Характеристики авиационных поршневых двигателей

Характеристики авиационных поршневых двигателей

Для ультралегких летательных аппаратов широко используются бензиновые поршневые двигатели, работающие по двухтактному циклу с искровым зажиганием. Мощность таких двигателей находится в пределах 25 — 80 кВт.

В перспективе удельные показатели таких двухтактных авиационных поршневых двигателей (АПД) характеризуются следующими величинами (если отбросить несколько устаревших образцов):
— литровая мощность- литровая мощность 90 — 100 кВт / литр
— удельная масса 0,4 — 0,7 кг / кВт
— крейсерский удельный расход топлива 0,41 — 0,45 кг / кВт ч
— частота вращения 5000 — 8500 об / мин
— средняя скорость поршня 10-14 м/с

Конкретное сочетание указанных выше величин не имеет строго закономернрго характера для какого либо образца, а выражает наиболее доступный для каждой фирмы способ достижения желаемого уровня мощности при малой массе . При этом наибольшие значения литровой мощности достигаются обычно повышением частоты вращения .

В большом числе случаев, для ультрагких летательных аппаратов используются двухтактные бензиновые двигатели с кривошипно-камерной продувкой, обладающие достаточно простым устройством и, несмотря на некоторые эксплуатационные недостатки, удовлетворяющие все же ряду требований к таким летательным аппаратам.

Поэтому предложенный изобретателем Ю.Н. Скриповым оригинальный способ осуществления газораспределительного механизма в двухтактном ДВС был рассмотрен в ЦИАМ применительно к АПД для легкомоторной авиации.

Перечень материалов, присланных на отзыв в ЦИАМ:
1. Описание изобретения к патенту Российской Федерации
2. Обращение к возможным партнерам по бизнесу
3. Набросок статьи для журнала » Автомобильная промышленность»
4. Схематическое изображение процесса в двигателе Ю.Н. Скрипова последовательно: ВМТ — вспышка, Рабочий ход, НМТ, продувка.

Предлагаемая новая схема газораспределительного механизма для двигателей внутреннего сгорания позволяет по мнению автора увеличить литровую мощность двигателя в 4 раза , уменьшить токсичность отработанных газов и уменьшить стоимость двигателя.

Предложенная автором кинематическая схема двигателя с новым газораспределительным механизмом по предварительной проработке на основании полученных материалов представляется реализуемой с технической точки зрения и работоспособной.

Обращает на себя внимание сдвоенный поршень, который пока остался еще не проработанным конструктивно. В этом отношении будут значительные трудности с тем, чтобы создать легкую, сборную деталь обеспечивающую высокую жесткость и стабильность формы, поскольку требуется обеспечить постоянство регулировки автоматических клапанов в процессе работы.

Выделение зоны кривошипов для организации смазки под давлением и устранения необходимости подмешивать моторное масло к топливу, тоже требует предварительной конструктивной проработки, поскольку двойной поршень и элементы его жесткого скрепления образуют в цилиндре своего рода крейцкопфный механизм, без конструктивной проработки и прочностных расчетов работоспособность такой системы оценить нельзя. Нужно отметить, что имеющиеся на двойном поршне уплотнительные кольца могут поглощать довольно значительную мощнолсть трения в результате действия сил упругости колец. Это явление неоднократно отмечалось на двигателях с крейцкопфным механизмом.

Все представленные материалы по изобретению Ю.Н.Скрипова выполнены схематично, без коструктивной разработки, позволяющей строго оценить уровень безопасности пилотируемых полетов.

Представляется целесообразным рекомендовать Ю.Н.Скрипову привлечь для коструктивной разработки основной идеи его изобретения — нового принципа газораспределительного механизма для ДВС квалифицированных конструкторов-двигателистов по двухтактному процессу для наземных энергитических установок. Такая разработка будет первым шагом к реальной оценке изобретения Ю.Н.Скрипова как объекта промышленного производства.

Кроме того, при создании предлагаемой машины следует учесть, что существуют определённые алгоритмы разработки тех или иных схем двигателей. Прежде всего необходимо оценить возможные удельные параметры создаваемой машины по сравнению с современным уровнем.

Для первого этапа работ необходимо составить простейшую математическую модель и просчитать возможные потери, приняв во внимание тот факт, что основными будут потери трения уплотнительных колец поршней а также гидравлические потери по тракту системы нагнетания. Параллельно целесообразно изготовить 1- 2 макета, по результатам продувки которых необходимо оценить правильность расчётов, определить уровень потерь, составить полноценную математическую модель и заново просчитать параметры машины.

Читать еще:  Что служит рабочим телом в двигателе автомобиля служит

Предварительные испытания рабочего макета, при положительных результатах расчета, позволят скорректировать конструкцию отдельных деталей и выявить пределы их совершенствования при доводке. Испытания частично подтвердят правильность расчётов на прочность и направления в выборе материалов.

Следует отметить, что уже на этой стадии необходимо, возможно более полно оценить проблемы связанные с уплотнениями рабочих полостей, системой смазки и охлаждения, системой впуска- выпуска рабочего тела а также технологоии изготовления отдельных узлов. Известны случаи, когда невполне продуманные решения отбрасывали разработчиков при доводке изделия на 10 — 15 лет.

При разработке конструкторско-технической документации необходимо стремиться к уменьшению количества деталей и широкому использованию стандартных деталей и узлов, к максимально возможному упрощению технологий изготовления сложных деталей,что в принципе закладывается автором .

Кроме того, при рассмотрении предлагаемой машины в качестве двигателя необходимо представить описание и расположение систем двигателя, обеспечивающих его работу.

Исходя из вышеизложенного, использование предложенной схемы влечет за собой увеличение массогабаритных размеров двигателя и несмотря на улучшение, по мнению автора, отдельных параметров делает проблематичным разработку авиационного варианта. Однако применение двигателя с данным механизмом газораспределения может найти широкое применение в качестве силовой установки как в наземном, так и в судовом исполнении .

Выводы:

1. Предлагаемая новая схема газораспределительного механизма изобретателя Ю.Н. Скрипова для двигателей внутреннего сгорания может быть реализована при решении указанных в заключении вопросов.

2. Указанная схема может найти применение в наземных и судовых дизельных двухтактных двигателях, учитывая, что для таких двигателей важен высокий ресурс и низкий расход топлива и менее важны весовые и габаритные характеристики двигателя.

Союз композитов: мощность двигателей для авиации повышена в два раза

Новая модель роторно-поршневого двигателя (РПД), созданного российскими учеными, по мощности в два раза превышает все подобные устройства. Двигатель позволит повысить грузоподъемность небольших летательных аппаратов — как беспилотных, так и управляемых. Установка таких РПД возможна на уже существующие машины без модернизации конструкции. Зарубежных аналогов устройству нет. Проект поддержан Фондом перспективных исследований.

РПД был изобретен еще в 1950-х годах. Он весит в полтора-два раза меньше, чем обычный поршневой двигатель с такой же мощностью. И в этом его преимущество. А недостатком до недавнего времени была быстрая изнашиваемость в силу особенностей конструкции.

Ученые из Центрального института авиационного моторостроения им. П.И. Баранова решили проблему, создав РПД на основе материалов нового поколения — интеркерамоматричных и металлокерамоматричных композитов. Работа велась в рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований и Института им. П.И. Баранова.

— Композиты были применены в разных элементах двигателя, — рассказывает руководитель проекта Фонда перспективных исследований Сергей Маркин. — Согласно результатам испытаний, износ этих элементов пренебрежительно мал. Все они сохранили свою работоспособность, подтвердив возможность и перспективность применения композиционных материалов для изготовления наиболее нагруженных и проблемных элементов РПД.

Помимо применения композитов, в новой модели использованы и другие инновационные технические решения. В частности, в двигателе есть специально разработанная для РПД система турбонаддува с охлаждением воздуха. Это благотворно влияет на долговечность и надежность устройства. Часть элементов системы турбонаддува изготовлена с помощью технологий 3D-печати с применением отечественного сырья. Также практически с нуля разработана электронная система управления двигателем.

Читать еще:  Высокие обороты при холодном двигателе субару

Благодаря всем этим решениям удалось примерно вдвое повысить мощность двигателя по сравнению с ранее разрабатывавшимися в России РПД.

Однако мощность — не единственная важная характеристика двигателя. Одним из значимых параметров является экономичный расход топлива. По сообщению разработчиков, удельный расход топлива на созданном РПД не превышает 217 г на лошадиную силу в час (по расчетам «Известий», это 295 г на 1 кВт).

— Для лучших современных поршневых двигателей примерно той же мощности расход топлива составляет 200 г на 1 кВт вырабатываемой мощности, и тут даже новый РПД им явно проигрывает, — поясняет заведующий кафедрой поршневых двигателей МГТУ им. Н.Э. Баумана Владимир Марков. — Зато несомненное преимущество роторного двигателя перед поршневым в размерах — он в два-три раза компактнее. Однако это превосходство частично нивелируется необходимостью установки на самолет с РПД топливного бака большего размера.

Пока разработчики планируют применять созданные небольшие РПД для легкой авиации — как беспилотников, так и управляемых аппаратов. РПД в составе гибридных силовых установок с двумя видами двигателей можно будет использовать как на гражданских, так и на военных летательных аппаратах. По сообщению разработчиков, примененные технические решения позволят повысить грузоподъемность летательных аппаратов. Важно, что установка таких двигателей возможна на уже существующие машины без модернизации конструкции и задействованных в работе самолета систем.

— Действительно, роторно-поршневые двигатели по сравнению с поршневыми обладают рядом преимуществ, — рассказал эксперт в области беспилотных систем Денис Федутинов. — Среди них, к примеру, высокая удельная мощность и меньшие вибрации и габариты, а в целом — большая простота конструкции. Если разработчикам удастся достичь таких же хороших результатов по расходу топлива и ресурсу РПД, как и у обычных поршневых, то это сделает данный двигатель востребованным на рынке для использования на БПЛА.

В конце февраля 2019 года опытный образец успешно прошел испытания по определению технических характеристик. По мнению разработчиков, создание отечественного РПД с высоким ресурсом и надежностью может послужить серьезным стимулом для развития в России авиации общего назначения и содействовать восстановлению отечественного двигателестроительного сектора.

Разработан высотный авиационный роторно-поршневой двигатель с уникальными удельными характеристиками

В рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований и Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова разработан перспективный авиационный односекционный турбированный роторно-поршневой двигатель (РПД). При рабочем объеме 0,4 литра и весе роторно-статорного модуля РПД в 28 килограммов достигнутое при моторных определительных испытаниях максимальное пиковое значение мощности составило более 120 лошадиных сил.

Основная задача, которая стояла перед разработчиками нового двигателя – ликвидация недостатка РПД, а именно низкого ресурса основных элементов двигателя и повышение общего ресурса силовой установки при улучшении ее высоких удельных характеристик. Решение состояло в применении в конструкции композиционных металлокерамических материалов нового поколения с высокими физико-механическими характеристиками. Композиты, в частности, применены в износостойкой вставке статора, радиальных, маслосъемных и торцевых уплотнениях ротора, подшипниковых узлах, износостойком покрытии эксцентрикового вала.

В двигателе также используется специально разработанная уникальная система турбонаддува, часть ее элементов изготовлена с помощью аддитивных технологий с использованием отечественного сырья. Также разработана отечественная электронная система управления двигателем и спроектирована современная система топливоподачи.

Правильность выбора указанных конструкторских и технологических решений подтверждена в ходе полного комплекса стендовых испытаний. В частности, проведены круглосуточные ресурсные испытания продолжительностью более 250 часов по самолетному и вертолетному циклам работы. Последующие дефектовки подтвердили крайне низкий износ деталей на уровне допустимых износов деталей классических ДВС и лучших РПД. На основании проведенных экспериментальных исследований по утвержденным методикам Центрального института авиационного моторостроения определен межремонтный ресурс двигателя в 1000 часов и полный ресурс – 5000 часов.

Читать еще:  Все виды тюнинга двигателя

Также в ходе высотно-климатических испытаний на уникальном стенде УВ-3К с термобарокамерой подтверждена возможность стабильной эксплуатации РПД в широком диапазоне температур — от -63,8°С до +52°С и высот — до 10 000 метров, а также возможность поддержания взлетной мощности до высоты 7 000 метров. Двигатель способен работать на различных видах топлива, в том числе на газе, авиационном и автомобильном бензине.

Основные сферы применения перспективного двигателя— беспилотные летательные аппараты, легкомоторная авиация, робототехнические платформы различного назначения, в составе генераторов гибридных силовых установок, в качестве лодочных и автомобильных моторов.

Интерес к инновационной разработке российских ученых уже проявили ведущие предприятия авиастроительной отрасли, компании, специализирующиеся на производстве техники для активного отдыха, и представители Министерства обороны Российской Федерации.

Aeroshell Oil W 15W-50

AeroShell Oil W 15W-50 представляет собой уникальную смесь высококачественного минерального масла и более чем 50% синтетического базового масла, с пакетом беззольной диспергирующей присадки AeroShell Oil W. Полусинтетическая смесь обеспечивает высокие характеристики в широком диапазоне применения и условий эксплуатации. Синтетическая базовая основа обеспечивает лучшие низкотемпературные характеристики прокачку, чем сезонные масла. Дополнительно, смесь синтетической и высококачественной минеральной базовой основы обеспечивает лучшую эксплуатацию двигателя при высоких температурах, чем применяемые масла для авиационных поршневых двигателей. Минеральная базовая основа помогает растворять свинец, побочный продукт горения, тем самым, сохраняя двигатель чистым от «серой краски» или свинцового шлама, который может появляться при использовании полностью синтетических масел.

Масло AeroShell Oil W 15W-50 предназначено для применения в сертифицированных четырехтактных авиационных поршневых двигателях. Масло AeroShell Oil W 15W-50 превосходит сезонные масла в каждой области применения. Оно обеспе-чивает легкий запуск, улучшает смазывание после взлета, сокращает износ, сни-жает коррозию и окисление и улучшает чистоту на таком же уровне, что и масло SAE 50 в условиях полностью прогретого двигателя, рабочего давления и температуры масла.

Пакет антикоррозионных присадок разработан таким образом, чтобы предотвращать коррозию и окисление на всех типах поршневых двигателей. При сравнительных испытаниях кулачков распредвалов, подвергшихся коррозии в условиях высокой влажности, узлы, смазываеме AeroShell Oil W 15W-50 были почти полностью свобод-ны от ржавчины, в то время как кулачки, испытываемые на других маслах, показали в некоторых случаях сильную коррозию на контурах кулачка и несущих поверхно-стях.

Эти результаты означают, что AeroShell Oil W 15W-50 может обеспечить максимум антикоррозионной защиты для авиационных поршневых двигателей, когда его ис-пользование сочетается с надлежащим техническим обслуживанием и надлежащими рабочими условиями.

Благодаря улучшенным вязкостно-температурным характеристикам, AeroShell Oil W 15W-50, эксплуатанты могут наблюдать небольшое снижение температуры масла на некоторых авиадвигателях. На более крупных двигателях створки системы охла-ждения масла позволяют компенсировать эти изменения. Однако в двигателях меньшего размера температура масла может несколько понизиться. Эксплуа-танты должны всегда следить за тем, чтобы температура масла находилась в диапазоне, указанном в документации на двигатель. Большинство производителей авиадвигателей рекомендуют поддерживать рабочую температуру масла в пределах 82 — 93°С (180 — 200° по Фаренгейту). Температура масла значительно меньше нижней границы этого диапазона может привести к чрезмерному загрязнению картера водой и топливом.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector