ФГУП "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова" широким фронтом ведет НИОКР создания перспективных газотурбинных и поршневых двигателей в интересах разработчиков беспилотных летательных аппаратов, самолетов и вертолетов малой авиации. "АвиаПорт" приводит систематизированное изложение выступлений начальника сектора ЦИАМ (малоразмерные ГТД) Владимира Ломазова и начальника сектора ЦИАМ (ПД) Александра Костюченкова на II международной конференции "Беспилотная авиация - 2015".
Работы ЦИАМ по малоразмерным ГТД
Сектор для проведения НИОКР в интересах создания научно-технического задела и изготовления экспериментальных образцов перспективных авиадвигателей был создан два года назад. Речь идет о работах по исследованию вопросов и проблем создания короткоресурсных турбореактивных двигателей (ТРД) с тягой на стенде порядка 100 кг и турбовинтовых двигателей (ТВД) мощностью до 360 л.с. В ЦИАМ прорабатывается несколько проектов авиадвигателей: ТРД-100 на 106 кг тяги, ТРД-160 на 168 кг тяги, турбовинтовых ТВГТД на 360 л.с. мощности массой 55 кг и ТВГТДр с регенерацией тепла на мощность 350 л.с. и некоторые другие.
Основные требования к авиадвигателям
Основными критериями при создании перспективных двигателей являлись стоимость эксплуатации, назначенный межремонтный ресурс и топливная эффективность, которые в совокупности определяют расходы на летный час. Проведенные расчеты показали, что для двигателей такого класса стоимость летного часа должна быть не более 500 рублей за час полета (без учета стоимости ГСМ), технический ресурс должен составить не менее 8000 часов. При таких показателях стоимость жизненного цикла составит 3,2 млн рублей в сегодняшних ценах.
Создание унифицированного газогенератора
Известно, что "сердцем" ГТД является газогенератор (ГГ), поэтому ключевым вопросом является создание перспективного ГГ с расходом воздуха 1,5-1,6 кг/с. Двигатель с таким газогенератором должен обходиться заказчикам в виде ТРД для беспилотников по цене порядка в 500-550 тысяч рублей, то есть примерно 5000 рублей за один кг тяги. Это та нормативная составляющая, которую хотели бы видеть все заказчики, чтобы весь беспилотник получился недорогим. Сейчас институтом ведутся работы по разработке ГГ длиной порядка 500 мм и 240 мм в диаметре.
По проведенному анализу, базовые составляющие цены газогенератора:
Многим заказчикам хотелось бы видеть двигатель сложного цикла, который по расходу топлива приближается к поршневым двигателям. Это двигатель (ТВГТДр) с регенерацией тепла. Такие двигатели реализованы в наземной технике и выпускаются серийно. У классического ТВГТД удельный расход топлива составляет 0,296 кг/л.с.*ч, на ТВГТДр - 0,23 кг/л.с.ч, а у лучших поршневых двигателей - 0,16 кг/л.с.ч. Двигатель с теплообменным аппаратом находится сейчас на стадии изготовления опытных образцов.
Широкая линейка двигателей в интересах народного хозяйства и обороны может быть создана на базе одного ГГ. Есть и технические, и технологические, а также организационные предпосылки для того, чтобы создать ГТД в указанном классе мощности стоимостью 1,2 млн рублей.
ГТД на базе унифицированного газогенератора:
- ТВГТДр с регенерацией тепла 50%
ЦИАМ проводит работы по внедрению новейших технологий для снижения массы, повышения качества отдельных узлов и деталей. Подтверждено снижение себестоимости изготовления колеса компрессора почти в 20 раз против классического колеса с вставными лопатками. За счет применения современных технологии литья цена ротора уменьшена примерно в 15-18 раз по сравнению с ротором стандартной вспомогательной силовой установки такой же размерности, которая стоит на отечественных самолетах. В качестве опытного образца изготовлен и будет испытываться на стенде стартер-генератор с возможностью раскручивания до 90 тысяч оборотов, который ставится на вал без редуктора и существенно уменьшает массу двигателя. Он обеспечивает мощность до 4 кВт и имеет массу всего лишь 700 грамм, против сегодняшних 10 кг.
Работы по перспективным поршневым двигателям
В России в настоящее время полностью отсутствует производство поршневых авиадвигателей для беспилотников и легких самолетов и вертолетов, что заставляет отечественных конструкторов применять авиадвигатели зарубежного производства. В связи с огромной потребностью в таких двигателях, ЦИАМ проводит НИОКР и прорабатывает проекты перспективных поршневых авиадвигателей в интересах их применения на беспилотных летательных аппаратах, легких самолетах и вертолетах.
Преимущества применения в авиации поршневых двигателей
По удельной стоимости и удельному расходу топлива авиационные поршневые двигатели (АПД) значительно превосходят газотурбинные двигатели (ГТД) в своем классе мощности до 500 л.с. В тоже время, АПД существенно уступают ГТД по удельному весу. Кроме того, при времени полета более пяти часов дизельные двигатели также имеют значительные преимущества перед ГТД. Бензиновые АПД представлены в основном двухтактными двигателями мощностью до 50 л.с. и четырехтактными мощностью 50-400 л.с. Кроме того, с возможностью работы на авиакеросине используются дизельные двигатели мощностью 100-500 л.с. и роторно-поршневые мощностью до 300 л.с.
Проводимые НИОКР в интересах создания перспективных АПД
ЦИАМ исследует как новые конструктивные схемы, так и применение самых современных материалов и перспективных технологических решений. Например, в настоящее время в рамках проводимых НИР создается унифицированная роторно-статорная группа, а также ведется изготовление и подготовка к проведению стендовых испытаний двигателя на 100 л.с. Проводятся исследования новых материалов при создании самых ответственных узлов и деталей АПД.
Линейка прорабатываемых ЦИАМ перспективных российских АПД
В рамках проводимых НИОКР прорабатывается ряд АПД различного диапазона мощности. В частности, в работе находится ряд роторно-поршневых авиадвигателей мощностью от 100 л.с. до 300 л.с. на базе унифицированной роторно-статорной группы, бензиновый двигатель мощностью 120-150 л.с. с возможностью оснащения турбокомпрессором, дизельный АПД мощностью 300 л.с. для беспилотников, легких самолетов и вертолетов. Кроме того, на стадии разработки Технического задания находится разработка АПД мощностью 50 л.с. и ряд дизельных АПД мощностью 450-800 л.с.
АПД ПД-1400
АПД ПД-1400 разрабатывается совместно ЦИАМ и Гаврилов-Ямским машиностроительным заводом "Агат". Разрабатываемый поршневой четырехтактный воздушного охлаждения с редуктором АПД должен иметь мощность взлетную 90 л.с., удельный расход топлива на уровне 210 г/л.с.*ч и удельный вес 0,75 кг/л.с. Этот двигатель уже прошел достаточно большой комплекс испытаний и они продолжаются.
АПД ПД-2800
АПД ПД-2800 также разрабатывается в рамках ОКР совместно с Гаврилов-Ямским машиностроительным заводом "Агат". Этот поршневой четырехтактный дизельный двигатель жидкостного охлаждения готовится к испытаниям. Он рассчитан на мощность 300 л.с., его удельный расход топлива должен составить 160 г/л.с.*ч, а удельный вес 0,75 кг/л.с.
Перспективные показатели прорабатываемых АПД
Применение самых современных технологий при изготовлении перспективных АПД позволит снизить массу силовой установки на 20-25%, снизить удельный расход топлива на основных режимах на 15-20%, повысить ресурс АПД до 5000 часов, снизить эксплуатационные расходы на 30-40%.
Сравнение АПД и ГТД:
| Наименование | TS-100 | МГТД-250 | МГТДр-250 | М337 | SR-305-230 |
|---|---|---|---|---|---|
| Разработчик | Чехия | ЦИАМ | ЦИАМ | Чехия | Франция |
| Стадия разработки | Опытный | Эскизный проект | Эскизный проект | Серийный | Опытный |
| Мощность, л.с. | 240 | 360 | 350 | 235 | 230 |
| Удельный расход топлива, кг/л.с. ч | 0,39 | 0,31 | 0,25 | 0,22 | 0,16 |
| Часовой расход топлива, кг | 42 | 33,5 | 22 | 21,7 | 14,8 |
| Масса двигателя, кг | 55 | 45 | 87 | 153 | 181 |
| Межремонтный ресурс, час | 500 | 2 500 | 2 500 | 1 000 | 1 500 |
| Назначенный ресурс, час | 1 500 | 7 500 | 7 500 | 3 000 | 4 500 |
| Стоимость серийного образца, млн руб. | 3,6 | 1,3 | 2,1 | 1,8 | 2,4 |
| Виталий Селиванов
, заслуженный летчик-испытатель РФ |
Паровоз не может быть красивее своего котла» – так в начале века говорили инженеры-паровозостроители. На заре авиации из-за отсутствия легкого двигателя летать начинали на планерах с гор, используя потоки обтекания. Только создание легкого, работающего на бензине, двигателя внутреннего сгорания, наконец, дало старт аппаратам тяжелее воздуха. Бензиновый двигатель (с запасом топлива) был в десять раз легче, чем такой же по мощности двигатель электрический с аккумулятором или паровой с водой и топливом. Братья Райт, французы, немцы, а за ними и в России, кстати, только летом 1910 года, сто лет назад взлетело три аппарата: А.С. Кудашева, Я.М. Гаккеля и И.И. Сикорского. Правда, на всех аппаратах были импортные бензиновые двигатели «Анзани» 25 и 35 л.с. |
Грех не вспомнить наших великих предков, но, к несчастью, у нас и сейчас с двигателями для небольших самолетов почти те же проблемы. В наследие от СССР нам достался всего один серийный поршневой двигатель М-14. Двигатель простой, надежный, неприхотливый к топливу и маслу. Не боится морозов. Сравнительно недорогой, если летать на нем не очень много. За это и любят двигатель М-14.
На чем же летают сейчас, в «малой авиации», т.е. сверхлегкие и легкие летательные аппараты? Наиболее распространены, известны и почти везде в мире обслуживаются двигатели австрийской фирмы Rotax 912 и 914. Мощностью 80–100 л.с. , они устанавливаются на аппараты взлетной массой до полутонны, с экипажем до двух человек. Это учебные и туристские, любительские аппараты.
Как только потребуется выполнять фигуры сложного пилотажа вдвоем (с инструктором), потребуется более прочный и тяжелый самолет взлетной массой 800–1000 кг (например, По-2, Як-18, Як-52). При этом с двигателем в 100–160 л.с. половину летного времени придется затрачивать на набор потерянной за пилотаж высоты с вертикальной скоростью 2–3 м/сек. А если захочется набирать высоту побыстрей, то и двигатель подойдет как раз М14. На нем можно получить в наборе до 10 м/сек, да и потеря высоты за пилотаж будет гораздо меньше. Конкурентами М14 выступают американские Lycoming и Teledyne Continental, чешские Walter, немецкие Centurion. Lycoming и Teledyne Continental капризны при запуске на земле даже летом, то им жарко – то холодно, зимой в воздухе вообще не запустить. Они употребляют только «свои», дорогие, импортные бензин и смазку, но все их минусы перевешиваются двумя плюсами:
1. Работают на «максимале» без ограничения по времени.
2. Расход топлива в 2 раза меньше, чем у нашего М14.
Если свести основные технические и экономические показатели двигателей в одну таблицу с задачей получения стоимости затрат на работу двигателя с налетом самолета до полного использования ресурса – 10 тыс. летных часов – получим таблицу.
Из нее видно, что за 10 000 часов налета на нашем М-14 придется заплатить на 30% больше чем на ТВД Alison и почти в три раза больше против дизеля Centurion. А вот двигатель М601, хотя и стоит почти в три раза дороже, чем М-14, но каждая его лошадиная сила обходится эксплуатанту в три раза дешевле, чем у М-14. Поэтому если мы хотим получить самолет для основного обучения по курсу военного летного училища, где вынуждены работать интенсивно и обеспечивать очень большой налет, то самолет, конечно, нужно иметь с ТВД, и пока лучше М601 серийного двигателя не видно!
Самолет нужен, конечно, пилотажный, с эксплуатационной перегрузкой до 7, достаточно высотный (7–10 км), следовательно, с герметичной кабиной. Наиболее подходящий из имеющихся и обслуживаемых в России двигателей для планируемого самолета – это чешский Walter М601. Его аналоги Pratt&Whittney поновей, поэкономичней, но системы их технического обслуживания и опыта эксплуатации в России нет. Дизельный двигатель на пилотажный самолет с временем полета 0,5–1,5 часа пока ставить рано – тяжел (в Интернете у танкистов есть очень дельный сравнительный анализ преимуществ и недостатков газотурбинного и дизельного двигателей).
Пока получается, что самое дешевое летное обучение – на планере при запуске с лебедки. За 3 евро (120) рублей вас на планере забросят на высоту 500 м, откуда вы будете спокойно снижаться примерно 8–10 минут или можете уйти на свободное парение. За планерами следуют ультралайты с взлетным весом до 500 кг и двигателями Rotax 912 и 914, мощностью 80–100 л.с. На них можно проводить обучение полетам по кругу, простому пилотажу, полетам по маршруту. Это даст налет 30–40 часов и выход на уровень пилота-любителя. Заниматься таким обучением могут частные летные школы или ДОСААФ. Справка: уже проектируются сверхлегкие летательные аппараты, на которых будут использоваться электродвигатели с аккумулятором до 30 минут полета. И дешево, и экологически чисто, малошумно и безопасно.
Следующий этап: пилотажный учебный поршневой самолет. Одним из предпочтительных вариантов мог быть яковлевский самолет «Кадет». На нем можно учить сложному и высшему пилотажу, полетам строем и ночью. Но заставить военных пересесть снова на поршневой самолет будет очень трудно, полеты физически тяжелы, а оплата и льготы будут занижены. Поэтому такие машины, скорее всего, пригодятся ДОСААФ и частным летным школам. Двигатель все же придется менять – слишком дорог в эксплуатации – на 30% дороже, чем вдвое более мощный ТВД М601.
Если за единицу стоимости летного часа принять стоимость полета на самолете УТС с ТВД с максимальной скоростью около 500 км/ч, то, в зависимости от максимальной скорости самолета, можно получить соотношение цен летного часа на различных самолетах.
На графике четко видно, что до максимальной скорости 500 км/ч, цена самолета увеличивается плавно линейно, со скорости от 500 до 800 км/ч растет по параболе и далее почти линейно уходит вверх. Отсюда вывод: нет смысла увеличивать максимальную скорость УТС с ТВД более 500–600 км/ч, так как небольшое увеличение скорости обходится слишком дорого и в цене самолета, и в эксплуатации. Видимо, по этим причинам уменьшили мощность двигателей заказчики самолета Pilatus РС-7МК из ЮАР.
Если УТС с ТВД будет иметь скорость захода на посадку менее 150 км/ч, то необходимость в поршневом самолете первоначального обучения для военного училища может отпасть, и эта задача может быть решена на УТС с ТВД с меньшими затратами.
Для основной подготовки в летном училище, конечно, как и во всем мире, остро необходим УТС с ТВД («Авиапанорама» №№ 1 и 2, 2010).
Мы видим, как с помощью государства поддерживается авиапромышленность Китая, Индии, Бразилии и других развивающихся стран. Даже Турция планирует выпустить в 2011 году свой УТС с ТВД. Наш крупный бизнес – в основной массе технически малограмотный – покупает в первую очередь недвижимость и предметы роскоши. Кстати, и до революции наши финансисты не очень-то жертвовали на технический прогресс. Ведь не у нас, а на западе были установлены крупные призы за перелет через Ламанш и за другие рекордные полеты.
С отменой запретительной системы использования воздушного пространства, обещанного в 2008 году, теперь в конце 2010 года, вероятно, все же откроется большой российский рынок для небольших частных самолетов. Эту ситуацию государство могло бы использовать для развития собственного производства легких летательных аппаратов. Можно, как Китай и Индия, покупать партии лучших зарубежных самолетов, с правом их последующего производства. Но гораздо важнее для нас, авиационной промышленности и любителей авиации, это покупка и лицензионное производство лучших, самых распространенных и надежных двигателей Rotax, Teledyne Continental, Pratt&Whittney со шкалой мощности не производимых в России до сего времени. Имея широкий спектр выбора двигателей, наша авиационная промышленность смогла бы обеспечить российский рынок нужными самолетами. Исторические примеры только подтверждают это. Так было с Ли-2, так было с покупкой английских реактивных двигателей «Нин-1» и «Дервент-V», в результате получили самый массовый истребитель мира МиГ-15 и почти такой же массовый фронтовой бомбардировщик Ил-28.
На что хотелось бы обратить особое внимание. Наша национальная привычка к нищете породила массовую тенденцию: сделаем, что получится, а потом в серии доведем. Нужно помнить, чему учат студентов авиационных ВУЗов: доработка эскиза обойдется в цену резинки и карандаша (копейки), макета – в цену затраченного пиломатериала (тысячи рублей), опытного образца самолета – в миллионы рублей, а доработки серийного самолета потребуют очень больших денег, что может привести к краху всей программы вообще. Для исключения таких промахов нужно любить заказчика и делать все своевременно, чтобы наше изделие было лучше, чем у конкурентов.
Нашей задачей является создание ПЕРВОГО в России серийного
авиационного поршневого двигателя, который будет не только не уступать, но и
превосходить по показателям зарубежные экземпляры в производительности, экономичности,
простоте эксплуатации и будет в разы дешевле. Более того, двигатель
МНОГОТОПЛИВНЫЙ.
На сегодняшний день мы спроектировали 3D модель двигателя и
провели ряд ключевых расчетов и испытаний. Теперь двигатель необходимо
изготовить и испытать на стенде. Для этих целей мы и привлекаем Вас к участию в
нашем проекте и, как следствие, развитию России!
Развитие малой авиации определяется целым рядом факторов, один
из ключевых - это стоимость летательного аппарата. В настоящее время отечественная
легкая авиация развивается крайне медленно и состоит на 99% из импортных
летательных аппаратов. Отечественные летательные аппараты не могут конкурировать, ведь абсолютное большинство комплектующих импортное, в том числе сердце - двигатель. Цена на двигатель начинается от 20
000 евро, что можно говорить об окончательной цене летательного аппарата и
кто может его себе позволить? Мы хотим в корне изменить ситуацию, чтобы
стоимость и эксплуатация летательного аппарата была доступна большинству
жителей нашей страны.
Мы не любители, которые решили заново изобрести велосипед. Наша
команда состоит из настоящих профессионалов, как из молодых специалистов, так и
из заслуженными деятелей, докторов наук, конструкторов, аспирантов, которые многие годы и десятилетия результативно
работают в отрасли. Мы работаем на собственном энтузиазме с верой в наше общее
Будущее. Более подробно с нашей командой можно ознакомиться на нашем сайте dda.zone 
Создана 3D модель двигателя
ДДА-120М, на стенде испытана топливная система двигателя. В ДДА-120 мы
реализуем совершенно новые СОБСТВЕННЫЕ разработки, которые сделают наш
двигатель МНОГОТОПЛИВНЫМ, т.е. позволят работать нашему двигателю на разных
видах топлива (авиационный керосин, дизельное топливо, товарные бензины любого
октанового числа, например, АИ-92). Для многих это звучит как фантастика, но мы
УЖЕ СДЕЛАЛИ ЭТО. Мы провели ряд испытаний на лабораторных установках, так сказать, "в железе", подтвердив работоспособность наших исследований.
Но и это ещё не все, в процессе реализации проекта ДДА-120 мы
планируем создать полноценное ОКБ и завод для серийного производства наших двигателей, с
хорошими заработными платами, в том числе для молодых специалистов, а так же
дальнейшие, уже собственные инвестиции, полученные от реализации двигателя, в
отрасль.
В 2016 году нас поддержал Фонд Бортника по
программе СТАРТ-1, поэтому мы достигли таких выдающихся результатов! Следующий этап - создание прототипа. На это необходимы значительные вложения, именно поэтому мы и привлекаем Вашу поддержку. 
ВСЕ ГОВОРЯТ об импортозамещении, о науке, о производстве, а МЫ ДЕЛАЕМ это! И без
Вашей поддержки нам очень тяжело. У Вас есть реальная возможность не
разговором, а делом поучаствовать в развитии целой отрасли, создать новые
рабочие места, способствовать популяризации науки в России.
Если посмотреть на исторические данные, касающиеся участия поршневых двигателей в авиации, то можно легко обнаружить тот факт, что их массовое применение началось еще задолго до самой авиации. В те года поршневые двигатели стали первопроходцами не только в авиации. Благодаря им поехал первый автомобиль и поднялся с места первый вертолет. И тогда, как в автомобилестроении их использование по сей день востребовано, то в авиации со временем их заменили газотурбинные двигатели .
Поршневые двигатели сейчас устанавливают только на спортивные самолеты или на персональные самолеты малых размеров. Причин для такого низкого процента использования предостаточно. Первая и, наверное, самая главная из них заключается в том, что единица мощности на единицу массы поршневого двигателя гораздо меньше, чем, к примеру, в тех же газотурбинных двигателях. Также поршневые двигатели не могут соперничать в скорости с другими авиационными двигателями. Ну и, конечно же – это низкий КПД, который в самом лучшем случае не будет превышать 30%.
Современные поршневые двигатели различают по расположению цилиндров относительно коленвала. Согласно этой квалификации существует немалое количество различных поршневых двигателей. Из них получили наиболее широкое распространение такие виды:
- с V-образным расположеним;
- со звездообразным расположением (радиальный двигатель);
- с рядным расположением (оппозитный двигатель).
Радиальный авиационный поршневой двигатель.
На данный момент использование радиального поршневого двигателя в авиации опять набирает обороты. Только теперь изменился состав авиации, которая его устанавливает. Если раньше радиальный двигатель использовали на самолетах повсеместно, то теперь он востребован исключительно в спортивных и персональных самолетах малых размеров. Сегодня Вы уже не увидите громоздких и тяжелых движков, они давно отошли в прошлое. На их замену пришли более легкие, с радиальным количеством цилиндров от 7 до 9 и отличной электронной автоматической системой для подачи топлива. Сама по себе конструкция радиального двигателя внутреннего сгорания отличается от других поршневых авиационных двигателей тем, что его цилиндры располагаются через равные углы вокруг одного коленвала в виде радиальных лучей (звездочки). От этого и пошло еще одно название радиального двигателя – звездообразный.
Главным отличием такого двигателя от других поршневых авиационных двигателей является разница в конструкции кривошипно-шатунного механизма. Давайте разберем его более подробно. В нем 1 коленвал является главным. 
С виду он похож на коленвал обычного рядного двигателя. Шатуны прицепные, они крепятся вокруг коленвала по его форме. В остальном, принцип работы такой же как и в обычных двигателях. Звездообразные двигатели имеют выхлопную систему, которая также организована в виде радиальных лучей. Такие двигатели могут образовывать несколько звезд-отсеков путем увеличения длинны главного коленвала. Обычно 4-хтактные звездообразные моторы имеют в своем распоряжении нечетное количество цилиндров, что дает возможность подать искру в цилиндры через один. Также существуют радиальные двигатели с чётным количеством цилиндров, только их число не может быть степенью двойки.
Плюсы и минусы радиального поршневого двигателя.
К единственному недостатку таких двигателей относят возможность попадания масла в нижние цилиндры двигателя при стоянке самолета. Это может привести к мгновенному гидроудару и соответственно к поломке всего кривошипно-шатунного механизма. Чтобы избежать подобного срача, перед запуском двигателя, постоянно необходимо проверять нижние цилиндры на отсутствие в них масла. Из плюсов радиального двигателя стоит отметить его сравнительно небольшие размеры, простоту в эксплуатации и приличную мощность (часто устанавливают на спортивные самолеты).
Оппозитный авиационный поршневой двигатель.
Как уже говорилось ранее, поршневые двигатели в авиации переживают свое очередное возрождение. Помимо звездообразных двигателей нашли свое применение в авиастроении и оппозитные двигателя . Их часто устанавливают на легкие спортивные самолеты небольших размеров, так как их мощности вполне достаточно для полета на высоких скоростях. В современной авиации существует несколько типов оппозитных двигателей, а именно:
1) Двигатель по типу боксер (Subaru). В нем поршни противоположных цилиндров двигаются равноудаленно друг к другу. Это означает что в определенный момент один цилиндр будет располагаться в верхней мертвой точке, а противоположный – в нижней мертвой точке.
2) Двигатель с устройством OPOC. Еще до недавнего времени эти двигателя имели очень низкий спрос. Но сейчас ситуация несколько поменялась. Двигатель OPOC имеет весьма сложную систему. В нем один коленчатый вал приводят в движение два поршня, которые располагаются в противоположных цилиндрах.
3) Оппозитный двигатель по типу советского 5ТДФ. В нем поршни двигаются навстречу друг к другу и работают попарно в одном цилиндре. Когда оба поршня достигают верхней мертвой точки, в расстояние между ними впрыскивается топливо. Благодаря такой конструкции этот двигатель может работать на различных видах топлива, начиная от керосина и заканчивая бензином. Мощность оппозитных двигателей увеличивают установкой на него турбонаддува, би-турбо или твин-турбо. Также её можно повысить при применении в производстве Н-образных шатунов или кованных поршней.
Плюсы и минусы оппозитного поршневого двигателя.
К недостаткам оппозитного двигателя относят прежде всего высокий расход топлива и моторного масла. Особенно это касается второго. В этом двигателе необходимо регулярно производить замену масла иначе он быстро приходит в непригодность. Показатели расхода топлива и масла по сравнению с другими поршневыми авиационными двигателями самые большие и могут превышать в процентном соотношении более чем на 50%.
Главным плюсом оппозитных двигателей является компактность, что позволяет устанавливать их на самолеты малых размеров. При таких габаритах мощности этих двигателей вполне достаточно даже для спортивных самолетов.
Современные поршневые авиационные двигатели.
Современный авиационный поршневой двигатель претерпел значительные изменения по сравнению со своими первенцами. Сегодня это весьма сложные устройства, которые оснащают большим количеством дополнительных механизмов, агрегатов, обслуживающих систем и приборов. Благодаря им удалось снизить общий вес двигателя и увеличить его мощность, что позволило их использовать в легкой и спортивной авиации. Сегодня их главным показателем стало соотношение удельной мощности к весу самого агрегата и в среднем оно дотягивает до отметки в 0,5 кг/л. с.
Работа радиального поршневого двигателя.
Привет, друзья!
Сегодня начинаем серию статей о конкретных типах авиационных двигателей. Первый движок, который удостоится нашего внимания – это . Он имеет полное право быть первым, потому что он – ровесник современной авиации. Один из первых самолетов, поднявшихся в воздух был Флайер-1 братьев Райт (я думаю вы читали об этом :-)). И на нем стоял поршневой двигатель авторской разработки, работавший на бензине.
Долгое время этот тип движка оставался единственным, и только в 40-е годы 20-го века началось внедрение двигателя совсем иного принципа действия. Это был турбореактивный двигатель . Из-за чего это произошло читайте . Однако поршневой движок, хоть и утратил свои позиции, но со сцены не сошел, и теперь в связи с достаточно интенсивным развитием так называемой малой авиации (или же авиации общего назначения) он просто получил второе рождение. Что же из себя представляет авиационный поршневой двигатель ?
Работа двигателя внутреннего сгорания (тот же рядный поршневой двигатель).
Как всегда:-)… В принципиальном плане ничего сложного (ТРД значительно сложнее:-)). По сути дела – это обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС ), такой же, как на наших с вами автомобилях. Кто забыл, что такое ДВС, в двух словах напомню. Это, попросту говоря, полый цилиндр, в который вставлен цилиндр сплошной, меньший по высоте (это и есть поршень). В пространство над поршнем в нужный момент подается смесь из топлива (обычно это бензин) и воздуха. Эта смесь воспламеняется от искры (от специальной электрической свечи) и сгорает. Добавлю, что воспламенение может происходить и без искры, в результате сжатия. Так работает всем известный дизельный двигатель . В результате сгорания получаются газы высокого давления и температуры, которые давят на поршень и заставляют его двигаться. Вот это самое движение и есть суть всего вопроса. Далее оно передается через специальные механизмы в нужное нам место. Если это автомобиль, значит на его колеса, а если это самолет, то на его воздушный винт. Таких цилиндров может быть несколько, точнее даже много:-). От 4-х до 24-х. Такое количество цилиндров обеспечивает достаточную мощность и устойчивость работы двигателя.
Еще одна схема работы одного ряда цилиндров.
Конечно авиационный поршневой двигатель только принципиально похож на обычный ДВС. На самом деле здесь обязательно присутствует авиационная специфика. выполнен из более совершенных и качественных материалов, более надежен. При той же массе, он значительно мощнее автомобильного. Обычно может работать в перевернутом положении, ведь для самолета (особенно истребителя или спортивного) пилотаж – обычное дело, а автомобилю это, естественно, не нужно.
Двигатель М-17, поршневой, рядный, V-образный. Устанавливался на самолеты ТБ-3 (конец30-хгодов 20 в.)
Двигатель М-17 на крыле ТБ-3.
Поршневые двигатели могут различаться как по количеству цилиндров, так и по их расположению. Бывают рядные двигатели (цилиндры в ряд) и радиальные (звездообразные ). Рядные двигатели могут быть однорядные, двухрядные, V-образные и т.д. В звездообразных цилиндры расположены по окружности (в виде звезды) и бывает их обычно от пяти до девяти (в ряду). Эти двигатели, кстати, тоже могут быть многорядными, когда цилиндры блоками стоят друг за другом. Рядные двигатели обычно имеют жидкостное охлаждение (как в автомашине:-), они и по виду больше похожи на автомобильные), а радиальные – воздушное. Они обдуваются набегающим потоком воздуха и цилиндры, как правило, имеют ребра для лучшего теплосъема.
Двигатель АШ-82, радиальный, двухрядный. Устанавливался на самолеты ЛА-5, ПЕ-2.
Самолет ЛА-5 с двигателем АШ-82.
Авиационные поршневые двигатели часто имеют такую особенность, как высотность. То есть с увеличением высоты, когда плотность и давление воздуха падают, они могут работать без потери мощности. Подвод топливно-воздушной смеси может осуществляться двумя способами. Здесь полная аналогия с автомашиной. Либо смесь готовится в специальном агрегате, называемом карбюратором и потом подается в цилиндры (карбюраторные двигатели), либо топливо непосредственно впрыскивается в каждый цилиндр в соответствии с количеством поступающего туда же воздуха. На автомобилях такого типа двигатели часто обзывают «инжекторными».
Современный поршневой радиальный двигатель ROTEC R2800.
Более мощный R3600 (большее количество цилиндров).
В отличие от обычного автомобильного ДВС, для самолетного поршневого движка не нужны громоздкие (ну и, естественно, тяжелые:-)) передаточные механизмы от поршней к колесам. Все эти оси, мосты, шестерни. Для самолета ведь вес очень важен. Здесь движение от поршня сразу через шатун передается на главный коленчатый вал, а на нем уже стоит вторая важная часть самолета с поршневым двигателем – воздушный винт . Винт – это, так сказать, самостоятельная (и очень важная) единица. В нашем случае он является «движителем» самолета, и от его корректной работы зависит качество полета. Винт – это не часть двигателя, но работают они в тесном сотрудничестве:-). Винт всегда подбирается или проектируется и рассчитывается под конкретный двигатель, либо же они создаются одновременно, так сказать комплектом:-).
Радиальный двигатель М-14П. Устанавливается на спортивные СУ-26, ЯК-55.
СУ-26 с двигателем М-14П.
Принцип работы винта – это достаточно серьезный (и не менее интересный:-)) вопрос, поэтому я решил выделить его в , а сейчас пока вернемся к «железу».
Я уже говорил, что сейчас поршневой авиационный двигатель опять «набирает обороты». Правда состав авиации использующей эти двигатели теперь другой. Соответственно изменился и состав применяемых двигателей. Тяжелые и громоздкие рядные движки практически отошли в прошлое. Современный поршневой двигатель (чаще всего) – радиальный с количеством цилиндров 7-9, с хорошей топливной автоматикой с электронным управлением. Один из типичных представителей этого класса, например, двигатель ROTEC 2800 для легких самолетов, создан и производится в Австралии (между прочим выходцами из России:-)). Однако о рядных двигателях тоже не забывают. Таков, например, ROTAX-912. Так же хорошо известен двигатель отечественного производства М-14П, который устанавливается на ЯК-55 и СУ-26.
Двигатель Rotax-912, рядный. Устанавливается на легкие спортивные самолеты Sports-Star Max
Спортивный самолет Sport-Star Max c двигателем Rotax-912.
Существует практика применения дизельных двигателей (как разновидность поршневых) в авиации, еще со времен войны. Однако широко этот двигатель пока не применяется из-за существующих проблем в разработке, в частности в области надежности. Но работы все равно ведутся, особенно в свете грядущего дефицита нефтепродуктов.
Вообще еще рано списывать со счетов:-). Ведь, как известно, новое – это хорошо забытое старое… Время покажет…
