Silnik tłokowy samolotu: przegląd, urządzenie i charakterystyka

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Przez długi czas, od końca XIX wieku do połowy XX wieku, tłokowy silnik lotniczy był jedynym silnikiem, który zapewniał loty samolotów. I dopiero w latach czterdziestych ubiegłego wieku ustąpił miejsca silnikom o innych zasadach działania - turboodrzutowym. Ale pomimo tego, że silniki tłokowe straciły swoje pozycje, nie zniknęły ze sceny.

Nowoczesne aplikacje dla silników tłokowych

Obecnie lotnicze silniki tłokowe są stosowane głównie w samolotach sportowych, a także w małych samolotach wykonywanych na zamówienie. Jednym z głównych powodów, dla których silniki tego typu są bardzo rzadko wykorzystywane, jest to, że stosunek mocy jednostkowej do jednostki masy silnika tłokowego jest znacznie mniejszy w porównaniu z turbinami gazowymi. Pod względem prędkości silniki tłokowe nie mogą konkurować z innymi silnikami stosowanymi w przemyśle lotniczym. Ponadto ich wydajność nie przekracza 30%.

Rodzaje tłokowych silników lotniczych

Tłokowe silniki lotnicze różnią się głównie kolejnością cylindrów w stosunku do wału korbowego. W rezultacie istnieje dość duża liczba różnych typów silników tłokowych. Najczęściej używane są następujące:

• Silniki w kształcie litery V;
• silnik promieniowy tłokowy, w którym cylindry są ułożone w gwiazdę;
• silnik typu bokser, jego cylindry są w linii.

Silniki V

Są to najbardziej znane i używane typy silników spalinowych w przemyśle lotniczym i nie tylko. Ich nazwa związana jest z charakterystycznym układem cylindrów w stosunku do wału korbowego. Jednocześnie mają w stosunku do siebie inny poziom nachylenia. Może wynosić od 10 do 120 stopni. Takie silniki działają na takich samych zasadach jak inne silniki spalinowe.

Zaletami silników z układem cylindrów w kształcie litery V jest ich względna kompaktowość przy zachowaniu wydajności mocy, a także możliwość uzyskania przyzwoitego momentu obrotowego. Konstrukcja pozwala na uzyskanie znacznych przyspieszeń wału ze względu na to, że bezwładność powstająca podczas pracy jest znacznie większa niż w przypadku innych typów silników spalinowych. W porównaniu z innymi typami charakteryzują się najmniejszą wysokością idługość.

Silniki tego typu charakteryzują się dużą sztywnością wału korbowego. Zapewnia to większą wytrzymałość konstrukcyjną, co zwiększa żywotność całego silnika. Częstotliwości robocze takich silników różnią się w dużych zakresach. Pozwala to szybko nabrać rozpędu, a także pracować stabilnie w trybach granicznych.

Wady tłokowych silników lotniczych z silnikiem widlastym obejmują złożoność ich konstrukcji. W rezultacie są znacznie droższe niż inne typy. Ponadto różnią się dość dużą szerokością silnika. Również silniki w kształcie litery V charakteryzują się wysokim poziomem wibracji, trudnościami w wyważaniu. Prowadzi to do tego, że konieczne jest specjalne zważenie ich różnych części.

Samolotowy silnik tłokowy promieniowy

Obecnie silniki tłokowe promieniowe są ponownie poszukiwane w lotnictwie. Są aktywnie wykorzystywane w modelach samolotów sportowych lub wykonywanych na zamówienie. Wszystkie są małe. Urządzenie lotniczego silnika tłokowego typu promieniowego, w przeciwieństwie do innych silników, polega na tym, że jego cylindry są umieszczone wokół wału korbowego pod równymi kątami, jak promienie promieniowe (gwiazdki). To dało mu imię - w kształcie gwiazdy. Takie silniki są wyposażone w układ wydechowy rozbieżny w wiązkach promieniowych. Co więcej, silnik tego typu może mieć kilka gwiazdek - przedziałów. Jest to możliwe dzięki zwiększeniu długości wału korbowego. Z reguły silniki promieniowe są wykonane z nieparzystą liczbą cylindrów. Pozwala to na przyłożenie iskry do cylindra przezjeden. Ale produkują również silniki radialne o parzystej liczbie cylindrów, ale ich liczba musi być większa niż dwa.

Największą wadą silników promieniowych jest możliwość przedostania się oleju do dolnych cylindrów silnika podczas postoju samolotu. Problem ten dość często prowadzi do wystąpienia chwilowego uderzenia hydraulicznego, co prowadzi do awarii całego mechanizmu korbowego. Aby zapobiec takim problemom przed uruchomieniem silnika, wymagana jest ciągła kontrola stanu dolnych cylindrów, aby upewnić się, że nie ma do nich penetracji oleju.

Zaletami silników radialnych są ich niewielkie rozmiary, łatwość obsługi i przyzwoita moc. Zazwyczaj są instalowane w sportowych modelach samolotów.

Silnik tłokowy samolotu przeciwstawnego

Obecnie silniki samolotów typu bokser zaczynają przeżywać swoje odrodzenie. Ze względu na to, że są niewielkie i stosunkowo lekkie, umieszcza się je na lekkich samolotach sportowych. Są w stanie rozwinąć wystarczającą moc i zapewnić bardzo duże prędkości.

Silniki Boxer mają kilka typów konstrukcji:

1. Silnik wykonany metodą „boksera” (Subaru). W takich silnikach tłoki cylindrów znajdujących się naprzeciw siebie poruszają się w równych odległościach. Skutkuje to jednym w górnym martwym punkcie, a drugim w dolnym martwym punkcie w każdym cyklu.

2. silniki,wyposażony w urządzenie OROS (Opposed Piston Opposed Cylinder). W takich silnikach cylindry są usytuowane poziomo w stosunku do wału korbowego. Każdy z nich zawiera dwa tłoki, które podczas pracy poruszają się do siebie. Dalszy tłok jest połączony z wałem korbowym za pomocą specjalnego korbowodu.

3. Silnik wykonany w oparciu o zasadę stosowaną w radzieckim silniku 5TDF. W takim produkcie tłoki poruszają się do siebie, pracując parami w każdym cylindrze z osobna. Gdy oba tłoki osiągną górny martwy punkt, paliwo jest wtryskiwane między nie. Silniki tej odmiany mogą pracować na różnych rodzajach paliwa, od nafty po benzynę. W celu zwiększenia mocy silników typu bokser są one wyposażone w turbosprężarkę.

Główną zaletą silników typu bokser jest kompaktowość, małe wymiary. Mogą być używane w bardzo małych samolotach. Ich moc jest dość wysoka. Obecnie są coraz częściej wykorzystywane w samolotach sportowych.

Główną wadą jest wysokie zużycie paliwa, a zwłaszcza oleju silnikowego. W porównaniu do silników innych typów, silniki typu boxer zużywają dwukrotnie więcej paliwa i smarów. Wymagają ciągłej wymiany oleju.

Nowoczesne silniki lotnicze

Nowoczesne tłokowe silniki lotnicze to bardzo złożone układy. Wyposażone są w nowoczesne agregaty i zespoły. Ich pracę zapewniają i sterują nowoczesnymi systemami i urządzeniami. Ze względu na zastosowaniezaawansowana technologia, waga charakterystyczna silnika jest znacznie zmniejszona. Ich możliwości wzrosły, co przyczynia się do ich szerokiego wykorzystania w lotnictwie lekkim i sportowym.

Oleje lotnicze

Olej w tłokowych silnikach lotniczych pracuje w dość trudnych warunkach. Są to wysokie temperatury w obszarach pierścieni tłokowych, na wewnętrznych częściach tłoków, na zaworach i innych elementach. Dlatego, aby zapewnić wysoką jakość pracy silnika w warunkach znacznych temperatur, ciśnień, obciążeń, stosują oleje o wysokiej lepkości, które poddawane są specjalnemu czyszczeniu. Muszą mieć wysoką smarowność, pozostawać obojętne dla metali i innych materiałów konstrukcyjnych silnika. Oleje lotnicze do silników tłokowych muszą być odporne na utlenianie pod wpływem wysokich temperatur, aby nie utraciły swoich właściwości podczas przechowywania.

Domowe tłokowe silniki lotnicze

Historia produkcji silników tłokowych w Rosji rozpoczyna się w 1910 roku. Masowa produkcja rozpoczęła się podczas I wojny światowej. W Związku Radzieckim radzieckie tłokowe silniki lotnicze własnej konstrukcji zaczęto tworzyć w 1922 roku. Wraz ze wzrostem produkcji przemysłowej, w tym lotniczej, w kraju rozpoczęto masową produkcję silników tłokowych 4 producentów. Były to silniki V. Klimova, A. Shvetsova, zakład nr 29, A. Mikulina.

Po wojnie rozpoczyna się proces modernizacji lotnictwa ZSRR. Projektuje się i buduje silniki do nowych samolotów. Reaktywnybudowa samolotów. W 1947 roku wszystkie samoloty wojskowe operujące z dużymi prędkościami przeszły na napęd odrzutowy. Silniki lotnicze tłokowe są używane tylko w samolotach szkoleniowych, sportowych, pasażerskich i wojskowych.

Największy tłokowy silnik lotniczy

Najmocniejszy tłokowy silnik lotniczy powstał w USA w 1943 roku. Nazywano go Lycoming XR-7755. Był to silnik trzydziestosześciocylindrowy. Jego objętość robocza wynosiła 127 litrów. Był w stanie rozwinąć moc 5000 koni mechanicznych. Przeznaczony do samolotu Convair B-36. Jednak seria nie poszła. Powstał w dwóch egzemplarzach, jako prototypy.