Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Тип двигателя что такое


Типы двигателей — DRIVE2

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

Типы двигателей

Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

• впуск воздуха или его смеси с топливом;
• сжатие рабочей смеси,
• рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
• выпуск отработавших газов.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

• в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
• в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
• двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — "тяговиты на низах").

Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

• большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
• большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
• меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

Компоновка поршневых двигателей

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

Конструктивные параметры двигателей

Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:
рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется "стуком поршневых пальцев") или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указыв

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 отношении 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.
,

Авиационный двигатель - Википедия

«Аэродвигатель» перенаправляет сюда. Для использования авиационных двигателей в автомобилях см. Автомобиль с воздушным двигателем.

Двигатель предназначен для использования в самолетах с двигателем

Авиационный двигатель , часто называемый авиационным двигателем , является силовым компонентом двигательной установки самолета. Большинство авиационных двигателей представляют собой либо поршневые двигатели, либо газовые турбины, хотя в последние годы во многих небольших беспилотниках использовались электродвигатели.

Обрабатывающая промышленность [редактировать]

В коммерческой авиации основными западными производителями турбовентиляторных двигателей являются Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce и CFM International (совместное предприятие Safran Aircraft Engines и General Electric).[1] Российские производители включают Объединенную двигателестроительную корпорацию, Авиадвигатель и Климов. Aeroengine Corporation из Китая была образована в 2016 году в результате слияния нескольких небольших компаний. [1]

Крупнейшим производителем турбовинтовых двигателей для авиации общего назначения является компания Pratt & Whitney. [2] General Electric объявила в 2015 году о выходе на рынок. [2]

История развития [редактировать]

Райт вертикальный 4-цилиндровый двигатель
  • 1848: Джон Стрингфеллоу сделал паровой двигатель для 10-футового самолета с размахом крыльев, который выполнил первый полёт с двигателем, хотя и с незначительной полезной нагрузкой.
  • 1903: Чарли Тейлор построил встроенный двигатель, в основном из алюминия, для Wright Flyer (12 лошадиных сил).
  • 1903: двигатель Manly-Balzer устанавливает стандарты для более поздних радиальных двигателей. [3]
  • 1906: Леон Левавассер выпускает успешный двигатель V8 с водяным охлаждением для использования в авиации.
  • 1908: Рене Лорин запатентовал конструкцию для прямоточного двигателя.
  • 1908: Луи Сегин разработал Gnome Omega, первый в мире роторный двигатель, который будет производиться в большом количестве.В 1909 году самолет Farman III с двигателем Gnome получил приз за наибольшее беспосадочное расстояние, пролетевшее на Реймс Grande Semaine d'Aviation , установив мировой рекорд выносливости в 180 километров (110 миль).
  • 1910: Coandă-1910, неудачный самолет-вентилятор, выставленный в парижском Аэро Салоне, с поршневым двигателем. Самолет никогда не летал, но был подан патент на направление выхлопных газов в воздуховод для увеличения тяги. [4] [5] [6] [7]
  • 1914: Auguste Rateau предлагает использовать компрессор с выхлопными газами - турбокомпрессор - для улучшения высотных характеристик; [3] не принимается после испытаний [8]
  • 1917-18 - Idflieg-пронумерованный R.30/16 пример тяжелого бомбардировщика Imperial German Luftstreitkräfte Zeppelin-Staaken R.VI становится самым ранним из известных самолетов, оснащенных нагнетателем, с двигателем Mercedes D.II прямо-шести в центральном фюзеляже, приводящим в действие механический механизм Brown-Boveri нагнетатель для четырех двигателей Mercedes D.IVa R.30 / 16.
  • 1918: Сэнфорд Александр Мосс подхватывает идею Рато и создает первый успешный турбокомпрессор [3] [9]
  • 1926: Armstrong Siddeley Jaguar IV (S), первый серийный двигатель с наддувом для самолетов; [10] [nb 1] радиальный двухрядный с центробежным нагнетателем с зубчатой ​​передачей.
  • 1930: Фрэнк Уиттл представил свой первый патент на турбореактивный двигатель.
  • июнь 1939 года: Heinkel He 176 - первый успешный самолет, работающий исключительно на ракетном двигателе на жидком топливе.
  • август 1939 года: турбореактивный двигатель Heinkel HeS 3 приводит в движение первый немецкий самолет Heinkel He 178.
  • 1940: Jendrassik Cs-1, первый в мире запуск турбовинтового двигателя. Он не введен в эксплуатацию.
  • 1943 Daimler-Benz DB 670, первый турбовентилятор
  • 1944: Messerschmitt Me 163B Komet , первый в мире боевой самолет с ракетным двигателем.
  • 1945: первый самолет с турбовинтовым двигателем, модифицированный Gloster Meteor с двумя двигателями Rolls-Royce Trent.
  • 1947: ракета Bell X-1 превышает скорость звука.
  • 1948: 100 л.с. 782, первый турбовальный двигатель, применяемый в авиации; в 1950 году разрабатывал более крупную 280 л.с. (210 кВт) Turbomeca Artouste.
  • 1949: Leduc 010, первый в мире самолет с прямоточным двигателем.
  • 1950: Rolls-Royce Conway, первый в мире серийный турбовентилятор, вступает в строй.
  • 1968: турбокомпрессор General Electric TF39 с высоким байпасом начинает работу, обеспечивая большую тягу и значительно более высокую эффективность.
  • 2002: HyShot scramjet полетел в пикировании.
  • 2004: NASA X-43, первый космический корабль для поддержания высоты.

Валовые двигатели [править]

Ranger L-440, рядный шестицилиндровый инвертированный рядный двигатель с воздушным охлаждением, используемый в Fairchild PT-19

Поршневые (поршневые) двигатели [править]

Линейный двигатель [править]

В данной статье для ясности термин «встроенный двигатель» относится только к двигателям с одним рядом цилиндров, как это используется в автомобильном языке, но в авиационных терминах фраза «встроенный двигатель» также охватывает V-образные и противоположные двигатели. (как описано ниже) и не ограничивается двигателями с одним рядом цилиндров.Обычно это отличает их от радиальных двигателей. Прямой двигатель, как правило, имеет четное число цилиндров, но есть примеры трех- и пятицилиндровых двигателей. Наибольшим преимуществом встроенного двигателя является то, что он позволяет проектировать самолет с малой фронтальной площадью, чтобы минимизировать сопротивление. Если коленчатый вал двигателя расположен над цилиндрами, он называется перевернутым рядным двигателем: это позволяет установить гребной винт высоко, чтобы увеличить дорожный просвет и обеспечить более короткое шасси.Недостатки встроенного двигателя включают в себя плохое отношение мощности к весу, потому что картер и коленчатый вал длинные и, следовательно, тяжелые. Линейный двигатель может быть с воздушным или жидкостным охлаждением, но жидкостное охлаждение встречается чаще, поскольку трудно получить достаточный поток воздуха для непосредственного охлаждения задних цилиндров. Встроенные двигатели были распространены в ранних самолетах; один использовался в Wright Flyer, самолете, который совершил первый управляемый управляемый полет. Однако присущие конструкции недостатки вскоре стали очевидны, а встроенный дизайн был заброшен, что стало редкостью в современной авиации.

Для других конфигураций встроенного авиационного двигателя, таких как X-двигатели, U-двигатели, H-двигатели и т. Д., См. Встроенный двигатель (воздухоплавание).

V-образный двигатель [править]
Двигатель Rolls-Royce Merlin V-12

Цилиндры в этом двигателе расположены в двух рядных рядах, которые обычно наклонены на 60–90 градусов друг от друга и приводят в движение общий коленчатый вал. Подавляющее большинство двигателей V с водяным охлаждением. Конструкция V обеспечивает более высокое отношение мощности к весу, чем встроенный двигатель, но при этом обеспечивает небольшую фронтальную площадь.Пожалуй, самым известным примером этой конструкции является легендарный двигатель Rolls-Royce Merlin, 27-литровый (1649 в 3 ) 60 ° V12 двигатель, используемый, среди прочего, в Spitfires, которые сыграли важную роль в битве за Британию ,

Горизонтально противоположный двигатель [править]

Горизонтально противоположный двигатель, также называемый плоским или коробчатым двигателем, имеет два ряда цилиндров на противоположных сторонах центрально расположенного картера двигателя. Двигатель имеет воздушное или жидкостное охлаждение, но преобладают версии с воздушным охлаждением.Противоположные двигатели устанавливаются с горизонтальным коленчатым валом в самолетах, но могут устанавливаться с вертикальным коленчатым валом в вертолетах. Из-за расположения цилиндров возвратно-поступательные силы имеют тенденцию к снижению, что приводит к плавной работе двигателя. Двигатели противоположного типа имеют высокое отношение мощности к весу, потому что у них сравнительно небольшой и легкий картер двигателя. Кроме того, компактное расположение цилиндров уменьшает лобовую площадь двигателя и позволяет упростить установку, сводя к минимуму аэродинамическое сопротивление.Эти двигатели всегда имеют четное число цилиндров, поскольку цилиндр на одной стороне картера «противодействует» цилиндру на другой стороне.

Противопожарные, четырех- и шестицилиндровые поршневые двигатели с воздушным охлаждением - безусловно, самые распространенные двигатели, используемые в небольших самолетах общего назначения, требующие до 400 лошадиных сил (300 кВт) на двигатель. Самолеты, которые требуют более 400 лошадиных сил (300 кВт) на двигатель, как правило, работают от турбинных двигателей.

H Конфигурация двигателя [править]

Двигатель H-конфигурации, по существу, представляет собой пару горизонтально расположенных двигателей, размещенных вместе, причем два коленчатых вала соединены вместе.

Радиальный двигатель [править]

Двигатель этого типа имеет один или несколько рядов цилиндров, расположенных вокруг центрально расположенного картера двигателя. Каждый ряд обычно имеет нечетное количество цилиндров для обеспечения плавной работы. Радиальный двигатель имеет только один кривошип на ряд и сравнительно небольшой картер, что приводит к благоприятному соотношению мощности к весу. Поскольку конструкция цилиндра подвергает воздух большому количеству излучающих тепло поверхностей двигателя и имеет тенденцию подавлять возвратно-поступательные усилия, радиальные элементы имеют тенденцию равномерно охлаждаться и работать плавно.Нижние цилиндры, которые находятся под картером, могут собирать масло, если двигатель был остановлен на длительный период. Если это масло не будет удалено из цилиндров до запуска двигателя, это может привести к серьезным повреждениям из-за гидростатической блокировки.

Большинство радиальных двигателей имеют цилиндры, расположенные равномерно вокруг коленчатого вала, хотя некоторые ранние двигатели, иногда называемые полурадиальными или двигателями с конфигурацией вентилятора, имели неравномерное расположение. Самым известным двигателем этого типа является двигатель Anzani, который был установлен на Bleriot XI, который использовался для первого полета через Ла-Манш в 1909 году.Эта конструкция имела недостаток в необходимости тяжелого противовеса для коленчатого вала, но использовалась, чтобы избежать смазывания свечей зажигания.

В конструкциях военных самолетов большая лобовая зона двигателя выполняла роль дополнительного слоя брони для пилота. Также двигатели с воздушным охлаждением, без уязвимых радиаторов, немного менее подвержены боевым повреждениям, и в некоторых случаях продолжали бы работать даже при выстреле одного или нескольких цилиндров. Однако большая фронтальная площадь также привела к тому, что самолет с аэродинамически неэффективной увеличенной фронтальной площадью.

Роторный двигатель [править]
Le Rhone 9C роторный авиационный двигатель

Вращающиеся двигатели имеют цилиндры по кругу вокруг картера двигателя, как в радиальном двигателе (см. Выше), но коленчатый вал закреплен на корпусе самолета, а пропеллер прикреплен к корпусу двигателя, так что картер и цилиндры вращаются. Преимущество этой конструкции состоит в том, что удовлетворительный поток охлаждающего воздуха поддерживается даже при низких скоростях полета, сохраняя весовое преимущество и простоту обычного двигателя с воздушным охлаждением без одного из их основных недостатков.Первым практичным роторным двигателем был Gnome Omega, разработанный братьями Сегуин и впервые запущенный в эксплуатацию в 1909 году. Его относительная надежность и хорошее соотношение мощности и веса кардинально изменили авиацию. [11] До первой мировой войны большинство рекордов скорости было получено с использованием самолетов с двигателями Gnome, и в первые годы войны роторные двигатели были доминирующими в типах самолетов, для которых скорость и маневренность были первостепенными. Для увеличения мощности были построены двигатели с двумя рядами цилиндров.

Однако гироскопические эффекты тяжелого вращающегося двигателя вызвали проблемы с управлением в самолетах, и двигатели также потребляли большое количество масла, так как они использовали смазку с полной потерей, масло смешивалось с топливом и выбрасывалось с выхлопными газами.Касторовое масло использовалось для смазывания, так как оно не растворимо в бензине, и полученные пары вызывали тошноту у пилотов. Разработчики двигателей всегда знали о многих ограничениях роторного двигателя, поэтому, когда статические двигатели стали более надежными и давали лучшие удельные веса и расход топлива, дни роторного двигателя были сочтены.

двигатель Ванкеля [править]

Wankel - это тип роторного двигателя. Двигатель Ванкеля составляет примерно половину веса и размера традиционного четырехтактного поршневого двигателя с одинаковой выходной мощностью и значительно меньшей по сложности.В авиационном применении соотношение мощности к весу очень важно, что делает двигатель Ванкеля хорошим выбором. Поскольку двигатель обычно имеет алюминиевый корпус и стальной ротор, а алюминий при нагревании расширяется больше, чем сталь, двигатель Ванкеля не перегревается при перегреве, в отличие от поршневого двигателя. Это важный фактор безопасности для авиационного использования. Значительная разработка этих конструкций началась после Второй мировой войны, но в то время авиастроение отдавало предпочтение использованию турбинных двигателей.Считалось, что турбореактивные или турбовинтовые двигатели могут приводить в действие все самолеты, от самых больших до самых маленьких конструкций. Двигатель Ванкеля не нашел много применений в самолетах, но использовался Mazda в популярной линейке спортивных автомобилей. Французская компания Citroën в 1970-х годах разработала вертолет RE-2 с приводом от Wankel. [12]

В наше время двигатель Ванкеля используется в моторных планерах, где компактность, легкий вес и плавность хода имеют решающее значение. [13]

Фирма MidWest, которая ныне не существует, находится в Ставертоне и разрабатывает и производит одно- и двухроторные авиационные двигатели серии MidWest AE.Эти двигатели были разработаны на основе двигателя мотоцикла Norton Classic. Версия с двумя роторами была установлена ​​в ARV Super2s и Rutan Quickie. Однороторный двигатель был помещен в моторный планер Chevvron и в моторные планеры Schleicher ASH. После распада MidWest все права были проданы Diamond of Austria, которая с тех пор разработала версию двигателя MkII.

В качестве экономически эффективной альтернативы сертифицированным авиационным двигателям некоторые двигатели Ванкеля, снятые с автомобилей и переоборудованные для использования в авиации, были установлены на отечественных экспериментальных самолетах.Блоки Mazda с мощностью от 100 лошадиных сил (75 кВт) до 300 лошадиных сил (220 кВт) могут составлять часть стоимости традиционных двигателей. Такие преобразования впервые произошли в начале 1970-х годов; [ цитирование необходимо ] , и по состоянию на 10 декабря 2006 года Национальный совет по безопасности на транспорте получил только семь сообщений об инцидентах, связанных с воздушными судами с двигателями Mazda, и ни один из них не был неисправен из-за недостатков конструкции или изготовления.

Циклы горения [править]

Самый распространенный цикл сгорания для авиационных двигателей - четырехтактный с искровым зажиганием.Двухтактное искровое зажигание также используется для небольших двигателей, в то время как дизельный двигатель с воспламенением от сжатия используется редко.

Начиная с 1930-х годов были предприняты попытки создать практичный авиационный дизельный двигатель. В целом, дизельные двигатели более надежны и намного лучше подходят для работы в течение длительных периодов времени при настройках средней мощности. Легкие сплавы 1930-х годов были не в состоянии справиться с гораздо более высокими степенями сжатия дизельных двигателей, поэтому они, как правило, имели плохие отношения мощности к весу и были необычны по этой причине, хотя радиальный двигатель Clerget 14F Diesel (1939 г.) ) имеет такое же отношение мощности к массе, что и бензиновый радиальный.Усовершенствования дизельной технологии в автомобилях (приводящие к гораздо лучшему соотношению мощности и веса), намного лучшая топливная экономичность дизеля и высокое относительное налогообложение AVGAS по сравнению с Jet A1 в Европе - все это вызвало возрождение интереса к использованию дизелей для самолетов , Авиационные двигатели Thielert переоборудовали автомобильные двигатели Mercedes Diesel, сертифицировали их для использования в авиации и стали поставщиком OEM для Diamond Aviation для своего легкого близнеца. Финансовые проблемы преследуют Thielert, поэтому дочерняя компания Diamond - Austro Engine - разработала новый турбодизель AE300, также основанный на двигателе Mercedes. [14] Конкурирующие новые дизельные двигатели могут обеспечить топливную экономичность и выбросы без свинца для небольших самолетов, что представляет собой самое большое изменение в двигателях легких самолетов за последние десятилетия.

Силовые турбины [править]

Турбовинтовой двигатель [править]
Вид в разрезе турбовинтового двигателя Garrett TPE-331 с коробкой передач в передней части двигателя

В то время как военные истребители требуют очень высоких скоростей, многие гражданские самолеты этого не делают. Тем не менее, конструкторы гражданских самолетов хотели извлечь выгоду из высокой мощности и низких эксплуатационных расходов, которые предлагал газотурбинный двигатель.Так родилась идея соединить турбинный двигатель с традиционным винтом. Поскольку газовые турбины оптимально вращаются на высокой скорости, турбовинтовой двигатель оснащен редуктором для понижения скорости вращения вала, чтобы наконечники гребных винтов не достигали сверхзвуковых скоростей. Часто турбины, которые приводят в движение винт, отделены от остальных вращающихся компонентов, так что они могут вращаться с собственной наилучшей скоростью (называемой двигателем со свободной турбиной). Турбовинтовой двигатель очень эффективен при работе на круизных скоростях, для которых он был разработан, что обычно составляет от 200 до 400 миль в час (от 320 до 640 км / ч).

Turboshaft [редактировать]
Турбовальные двигатели

используются в основном для вертолетов и вспомогательных силовых агрегатов. Турбовальный двигатель в принципе аналогичен турбовинтовому двигателю, но в турбовинтовом двигателе пропеллер поддерживается двигателем, а двигатель крепится болтами к планеру самолета: в турбовальном двигателе двигатель не оказывает непосредственной физической поддержки роторам вертолета. Ротор соединен с трансмиссией, которая прикреплена болтами к планеру, и турбовальный двигатель приводит в движение трансмиссию.Это различие считается небольшим, поскольку в некоторых случаях авиационные компании производят как турбовинтовые, так и турбовальные двигатели, основанные на одной и той же конструкции.

Электроэнергия [править]

Ряд самолетов с электрическим приводом, таких как QinetiQ Zephyr, были разработаны с 1960-х годов. [15] [16] Некоторые из них используются в качестве военных беспилотников. [17] Во Франции в конце 2007 года был запущен обычный легкий самолет, приводимый в действие электродвигателем мощностью 18 кВт, использующий литий-полимерные батареи, и покрывший более 50 километров (31 миль), первый электрический самолет, получивший сертификат летной годности. [15]

Были проведены ограниченные эксперименты с солнечным электрическим двигателем, в частности пилотируемый Solar Challenger и Solar Impulse и беспилотный летательный аппарат NASA Pathfinder.

Многие крупные компании, такие как Siemens, разрабатывают высокопроизводительные электрические двигатели для использования в авиации. Кроме того, SAE демонстрирует новые разработки в области элементов, таких как электродвигатели с чисто медным сердечником, с большей эффективностью. Гибридная система в качестве аварийной резервной копии и для дополнительной мощности на взлете предлагается для продажи компанией Axter Aerospace, Мадрид, Испания.[2]

Небольшие многокоптеры БПЛА почти всегда приводятся в движение электродвигателями.

Реакционные двигатели [править]

Реакционные двигатели создают тягу для приведения в движение летательного аппарата путем выброса выхлопных газов с высокой скоростью из двигателя, в результате возникает реакция сил, движущих летательный аппарат вперед. Наиболее распространенные реактивные двигатели - это турбореактивные двигатели, турбовентиляторы и ракеты. Другие типы, такие как импульсные, прямоточные, скремджетные и импульсные детонационные двигатели также летали.В реактивных двигателях кислород, необходимый для сжигания топлива, поступает из воздуха, в то время как ракеты переносят кислород в той или иной форме как часть топливной нагрузки, что позволяет использовать его в космосе.

Реактивные турбины [редактировать]

Turbojet [редактировать]

Турбореактивный двигатель - тип газотурбинного двигателя, который был первоначально разработан для военных истребителей во время Второй мировой войны. Турбореактивный двигатель - самая простая из всех авиационных газовых турбин. Он состоит из компрессора для всасывания и сжатия воздуха, секции сгорания, в которую добавляется и поджигают топливо, одной или нескольких турбин, которые извлекают энергию из расширяющихся выхлопных газов для привода компрессора, и выпускного сопла, которое ускоряет выхлопные газы. задняя часть двигателя для создания тяги.Когда появились турбореактивные двигатели, максимальная скорость оснащенных ими истребителей была, по меньшей мере, на 100 миль в час выше, чем у конкурирующих самолетов с поршневым двигателем. В послевоенные годы недостатки турбореактивного двигателя постепенно становились очевидными. Ниже примерно 2 Маха, турбореактивные двигатели очень неэффективны и создают огромное количество шума. Ранние разработки также очень медленно реагируют на изменения мощности, и этот факт убил многих опытных пилотов, когда они пытались перейти на самолеты. Эти недостатки в конечном итоге привели к падению чистого турбореактивного двигателя, и только несколько типов все еще находятся в производстве.Последним авиалайнером, в котором использовались турбореактивные двигатели, был Concorde, чья воздушная скорость Mach 2 позволяла двигателю быть высокоэффективным.

Турбофан [править]
Вырез турбовентиляторного двигателя CFM56-3

Турбовентиляторный двигатель почти такой же, как турбореактивный, но с увеличенным вентилятором спереди, который обеспечивает тягу почти так же, как канальный винт, что приводит к повышению эффективности использования топлива. Хотя вентилятор создает тягу, как пропеллер, окружающий воздуховод освобождает его от многих ограничений, которые ограничивают производительность винта.Эта операция является более эффективным способом создания тяги, чем простое использование только струйного сопла, и турбовентиляторы более эффективны, чем пропеллеры в трансзвуковом диапазоне скоростей самолета, и могут работать в сверхзвуковом пространстве. Турбовентилятор обычно имеет дополнительные ступени турбины для вращения вентилятора. Турбовентиляторы были одними из первых двигателей, которые использовали несколько золотников - концентрические валы, которые могут свободно вращаться со своей собственной скоростью - чтобы позволить двигателю быстрее реагировать на изменение требований к мощности. Турбофаны грубо разделены на категории с низким и высоким байпасом.Обходной воздух проходит через вентилятор, но вокруг струи активной зоны, не смешиваясь с топливом и не сгорая. Отношение этого воздуха к количеству воздуха, протекающего через сердечник двигателя, является отношением байпаса. Двигатели с малым байпасом предпочтительны для военных применений, таких как истребители, из-за высокого отношения тяги к весу, в то время как двигатели с большим байпасом предпочтительны для гражданского использования с хорошей топливной экономичностью и низким уровнем шума. Турбовентиляторы с большим байпасом обычно наиболее эффективны, когда самолет движется со скоростью от 500 до 550 миль в час (от 800 до 885 км / ч), крейсерской скорости большинства крупных авиалайнеров.Турбокомпрессоры с малым байпасом могут развивать сверхзвуковые скорости, хотя обычно только при наличии форсажных камер.

Импульсные струи [править]

Импульсные форсунки - это механически простые устройства, которые в повторяющемся цикле всасывают воздух через обратный клапан в передней части двигателя в камеру сгорания и поджигают его. Сгорание выталкивает выхлопные газы из задней части двигателя. Он вырабатывает энергию как последовательность импульсов, а не как устойчивый выход, отсюда и название. Единственным применением этого типа двигателя была немецкая беспилотная летающая бомба V1 Второй мировой войны.Хотя те же самые двигатели также использовались экспериментально для самолетов-истребителей эрзац, чрезвычайно сильный шум, создаваемый двигателями, вызвал механическое повреждение планера самолета, которого было достаточно, чтобы сделать идею неосуществимой.

Ракета [править]

Несколько самолетов использовали ракетные двигатели для управления основной тягой или ориентацией, особенно Bell X-1 и North American X-15. Ракетные двигатели не используются для большинства самолетов, так как эффективность использования энергии и топлива очень низкая, но они использовались для коротких всплесков скорости и взлета.Там, где эффективность использования топлива / топлива имеет меньшее значение, могут быть полезны ракетные двигатели, потому что они создают очень большие тяги и очень мало весят.

Реактивные двигатели с предварительным охлаждением [править]

Для очень высоких сверхзвуковых / низких скоростей гиперзвукового полета установка системы охлаждения в воздушный канал водородного реактивного двигателя обеспечивает больший впрыск топлива на высокой скорости и устраняет необходимость в трубопроводе из огнеупорных или активно охлаждаемых материалов. Это значительно улучшает соотношение тяги и веса двигателя на высокой скорости.

Считается, что такая конструкция двигателя может обеспечить достаточную производительность для полета на антиподе на 5 Маха или даже обеспечить практическое использование одной ступени на орбите транспортного средства. Гибридный воздушно-реактивный ракетный двигатель SABRE - это двигатель с предварительным охлаждением, находящийся в стадии разработки.

Поршневой турбовентиляторный гибрид [править]

На апрельском авиасалоне ILA в Берлине в апреле 2018 года базирующийся в Мюнхене научно-исследовательский институт de: Bauhaus Luftfahrt представил высокоэффективный двигатель с комбинированным циклом на 2050 год, сочетающий турбореактивный двигатель с редуктором и сердечник поршневого двигателя.16-лопастный вентилятор диаметром 2,87 м обеспечивает сверхвысокое перепускное отношение 33,7, приводимое в действие турбиной с редуктором низкого давления, но привод компрессора высокого давления осуществляется от поршневого двигателя с двумя 10 поршневыми наборами без турбины высокого давления. , увеличивая эффективность с нестационарным изохорно-изобарическим сгоранием для более высоких пиковых давлений и температур. Двигатель мощностью 11 200 фунтов (49,7 кН) может обеспечить 50-местный региональный самолет. [18]

Его круизный TSFC будет 11,5 г / кН / с (0,406 фунт / фунт / час) для общего КПД двигателя 48.2% для температуры горелки 1700 К (1430 ° С), общего отношения давления 38 и пикового давления 30 МПа (300 бар). [19] Хотя масса двигателя увеличивается на 30%, расход авиационного топлива уменьшается на 15%. [20] При поддержке Европейской комиссии в рамках проекта 7 7243 LEMCOTEC , Bauhaus Luftfahrt, MTU Aero Engines и GKN Aerospace представили концепцию в 2015 году, подняв общий коэффициент давления двигателя до более чем 100 для снижения расхода топлива на 15,2% по сравнению с двигателями 2025 года. [21]

Нумерация позиций двигателя [править]

На многомоторном самолете позиции двигателя нумеруются слева направо с точки зрения пилота, смотрящего вперед, поэтому, например, на самолете с четырьмя двигателями, таком как Boeing 747, двигатель № 1 находится с левой стороны , самый дальний от фюзеляжа, в то время как двигатель № 3 находится на правой стороне, ближайшей к фюзеляжу. [22]

В случае двухмоторной английской Electric Lightning, которая имеет два установленных на фюзеляже реактивных двигателя один над другим, номер двигателя1 ниже и впереди двигателя № 2, который находится сверху и сзади. [23]

В Cessna 337 Skymaster, двухтактном двухтактном самолете, двигатель № 1 - тот, что находится в передней части фюзеляжа, а двигатель № 2 - в задней части салона.

Авиационные поршневые (поршневые) двигатели обычно предназначены для работы на авиационном бензине. Avgas обладает более высоким октановым числом, чем автомобильный бензин, что обеспечивает более высокие коэффициенты сжатия, выходную мощность и эффективность на больших высотах.В настоящее время наиболее распространенным Avgas является 100LL. Это относится к октановому числу (100 октанов) и содержанию свинца (LL = низкое содержание свинца по сравнению с историческими уровнями содержания свинца в предварительном регулировании Avgas). [ цитирование необходимо ]

Нефтеперерабатывающие заводы смешивают Avgas с тетраэтиллидом (TEL) для достижения этих высоких значений октанового числа - практика, которую правительства больше не разрешают для бензина, предназначенного для дорожных транспортных средств. Сокращение поставок TEL и возможность принятия природоохранного законодательства, запрещающего его использование, сделали поиск замены топлива для самолетов авиации общего назначения приоритетным для организаций пилотов. [24]

Турбинные двигатели и авиационные дизельные двигатели сжигают различные сорта реактивного топлива. Реактивное топливо - относительно менее летучее нефтяное производное на основе керосина, но сертифицированное по строгим авиационным стандартам с дополнительными присадками. [ цитирование необходимо ]

В модельных самолетах обычно используются нитродвигатели (также известные как «двигатели накаливания» из-за использования свечи накаливания), работающие на топливе накаливания, смеси метанола, нитрометана и смазки. Модели самолетов с электроприводом [25] и вертолеты также имеются в продаже. "Тяжелый грузоподъемный квадрокоптер поднимает 50-фунтовые грузы. Это HULK, работающий на газе (HLQ) - Промышленный кран". www.industrytap.com . 2013-03-11.

Внешние ссылки [редактировать]

,

Типы автомобильных двигателей | HowStuffWorks

Типы двигателей, о которых вы узнаете в этом разделе, включают в себя дизельные, роторные, HEMI, перемешивающие и квазитурбинные, и многие другие. Вы также увидите фотографии и анимированные изображения технологий, которые мы исследуем.

Реклама

Узнать больше

Как работают газовые компрессионные двигатели с воспламенением

Будет ли первый в мире коммерчески доступный газовый двигатель с воспламенением от сжатия, наконец, успешным?

Чериз Тревитт Двигатели / Типы двигателей
Были ли в автомобилях двигатели внешнего сгорания?

Большинство современных легковых и грузовых автомобилей оснащаются двигателем внутреннего сгорания.Но было ли когда-нибудь время, когда автомобили работали от двигателей, которым требовался внешний источник тепла?

Чериз Тревитт Двигатели / Типы двигателей
Внутри двигателя с оппозитным поршнем (OPOC)

Знаете ли вы, как работают двигатели с оппозитным поршнем (OPOC)? Посмотрите на этот удивительный рисунок, который объясняет, как работают двигатели OPOC!

Двигатели / Типы двигателей
Внутри Рукава Клапан Двигатель

Знаете ли вы, как работают клапанные двигатели? Посмотрите на этот удивительный рисунок, который объясняет, как работают клапаны с втулкой!

Двигатели / Типы двигателей
5 преимуществ бескаркасных двигателей

Загляните под капот большинства автомобилей, и вы, вероятно, найдете один или несколько ремней со шкивом.Но если один из этих ремней двигателя сломается, ваш автомобиль может внезапно стать неприступным.

Кристофер Лэмптон Двигатели / Типы двигателей

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020