Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Цпг двигателя что это


что нужно знать об этих деталях и как продлить срок их службы?

В статье подробно рассмотрены ключевые детали автомобильного двигателя – поршень и цилиндр. Уделено внимание их конструкции, функциям, условиям работы, возможным проблемам при эксплуатации и путям их решения.

Цилиндр и поршень – ключевые детали любого двигателя. В замкнутой полости цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Газы, образующиеся при этом, воздействуют на поршень – он начинает двигаться и заставляет вращаться коленчатый вал.

Цилиндр и поршень обеспечивают оптимальный режим работы двигателя в любых условиях эксплуатации автомобиля.

Рассмотрим эту пару подробнее: конструкцию, функции, условия работы, возможные проблемы при эксплуатации элементов ЦПГ и пути их решения.


Принцип работы цилиндро-поршневой группы

Современные двигатели внутреннего сгорания оснащены блоками, в которые входят от 1 до 16 цилиндров – чем их больше, тем мощнее силовой агрегат.

Внутренняя часть каждого цилиндра – гильза – является его рабочей поверхностью. Внешняя – рубашка – составляет единое целое с корпусом блока. Рубашка имеет множество каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри цилиндра находится поршень. В результате давления газов, выделяющихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси, он совершает возвратно-поступательное движения и передает усилия на шатун. Кроме того, поршень выполняет функцию герметизации камеры сгорания и отводит от нее излишки тепла.

Поршень включает следующие конструктивные элементы:

  • Головку (днище)
  • Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные)
  • Направляющую часть (юбку)

Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных двигателей отличаются наличием на днищах выемок – благодаря им воздух, поступающий в цилиндр, лучше перемешивается с топливом.

Кольца, установленные в специальные канавки на поршне, обеспечивают плотность и герметичность его соединения с цилиндром. В двигателях разного типа и предназначения количество и расположение колец могут отличаться.

Чаще всего поршень содержит два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Компрессионные (уплотняющие) кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную или коническую форму. Они служат для минимизации попадания газов в картер двигателя, а также отведения тепла от головки поршня к стенкам цилиндра.

Верхнее компрессионное кольцо, которое изнашивается быстрее всех, обычно обработано методом пористого хромирования или напылением молибдена. Благодаря этому оно лучше удерживает смазочный материал и меньше повреждается. Остальные уплотняющие кольца для лучшей приработки к цилиндрам покрывают слоем олова.

С помощью маслосъемного кольца поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в гильзе, собирает с ее стенок излишки масла, которые не должны попасть в камеру сгорания. Через дренажные отверстия поршень «забирает» масло внутрь, а затем отводит его в картер двигателя.

Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие с двумя выступами (бобышками) – в нем крепится поршневой палец, служащий для соединения поршня с шатуном.

Палец представляет собой деталь трубчатой формы, которая может либо закрепляться в бобышках поршня или головке шатуна, либо свободно вращаться и в бобышках, и в головке (плавающие пальцы).

Поршень с коленчатым валом соединяется шатуном. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленвала, а стержень совершает сложные колебательные движения. Шатун в процессе работы подвергается высоким нагрузкам – сжатию, изгибу и растяжению – поэтому его производят из прочных, жестких, но в то же время легких (в целях уменьшения сил инерции) материалов.


Конструкционные материалы деталей ЦПГ

Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

Современные автомобили, особенно с дизельными двигателями, все чаще оснащаются сборными поршнями из стали. Они имеют меньшую компрессионную высоту, чем алюминиевые, поэтому позволяют использовать удлиненные шатуны. В результате боковые нагрузки в паре "поршень-цилиндр" существенно снижаются.

Поршневые кольца, наиболее подверженные износу и деформациям, производят из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем).

Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

Одним из самых эффективных антифрикционных покрытий поршней является MODENGY Для деталей ДВС.

Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС.


Методы охлаждения и смазывания цилиндро-поршневой группы

В каждом цикле работы двигателя сгорает большое количество топливно-воздушной смеси. При этом все детали цилиндро-поршневой группы испытывают экстремальные температурные воздействия, поэтому нуждаются в эффективном охлаждении – воздушном или жидкостном.

Наружная поверхность цилиндров ДВС с воздушным охлаждением покрыта множеством ребер, которые обдувает встречный или искусственно созданный воздухозаборниками воздух.

При водяном охлаждении жидкость, циркулирующая в толще блока, омывает нагретые цилиндры, забирая таким образом излишек тепла. Затем жидкость попадает в радиатор, где охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

Второй по важности момент после отвода тепла – система смазки цилиндров. Без нее поршни рано или поздно подвергаются заклиниванию, что может привести к поломке двигателя.

Для того чтобы масляная пленка дольше удерживалась на внутренних поверхностях цилиндров, их подвергают хонингованию, т.е. нанесению специальной микросетки. Стабильность слоя масла гарантирует не только максимально низкое трение в паре "поршень-цилиндр", но и способствует отведению лишнего тепла из ЦПГ.



Неисправности ЦПГ и их диагностика

Даже грамотная эксплуатация автомобиля не гарантирует, что со временем не возникнет проблем с его цилиндро-поршневой группой.

О неисправностях деталей ЦПГ свидетельствует увеличение расхода масла, ухудшение пусковых качеств двигателя, снижение его мощности, появление каких-либо посторонних шумов при работе. Эти моменты нельзя игнорировать, так как стоимость ремонта цилиндро-поршневой группы иногда равна стоимости автомобиля в целом.

Под влиянием очень высоких нагрузок и температур:

  • На рабочих поверхностях цилиндров появляются трещины, сколы, пробоины
  • Посадочные места под гильзу деформируются
  • Днища поршней оплавляются и прогорают
  • Поршневые кольца разрушаются, закоксовываются, залегают
  • На теле поршней возникают различные повреждения
  • Зазоры между поршнем и цилиндром сужаются, вследствие чего на юбках появляются задиры
  • Наблюдается общий износ цилиндров и поршней

Перечисленные неисправности цилиндро-поршневой группы неизбежны при перегреве двигателя. Он может возникнуть из-за нарушения герметичности системы охлаждения, отказа термостата или помпы, сбоев в работе вентилятора охлаждения радиатора, поломки самого радиатора или его датчика.

Точно определить состояние цилиндров и поршней можно с помощью специализированной диагностики самой ЦПГ (при полной разборке двигателя) или других автомобильных систем (например, воздушного фильтра).

В ходе сервисных работ измеряется компрессия в цилиндрах ДВС, берутся пробы картерного масла и пр. Все это помогает оценить исправность работы цилиндро-поршневой группы.

Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя включает замену маслосъемных и компрессионных колец, установку новых поршней, шатунов, восстановление (расточку) цилиндров.

Степень износа последних определяется с помощью индикаторного нутрометра. Трещины и сколы на стенках устраняются эпоксидными пастами или путем сварки.

Новые поршни – с нужным диаметром и массой – подбирают к гильзам, а поршневые пальцы – к поршням и втулкам верхних головок шатунов. Шатуны предварительно проверяют и при необходимости восстанавливают.


Как продлить ресурс ЦПГ?

Ресурс цилиндро-поршневой группы зависит от типа двигателя, режима его эксплуатации, регулярности обслуживания и многих других факторов. Срок службы ЦПГ отечественных автомобилей, как правило, меньше, чем у иномарок: около 200 тыс. км против 500 тыс.км.

Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывали свой ресурс полностью, рекомендуется:

  • Использовать моторное масло, одобренное автопроизводителем
  • Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
  • Следить за температурным режимом работы двигателя, не допускать его перегрева и холодного запуска
  • Регулярно проводить диагностику автомобиля
  • Применять для обслуживания автокомпонентов специальные средства, которые могут защитить их от усиленного износа и максимально продлить срок службы

Что такое двигатель V? (с рисунком)

Двигатель V, также известный как V-образный двигатель, является распространенным типом двигателя внутреннего сгорания. Он характеризуется V-образной формой, которую цилиндры образуют при взгляде спереди двигателя, перпендикулярно оси коленчатого вала. Сторонники конструкции двигателя V часто ссылаются на его обычно меньшую длину, высоту и вес в качестве причин своей привлекательности.

V-образный двигатель имеет один коленчатый вал.

Традиционное обозначение, используемое для обозначения размера двигателя V, - это буква «V», за которой следует число цилиндров, которые имеет двигатель. Например, двигатель V с шестью цилиндрами называется V-6. Двигатель с V-образной конфигурацией может быть таким же маленьким, как V-образный, только с двумя цилиндрами, отражающими друг друга через коленчатый вал, или таким же большим, как V-24 в локомотивах.

V-образный двигатель состоит из двух рядов цилиндров, которые крепятся к одному коленчатому валу.Обычно цилиндры расположены под углом 60 или 90 градусов. Крены в V-6 обычно находятся под углом 60 или 90 градусов, а крены двигателя V-8 обычно находятся под углом 90 градусов.

Двигатели этого типа обычно устанавливаются в конфигурации V-6, V-8, V-10 и V-12 в автомобилях, хотя они не являются исключительно автомобильными. V-близнецы являются одним из основных производителей мотоциклов, а другие нашли способы использовать V-образные двигатели от V-4 или V-5 до V-8 в своих мотоциклах.V-образные двигатели V-16, V-20 и V-24 довольно редко используются в автомобилях и ограничиваются, в основном, большим грузовиком и локомотивом, за некоторыми исключениями.

Хотите автоматически сэкономить время и деньги месяца? Пройдите 2-минутный тест, чтобы узнать, как начать экономить до 257 долларов в месяц.

Привлекательность конструкции двигателя V обусловлена ​​его тенденцией быть легче и короче по высоте и длине, чем встроенная компоновка с таким же числом цилиндров и рабочим объемом.Короткая длина V-образной конструкции позволяет производителям автомобилей сократить длину капота и использовать это пространство для других целей. V-образный двигатель имеет тенденцию допускать более высокие крутильные напряжения и скорости вращения в результате его сильного короткого коленчатого вала.

Конфигурация встроенного двигателя, напротив, гораздо проще, чем V, с одним блоком, содержащим все цилиндры в ряду.Больший блок и расстояние между цилиндрами часто приводят к тому, что линейный двигатель обеспечивает более плавную подачу мощности при одновременном увеличении крутящего момента. Встроенные макеты тяжелее и намного длиннее, чем двигатели V-типа, и они требуют больше места с точки зрения длины.

,Двигатель

- Википедия

Анимация, демонстрирующая четыре стадии цикла четырехтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания:
  1. Индукция (Топливо входит в состав)
  2. Компрессия
  3. Зажигание (Топливо сожжено)
  4. Эмиссия (выхлопной газ)

машина, которая преобразует одну форму энергии в механическую энергию

Двигатель , или , двигатель - это машина, предназначенная для преобразования одной формы энергии в механическую. [1] [2] Тепловые двигатели, как и двигатель внутреннего сгорания, сжигают топливо для создания тепла, которое затем используется для работы. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическое движение, пневматические моторы используют сжатый воздух, а заводные моторы в игрушечных игрушках используют упругую энергию. В биологических системах молекулярные двигатели, такие как миозины в мышцах, используют химическую энергию для создания сил и, в конечном итоге, движения.

Терминология [править]

Слово двигатель происходит от древнеанглийского двигателя , от латинского ingenium - корень слова гениального .Доиндустриальное оружие войны, такое как катапульты, требучеты и тараны, называлось осадных орудий , и знание того, как их создавать, часто считалось военной тайной. Слово джин , как в хлопок джин , является сокращением от двигатель . Большинство механических устройств, изобретенных во время промышленной революции, были описаны как двигатели - паровой двигатель является ярким примером. Однако оригинальные паровые двигатели, такие как Томас Савери, были не механическими, а насосами.Таким образом, пожарная машина в своем первоначальном виде была просто водяным насосом, при этом двигатель доставлялся в огонь лошадьми. [3]

В современном использовании термин «двигатель » обычно описывает устройства, такие как паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания, которые сжигают или иным образом потребляют топливо для выполнения механической работы, прикладывая крутящий момент или линейную силу (обычно в форме тяги). Устройства, преобразующие тепловую энергию в движение, обычно называют просто двигателями . [4] Примеры двигателей, которые создают крутящий момент, включают известные автомобильные бензиновые и дизельные двигатели, а также турбовалы. Примеры двигателей, которые производят тягу, включают турбовентиляторы и ракеты.

Когда был изобретен двигатель внутреннего сгорания, термин «двигатель » первоначально использовался для отличия его от парового двигателя, который в то время широко использовался для питания локомотивов и других транспортных средств, таких как паровые катки. Термин двигателя происходит от латинского глагола moto , который означает приводить в движение или поддерживать движение.Таким образом, мотор - это устройство, которое передает движение.

Двигатель и двигатель являются взаимозаменяемыми на стандартном английском языке. [5] В некоторых технических жаргонах два слова имеют разные значения, в которых двигатель - это устройство, которое сжигает или иным образом потребляет топливо, изменяя свой химический состав, а двигатель - это устройство, приводимое в действие электричеством, воздухом или гидравлическое давление, которое не меняет химический состав своего источника энергии. [6] [7] Однако в ракетостроении используется термин ракетный двигатель, хотя они потребляют топливо.

Тепловой двигатель также может служить первичным двигателем - компонентом, который преобразует поток или изменения давления жидкости в механическую энергию. [8] Автомобиль, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, может использовать различные двигатели и насосы, но в конечном итоге все такие устройства получают свою мощность от двигателя. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что двигатель получает энергию от внешнего источника, а затем преобразует ее в механическую энергию, в то время как двигатель создает энергию от давления (получаемого непосредственно от взрывной силы сгорания или другой химической реакции, или вторично от действие некоторой такой силы на другие вещества, такие как воздух, вода или пар). [9]

История [править]

Античность [править]

Простые машины, такие как дубинка и весло (примеры рычага), являются доисторическими. Более сложные двигатели, использующие энергию человека, животных, воду, ветер и даже энергию пара, уходят в глубь древности. Человеческая сила была сосредоточена на использовании простых двигателей, таких как лебедка-кабестан, лебедка или беговая дорожка, а также на веревках, шкивах и механизмах блокировки и захвата; эта сила передавалась обычно с умноженными силами и уменьшенной скоростью.Они использовались в кранах и на кораблях в Древней Греции, а также в шахтах, водяных насосах и осадных машинах в Древнем Риме. Авторы тех времен, включая Витрувия, Фронтина и Плиния Старшего, рассматривают эти двигатели как обычное дело, поэтому их изобретение может быть более древним. К 1-му веку нашей эры крупный рогатый скот и лошади использовались на мельницах, приводя в движение машины, подобные тем, которые приводились в действие людьми в более ранние времена.

По словам Страбона, водная мельница была построена в Каберии, в королевстве Митридата, в 1 веке до нашей эры.Использование водяных колес в мельницах распространилось по всей Римской империи в течение следующих нескольких веков. Некоторые были довольно сложными, с акведуками, дамбами и шлюзами для поддержания и направления воды, а также с системами зубчатых колес или зубчатых колес из дерева и металла для регулирования скорости вращения. Более сложные небольшие устройства, такие как механизм Antikythera, использовали сложные цепочки передач и циферблатов, чтобы действовать как календари или предсказывать астрономические события. В стихотворении Авсония в 4 веке нашей эры он упоминает о камнерезной пиле, приводимой в движение водой.Героя Александрии приписывают многим таким ветряным и паровым машинам в 1-м веке нашей эры, включая Aeolipile и торговый автомат, часто эти машины ассоциировались с поклонением, такие как анимированные алтари и автоматизированные двери храма.

Средневековье [править]

Средневековые мусульманские инженеры использовали шестерни в мельницах и водоподъемных машинах и использовали плотины в качестве источника воды, чтобы обеспечить дополнительную мощность для водяных мельниц и водоподъемных машин. [10] В средневековом исламском мире такие достижения позволили механизировать многие производственные задачи, ранее выполнявшиеся с помощью ручного труда.

В 1206 году аль-Джазари использовал систему шатунов для двух своих водоподъемных машин. Зачаточное паротурбинное устройство было описано Таки ад-Дином [11] в 1551 году и Джованни Бранкой [12] в 1629 году. [13]

В 13 веке твердотопливный ракетный двигатель был изобретен в Китай. Управляемый порохом, этот простейший двигатель внутреннего сгорания был неспособен обеспечить устойчивую мощность, но был полезен для приведения оружия в действие на высоких скоростях в направлении врагов в бою и для фейерверков.После изобретения это новшество распространилось по всей Европе.

Промышленная революция [править]

Двигатель Boulton & Watt 1788 г.

Паровая машина Watt была первым паровым двигателем, который использовал пар при давлении чуть выше атмосферного для привода поршня, чему способствовал частичный вакуум. Совершенствование конструкции парового двигателя Newcomen 1712 года, парового двигателя Watt, которое спорадически разрабатывалось с 1763 по 1775 год, стало большим шагом в развитии парового двигателя. Предлагая резкое повышение эффективности использования топлива, дизайн Джеймса Уотта стал синонимом паровых двигателей, во многом благодаря его деловому партнеру Мэтью Боултону.Это позволило быстро создать эффективные полуавтоматические заводы в ранее невообразимых масштабах в местах, где гидроэнергетика была недоступна. Дальнейшее развитие привело к появлению паровозов и значительному расширению железнодорожного транспорта.

Что касается поршневых двигателей внутреннего сгорания, они были испытаны во Франции в 1807 году де Ривазом и независимо друг от друга братьями Ниепсе. Теоретически они были разработаны Карно в 1824 году. [ требуется цитирование ] В 1853–57 годах Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи изобрели и запатентовали двигатель, использующий принцип свободного поршня, который, возможно, был первым четырехтактным двигателем. [14]

Изобретение двигателя внутреннего сгорания, которое впоследствии было коммерчески успешным, было сделано в 1860 году Этьеном Ленуаром. [15]

В 1877 году цикл Отто был в состоянии дать намного более высокое отношение мощности к весу, чем паровые двигатели, и работал намного лучше для многих транспортных применений, таких как автомобили и самолеты.

Автомобили [править]

Первый коммерчески успешный автомобиль, созданный Карлом Бенцем, добавил интерес к легким и мощным двигателям.Легкий бензиновый двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу Отто, был наиболее успешным для легких автомобилей, в то время как более эффективный дизельный двигатель используется для грузовых автомобилей и автобусов. Однако в последние годы турбодизельные двигатели становятся все более популярными, особенно за пределами США, даже для довольно небольших автомобилей.

Горизонтально противоположные поршни [править]

В 1896 году Карлу Бенцу был выдан патент на конструкцию первого двигателя с горизонтально расположенными поршнями.Его конструкция создала двигатель, в котором соответствующие поршни движутся в горизонтальных цилиндрах и одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом автоматически балансируя друг друга в зависимости от их индивидуального импульса. Двигатели этой конструкции часто называют плоскими двигателями из-за их формы и низкого профиля. Они использовались в Volkswagen Beetle, Citroën 2CV, некоторых автомобилях Porsche и Subaru, многих мотоциклах BMW и Honda, а также двигателях воздушных винтов.

Продвижение [править]

Продолжение использования двигателя внутреннего сгорания для автомобилей отчасти связано с совершенствованием систем управления двигателем (бортовые компьютеры, обеспечивающие процессы управления двигателем и впрыск топлива с электронным управлением).Принудительная подача воздуха за счет турбонаддува и наддува повышает выходную мощность и эффективность двигателя. Подобные изменения были применены к меньшим дизельным двигателям, давая им почти такие же характеристики мощности, что и бензиновые двигатели. Это особенно очевидно в связи с популярностью автомобилей с меньшим двигателем с дизельным двигателем в Европе. Большие дизельные двигатели все еще часто используются в грузовиках и тяжелой технике, хотя они требуют специальной обработки, недоступной на большинстве заводов. Дизельные двигатели производят более низкие выбросы углеводородов и CO
2, но с более высоким уровнем твердых частиц и NO
x , чем бензиновые двигатели. [16] Дизельные двигатели также на 40% более экономичны, чем сопоставимые бензиновые двигатели. [16]

Увеличение мощности [править]

В первой половине 20-го века наблюдалась тенденция увеличения мощности двигателя, особенно в моделях США. [требуется уточнение ] Изменения конструкции включали в себя все известные методы увеличения мощности двигателя, включая увеличение давления в цилиндрах для повышения эффективности, увеличение размеров двигателя и увеличение скорости, с которой двигатель производит работу.Более высокие силы и давления, создаваемые этими изменениями, создавали проблемы с вибрацией и размерами двигателя, что приводило к более жестким, более компактным двигателям с V-образным расположением цилиндров и противостоянием, заменяющим более длинные прямолинейные устройства.

Эффективность сгорания [править]

Принципы проектирования, которым отдают предпочтение в Европе, из-за экономических и других ограничений, таких как более мелкие и крутые дороги, ориентированы на автомобили меньшего размера и соответствуют принципам проектирования, сосредоточенным на повышении эффективности сгорания небольших двигателей.Это позволило получить более экономичные двигатели с более ранними четырехцилиндровыми двигателями мощностью 40 лошадиных сил (30 кВт) и шестицилиндровыми двигателями мощностью до 80 лошадиных сил (60 кВт) по сравнению с американскими двигателями V-8 большого объема с номинальной мощностью в диапазон от 250 до 350 л.с., некоторые даже более 400 л.с. (от 190 до 260 кВт). [требуется уточнение ] [необходимо цитирование ]

Конфигурация двигателя [править]

Раньше при разработке автомобильных двигателей производился гораздо больший ассортимент двигателей, чем обычно используется сегодня.Двигатели варьировались от 1 до 16 цилиндров с соответствующими различиями в общем размере, весе, объеме двигателя и отверстиях цилиндров. В большинстве моделей использовались четыре цилиндра и номинальная мощность от 19 до 120 л.с. (от 14 до 90 кВт). Было построено несколько трехцилиндровых двухтактных моделей, в то время как большинство двигателей имели прямые или рядные цилиндры. Было несколько моделей V-типа и горизонтально противоположных двух- и четырехцилиндровых моделей. Верхние распредвалы часто использовались.Меньшие двигатели обычно имели воздушное охлаждение и располагались в задней части автомобиля; коэффициенты сжатия были относительно низкими. В 1970-х и 1980-х годах возрос интерес к улучшению экономии топлива, что привело к возврату к меньшим размерам V-6 и четырехцилиндровым двигателям с пятью клапанами на цилиндр для повышения эффективности. Bugatti Veyron 16.4 работает с двигателем W16, что означает, что два расположения цилиндров V8 расположены рядом друг с другом, чтобы создать форму W, разделяющую один и тот же коленчатый вал.

Самый большой из когда-либо созданных двигателей внутреннего сгорания - это 14-цилиндровый 2-тактный дизельный двигатель с турбонаддувом Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, который был спроектирован для оснащения Emma Mærsk , самого большого контейнеровоза в мире, когда его запускали в 2006.Этот двигатель имеет массу 2300 тонн, а при работе на скорости 102 об / мин (1,7 Гц) вырабатывает более 80 МВт и может использовать до 250 тонн топлива в день.

Двигатель можно отнести к категории в соответствии с двумя критериями: форма энергии, которую он принимает для создания движения, и тип движения, которое он выводит.

Тепловой двигатель [править]

Двигатель внутреннего сгорания [править]

Двигатели внутреннего сгорания - это тепловые двигатели, приводимые в движение теплом процесса сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания [править]
Трехтактный двигатель внутреннего сгорания, работающий на угольном газе

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель, в котором сгорание топлива (обычно ископаемого топлива) происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания.В двигателе внутреннего сгорания расширение газов высокой температуры и высокого давления, которые образуются в результате сгорания, непосредственно прикладывает усилие к компонентам двигателя, таким как поршни или лопатки турбины или сопло, и перемещая его на расстояние , генерирует механическую работу. [17] [18] [19] [20]

Двигатель внешнего сгорания [править]

Двигатель внешнего сгорания (двигатель ЕС) представляет собой тепловой двигатель, в котором внутренняя рабочая жидкость нагревается путем сгорания внешнего источника через стенку двигателя или теплообменник.Затем жидкость, расширяясь и воздействуя на механизм двигателя, производит движение и полезную работу. [21] Затем жидкость охлаждается, сжимается и используется повторно (замкнутый цикл) или (реже) сбрасывается, а холодная жидкость втягивается (воздушный двигатель открытого цикла).

«Сжигание» относится к сжиганию топлива с окислителем, для подачи тепла. Двигатели с аналогичной (или даже идентичной) конфигурацией и работой могут использовать подачу тепла из других источников, таких как ядерные, солнечные, геотермальные или экзотермические реакции, не связанные с горением; но тогда они строго не классифицируются как двигатели внешнего сгорания, а как внешние тепловые двигатели.

Рабочая жидкость может быть газом, как в двигателе Стирлинга, или паром, как в паровом двигателе, или органической жидкостью, такой как н-пентан, в цикле органического Ренкина. Жидкость может быть любого состава; газ является наиболее распространенным, хотя иногда используется даже однофазная жидкость. В случае парового двигателя жидкость меняет фазы между жидкостью и газом.

Воздухопроницаемые двигатели внутреннего сгорания [править]

Воздушно-реактивные двигатели внутреннего сгорания - это двигатели внутреннего сгорания, которые используют кислород в атмосферном воздухе для окисления («сжигания») топлива, а не для переноса окислителя, как в ракете.Теоретически, это должно привести к лучшему удельному импульсу, чем для ракетных двигателей.

Непрерывный поток воздуха проходит через дыхательный двигатель. Этот воздух сжимается, смешивается с топливом, воспламеняется и удаляется в качестве выхлопного газа.

Примеры

Типичные воздушно-реактивные двигатели включают в себя:

реактивный реактивный двигатель
Турбовинтовой двигатель
Воздействие на окружающую среду [редактировать]

Работа двигателей обычно оказывает негативное влияние на качество воздуха и уровень окружающего звука.Все больше внимания уделяется характеристикам автомобильных систем, способствующих загрязнению. Это создало новый интерес к альтернативным источникам энергии и усовершенствованиям двигателя внутреннего сгорания. Хотя появилось несколько электромобилей с ограниченным производством на батарейках, они не оказались конкурентоспособными из-за затрат и эксплуатационных характеристик. [ цитирование необходимо ] В 21-м веке дизельный двигатель становится все более популярным среди автовладельцев.Тем не менее, бензиновый двигатель и дизельный двигатель с их новыми устройствами контроля выбросов для улучшения характеристик выбросов еще не испытывали значительных проблем. [ цитирование необходимо ] Ряд производителей представили гибридные двигатели, в основном с небольшим бензиновым двигателем в сочетании с электродвигателем и большим аккумуляторным блоком, но они также еще не достигли значительных успехов на рынке. бензиновых и дизельных двигателей.

Качество воздуха [редактировать]

Выхлопные газы из двигателя с искровым зажиганием состоят из следующего: азот от 70 до 75% (по объему), водяной пар от 10 до 12%, диоксид углерода от 10 до 13.5%, водород от 0,5 до 2%, кислород от 0,2 до 2%, монооксид углерода: от 0,1 до 6%, несгоревшие углеводороды и продукты частичного окисления (например, альдегиды) от 0,5 до 1%, монооксид азота от 0,01 до 0,4%, закись азота <100 ч / млн. диоксид серы от 15 до 60 частей на миллион, следы других соединений, таких как присадки к топливу и смазочные материалы, а также соединения галогенов и металлов и другие частицы. [22] Окись углерода очень токсична и может вызвать отравление угарным газом, поэтому важно избегать скопления газа в замкнутом пространстве.Каталитические нейтрализаторы могут уменьшить токсичные выбросы, но не полностью устранить их. Кроме того, выбросы парниковых газов, главным образом углекислого газа, в результате широко распространенного использования двигателей в современном промышленно развитом мире способствуют глобальному парниковому эффекту - главной проблеме глобального потепления.

Негорючие тепловые двигатели [править]

Некоторые двигатели преобразуют тепло от не горючих процессов в механическую работу, например, атомная электростанция использует тепло от ядерной реакции для производства пара и приводит в движение паровой двигатель, или газовая турбина в ракетном двигателе может приводиться в действие путем разложения перекиси водорода.Помимо другого источника энергии, двигатель часто проектируется так же, как двигатель внутреннего или внешнего сгорания. Другая группа не горючих двигателей включает термоакустические тепловые двигатели (иногда называемые «двигателями ТА»), которые представляют собой термоакустические устройства, которые используют звуковые волны высокой амплитуды для накачки тепла из одного места в другое или, наоборот, используют разность тепла для создания звуковых волн высокой амплитуды. , В целом, термоакустические двигатели можно разделить на устройства со стоячей и бегущей волной. [23]

Нетепловой двигатель с химическим приводом [править]

Нетепловые двигатели обычно приводятся в действие химической реакцией, но не являются тепловыми двигателями. Примеры включают в себя:

Электродвигатель [править]

Электродвигатель использует электрическую энергию для производства механической энергии, обычно через взаимодействие магнитных полей и проводников с током. Обратный процесс, производящий электрическую энергию из механической энергии, осуществляется с помощью генератора или динамо.Тяговые двигатели, используемые на транспортных средствах, часто выполняют обе задачи. Электродвигатели могут работать как генераторы и наоборот, хотя это не всегда практично. Электродвигатели распространены повсеместно, и их можно найти в таких разнообразных применениях, как промышленные вентиляторы, воздуходувки и насосы, станки, бытовая техника, электроинструменты и дисководы. Они могут получать питание от постоянного тока (например, от портативного устройства с питанием от батареи или транспортного средства) или от переменного тока от центральной электрической распределительной сети.Самые маленькие моторы можно найти в электрических наручных часах. Средние двигатели с высокими стандартизированными размерами и характеристиками обеспечивают удобную механическую мощность для промышленного использования. Самые большие электродвигатели используются для приведения в движение больших судов и для таких целей, как трубопроводные компрессоры, с номинальной мощностью в тысячи киловатт. Электродвигатели могут быть классифицированы по источнику электроэнергии, по их внутренней конструкции и по их применению.

Физический принцип производства механической силы при взаимодействии электрического тока и магнитного поля был известен еще в 1821 году.Электродвигатели с возрастающей эффективностью были построены в течение 19-го века, но коммерческая эксплуатация электродвигателей в больших масштабах требовала эффективных электрических генераторов и электрических распределительных сетей.

Для сокращения потребления электроэнергии двигателями и связанными с ними углеродными следами различные регулирующие органы во многих странах ввели и внедрили законодательство, поощряющее производство и использование более эффективных электродвигателей.Хорошо сконструированный двигатель может преобразовывать более 90% входной энергии в полезную мощность в течение десятилетий. [24] Когда эффективность двигателя повышается даже на несколько процентных пунктов, экономия в киловатт-часах (и, следовательно, в стоимости) огромна. Эффективность электрической энергии типичного промышленного асинхронного двигателя может быть улучшена путем: 1) уменьшения электрических потерь в обмотках статора (например, путем увеличения площади поперечного сечения проводника, улучшения техники обмотки и использования материалов с более высоким электрическим напряжением). проводимости, такие как медь), 2) снижение электрических потерь в катушке ротора или отливки (например,Например, используя материалы с более высокой электропроводностью, такие как медь, 3) уменьшая магнитные потери, используя магнитную сталь более высокого качества, 4) улучшая аэродинамику двигателей, чтобы уменьшить механические потери в обмотке, 5) улучшая подшипники, чтобы уменьшить потери на трение, и 6) минимизация производственных допусков. Для дальнейшего обсуждения этой темы см. Премиум эффективность.)

По соглашению, электрический двигатель относится к железнодорожному электровозу, а не к электрическому двигателю.

Двигатель с физическим питанием [править]

Некоторые двигатели приводятся в действие потенциальной или кинетической энергией, например, некоторые фуникулеры, гравитационные плоскости и конвейеры канатных дорог использовали энергию от движущейся воды или камней, а некоторые часы имеют вес, который падает под действием силы тяжести. Другие формы потенциальной энергии включают сжатые газы (например, пневматические моторы), пружины (заводные моторы) и резинки.

Исторические военные осадные машины включали в себя большие катапульты, требучеты и (в некоторой степени) тараны с питанием от потенциальной энергии.

Пневматический двигатель [править]

Пневматический двигатель - это машина, которая преобразует потенциальную энергию в виде сжатого воздуха в механическую работу. Пневматические двигатели обычно преобразуют сжатый воздух в механическую работу с помощью линейного или вращательного движения. Линейное движение может исходить либо от диафрагмы, либо от поршневого привода, тогда как вращательное движение обеспечивается либо лопастным пневмодвигателем, либо поршневым пневмодвигателем. Пневматические двигатели нашли широкое распространение в индустрии ручных инструментов, и постоянно предпринимаются попытки расширить их использование в транспортной отрасли.Однако пневматические двигатели должны преодолевать недостатки эффективности, прежде чем их можно будет рассматривать в качестве жизнеспособного варианта в транспортной отрасли.

Гидравлический мотор [править]

Гидравлический двигатель получает мощность от жидкости под давлением. Этот тип двигателя используется для перемещения тяжелых грузов и привода машин. [25]

Производительность [править]

Следующие используются при оценке производительности двигателя.

Скорость [править]

Скорость относится к вращению коленчатого вала в поршневых двигателях и скорости вращения роторов компрессора / турбины и роторов электродвигателя.Измеряется в оборотах в минуту (об / мин).

Тяга [править]

Тяга - это сила, действующая на двигатель самолета или его пропеллер после того, как он ускорил проходящий через него воздух.

Крутящий момент [править]

Крутящий момент - это крутящий момент на валу, который рассчитывается путем умножения силы, вызвавшей момент, на расстояние от вала.

Мощность [править]

Мощность - это показатель того, как быстро выполняется работа.

Эффективность [править]

Эффективность - это показатель того, сколько топлива расходуется на производство электроэнергии.

Уровни звука [править]

Шум транспортного средства в основном из-за двигателя на низких скоростях, а также из-за шин и воздуха, проходящего мимо автомобиля на более высоких скоростях. [26] Электродвигатели тише, чем двигатели внутреннего сгорания. Тяговые двигатели, такие как турбовентиляторы, турбореактивные двигатели и ракеты, издают наибольшее количество шума благодаря тому, как их высокоскоростные выхлопные потоки, создающие тягу, взаимодействуют с окружающим неподвижным воздухом. Технология шумоподавления включает в себя глушители системы впуска и выпуска (глушители) на бензиновых и дизельных двигателях и вкладыши шумоподавления на входах в турбовентилятор. Hogan, C. Michael (сентябрь 1973). «Анализ дорожного шума». Журнал воды, воздуха и загрязнения почвы . 2 (3): 387–92. Bibcode: 1973WASP .... 2..387H. DOI: 10.1007 / BF00159677. ISSN 0049-6979.

Список литературы [править]

Внешние ссылки [редактировать]

Wikimedia Commons имеет СМИ, связанные с Двигатели .
Посмотрите двигатель в Викисловарь, бесплатный словарь.
Посмотрите motor в Викисловарь, бесплатный словарь.
,

История реактивного двигателя

Прекурсоры [править]

Реактивные двигатели датируются изобретением эолипиля около 150 г. до н.э. В этом устройстве использовалась энергия пара, направляемая через два сопла, для того, чтобы сфера быстро вращалась вокруг своей оси. [1] Насколько известно, он не использовался для подачи механической энергии, и потенциальные практические применения этого изобретения не были признаны. Это просто считалось любопытством.

Archytas, основатель математической механики, как описано в трудах Авла Геллиуса спустя пять веков после него, был известен тем, что спроектировал и построил первое искусственное самоходное летающее устройство.Это устройство представляло собой модель в форме птицы, приводимую в движение струей того, что, вероятно, было паром, которое, как говорят, фактически пролетело около 200 метров.

Османская империя Лагари Хасан Челеби, как говорят, взлетел в 1633 году с ракетой в форме конуса, а затем с крыльями совершил успешную посадку, завоевав позицию в Османской армии. Однако по сути это был трюк. Проблема заключалась в том, что ракеты просто слишком неэффективны на низких скоростях, чтобы быть полезными для авиации общего назначения.

Первый рабочий пульс был запатентован в 1906 году русским инженером В.В. Караводин, который закончил рабочую модель в 1907 году. Французский изобретатель Жорж Марконне запатентовал свой бесклапанный импульсный двигатель в 1908 году, а Рамон Казанова в Риполле, Испания, запатентовал импульсный двигатель в Барселоне в 1917 году, построив один из них в 1913 году. Роберт Годдард изобрел импульсный двигатель в 1931 году и продемонстрировал его на реактивный велосипед. [2] Инженер Пол Шмидт впервые разработал более эффективную конструкцию, основанную на модификации впускных клапанов (или заслонок), и заслужил государственную поддержку Министерства авиации Германии в 1933 году. [3]

Рамон Казанова и импульсный двигатель, который он сконструировал и запатентовал в 1917 году

Некоторые ранние попытки создания воздушно-реактивных двигателей были гибридными, в которых внешний источник энергии сначала сжимал воздух, который затем смешивался с топливом и сжигался для реактивной тяги. В одной из таких систем, названной Secondo Campini термоструйным двигателем , но чаще - моторным, воздух сжимался вентилятором, приводимым в движение обычным поршневым двигателем. Примеры включают в себя Caproni Campini N.1 и японский двигатель Tsu-11, предназначенный для питания самолетов "Ока камикадзе" в конце Второй мировой войны. Ни один из них не был полностью успешным, и CC.2 оказался медленнее, чем тот же дизайн с традиционной комбинацией двигателя и пропеллера.

В 1913 году французский авиационно-космический инженер Рене Лорин запатентовал конструкцию первого в мире ПВР, но не было возможности разработать работающий прототип, поскольку ни один из существующих самолетов не мог достичь достаточной скорости, чтобы он мог работать, и поэтому концепция оставалась теоретической.

Инженеры в 1930-х годах поняли, что максимальная производительность поршневых двигателей была ограничена, [4] из-за того, что эффективность движителей снизилась, когда кончики лезвий приблизились к скорости звука. Чтобы рабочие характеристики двигателя выходили за пределы этого барьера, необходимо было бы найти способ радикально улучшить конструкцию поршневого двигателя или разработать совершенно новый тип силовой установки. Газотурбинные двигатели, обычно называемые «реактивными» двигателями, могли бы сделать это.

Немецкий патент Альберта Фоно на реактивные двигатели (январь 1928 г. - выдан в 1932 г.).Третья иллюстрация - турбореактивный

Ключом к практическому реактивному двигателю была газовая турбина, используемая для извлечения энергии из самого двигателя для привода компрессора. Газовая турбина не была идеей, разработанной в 1930-х годах: патент на стационарную турбину был выдан Джону Барберу в Англии в 1791 году. Первая газовая турбина, которая успешно работала автономно, была построена в 1903 году норвежским инженером Агидиусом Эллингом. Ограничения в конструкции и практическом проектировании и металлургии не позволили таким двигателям дойти до производства.Основными проблемами были безопасность, надежность, вес и, особенно, длительная эксплуатация.

В Венгрии Альберт Фоно в 1915 году разработал решение для увеличения дальности стрельбы артиллерии, включив в себя снаряд, запускаемый из оружия, который должен был быть объединен с двигателем прямоточного двигателя. Это должно было сделать возможным получение дальнего радиуса действия с низкими начальными скоростями дульного среза, что позволяло запускать тяжелые снаряды из относительно легких орудий. Фоно представил свое изобретение Австро-Венгерской армии, но предложение было отклонено.В 1928 году он подал заявку на получение немецкого патента на самолет, приводимый в действие сверхзвуковым реактивным двигателем, и он был присужден в 1932 году. [5] [6] [7]

Первый патент на использование газовой турбины для питания Самолет был подан в 1921 году французом Максимом Гийомом. [8] Его двигатель представлял собой турбореактивный двигатель с осевым потоком.

В 1923 году Эдгар Бакингем из Национального бюро стандартов США опубликовал отчет [9] , в котором выражается скептицизм в отношении того, что реактивные двигатели будут экономически конкурентоспособны с воздушными судами, эксплуатируемыми на винтах, на малых высотах и ​​воздушными скоростями периода: «там в настоящее время не представляется какой-либо перспективой, независимо от того, какие реактивные двигатели того типа, который здесь рассматривается, будут иметь практическую ценность, даже для военных целей."

Вместо этого к 1930-м годам поршневой двигатель во многих его различных формах (вращающийся и статический радиальный, с воздушным и жидкостным охлаждением) был единственным типом силовой установки, доступной для авиастроителей. Это было приемлемо до тех пор, пока требовались только низкоэффективные самолеты, и действительно все, что было доступно.

до Второй мировой войны [править]

В 1928 году курсант RAF College Cranwell [10] Фрэнк Уиттл официально представил свои идеи по созданию турбореактивного двигателя своему начальству.В октябре 1929 года он развил свои идеи дальше. [11] 16 января 1930 года в Англии Уиттл представил свой первый патент (выданный в 1932 году). [12] В патенте описан двухступенчатый осевой компрессор, питающий односторонний центробежный компрессор. Практические осевые компрессоры стали возможными благодаря идеям А.А. Гриффит в оригинальной статье 1926 года («Аэродинамическая теория конструкции турбины»). Позднее Уиттл сконцентрируется только на более простом центробежном компрессоре по ряду практических соображений.Свой первый двигатель Уиттл работал в апреле 1937 года. Он работал на жидком топливе и содержал автономный топливный насос. Команда Уиттла испытывала почти панику, когда двигатель не останавливался, ускоряясь даже после выключения топлива. Оказалось, что топливо просочилось в двигатель и скопилось в бассейнах.

Heinkel He 178, первый в мире самолет, который летал исключительно на турбореактивных двигателях.

В 1935 году Ханс фон Охайн начал работать над аналогичным проектом в Германии, и часто утверждают, что он не знал о работе Уиттла. [13] Охайн сказал, что он не читал патент Уиттла, и Уиттл поверил ему (Фрэнк Уиттл, 1907–1996). Однако патент Уиттла был в немецких библиотеках, и у сына Уиттла были подозрения, что Охайн читал или слышал о нем. [14]

Спустя годы фон Охайн в своей биографии [15] признал, что это так. Автор Маргарет Коннер заявляет: «Патентный поверенный Охина столкнулся с патентом Уиттла в те годы, когда разрабатывались патенты фон Охайна».Сам фон Охайн цитируется как « Мы чувствовали, что это выглядело как патент на идею», «Мы думали, что над этим серьезно не работали». Поскольку патент Ohain не был подан до 1935 года, это признание ясно показывает, что он прочитал патент Уиттла и даже критиковал его в некоторых деталях до подачи своего собственного патента и примерно за 2 года до запуска собственного двигателя.

VON OHAIN: «Наши патентные претензии пришлось сузить по сравнению с заявками Уиттла, потому что Уиттл показал определенные вещи.« » Когда я увидел патент Уиттла, я был почти уверен, что он как-то связан с комбинациями всасывания пограничного слоя. У него был двухпоточный компрессор с радиальным потоком с двумя входами, который выглядел чудовищно с точки зрения двигателя. Его изменение потока показалось нам нежелательным, но оказалось, что оно не так уж и плохо, хотя и привело к небольшим проблемам с нестабильностью ».

Его первое устройство было строго экспериментальным и могло работать только от внешнего источника, но он смог продемонстрировать основную концепцию.Затем Ohain был представлен Эрнсту Хейнкелю, одному из крупнейших авиастроителей того времени, который сразу же увидел перспективу разработки. Heinkel недавно приобрел компанию по производству двигателей Hirth, и там были основаны Ohain и его мастер-механик Макс Хан как новое подразделение компании Hirth. У них был первый центробежный двигатель HeS 1, работающий к сентябрю 1937 года. В отличие от конструкции Уиттла, Охайн использовал водород в качестве топлива, подаваемого под внешним давлением. Их последующие разработки привели к тому, что HeS 3 на бензине мощностью 1100 фунтов (5 кН) был установлен на простом и компактном корпусе Heinkel He 178 и вылетел Эрихом Варцицем ранним утром 27 августа 1939 года с аэродрома Росток-Мариенехе, впечатляюще короткое время для развития.He 178 был первым в мире самолетом с турбореактивным двигателем. [16]

Первым в мире турбовинтовым двигателем был Jendrassik Cs-1, разработанный венгерским инженером-механиком Георгием Йендрассиком. Он был изготовлен и испытан на заводе Ganz в Будапеште между 1938 и 1942 годами. Его планировалось установить на двухмоторный разведывательный бомбардировщик Varga RMI-1 X / H, разработанный Ласло Варга в 1940 году, но программа была отменена. Jendrassik также разработал небольшой турбовинтовой двигатель мощностью 75 кВт в 1937 году.

Двигатель Уиттла начал казаться полезным, а его Power Jets Ltd. начали получать деньги Министерства авиации. В 1941 году летательный вариант двигателя под названием W.1 , способный выдерживать тягу в 1000 фунтов-силы (4 кН), был установлен на планер Gloster E28 / 39, специально построенный для него, и впервые вылетел 15 мая 1941 года на ВВС Крануэлл.

Изображение раннего центробежного двигателя (DH Goblin II), на котором показаны его внутренние компоненты.

Британский конструктор авиационных двигателей Фрэнк Хэлфорд, работающий на основе идей Уиттла, разработал «прямую» версию центробежной струи; его дизайном стал де Хэвилленд Гоблин.

Одна из проблем этих двух ранних конструкций, которые называются двигателями с центробежным потоком , заключалась в том, что компрессор работал, ускоряя воздух наружу от центрального воздухозаборника к внешней периферии двигателя, где воздух затем сжимался установка расходящегося воздуховода, преобразующая его скорость в давление. Преимущество этой конструкции состояло в том, что она была уже хорошо понята, была реализована в центробежных нагнетателях, а затем широко использовалась в поршневых двигателях.Однако, учитывая ранние технологические ограничения на частоту вращения вала двигателя, компрессор должен был иметь очень большой диаметр для получения необходимой мощности. Это означало, что двигатели имели большую лобовую площадь, что делало его менее полезным в качестве силовой установки самолета из-за сопротивления. Еще одним недостатком более ранних конструкций Уиттла было то, что воздушный поток возвращался через секцию сгорания и снова в турбину и выхлопную трубу, что увеличивало сложность и снижало эффективность. Тем не менее, у этих типов двигателей были основные преимущества: легкий вес, простота и надежность, и разработка быстро перешла к практичным летным конструкциям.

Вырез двигателя Junkers Jumo 004.

Австриец Ансельм Франц из подразделения двигателей Junkers ( Junkers Motoren или Jumo ) решил эти проблемы с введением компрессора осевого потока. По сути, это турбина задним ходом. Воздух, поступающий в передней части двигателя, направляется к задней части двигателя через ступень вентилятора (сходящиеся каналы), где он раздавливается против набора невращающихся лопастей, называемых статорами (расходящиеся каналы).Этот процесс далеко не такой мощный, как центробежный компрессор, поэтому некоторые из этих пар вентиляторов и статоров расположены последовательно, чтобы получить необходимое сжатие. Даже при всей дополнительной сложности полученный двигатель имеет гораздо меньший диаметр и, следовательно, более аэродинамический. Jumo был присвоен следующий номер двигателя в последовательности нумерации RLM, 4, и результатом стал двигатель Jumo 004. После того, как были решены многие меньшие технические трудности, массовое производство этого двигателя началось в 1944 году в качестве силовой установки для первого в мире реактивного истребителя, Messerschmitt Me 262 (а позже и первого в мире реактивного бомбардировщика, Arado Ar 234).Задержка работоспособности двигателя была вызвана множеством причин, из-за которых истребитель прибыл слишком поздно, чтобы оказать решающее влияние на положение Германии во Второй мировой войне. Тем не менее, он запомнится как первое использование реактивных двигателей в эксплуатации.

Фирма авиационных силовых установок Heinkel-Hirth также попыталась создать более мощный турбореактивный двигатель Heinkel HeS 011 с почти 3000 фунтов тяги на полную мощность, очень поздно в войне, чтобы улучшить параметры тяги, доступные для новых немецких военных реактивных самолетов. проекты, а также для улучшения производительности существующих конструкций.В нем использовалась уникальная «диагональная» секция компрессора, в которой сочетались особенности компоновки центробежного и осевого компрессоров для турбореактивных силовых установок, но она оставалась на испытательном стенде, и было выпущено всего около девятнадцати примеров.

В Великобритании их первый двигатель с осевым потоком, Metrovick F.2, работал в 1941 году и впервые был запущен в 1943 году. Несмотря на то, что в то время он был более мощным, чем центробежные конструкции, министерство сочло его сложность и ненадежность недостатком в военное время. Работа в Metrovick привела к созданию двигателя Armstrong Siddeley Sapphire, который будет построен в США как J65.

После Второй мировой войны [править]

После окончания войны немецкие реактивные самолеты и реактивные двигатели были всесторонне изучены победоносными союзниками и способствовали работе над ранним советским (см. Архип Люлька) и американскими реактивными истребителями. Наследие двигателя с осевым потоком проявляется в том факте, что практически все реактивные двигатели на самолетах с неподвижным крылом были вдохновлены этой конструкцией.

Центробежные двигатели улучшены с момента их появления. С улучшением технологии подшипников частота вращения двигателя была увеличена, что значительно уменьшило диаметр центробежного компрессора.Небольшая длина двигателя остается преимуществом этой конструкции, особенно для использования в вертолетах, где общий размер более важен, чем фронтальная площадь. Кроме того, поскольку их компоненты двигателя более прочные, они менее подвержены повреждению посторонними предметами, чем двигатели компрессоров с осевым потоком.

Хотя немецкие конструкции были более совершенными в аэродинамическом отношении, сочетание простоты и отсутствия необходимых редких металлов для необходимой современной металлургии (например, вольфрама, хрома и титана) для компонентов с высоким напряжением, таких как лопатки турбин и подшипники и т. Д.Это означало, что немецкие двигатели, произведенные позднее, имели короткий срок службы и должны были быть заменены через 10–25 часов. Британские двигатели также широко производились по лицензии в США (см. «Миссия Тизера») и продавались Советской России, которая производила обратный инжиниринг, а Nene продолжал приводить в действие знаменитый МиГ-15. Американские и советские конструкции, независимые типы осевого потока, по большей части, стремились достичь превосходных характеристик до 1960-х годов, хотя General Electric J47 обеспечивал превосходное обслуживание в F-86 Sabre в 1950-х годах.

К 1950-м годам реактивный двигатель был почти универсальным в боевых самолетах, за исключением грузовых, вспомогательных и других специальных типов. К этому моменту некоторые из британских проектов уже были очищены для гражданского использования и появились на ранних моделях, таких как de Havilland Comet и Avro Canada Jetliner. К 1960-м годам все большие гражданские самолеты также имели реактивный двигатель, в результате чего поршневой двигатель выполнял такие недорогие нишевые функции, как грузовые полеты.

Непрекращающиеся улучшения в турбовинтовом двигателе полностью вытолкнули поршневой двигатель (двигатель внутреннего сгорания) из основного потока, оставляя его обслуживающему только самые маленькие конструкции авиации общего назначения и некоторые из них используются в беспилотных летательных аппаратах.Восхождение реактивного двигателя к почти универсальному использованию в самолетах заняло менее двадцати лет.

Однако история еще не закончилась, так как эффективность турбореактивных двигателей была все же несколько хуже, чем у поршневых двигателей, но к 1970-м годам с появлением реактивных двигателей с большим байпасом это нововведение не было предвидено такими ранними комментаторами, как Эдгар. Бакингем, на высоких скоростях и больших высотах, которые казались им абсурдными, только тогда топливная эффективность, наконец, превысила эффективность лучших поршневых и винтовых двигателей, [17] и мечту о быстрых, безопасных, экономичных путешествиях по всему миру, наконец Прибыл, и их суровый, если это хорошо обосновано на то время, предсказания, что реактивные двигатели никогда не будут много, были убиты навсегда. "ч20-3". Hq.nasa.gov. Получено 2010-03-26. ,


Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020