка горючей смеси в цилиндре вызывает движение поршня и поворот воздушного винта.
Во время работы мотора в цилиндре происходят четыре явления, или, как говорят, четыре такта, чередующихся последовательно один за другим.
Само название «двигатель внутреннего сгорания» указывает, что внутри его цилиндров происходит процесс сгорания, который заключается в том, что здесь воспламеняются пары бензина, смешанные с воздухом. Возникающее при этом сильное давление на дно поршня, расположенного в каждом цилиндре, толкает поршень вдоль цилиндра. Это движение поршня передается посредством шатуна на коленчатый вал двигателя и вызывает вращение вала. На коленчатом валу двигателя укреплен воздушный винт. Каждая вспышка горючей смеси в цилиндре вызывает движение поршня и поворот воздушного винта.
Во время работы мотора в цилиндре происходят четыре явления, или, как говорят, четыре такта, чередующихся последовательно один за другим.
Рис. 224. Схема работы четырехтактного двигателя.
При первом такте, который называется всасыванием, поршень идет вниз. Давление над поршнем понижается, и в цилиндр засасывается воздух, который, проходя через специальное устройство — карбюратор, захватывает с собой бензин в виде мелкой пыли и паров его и попадает в верхнюю часть цилиндра, в пространство над поршнем — в так называемую камеру сгорания (рис. 224).
При втором такте происходит сжатие смеси: поршень, двигаясь кверху, сжимает горючую смесь в несколько (от четырех до шести и более) раз. Как только поршень дойдет до верхнего своего положения, происходит вспышка электрической искры, проскакивающей между электродами специальной «свечи», расположенной в цилиндре. Искра эта образуется от тока высокого напряжения, вырабатываемого магнето (подобие динамомашины), и поджигает смесь.
При сгорании топлива воздух и продукты сгорания, нагреваясь до высоких температур, стремятся расшириться. Давление газов на поршень заставляет поршень идти вниз: происходит рабочий ход. А на четвертом, последнем, такте поршень снова идет кверху и выталкивает продукты сгорания наружу: происходит выхлоп (рис. 224).
В верхней части цилиндра имеются два клапана. Один из них открывается, когда необходимо пропустить горючую смесь из карбюратора в цилиндр; второй — когда отработавшие газы надо выпустить наружу. Чтобы эти клапаны открывались в нужный момент, имеется специальное устройство, регулирующее открытие клапанов и согласовывающее его с моментом вспышки искры (см. рис. 223).
Из всех четырех ходов только один рабочий ход вызывает вращение коленчатого вала. У авиационного двигателя обычно бывает несколько цилиндров. Рабочие ходы в этих цилиндрах чередуются так, что вал получает непрерывное вращение от шатунов, связанных с поршнями этик цилиндров. Число оборотов коленчатого вала у больших авиационных двигателей достигает 2—2,5 тысяч в минуту.
Регулируя количество смеси, поступающей в цилиндры, летчик может изменять в полете мощность двигателя с помощью дроссельной заслонки (см. рис. 223). Она не пропускает горючую смесь, перекрывая трубопровод или канал, по которому смесь идет в цилиндр из карбюратора. Летчик управляет положением дроссельной заслонки из своей кабины при помощи рукоятки управления, расположенной с левой стороны в кабине, и тяг, соединяющих этот рычаг с дроссельной заслонкой.
Управляя мощностью двигателя, летчик управляет и тягой винта. Так, например, чтобы самолет совершал подъем по наклонной линии кверху, нужна большая тяга, чем в горизонтальном полете. Желая совершить подъем, летчик открывает дроссельную заслонку сильнее, увеличивая тем самым подачу горючей смеси. Чтобы выключить двигатель, летчик перекрывает доступ горючего.
Чтобы получить сильный двигатель, применяют не один цилиндр, а несколько; иногда более пятнадцати. Такой многоцилиндровый двигатель получается очень мощным и поднимает в воздух довольно тяжелые самолеты. Если же нужно поднять в воздух тяжелый, весящий много тонн самолет, на него ставят несколько двигателей (моторов).
При большом числе цилиндров их можно расположить по-разному. На рис. 225 показано расположение цилиндров в одной плоскости) звездой; такой двигатель так и называется «звездообразным».
При втором такте происходит сжатие смеси: поршень, двигаясь кверху, сжимает горючую смесь в несколько (от четырех до шести и более) раз. Как только поршень дойдет до верхнего своего положения, происходит вспышка электрической искры, проскакивающей между электродами специальной «свечи», расположенной в цилиндре. Искра эта образуется от тока высокого напряжения, вырабатываемого магнето (подобие динамомашины), и поджигает смесь.
При сгорании топлива воздух и продукты сгорания, нагреваясь до высоких температур, стремятся расшириться. Давление газов на поршень заставляет поршень идти вниз: происходит рабочий ход. А на четвертом, последнем, такте поршень снова идет кверху и выталкивает продукты сгорания наружу: происходит выхлоп (рис. 224).
В верхней части цилиндра имеются два клапана. Один из них открывается, когда необходимо пропустить горючую смесь из карбюратора в цилиндр; второй — когда отработавшие газы надо выпустить наружу. Чтобы эти клапаны открывались в нужный момент, имеется специальное устройство, регулирующее открытие клапанов и согласовывающее его с моментом вспышки искры (см. рис. 223).
Из всех четырех ходов только один рабочий ход вызывает вращение коленчатого вала. У авиационного двигателя обычно бывает несколько цилиндров. Рабочие ходы в этих цилиндрах чередуются так, что вал получает непрерывное вращение от шатунов, связанных с поршнями этик цилиндров. Число оборотов коленчатого вала у больших авиационных двигателей достигает 2—2,5 тысяч в минуту.
Регулируя количество смеси, поступающей в цилиндры, летчик может изменять в полете мощность двигателя с помощью дроссельной заслонки (см. рис. 223). Она не пропускает горючую смесь, перекрывая трубопровод или канал, по которому смесь идет в цилиндр из карбюратора. Летчик управляет положением дроссельной заслонки из своей кабины при помощи рукоятки управления, расположенной с левой стороны в кабине, и тяг, соединяющих этот рычаг с дроссельной заслонкой.
Управляя мощностью двигателя, летчик управляет и тягой винта. Так, например, чтобы самолет совершал подъем по наклонной линии кверху, нужна большая тяга, чем в горизонтальном полете. Желая совершить подъем, летчик открывает дроссельную заслонку сильнее, увеличивая тем самым подачу горючей смеси. Чтобы выключить двигатель, летчик перекрывает доступ горючего.
Чтобы получить сильный двигатель, применяют не один цилиндр, а несколько; иногда более пятнадцати. Такой многоцилиндровый двигатель получается очень мощным и поднимает в воздух довольно тяжелые самолеты. Если же нужно поднять в воздух тяжелый, весящий много тонн самолет, на него ставят несколько двигателей (моторов).
При большом числе цилиндров их можно расположить по-разному. На рис. 225 показано расположение цилиндров в одной плоскости) звездой; такой двигатель так и называется «звездообразным».
Рис. 225. Звездообразный четырехтактный авиационный двигатель
Конечно, он много сложнее, чем описанный нами одноцилиндровый двигатель, но основные части у него те же, и, главное, в каждом цилиндре происходят все те же четыре такта. Правда, между работой отдельных цилиндров нужна согласованность. Например, рабочий ход не может сразу происходить во всех и даже в ряде цилиндров, а происходит в определенном порядке. То же и с другими тактами. Работу цилиндров согласуют между собой специальные механизмы.
На рис. 226 показан другой авиационный двигатель, у которого 12 цилиндров расположены в два ряда и так, что образуют латинское V. Он так и называется: двухрядный V-образный 12-цилиндровый авиадвигатель.
На рис. 226 показан другой авиационный двигатель, у которого 12 цилиндров расположены в два ряда и так, что образуют латинское V. Он так и называется: двухрядный V-образный 12-цилиндровый авиадвигатель.
Рис. 226. V образный 2 цилиндровый двигатель
Реактивный авиационный двигатель
Реактивные двигатели широко применяются сравнительно недавно, хотя идея таких двигателей появилась очень давно.
Известно много различных типов реактивных двигателей, но принцип их работы в конечном счете один и тот же — тяга возникает потому, что двигатель отбрасывает назад газы.
Для чего же понадобилось заменять поршневой двигатель с винтом реактивным? На это дается простой ответ: воздушный винт имеет существенный недостаток — он может экономично создавать достаточную тягу лишь на сравнительно небольших скоростях. Когда же потребовалось, чтобы самолеты пролетали 800—900 и более тысячи километров в час, то винты оказались непригодными. На таких скоростях тяга винта падает, а сопротивление вращению растет, что и делает применение винта невыгодным.
Когда мы говорим о реактивном двигателе, то прежде всего вспоминаем о простой пороховой ракете, хотя известно много различных видов реактивных двигателей. Это происходит потому, что в конечном счете тяга создается у всех реактивных двигателей одинаковым образом.
Как работает простая ракета, хотя бы та, которую применяют моделисты?
На рис. 227 изображена гильза нормальной ракеты. Предположим, что в гильзе находится некоторое количество пороха, который мы подожгли. При горении образуется большое количество газов, которые с большой силой начинают давить на стенки гильзы. Давление это распространяется во все стороны с одинаковой силой, т. е. давление на единицу площади стенки в любом месте гильзы одно и то же. Поэтому давление газа на стенку А будет равно давлению газа на стенку Б, и эти две силы уравновесятся. Другая картина получается со стенками В и Г. В стенке Г мы просверлили отверстие, поэтому площадь этой стенки меньше площади стенки В, а так как давление на каждый квадратный сантиметр одинаково для обеих стенок, то давление газов на стенку В будет больше силы давления на стенку Г во столько раз, во сколько площадь В больше площади Г.
Реактивный авиационный двигатель
Реактивные двигатели широко применяются сравнительно недавно, хотя идея таких двигателей появилась очень давно.
Известно много различных типов реактивных двигателей, но принцип их работы в конечном счете один и тот же — тяга возникает потому, что двигатель отбрасывает назад газы.
Для чего же понадобилось заменять поршневой двигатель с винтом реактивным? На это дается простой ответ: воздушный винт имеет существенный недостаток — он может экономично создавать достаточную тягу лишь на сравнительно небольших скоростях. Когда же потребовалось, чтобы самолеты пролетали 800—900 и более тысячи километров в час, то винты оказались непригодными. На таких скоростях тяга винта падает, а сопротивление вращению растет, что и делает применение винта невыгодным.
Когда мы говорим о реактивном двигателе, то прежде всего вспоминаем о простой пороховой ракете, хотя известно много различных видов реактивных двигателей. Это происходит потому, что в конечном счете тяга создается у всех реактивных двигателей одинаковым образом.
Как работает простая ракета, хотя бы та, которую применяют моделисты?
На рис. 227 изображена гильза нормальной ракеты. Предположим, что в гильзе находится некоторое количество пороха, который мы подожгли. При горении образуется большое количество газов, которые с большой силой начинают давить на стенки гильзы. Давление это распространяется во все стороны с одинаковой силой, т. е. давление на единицу площади стенки в любом месте гильзы одно и то же. Поэтому давление газа на стенку А будет равно давлению газа на стенку Б, и эти две силы уравновесятся. Другая картина получается со стенками В и Г. В стенке Г мы просверлили отверстие, поэтому площадь этой стенки меньше площади стенки В, а так как давление на каждый квадратный сантиметр одинаково для обеих стенок, то давление газов на стенку В будет больше силы давления на стенку Г во столько раз, во сколько площадь В больше площади Г.
Рис. 227. Простейший реактивный двигатель - пороховая ракета
Получается некоторая неуравновешенность. Излишек силы Р = Рв — Рг заставит гильзу двигаться (по направлению стрелки), постепенно увеличивая скорость. Таким образом, мы пришли к выводу, что пороховая ракета (и всякая подобная ей) может двигаться совершенно самостоятельно, так как источник движущей силы заключается в ней самой. Это видно и из того обстоятельства, что мы ни разу не говорили о каких-либо внешних условиях. Существующее у многих моделистов мнение о том, что ракета отталкивается от воздуха выпускаемой ею сильной струей газов, конечно, неверно; воздух не только не помогает в создании движущей силы, а, наоборот, тормозит движение ракеты.
Конечно, если взглянуть на реактивный двигатель, то покажется, что с 'пороховой ракетой у него ничего общего нет. Но это только кажется. Вам все станет яснее, когда вы познакомитесь с принципом работы современного реактивного двигателя.
Реактивный двигатель работает примерно так же, как обычная пороховая ракета, у которой газы, образующиеся во время горения пороха, с большой скоростью вырываются наружу. .Сила отдачи, появляющаяся при этом, и есть та сила тяги ракеты, которая толкает ее вперед.
В авиации наибольшее распространение получил турбореактивный двигатель (рис. 228). Он представляет собой большую стальную оболочку — трубу, внутри которой имеются компрессор и газовая турбина.
Воздух, проходя сквозь трубу, сжимается с помощью компрессора (мощного вентилятора) и попадает в камеры сгорания, где происходит непрерывное сгорание смеси паров керосина с воздухом. Керосин впрыскивается в камеру через форсунки. Газы, находясь в камере сгорания под давлением м сильно нагреваясь, стремятся расшириться. Они выходят назад со скоростью, значительно большей, чем та, с которой они входили, и толкают двигатель в другую сторону. При выхлопе газы проходят через лопатки газовой турбины и приводят ее в быстрое вращение (десять и более тысяч оборотов в минуту).
На одном валу с газовой турбиной расположен компрессор. Вращаясь, турбина вращает и компрессор, который благодаря этому нагнетает воздух в камеры сгорания.
Чтобы привести в действие турбореактивный двигатель, его приходится предварительно раскручивать, для чего он снабжается специальным пусковым мотором. Когда число оборотов достигает 7000—8000 в минуту, происходит поджигание смеси электрической искрой с помощью уже знакомых нам электросвечей, и двигатель начинает работать.
Для облегчения запуска работу начинают на бензине, а затем переходят на керосин — основное топливо для реактивных двигателей. Пламя, образующееся в камерах сгорания после первых вспышек, поддерживает в дальнейшем горение, не требуя искры.
Этот процесс идет непрерывно: все новые порции воздуха поступают в двигатель, нагреваются в нем и выбрасываются назад, создавая реактивную силу тяги. Изменяя число оборотов двигателя путем увеличения или уменьшения подачи горючего, изменяют и силу тяги, увеличивая или уменьшая ее.
Реактивные двигатели применяются на самолетах, летающих со скоростью 700—800 км/час, и более.
Теория полета с помощью реактивных снарядов была разработана еще в 1903 году К- Э. Циолковским. Гениально предвидя появление реактивных самолетов, он в одной из своих работ писал: «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных».
Получается некоторая неуравновешенность. Излишек силы Р = Рв — Рг заставит гильзу двигаться (по направлению стрелки), постепенно увеличивая скорость. Таким образом, мы пришли к выводу, что пороховая ракета (и всякая подобная ей) может двигаться совершенно самостоятельно, так как источник движущей силы заключается в ней самой. Это видно и из того обстоятельства, что мы ни разу не говорили о каких-либо внешних условиях. Существующее у многих моделистов мнение о том, что ракета отталкивается от воздуха выпускаемой ею сильной струей газов, конечно, неверно; воздух не только не помогает в создании движущей силы, а, наоборот, тормозит движение ракеты.
Конечно, если взглянуть на реактивный двигатель, то покажется, что с 'пороховой ракетой у него ничего общего нет. Но это только кажется. Вам все станет яснее, когда вы познакомитесь с принципом работы современного реактивного двигателя.
Реактивный двигатель работает примерно так же, как обычная пороховая ракета, у которой газы, образующиеся во время горения пороха, с большой скоростью вырываются наружу. .Сила отдачи, появляющаяся при этом, и есть та сила тяги ракеты, которая толкает ее вперед.
В авиации наибольшее распространение получил турбореактивный двигатель (рис. 228). Он представляет собой большую стальную оболочку — трубу, внутри которой имеются компрессор и газовая турбина.
Воздух, проходя сквозь трубу, сжимается с помощью компрессора (мощного вентилятора) и попадает в камеры сгорания, где происходит непрерывное сгорание смеси паров керосина с воздухом. Керосин впрыскивается в камеру через форсунки. Газы, находясь в камере сгорания под давлением м сильно нагреваясь, стремятся расшириться. Они выходят назад со скоростью, значительно большей, чем та, с которой они входили, и толкают двигатель в другую сторону. При выхлопе газы проходят через лопатки газовой турбины и приводят ее в быстрое вращение (десять и более тысяч оборотов в минуту).
На одном валу с газовой турбиной расположен компрессор. Вращаясь, турбина вращает и компрессор, который благодаря этому нагнетает воздух в камеры сгорания.
Чтобы привести в действие турбореактивный двигатель, его приходится предварительно раскручивать, для чего он снабжается специальным пусковым мотором. Когда число оборотов достигает 7000—8000 в минуту, происходит поджигание смеси электрической искрой с помощью уже знакомых нам электросвечей, и двигатель начинает работать.
Для облегчения запуска работу начинают на бензине, а затем переходят на керосин — основное топливо для реактивных двигателей. Пламя, образующееся в камерах сгорания после первых вспышек, поддерживает в дальнейшем горение, не требуя искры.
Этот процесс идет непрерывно: все новые порции воздуха поступают в двигатель, нагреваются в нем и выбрасываются назад, создавая реактивную силу тяги. Изменяя число оборотов двигателя путем увеличения или уменьшения подачи горючего, изменяют и силу тяги, увеличивая или уменьшая ее.
Реактивные двигатели применяются на самолетах, летающих со скоростью 700—800 км/час, и более.
Теория полета с помощью реактивных снарядов была разработана еще в 1903 году К- Э. Циолковским. Гениально предвидя появление реактивных самолетов, он в одной из своих работ писал: «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных».
Комментариев нет:
Отправить комментарий