Реферат: Расчет авиационного поршневого двигателя. Авиационные поршневые двигатели реферат

Конструкция основных элементов авиационного поршневого ДВС » Привет Студент!

Конструкция основных элементов двигателя

К основным элементам конструкции авиационного поршневого Двигателя относятся: цилиндры, поршни, шатуны, коленчатый вал, редуктор, механизм газораспределения, нагнетатель и картер.

Цилиндр двигателя, представляющий собой рабочую камеру, состоит из головки и гильзы (рис. 92), соединенных с помощью резьбы. Для лучшего oxлаждения цилиндра на головке и гильзе выполняется оребрение, что значительно увеличивает площадь поверхности отвода тепла.

В головке цилиндра имеются отверстия под впускной и выпускной клапаны.

Внутренняя поверхность гильзы цилиндра, называемая зеркалом цилиндра, тщательно обработана и отполирована. Крепление цилиндра к картеру осуществляется с помощью фланца, выполненного в нижней части гильзы.

Восприятие давления газов в цилиндре осуществляется поршнем. Дальнейшая передача сил газа на коленчатый вал происходит через шатун. Поршень (рис. 93) выполняется полым и имеет поперечное отверстие под поршневой палец, с помощью которого поршень соединяется с шатуном. На боковой поверхности поршня проточены четыре канавки в верхней части и одна — в нижней. В трех верхних канавках расположены уплотнительные кольца, герметизирующие внутреннюю полость цилиндра. В четвертой канавке (с отверстиями) устанавливаются два маслоуплотнительных кольца,

а в нижней — одно маслоуплотнительное кольцо. Эти кольца предотвращают попадание масла из картера в цилиндр. Образование же масляной пленки благодаря такому расположению маслоуплотнительных колец способствует уменьшению сил трения при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре.

Связующим звеном между коленчатым валом и поршнем является шатун (рис. 94). Шатун звездообразного двигателя состоит из одного главного и нескольких прицепных шатунов. Прицепные шатуны соединяются с главным шатуном шарнирно на пальцах. Пальцы размещаются в отверстиях двух щек, расположенных на нижней головке главного шатуна, под равными углами. Главный шатун выполняется неразъемным и представляет собой стержень двутаврового сечения, соединяющий верхнюю (поршневую) и нижнюю (кривошипную) головки с отверстиями. В отверстие нижней головки вставляется втулка кривошипа коленчатого вала.

Коленчатый вал двигателя (рис. 95) служит для передачи работы поршня на воздушный винт через редуктор и обеспечивает перемещение поршней во время нерабочих ходов. Кроме того, коленчатый вал приводит в действие агрегаты, обеспечивающие работу двигателя и самолетных систем (гидронасосы, генераторы и др.). Коленчатый вал двигателя с двумя рядами цилиндров состоит из передней, средней и задней частей и имеет два колена. Вал изготовляется полым. Внутренняя полость используется в качестве масломагистрали.

На валу имеются противовесы, предназначенные для уравновешивания сил инерции двигателя. Установка коленчатого вала в картере осуществляется на трех подшипниках.

Картер является силовым корпусом двигателя (рис. 96). К нему снаружи крепятся цилиндры и агрегаты, обеспечивающие работу двигателя. Картер состоит из нескольких частей, количество которых зависит от числа рядов цилиндров. Внутри картера устанавливаются подшипники (опоры) коленчатого вала.

На картере имеются кронштейны, с помощью которых двигатель крепится к подмоторной раме на самолете.

Механизм газораспределения предназначен для обеспечения своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов в соответствии с определенным порядком работы цилиндров двигателя. Схема механизма газораспределения приведена на рис. 97.

Механизм газораспределения состоит из кулачковой шайбы с опорой, толкателей, перемещающихся в направляющих, тяг, рычагов и клапанов. Кулачковая шайба приводится в движение от коленчатого вала при помощи зубчатой передачи, размещенной на картере. Заданный режим работы клапанов обеспечивается выбором профиля и расположением кулачка на кулачковой шайбе.

Для поддержания мощности двигателя на необходимом уровне с подъемом летательного аппарата на высоту на двигателях устанавливаются нагнетатели, позволяющие подавать воздух в цилиндры под давлением выше атмосферного. Нагнетатель состоит из крыльчатки, диффузора и механизма привода (рис. 98). Воздух, поступающий в двигатель, подводится к крыльчатке, которая приводится во вращение коленчатым валом через шестеренчатую передачу. Далее воздух поступает в диффузор, коллектор и в цилиндры.

При вращении крыльчатки под действием центробежных сил скорость и давление воздуха увеличиваются. На выходе из крыльчатки воздух обладает большой кинетической энергией. Для превращения кинетической энергии воздуха в потенциальную энергию давления устанавливается диффузор, где происходит снижение скорости воздуха и, следовательно, увеличение его давления. Окончательное давление наддува устанавливается в коллекторе, где происходит дальнейшее уменьшение скорости воздуха. Для получения большей мощности стремятся увеличить число оборотов коленчатого вала. Если эти обороты передать на воздушный винт, то коэффициент полезного действия (к. п. д.) последнего будет незначительным, так как высокий к. п. д. достигается при скорости концов лопастей, меньшей скорости звука. Для снижения числа оборо-

тов воздушного винта по сравнению с числом оборотов коленчатого вала предназначен редуктор. Редуктор состоит из неподвижной шестерни, сателлитов и ведущей шестерни (рис. 99).

При работе двигателя ведущая шестерня поворачивает сателлиты, заставляя их обкатываться вокруг неподвижной шестерни и вести за собой оси и, следовательно, вал воздушного винта. Из-за сложного движения сателлитов, напоминающего движение планет солнечной системы, редуктор такого типа получил название «планетарного». Такие редукторы отличаются компактностью и их габариты хорошо вписываются в размеры носка картера.

Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

privetstudent.com

Реферат - Расчет авиационного поршневого двигателя

--PAGE_BREAK--1.4 Расчет процесса сжатия

Цель расчета процесса сжатия – определение давления <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495684433-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064"> и температуры <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495684536-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065"> газов в конце этого процесса.

1. Давление в конце такта сжатия:

2. Температура в конце такта сжатия:

1.5 Расчет процесса сгорания

Цель расчета процесса сгорания – определение максимальных значений давления <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495685512-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068"> и температуры <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495685615-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069"> газов при сгорании топлива.

1. Температура <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495685615-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070"> газов определим из уравнения сгорания, полученного на основании первого принципа термодинамики:

<img border=«0» width=«317» height=«72» src=«ref-1_1495685819-804.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">, где <img border=«0» width=«25» height=«25» src=«ref-1_1495686623-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072"> — низшая теплота сгорания топлива с учетом условий, при которых протекает процесс сгорания. <img border=«0» width=«505» height=«41» src=«ref-1_1495686743-902.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">; <img border=«0» width=«13» height=«21» src=«ref-1_1495687645-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074"> — коэффициент эффективного выделения теплоты. Примем <img border=«0» width=«60» height=«21» src=«ref-1_1495687735-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">;

<img border=«0» width=«25» height=«24» src=«ref-1_1495687890-116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076"> – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания <img border=«0» width=«25» height=«19» src=«ref-1_1495688006-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077"> топлива. <img border=«0» width=«424» height=«45» src=«ref-1_1495688111-1016.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078"> Действительное количество воздуха для сгорания 1кг топлива будет составлять: <img border=«0» width=«211» height=«41» src=«ref-1_1495689127-442.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">. <img border=«0» width=«77» height=«45» src=«ref-1_1495689569-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080"> — действительный коэффициент молекулярного изменения, где <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495689821-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081"> — химический коэффициент молекулярного изменения.

Для случая <img border=«0» width=«37» height=«19» src=«ref-1_1495689924-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082"> определяем

<img border=«0» width=«548» height=«83» src=«ref-1_1495690039-1469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">. Тогда: <img border=«0» width=«172» height=«41» src=«ref-1_1495691508-433.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">. <img border=«0» width=«44» height=«24» src=«ref-1_1495691941-138.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085"> — средняя молярная теплоемкость газов в интервале температур от 0 до <img border=«0» width=«16» height=«24» src=«ref-1_1495692079-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">. <img border=«0» width=«223» height=«24» src=«ref-1_1495692174-358.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087"> Тогда <img border=«0» width=«449» height=«41» src=«ref-1_1495692532-814.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">. <img border=«0» width=«508» height=«85» src=«ref-1_1495693346-1459.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089"> Подставим все известные величины в исходное уравнение: <img border=«0» width=«496» height=«44» src=«ref-1_1495694805-1013.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090"> Решим данное уравнение с помощью программного пакета MathCAD 13.

<img border=«0» width=«560» height=«60» src=«ref-1_1495695818-5933.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091"> Расчет температуры <img border=«0» width=«16» height=«24» src=«ref-1_1495701751-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092"> в пакете MathCAD 13

В результате получим: <img border=«0» width=«83» height=«25» src=«ref-1_1495701845-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">, <img border=«0» width=«81» height=«24» src=«ref-1_1495702048-193.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">

2. Определим максимальное давление сгорания <img border=«0» width=«352» height=«45» src=«ref-1_1495702241-705.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">

1.6 Расчёт процесса расширения

Цель расчёта процесса расширения – определение давления <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495702946-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096"> и температуры <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495703051-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097"> в конце такта расширения.

1. Находим давление в конце такта расширения: <img border=«0» width=«223» height=«44» src=«ref-1_1495703154-553.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098"> 2.Находим температуру в конце такта расширения: <img border=«0» width=«195» height=«44» src=«ref-1_1495703707-496.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">

продолжение --PAGE_BREAK--1.7 Определение индикаторных параметров двигателя

1. Индикаторное давление

<img border=«0» width=«332» height=«51» src=«ref-1_1495704203-814.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">, где <img border=«0» width=«15» height=«17» src=«ref-1_1495705017-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101"> — коэффициент полноты (скругления) индикаторной диаграммы. Примем <img border=«0» width=«60» height=«21» src=«ref-1_1495705111-160.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">. <img border=«0» width=«180» height=«45» src=«ref-1_1495705271-479.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103"> — степень повышения давления. Тогда: <img border=«0» width=«535» height=«51» src=«ref-1_1495705750-1213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> 2. Определяем индикаторный КПД. <img border=«0» width=«553» height=«51» src=«ref-1_1495706963-1386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105"> 3. Удельный индикаторный расход топлива равен <img border=«0» width=«325» height=«45» src=«ref-1_1495708349-734.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">.

1.8 Определение эффективных параметров двигателя

1. Среднее эффективное давление <img border=«0» width=«275» height=«24» src=«ref-1_1495709083-407.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">,

где <img border=«0» width=«120» height=«67» src=«ref-1_1495709490-399.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108"> — коэффициент, оценивающий долю индикаторной мощности, затраченной на привод нагнетателя.

Эффективный КПД нагнетателя: <img border=«0» width=«261» height=«25» src=«ref-1_1495709889-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109"> <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495710330-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110"> — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива, <img border=«0» width=«120» height=«41» src=«ref-1_1495710430-344.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">.

Тогда <img border=«0» width=«248» height=«63» src=«ref-1_1495710774-710.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">. Среднее давление механических потерь <img border=«0» width=«35» height=«24» src=«ref-1_1495711484-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113"> характеризует мощность, затраченную на преодоление сил трения, на привод вспомогательных механизмов и агрегатов и на “насосные” потери.

Для определения <img border=«0» width=«35» height=«24» src=«ref-1_1495711484-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114"> пользуются эмпирическими уравнениями, полученными на основании экспериментальных данных. <img border=«0» width=«275» height=«53» src=«ref-1_1495711742-727.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">, где <img border=«0» width=«527» height=«24» src=«ref-1_1495712469-770.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">

<img border=«0» width=«383» height=«53» src=«ref-1_1495713239-926.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> Среднее эффективное давление: <img border=«0» width=«320» height=«24» src=«ref-1_1495714165-494.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"> 2. Механический КПД <img border=«0» width=«188» height=«45» src=«ref-1_1495714659-495.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> 3. Значение эффективного КПД <img border=«0» width=«228» height=«24» src=«ref-1_1495715154-388.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120"> 4. Удельный эффективный расход топлива <img border=«0» width=«327» height=«45» src=«ref-1_1495715542-730.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">

1.9 Определение геометрических параметров двигателя

1. Рабочий объем цилиндра двигателя <img border=«0» width=«387» height=«45» src=«ref-1_1495716272-862.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122"> 2. Определяем диаметр цилиндра <img border=«0» width=«17» height=«16» src=«ref-1_1495717134-93.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123"> и ход поршня <img border=«0» width=«15» height=«19» src=«ref-1_1495717227-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">. Обозначим отношение <img border=«0» width=«49» height=«41» src=«ref-1_1495717318-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">. Тогда <img border=«0» width=«141» height=«44» src=«ref-1_1495717488-350.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">, откуда <img border=«0» width=«81» height=«47» src=«ref-1_1495717838-299.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">.

Значение m принимаем по прототипу <img border=«0» width=«69» height=«20» src=«ref-1_1495718137-173.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">. <img border=«0» width=«181» height=«49» src=«ref-1_1495718310-522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">. 3. Ход поршня <img border=«0» width=«216» height=«20» src=«ref-1_1495718832-348.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">.

4. Общий рабочий объем двигателя <img border=«0» width=«201» height=«25» src=«ref-1_1495719180-369.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">

5. Проверяем правильность расчетов основных размеров двигателя <img border=«0» width=«415» height=«41» src=«ref-1_1495719549-816.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">. 2. Динамический расчет

Цель динамического расчета состоит в построении по данным теплового расчета индикаторной диаграммы и нахождении сил, действующих на все звенья кривошипно-шатунного механизма.

Выполнение динамического расчета авиационного поршневого двигателя связано с довольно большим объемом расчетной работы, поэтому целесообразно проводить его на ЭВМ. Особенность такого расчета – учет в нем главного динамического эффекта, создаваемого прицепными механизмами, — сил второго порядка. Динамический расчет звездообразного двигателя без учета этих сил неприемлем, поскольку при этом создается ложное впечатление об уравновешенности механизма и о запасах прочности коленчатого вала, редуктора и воздушного винта.

продолжение --PAGE_BREAK--2.1 Допущения

1. Учитываем только силы избыточного давления газов на поршень и силы инерции КШМ.

2. Индикаторные диаграммы во всех цилиндрах считаем одинаковыми. Теоретические диаграммы корректируем только в точке, соответствующей концу сгорания.

В конце сжатия и расширения диаграммы не корректируем. Считаем, что в течение насосных ходов газовые силы пренебрежимо малы по сравнению с силами инерции КШМ. Поэтому в тактах всасывания и выхлопа газовые силы считаем равными нулю.

3. Предполагаем геометрическое подобие деталей КШМ проектируемого двигателя и прототипа.

4. Для расчета сил инерции реальное распределение масс в КШМ приводим к расчетной схеме, в которой все массы считаем точечными, сосредоточенными на осях поршневых пальцев и оси шатунной шейки коленчатого вала.

5. Приведенные массы поступательно-движущихся частей в цилиндре с главным и прицепным шатунами считаем одинаковыми.

6. Отличия в кинематике и динамике прицепных механизмов от центрального не учитываем вплоть до заключительного этапа динамического расчета. На заключительном этапе динамического расчета учитываем главный динамический эффект, создаваемый прицепными механизмами.2.2 Определение основных размеров КШМ Схема кривошипно-шатунного механизма с прицепными шатунами показана на рисунке 2. <img border=«0» width=«403» height=«265» src=«ref-1_1495720365-7667.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">

Рисунок 2 Схема кривошипно-шатунного механизма с прицепными шатунами. Ход поршня <img border=«0» width=«79» height=«20» src=«ref-1_1495728032-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134"> и радиус кривошипа <img border=«0» width=«172» height=«41» src=«ref-1_1495728216-387.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> найдены в тепловом расчете.

Основные размеры центрального КШМ вполне определяются радиусом <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495728603-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136"> и длиной шатуна <img border=«0» width=«15» height=«16» src=«ref-1_1495728694-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">. Отношение <img border=«0» width=«45» height=«41» src=«ref-1_1495728782-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138"> принимаем таким же как и у прототипа, <img border=«0» width=«68» height=«20» src=«ref-1_1495728945-165.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">. Тогда длина шатуна: <img border=«0» width=«172» height=«44» src=«ref-1_1495729110-434.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">. Угол прицепа: <img border=«0» width=«241» height=«41» src=«ref-1_1495729544-482.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> Радиусы прицепов <img border=«0» width=«12» height=«13» src=«ref-1_1495730026-82.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142"> прицепных шатунов в различных цилиндрах неодинаковы. Из условия геометрического подобия следует, что <img border=«0» width=«288» height=«45» src=«ref-1_1495730108-626.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">.

В звездообразных двигателях при одинаковой длине прицепных шатунов всегда минимальным получается радиус прицепа шатунов, которые работают в цилиндрах, противоположных главному. Для семицилиндровых двигателей – это 4-й и 5-й цилиндры. Длину прицепного шатуна определяем по формуле: <img border=«0» width=«212» height=«47» src=«ref-1_1495730734-474.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">, где <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495731208-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145"> — угол между плоскостью симметрии главного шатуна и rmin.

<img border=«0» width=«433» height=«44» src=«ref-1_1495731308-927.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">. Радиус остальных прицепов находим по формуле: <img border=«0» width=«241» height=«47» src=«ref-1_1495732235-604.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">, где <img border=«0» width=«56» height=«19» src=«ref-1_1495732839-134.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">. <img border=«0» width=«545» height=«47» src=«ref-1_1495732973-1223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149"> Результаты расчета сводим в таблицу 1 Таблица 1 Радиусы прицепов шатунов

0,078

0,79

0,076

2.3 Разнос масс КШМ с прицепными шатунами

1. Каждый прицепной шатун заменяют двумя массами, одна из которых <img border=«0» width=«24» height=«24» src=«ref-1_1495734376-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> сосредотачивается на оси поршневого пальца, а другая <img border=«0» width=«24» height=«24» src=«ref-1_1495734482-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> – на оси прицепного шатуна.

2. Под “приведенным” главным шатуном (рисунок 3) понимают собственно главный шатун плюс массы пальцев прицепных шатунов <img border=«0» width=«28» height=«24» src=«ref-1_1495734588-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154"> и массы <img border=«0» width=«28» height=«24» src=«ref-1_1495734698-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">, сосредоточенные на осях этих пальцев. Обозначим<img border=«0» width=«104» height=«24» src=«ref-1_1495734810-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">; <img border=«0» width=«137» height=«27» src=«ref-1_1495735030-372.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">. Приведенный главный шатун заменяем массами МПШ, сосредоточенной на оси поршневого пальца, и <img border=«0» width=«32» height=«24» src=«ref-1_1495735402-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">, сосредоточенной на оси шатунной шейки. Величины <img border=«0» width=«32» height=«24» src=«ref-1_1495735526-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> и <img border=«0» width=«32» height=«24» src=«ref-1_1495735402-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160"> определяем из формул:

<img border=«0» width=«269» height=«52» src=«ref-1_1495735775-632.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">,

Рисунок 3 – Схема приведения масс главного шатуна. 3. Приведенная масса поступательно-движущихся частей.

Эта масса различна в цилиндрах с главным шатуном и с прицепным.

В цилиндре с прицепным шатуном <img border=«0» width=«99» height=«24» src=«ref-1_1495747336-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">, где <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495747551-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165"> – масса комплекта поршня;

<img border=«0» width=«24» height=«24» src=«ref-1_1495734376-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166"> – часть массы прицепного шатуна, отнесенная к оси поршневого пальца.

В цилиндре с главным шатуном <img border=«0» width=«99» height=«24» src=«ref-1_1495747758-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167"> 4. Приведенная масса вращательно-движущихся частей

<img border=«0» width=«107» height=«24» src=«ref-1_1495747968-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">, где <img border=«0» width=«25» height=«24» src=«ref-1_1495748199-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">- масса вращательно-движущихся частей;

<img border=«0» width=«32» height=«24» src=«ref-1_1495735402-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170"> — часть массы шатуна;

<img border=«0» width=«25» height=«24» src=«ref-1_1495748438-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">– приведенная масса кривошипа.

продолжение --PAGE_BREAK--2.4 Силы инерции

Силы инерции поступательно-движущихся масс переменны по величине и направлению и действуют по осям цилиндров. Силу инерции в цилиндре с главным шатуном находят из уравнения: <img border=«0» width=«272» height=«27» src=«ref-1_1495748552-467.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">, а силу инерции в цилиндре с прицепным шатуном – из уравнения: <img border=«0» width=«88» height=«25» src=«ref-1_1495749019-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173">, где <img border=«0» width=«31» height=«24» src=«ref-1_1495749222-113.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174"> — ускорения масс <img border=«0» width=«29» height=«23» src=«ref-1_1495749335-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175"> и <img border=«0» width=«31» height=«24» src=«ref-1_1495749456-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176">.

Силы инерции вращательно-движущихся масс находят по формулам: <img border=«0» width=«95» height=«25» src=«ref-1_1495749583-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">,

<img border=«0» width=«92» height=«25» src=«ref-1_1495749804-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178">. Силы <img border=«0» width=«37» height=«21» src=«ref-1_1495750016-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179">, постоянные по модулю, приложены к оси шатунной шейки и направлены по радиусу кривошипа. 2.5 Построение верхней петли индикаторной диаграммы

Согласно принятым ранее допущениям считаем, что в такте наполнения и выхлопа разность абсолютных давлений в цилиндре и картере равна нулю. Абсолютные давления в тактах сжатия и расширения меняются по политропам. Сгорание происходит при постоянном объеме. В конце сгорания давление составляет 0.85 от расчетного. Расширение заканчивается скачкообразным падением давления в НМТ от расчетного <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495750140-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180"> до давления в картере <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495750243-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">.

Таким образом, расчету подлежат только давления в ходе расширения и сжатия, определяемые по формуле: <img border=«0» width=«105» height=«51» src=«ref-1_1495750352-339.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182">, где <img border=«0» width=«36» height=«24» src=«ref-1_1495750691-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183"> — давление в НМТ;

<img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495750816-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184"> – полный объем цилиндра, <img border=«0» width=«373» height=«44» src=«ref-1_1495750921-721.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185"> <img border=«0» width=«16» height=«17» src=«ref-1_1495751642-93.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186"> – текущий объем над поршнем, <img border=«0» width=«305» height=«48» src=«ref-1_1495751735-779.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">, где <img border=«0» width=«381» height=«44» src=«ref-1_1495752514-714.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">

<img border=«0» width=«13» height=«15» src=«ref-1_1495753228-84.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189"> – показатель политропы (в процессе сжатия <img border=«0» width=«56» height=«20» src=«ref-1_1495753312-145.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">, в процессе расширения <img border=«0» width=«57» height=«20» src=«ref-1_1495753457-146.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">). После подстановки получим: <img border=«0» width=«340» height=«101» src=«ref-1_1495753603-1131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">. Вычисления выполнены с помощью пакета Microsoft EXCEL, полученные данные занесены в таблицу 1 Таблица 1 – Давления и объемы в ходе расширения и сжатия

Сжатие

Расширение

180

89267

0,00312

360

1119735

0,00048

190

86819

0,00318

370

862225

0,00058

200

80365

0,00337

380

488627

0,00089

210

72102

0,00365

390

273784

0,00136

220

64068

0,00399

400

167575

0,00196

230

57477

0,00432

410

113280

0,00261

240

52823

0,00460

420

83752

0,00327

250

50251

0,00477

430

66934

0,00386

260

49855

0,00480

440

57259

0,00433

270

51896

0,00466

450

52023

0,00465

280

57000

0,00435

460

49884

0,00480

290

66478

0,00388

470

50197

0,00478

300

82961

0,00329

480

52692

0,00461

310

111869

0,00264

490

57271

0,00433

320

164913

0,00198

500

63797

0,00400

330

268448

0,00138

510

71794

0,00367

340

477973

0,00090

520

80081

0,00338

350

847071

0,00059

530

86642

0,00319

360

1119735

0,00048

540

89265

0,00312

продолжение --PAGE_BREAK--2.6 Суммарная сила, действующая на поршень

Под суммарной силой, действующей на поршень, понимают сумму газовой силы и силы инерции <img border=«0» width=«85» height=«25» src=«ref-1_1495755669-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199">,

где <img border=«0» width=«20» height=«23» src=«ref-1_1495755859-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200"> — сила давления газов на поршень, <img border=«0» width=«128» height=«44» src=«ref-1_1495755961-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201">

<img border=«0» width=«16» height=«17» src=«ref-1_1495756269-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1202"> — абсолютное давление в цилиндре,

<img border=«0» width=«21» height=«23» src=«ref-1_1495756360-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1203"> — абсолютное давление в картере,

<img border=«0» width=«19» height=«25» src=«ref-1_1495756467-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1204"> — сила инерции поступательно-движущихся масс.

2.7 Силы, действующие в центральном КШМ

В центральном КЩМ действуют силы, показанные на рисунке 4. Причем они имеют положительные значения. При направлении, противоположном указанному, силы считают отрицательными. Они равны: <img border=«0» width=«72» height=«45» src=«ref-1_1495756568-232.coolpic» v:shapes="_x0000_i1205">,

<img border=«0» width=«83» height=«24» src=«ref-1_1495756800-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1206">,

<img border=«0» width=«125» height=«44» src=«ref-1_1495756997-352.coolpic» v:shapes="_x0000_i1207">,

<img border=«0» width=«125» height=«44» src=«ref-1_1495757349-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1208">,

<img border=«0» width=«125» height=«21» src=«ref-1_1495757700-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1209">.

Рисунок 4 – Силы, действующие в центральном КШМ.

2.8 Суммарные радиальные и окружные силы действующие на шатунную шейку

На шатунную шейку звездообразного двигателя действуют силы каждого цилиндра одновременно. Складываясь, они дают суммарную радиальную силу <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495763887-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1211"> и суммарную касательную силу <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495684536-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1212">. Для получения <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495763887-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1213"> и <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495684536-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1214"> нужно сложить силы <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764303-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1215">, а затем силы <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764394-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1216"> каждого цилиндра, действующие в каждый момент поворота кривошипа коленчатого вала.

Поскольку индикаторный процесс во всех цилиндрах предполагают одинаковым и силы инерции одинаковы, то силы <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764394-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1217"> и <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764303-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1218"> в различных цилиндрах оказываются сдвинутыми одна относительно другой по фазе на угол <img border=«0» width=«25» height=«41» src=«ref-1_1495764667-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1219">.

На шейку кривошипа дополнительно к <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495763887-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1220"> действует в радиальном направлении центробежная сила <img border=«0» width=«20» height=«19» src=«ref-1_1495764908-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1221"> вращательно-движущихся масс шатуна <img border=«0» width=«37» height=«23» src=«ref-1_1495765007-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1222">.

На щеки коленчатого вала действует в радиальном направлении дополнительно к силе <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495763887-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1223"> центробежная сила <img border=«0» width=«16» height=«19» src=«ref-1_1495765248-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1224">, возникшая в результате вращения массы <img border=«0» width=«27» height=«24» src=«ref-1_1495765339-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1225">.

Динамический расчет выполнен на ЭВМ. Это позволило значительно упростить процедуру расчета, а вместе с тем и повысить его точность. Результаты вычисления суммарных окружных и радиальных сил отображены в таблице 2; полных сил, действующих на шатунную шейку в окружном и в радиальном направлениях – в таблице 3.

Результаты расчета избыточного (Р) и абсолютного (PR) давления газов на поршень, силы инерции поступательно-движущихся частей (F), силы, действующей по оси цилиндра (PS), нормально к оси цилиндра (NS), окружной силы от одного цилиндра (Т) и радиальной силы от одного цилиндра (ZS) помещены в таблице 4.

Параметры ввода

Число цилиндров 7

Число однорядных звезд, <img border=«0» width=«36» height=«21» src=«ref-1_1495765457-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1226">.

Число прицепных шатунов, <img border=«0» width=«39» height=«21» src=«ref-1_1495765576-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1227">.

Частота вращения коленчатого вала, <img border=«0» width=«93» height=«41» src=«ref-1_1495765698-273.coolpic» v:shapes="_x0000_i1228">.

Степень сжатия, <img border=«0» width=«49» height=«20» src=«ref-1_1495765971-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1229">.

Ход поршня, <img border=«0» width=«79» height=«20» src=«ref-1_1495728032-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1230">.

Диаметр цилиндра, <img border=«0» width=«73» height=«20» src=«ref-1_1495766288-171.coolpic» v:shapes="_x0000_i1231">.

Отношение радиуса к длине главного шатуна, <img border=«0» width=«68» height=«20» src=«ref-1_1495728945-165.coolpic» v:shapes="_x0000_i1232">.

Радиус прицепа шатунов, <img border=«0» width=«85» height=«20» src=«ref-1_1495766624-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1233">.

Давление в конце pасшиpения, <img border=«0» width=«104» height=«24» src=«ref-1_1495766815-230.coolpic» v:shapes="_x0000_i1234">.

Давление в конце наполнения, <img border=«0» width=«96» height=«24» src=«ref-1_1495767045-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1235">.

Атмосферное давление, <img border=«0» width=«96» height=«24» src=«ref-1_1495767264-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1236">.

Показатель политpопы сжатия, <img border=«0» width=«72» height=«24» src=«ref-1_1495767478-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1237">.

Показатель политpопы pасшиpения, <img border=«0» width=«87» height=«24» src=«ref-1_1495767650-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1238">.

Таблица 2 – Суммарные окружные и радиальные силы.

-----------------------------------------------

| TC | ZC | ZCD |

-----------------------------------------------

| 24334.54000| -28539.68000| -28539.68000|

| 16694.21000| -34419.33000| -34419.33000|

| 10324.36000| -34938.66000| -28069.61000|

| 8007.59900| -25581.32000| -25581.32000|

| 9021.97900| -24514.77000| 27376.85000|

| 26920.21000| 28033.34000| 28033.34000|

| 33954.51000| 4737.10500| 4564.03100|

| 31262.81000| -15762.70000| -15762.70000|

----------------------------------------------- Таблица 3 — Полные силы действующие на шатунную шейку

в окружном и в радиальном направлениях.

| Угол| TSI | ZSI | ZSID |

--------------------------------------------------------

|.00|.24335E+05 | -.20928E+05 | -.20928E+05 |

| 12.86|.15000E+05 | -.26998E+05 | -.26998E+05 |

| 25.71|.70217E+04 | -.28081E+05 | -.21212E+05 |

| 38.57|.32616E+04 | -.19630E+05 | -.19630E+05 |

| 51.43|.30707E+04 | -.19769E+05 |.32123E+05 |

| 64.29|.20062E+05 |.31336E+05 |.31336E+05 |

| 77.14|.26533E+05 |.64309E+04 |.62579E+04 |

| 90.00|.23651E+05 | -.15763E+05 | -.15763E+05 |

|102.86|.16913E+05 | -.30233E+05 | -.30233E+05 |

|115.71|.98361E+04 | -.37722E+05 | -.37722E+05 |

|128.57|.43731E+04 | -.39685E+05 | -.32816E+05 |

|141.43|.32616E+04 | -.31533E+05 | -.31533E+05 |

|154.29|.57193E+04 | -.31373E+05 |.20519E+05 |

|167.14|.25226E+05 |.20612E+05 |.20612E+05 |

|180.00|.33954E+05 | -.28748E+04 | -.30479E+04 |

|192.86|.32957E+05 | -.23184E+05 | -.23184E+05 |

|205.71|.27637E+05 | -.35398E+05 | -.35398E+05 |

|218.57|.21440E+05 | -.40371E+05 | -.40371E+05 |

|231.43|.16276E+05 | -.39685E+05 | -.32816E+05 |

|244.29|.14866E+05 | -.28884E+05 | -.28884E+05 |

|257.14|.16443E+05 | -.26209E+05 |.25683E+05 |

|270.00|.34532E+05 |.28033E+05 |.28033E+05 |

|282.86|.41376E+05 |.64309E+04 |.62578E+04 |

|295.71|.38121E+05 | -.12460E+05 | -.12460E+05 |

|308.57|.30286E+05 | -.23794E+05 | -.23794E+05 |

|321.43|.21440E+05 | -.28468E+05 | -.28468E+05 |

|334.29|.13627E+05 | -.28081E+05 | -.21212E+05 |

|347.14|.97015E+04 | -.18160E+05 | -.18160E+05 |

|360.00|.90220E+04 | -.16903E+05 |.34989E+05 |

|372.86|.25226E+05 |.35454E+05 |.35454E+05 |

|385.71|.30652E+05 |.11595E+05 |.11422E+05 |

|398.57|.26517E+05 | -.98114E+04 | -.98114E+04 |

|411.43|.18383E+05 | -.23794E+05 | -.23794E+05 |

|424.29|.98361E+04 | -.31117E+05 | -.31117E+05 |

|437.14|.29033E+04 | -.33245E+05 | -.26376E+05 |

|450.00|.39568E+03 | -.25581E+05 | -.25581E+05 |

|462.86|.16009E+04 | -.26209E+05 |.25683E+05 |

|475.71|.20062E+05 |.24731E+05 |.24731E+05 |

|488.57|.28003E+05 | -.87905E+01 | -.18186E+03 |

|501.43|.26517E+05 | -.21714E+05 | -.21714E+05 |

|514.29|.21032E+05 | -.35398E+05 | -.35398E+05 |

|527.14|.15000E+05 | -.41840E+05 | -.41840E+05 |

|540.00|.10324E+05 | -.42551E+05 | -.35682E+05 |

|552.86|.97013E+04 | -.33002E+05 | -.33002E+05 |

|565.71|.12325E+05 | -.31373E+05 |.20519E+05 |

|578.57|.31666E+05 |.22082E+05 |.22082E+05 |

|591.43|.39906E+05 | -.89038E+01 | -.18198E+03 |

|604.29|.38121E+05 | -.19065E+05 | -.19065E+05 |

|617.14|.31756E+05 | -.30234E+05 | -.30234E+05 |

|630.00|.24306E+05 | -.34419E+05 | -.34419E+05 |

|642.86|.17745E+05 | -.33245E+05 | -.26376E+05 |

|655.71|.14866E+05 | -.22279E+05 | -.22279E+05 |

|668.57|.14973E+05 | -.19769E+05 |.32123E+05 |

|681.43|.31666E+05 |.33985E+05 |.33985E+05 |

|694.29|.37257E+05 |.11595E+05 |.11422E+05 |

|707.14|.32957E+05 | -.83416E+04 | -.83416E+04 |

|720.00|.24335E+05 | -.20928E+05 | -.20928E+05 | Таблица 4 – Результаты расчета давлений и сил.

Такт впуска

-------------------------------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------------

|.00|.0000E+00|.0000E+00|-.1295E+05|-.1295E+05|.0000E+00|.0000E+00|-.1295E+05|

| 12.86|.0000E+00|.0000E+00|-.1242E+05|-.1242E+05|-.7559E+03|-.3501E+04|-.1194E+05|

| 25.71|.0000E+00|.0000E+00|-.1090E+05|-.1090E+05|-.1300E+04|-.5900E+04|-.9254E+04|

| 38.57|.0000E+00|.0000E+00|-.8572E+04|-.8572E+04|-.1481E+04|-.6502E+04|-.5779E+04|

| 51.43|.0000E+00|.0000E+00|-.5725E+04|-.5725E+04|-.1251E+04|-.5256E+04|-.2592E+04|

| 64.29|.0000E+00|.0000E+00|-.2682E+04|-.2682E+04|-.6807E+03|-.2712E+04|-.5506E+03|

| 77.14|.0000E+00|.0000E+00|.2385E+03|.2385E+03|.6585E+02|.2472E+03|-.1113E+02|

| 90.00|.0000E+00|.0000E+00|.2777E+04|.2777E+04|.7882E+03|.2777E+04|-.7882E+03|

|102.86|.0000E+00|.0000E+00|.4766E+04|.4766E+04|.1316E+04|.4354E+04|-.2344E+04|

|115.71|.0000E+00|.0000E+00|.6146E+04|.6146E+04|.1560E+04|.4860E+04|-.4072E+04|

|128.57|.0000E+00|.0000E+00|.6961E+04|.6961E+04|.1521E+04|.4494E+04|-.5529E+04|

|141.43|.0000E+00|.0000E+00|.7336E+04|.7336E+04|.1267E+04|.3583E+04|-.6526E+04|

|154.29|.0000E+00|.0000E+00|.7434E+04|.7434E+04|.8868E+03|.2427E+04|-.7083E+04|

|167.14|.0000E+00|.0000E+00|.7416E+04|.7416E+04|.4514E+03|.1210E+04|-.7331E+04|

|180.00|.0000E+00|.0000E+00|.7396E+04|.7396E+04|.4638E-02|.1170E-01|-.7396E+04|

-------------------------------------------------------------------------------------

Такт сжатия

-------------------------------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------------

|180.00|.8927E+05|.1731E+03|.7396E+04|.7569E+04|.5239E-02|.1378E-01|-.7569E+04|

|192.86|.9021E+05|.1897E+03|.7416E+04|.7606E+04|-.4629E+03|-.1241E+04|-.7518E+04|

|205.71|.9315E+05|.2416E+03|.7434E+04|.7676E+04|-.9157E+03|-.2505E+04|-.7313E+04|

|218.57|.9843E+05|.3351E+03|.7336E+04|.7671E+04|-.1325E+04|-.3747E+04|-.6824E+04|

|231.43|.1067E+06|.4817E+03|.6961E+04|.7443E+04|-.1626E+04|-.4805E+04|-.5912E+04|

|244.29|.1192E+06|.7014E+03|.6146E+04|.6847E+04|-.1738E+04|-.5415E+04|-.4536E+04|

|257.14|.1375E+06|.1026E+04|.4766E+04|.5792E+04|-.1599E+04|-.5291E+04|-.2848E+04|

|270.00|.1649E+06|.1510E+04|.2777E+04|.4287E+04|-.1217E+04|-.4287E+04|-.1217E+04|

|282.86|.2063E+06|.2241E+04|.2386E+03|.2480E+04|-.6847E+03|-.2570E+04|-.1157E+03|

|295.71|.2702E+06|.3371E+04|-.2682E+04|.6883E+03|-.1747E+03|-.6960E+03|.1413E+03|

|308.57|.3705E+06|.5143E+04|-.5725E+04|-.5817E+03|.1271E+03|.5340E+03|-.2633E+03|

|321.43|.5265E+06|.7900E+04|-.8572E+04|-.6723E+03|.1161E+03|.5100E+03|-.4532E+03|

|334.29|.7503E+06|.1185E+05|-.1090E+05|.9563E+03|-.1141E+03|-.5177E+03|.8121E+03|

|347.14|.9975E+06|.1622E+05|-.1242E+05|.3803E+04|-.2314E+03|-.1072E+04|.3656E+04|

|360.00|.1117E+07|.1834E+05|-.1295E+05|.5387E+04|-.1026E-01|-.4786E-01|.5387E+04|

Такт сгорания

-------------------------------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------------

|360.00|.4054E+07|.7023E+05|-.1295E+05|.5728E+05|-.7929E-01|-.3724E+00|.5728E+05|

|372.86|.4298E+07|.7454E+05|-.1242E+05|.6212E+05|.3781E+04|.1751E+05|.5972E+05|

|385.71|.3308E+07|.5706E+05|-.1090E+05|.4616E+05|.5507E+04|.2499E+05|.3920E+05|

|398.57|.2390E+07|.4082E+05|-.8572E+04|.3225E+05|.5571E+04|.2446E+05|.2174E+05|

|411.43|.1731E+07|.2918E+05|-.5725E+04|.2345E+05|.5124E+04|.2153E+05|.1062E+05|

|424.29|.1295E+07|.2148E+05|-.2683E+04|.1880E+05|.4770E+04|.1900E+05|.3858E+04|

|437.14|.1011E+07|.1645E+05|.2384E+03|.1669E+05|.4609E+04|.1730E+05|-.7789E+03|

|450.00|.8227E+06|.1313E+05|.2777E+04|.1591E+05|.4515E+04|.1591E+05|-.4515E+04|

|462.86|.6964E+06|.1090E+05|.4766E+04|.1567E+05|.4326E+04|.1431E+05|-.7704E+04|

|475.71|.6104E+06|.9383E+04|.6146E+04|.1553E+05|.3941E+04|.1228E+05|-.1029E+05|

|488.57|.5517E+06|.8345E+04|.6961E+04|.1531E+05|.3344E+04|.9882E+04|-.1216E+05|

|501.43|.5122E+06|.7646E+04|.7336E+04|.1498E+05|.2588E+04|.7318E+04|-.1333E+05|

|514.29|.4868E+06|.7199E+04|.7434E+04|.1463E+05|.1746E+04|.4776E+04|-.1394E+05|

|527.14|.4727E+06|.6949E+04|.7416E+04|.1437E+05|.8743E+03|.2344E+04|-.1420E+05|

|540.00|.4682E+06|.6869E+04|.7396E+04|.1427E+05|.2962E-01|.8129E-01|-.1427E+05|

-------------------------------------------------------------------------------------

Такт выхлопа

-------------------------------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------------

|540.00|.0000E+00|.0000E+00|.7396E+04|.7396E+04|.1536E-01|.4214E-01|-.7396E+04|

|552.86|.0000E+00|.0000E+00|.7416E+04|.7416E+04|-.4513E+03|-.1210E+04|-.7331E+04|

|565.71|.0000E+00|.0000E+00|.7434E+04|.7434E+04|-.8868E+03|-.2427E+04|-.7083E+04|

|578.57|.0000E+00|.0000E+00|.7336E+04|.7336E+04|-.1267E+04|-.3583E+04|-.6526E+04|

|591.43|.0000E+00|.0000E+00|.6961E+04|.6961E+04|-.1521E+04|-.4494E+04|-.5529E+04|

|604.29|.0000E+00|.0000E+00|.6146E+04|.6146E+04|-.1560E+04|-.4860E+04|-.4072E+04|

|617.14|.0000E+00|.0000E+00|.4766E+04|.4766E+04|-.1316E+04|-.4354E+04|-.2344E+04|

|630.00|.0000E+00|.0000E+00|.2777E+04|.2777E+04|-.7882E+03|-.2777E+04|-.7882E+03|

|642.86|.0000E+00|.0000E+00|.2386E+03|.2386E+03|-.6588E+02|-.2473E+03|-.1114E+02|

|655.71|.0000E+00|.0000E+00|-.2682E+04|-.2682E+04|.6807E+03|.2712E+04|-.5505E+03|

|668.57|.0000E+00|.0000E+00|-.5725E+04|-.5725E+04|.1251E+04|.5256E+04|-.2592E+04|

|681.43|.0000E+00|.0000E+00|-.8572E+04|-.8572E+04|.1481E+04|.6502E+04|-.5779E+04|

|694.29|.0000E+00|.0000E+00|-.1090E+05|-.1090E+05|.1300E+04|.5900E+04|-.9254E+04|

|707.14|.0000E+00|.0000E+00|-.1242E+05|-.1242E+05|.7560E+03|.3501E+04|-.1194E+05|

|720.00|.0000E+00|.0000E+00|-.1295E+05|-.1295E+05|.2237E-01|.1066E+00|-.1295E+05|

------------------------------------------------------------------------------------- продолжение --PAGE_BREAK--3. Уравновешивание двигателя

Силы инерции вращательно движущихся масс в однорядной звезде как и в одноцилиндровом двигателе, неуравновешенны и уравновешиваются противовесами: <img border=«0» width=«139» height=«25» src=«ref-1_1495767848-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1239">, где:

— центробежная сила вращающихся частей равна: <img border=«0» width=«93» height=«25» src=«ref-1_1495768115-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1240">

— сила инерции от неуравновешенных частей равна:

Тогда получим, что <img border=«0» width=«211» height=«41» src=«ref-1_1495768945-435.coolpic» v:shapes="_x0000_i1242"> Рассмотрим вопрос уравновешивания сил инерции поступательно движущихся масс.

Если исходить из положения, что все шатуны в двигателе центральные, то силы <img border=«0» width=«27» height=«25» src=«ref-1_1495769380-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1243"> и <img border=«0» width=«31» height=«25» src=«ref-1_1495769500-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1244"> всех цилиндров соответственно равны. В этом случае результирующая сила инерции первого порядка <img border=«0» width=«32» height=«25» src=«ref-1_1495769627-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1245">будет представлять собой постоянный по величине вектор, приложенный к шатунной шейке коленчатого вала и вращающийся вместе с коленом. Он равен <img border=«0» width=«12» height=«23» src=«ref-1_1495769752-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1246"><img border=«0» width=«135» height=«41» src=«ref-1_1495769825-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1247">,

где <img border=«0» width=«29» height=«24» src=«ref-1_1495770147-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1248"> — поступательно движущаяся масса, относящаяся к одному цилиндру, <img border=«0» width=«99» height=«24» src=«ref-1_1495770271-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1249">;

Z – число цилиндров в одной звезде.

Тогда <img border=«0» width=«287» height=«41» src=«ref-1_1495770493-547.coolpic» v:shapes="_x0000_i1250">. — боковой цилиндр.

Такую силу легко уравновесить, добавив к противовесам соответствующую массу.

Результирующий вектор сил инерции второго порядка равен нулю, т.е. по силам <img border=«0» width=«31» height=«25» src=«ref-1_1495769500-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1251"> самоуравновешивание обеспечивается.

В действительности же вследствие разницы в массах шатунов и в кинематике поршней главного и боковых цилиндров результирующий вектор сил инерции первого порядка не постоянный по величине, а содержит переменную составляющую; конец вектора описывает эллипс, большая ось которого совпадает с направлением оси главного цилиндра. Амплитуда переменной составляющей <img border=«0» width=«183» height=«27» src=«ref-1_1495771167-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1252">, где <img border=«0» width=«41» height=«24» src=«ref-1_1495771518-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1253"> — разность поступательно движущихся масс главного и бокового цилиндра: <img border=«0» width=«215» height=«24» src=«ref-1_1495771661-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1254">,

Тогда в момент <img border=«0» width=«40» height=«19» src=«ref-1_1495772029-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1255"> <img border=«0» width=«40» height=«25» src=«ref-1_1495772149-146.coolpic» v:shapes="_x0000_i1256"> равна: <img border=«0» width=«260» height=«27» src=«ref-1_1495772295-464.coolpic» v:shapes="_x0000_i1257">

Рисунок 5 – Результирующий вектор сил инерции первого порядка. 4. Расчет на прочность коленчатого вала

Коленчатый вал служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах двигателя во вращательное движение и для преобразования силы давления газов на поршни – в крутящий момент.

Коленчатый вал воспринимает всю избыточную мощность, развиваемую газами в цилиндрах, и передает ее на винт, который является основным потребителем мощности двигателя, на нагнетатель, механизм газораспределения, агрегаты.

4.1 Силы, действующие на колено коленчатого вала

При работе двигателя колено вала нагружается следующими силами (рисунок 6) <img border=«0» width=«255» height=«272» src=«ref-1_1495774281-9083.coolpic» v:shapes="_x0000_i1259">

Рисунок 6 – Силовое нагружение колена 1) В плоскости колена действует сила Z

2) Перпендикулярно к плоскости колена действует сила Т

3) В плоскости колена действует сила инерции от вращающихся масс шатуна: <img border=«0» width=«155» height=«27» src=«ref-1_1495783364-301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1260">; <img border=«0» width=«125» height=«24» src=«ref-1_1495783665-244.coolpic» v:shapes="_x0000_i1261">;

<img border=«0» width=«71» height=«41» src=«ref-1_1495783909-202.coolpic» v:shapes="_x0000_i1262">, (смотри рисунок 7) где <img border=«0» width=«267» height=«45» src=«ref-1_1495784111-579.coolpic» v:shapes="_x0000_i1263"> <img border=«0» width=«189» height=«44» src=«ref-1_1495784690-453.coolpic» v:shapes="_x0000_i1264">

<img border=«0» width=«203» height=«44» src=«ref-1_1495785143-474.coolpic» v:shapes="_x0000_i1265"> Тогда <img border=«0» width=«205» height=«24» src=«ref-1_1495785617-358.coolpic» v:shapes="_x0000_i1266"> <img border=«0» width=«268» height=«25» src=«ref-1_1495785975-453.coolpic» v:shapes="_x0000_i1267"> <img border=«0» width=«367» height=«143» src=«ref-1_1495786428-4632.coolpic» v:shapes="_x0000_i1268">

Рисунок 7 – Разнос масс шатуна 4) В плоскости колена действует сила инерции от массы шатунной шейки <img border=«0» width=«40» height=«24» src=«ref-1_1495791060-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1269">

<img border=«0» width=«461» height=«25» src=«ref-1_1495791193-702.coolpic» v:shapes="_x0000_i1270"> (Все необходимые объемы соответствующих частей деталей и радиусы их центров масс определены по твердотельной модели исполненной в пакете Solid Works)

5) В плоскости колена действуют силы инерции от масс щек <img border=«0» width=«24» height=«25» src=«ref-1_1495791895-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1271">. <img border=«0» width=«409» height=«27» src=«ref-1_1495792007-660.coolpic» v:shapes="_x0000_i1272"> 6) В плоскости колена действуют силы инерции противовесов РПР.

7) От сил, действующих в плоскости колена, на опорах колена возникают реакции <img border=«0» width=«20» height=«17» src=«ref-1_1495792878-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1274">. В случае симметричного колена <img border=«0» width=«252» height=«44» src=«ref-1_1495792975-477.coolpic» v:shapes="_x0000_i1275">.

<img border=«0» width=«377» height=«45» src=«ref-1_1495793452-766.coolpic» v:shapes="_x0000_i1276"> 8) От силы <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764394-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1277"> на опорах колена возникают реакции <img border=«0» width=«19» height=«17» src=«ref-1_1495794309-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1278">, действующие перпендикулярно к плоскости колена. В случае симметричного колена <img border=«0» width=«48» height=«41» src=«ref-1_1495794406-168.coolpic» v:shapes="_x0000_i1279">.

Силы Т, Z, реакции <img border=«0» width=«20» height=«17» src=«ref-1_1495792878-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1280"> и <img border=«0» width=«19» height=«17» src=«ref-1_1495794309-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1281"> переменны по величине и направлению и меняются в зависимости от угла поворота колена. Расчет этих сил реакции приведен в таблице 5.

продолжение --PAGE_BREAK--4.2 Определение запаса прочности в шатунной шейке

Напряжения в расчетном сечении шатунной шейки при любом положении кривошипа можно определить, если колено рассматривать, как разрезную двухопорную балку. Это значит, что каждое колено мысленно вырезается двумя сечениями, проходящими через середины коренных подшипников, и рассматривается как балка на двух опорах (рисунок 8) <img border=«0» width=«288» height=«227» src=«ref-1_1495794768-9066.coolpic» v:shapes="_x0000_i1282">

Рисунок 8 – Расчетная модель шатунной шейки Очевидно, что наиболее напряженным сечением шатунной шейки будет сечение, лежащее посередине шейки.

Разрезаем шатунную шейку посередине, отбрасываем правую часть, закрепляем левую часть по расчетному сечению и определяем напряжения от оставшихся сил и моментов, включая и силы реакций опор:

а) от сил, действующих в плоскости колена, расчетное сечение нагружается изгибающим моментом: <img border=«0» width=«209» height=«25» src=«ref-1_1495803834-359.coolpic» v:shapes="_x0000_i1283">; б) от сил, действующих в плоскости, перпендикулярной к плоскости колена, расчетное сечение нагружается изгибающим моментом: <img border=«0» width=«84» height=«24» src=«ref-1_1495804193-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1284">

Рисунок 7 – Твердотельная модель коленчатого вала (фрагмент) Опасные точки шатунной шейки расположены у масляного отверстия (смотри рисунок 7.). Если его ось составляет с плоскостью колена угол g(g=300º, так как при этом положении силы Т и Z минимальны), то изгибающий момент в плоскости, проходящей через ось масляного отверстия, равен: <img border=«0» width=«225» height=«25» src=«ref-1_1495811857-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1286"> Знак “-” показывает, что момент <img border=«0» width=«44» height=«24» src=«ref-1_1495812240-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1287"> вызывает у края отверстия напряжения сжатия. Таблица 5 – Результаты расчета

T, Н

Z, Н

<img border=«0» width=«19» height=«17» src=«ref-1_1495812384-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1288">, Н

<img border=«0» width=«19» height=«17» src=«ref-1_1495812478-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1289">, Н

My<img border=«0» width=«39» height=«17» src=«ref-1_1495812717-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1294">

-2950

21119

395

197

12,86

-3501

-11940

-1751

21624

400

-228

-133

-5

25,71

-5900

-9254

-2950

22967

413

-384

-125

-9

-224

-8

38,57

-6502

-5779

-3251

24705

431

-423

-151

-11

-247

-9

51,43

-5256

-2592

-2628

26298

447

-342

-73

-5

-199

-7

64,29

-2712

-551

-1356

27319

457

-176

-103

-4

77,14

247

-11

124

27588

460

244

90,00

2777

-788

1389

27200

456

181

384

105

102,86

4354

-2344

2177

26422

448

283

469

165

115,71

4860

-4072

2430

25558

439

316

493

184

128,57

4494

-5529

2247

24830

432

292

469

171

141,43

3583

-6526

1792

24331

427

233

415

136

154,29

2427

-7083

1214

24053

424

158

349

167,14

1210

-7331

605

23929

423

280

180,00

-7396

23896

423

211

180,00

-7569

23810

422

211

192,86

-1241

-7518

-621

23835

422

-81

141

-47

-2

205,71

-2505

-7313

-1253

23938

423

-163

-95

-4

218,57

-3747

-6824

-1874

24182

425

-244

-142

-5

231,43

-4805

-5912

-2403

24638

430

-312

-55

-4

-182

-7

244,29

-5415

-4536

-2708

25326

437

-352

-86

-6

-205

-8

257,14

-5291

-2848

-2646

26170

445

-344

-75

-6

-201

-7

270,00

-4287

-1217

-2144

26986

453

-279

-15

-1

-163

-6

282,86

-2570

-116

-1285

27536

459

-167

-98

-4

295,71

-696

141

-348

27665

460

-45

191

-26

-1

308,57

534

-263

267

27462

458

259

321,43

510

-453

255

27367

457

257

334,29

-518

812

-259

28000

464

-34

203

-20

-1

347,14

-1072

3656

-536

29422

478

-70

179

-41

-2

360,00

5387

30288

486

243

360,00

57280

56234

746

373

372,86

17510

59720

8755

57454

758

1138

1365

101

665

385,71

24990

39200

12495

47194

656

1624

1734

128

948

398,57

24460

21740

12230

38464

568

1590

1661

123

928

411,43

21530

10620

10765

32904

513

1399

1468

109

817

424,29

19000

3858

9500

29523

479

1235

1309

721

437,14

17300

-779

8650

27205

456

1125

1202

657

450,00

15910

-4515

7955

25337

437

1034

1114

604

462,86

14310

-7704

7155

23742

421

930

1016

543

475,71

12280

-10290

6140

22449

408

798

895

466

488,57

9882

-12160

4941

21514

399

642

756

375

501,43

7318

-13330

3659

20929

393

476

608

278

514,29

4776

-13940

2388

20624

390

310

464

181

527,14

2344

-14200

1172

20494

389

152

326

540,00

-14270

20459

388

194

540,00

-7396

23896

423

211

552,86

-1210

-7331

-605

23929

423

-79

143

-46

-2

565,71

-2427

-7083

-1214

24053

424

-158

-92

-3

578,57

-3583

-6526

-1792

24331

427

-233

-136

-5

591,43

-4494

-5529

-2247

24830

432

-292

-37

-3

-171

-6

604,29

-4860

-4072

-2430

25558

439

-316

-54

-4

-184

-7

617,14

-4354

-2344

-2177

26422

448

-283

-21

-2

-165

-6

630,00

-2777

-788

-1389

27200

456

-181

-105

-4

642,86

-247

-11

-124

27588

460

-16

216

-9

655,71

2712

-551

1356

27319

457

176

381

103

668,57

5256

-2592

2628

26298

447

342

519

199

681,43

6502

-5779

3251

24705

431

423

581

247

694,29

5900

-9254

2950

22967

413

384

539

224

707,14

3501

-11940

1751

21624

400

228

397

133

720,00

-12950

21119

395

197

Определив изгибающий момент в опасной точке сечения, легко вычислить напряжение в этой точке: <img border=«0» width=«68» height=«45» src=«ref-1_1495813912-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1301">, где <img border=«0» width=«365» height=«47» src=«ref-1_1495814149-791.coolpic» v:shapes="_x0000_i1302"> — момент сопротивления изгибу.

Касательные напряжения от скручивающего момента

<img border=«0» width=«63» height=«47» src=«ref-1_1495814940-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1303">, где <img border=«0» width=«84» height=«24» src=«ref-1_1495815171-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1304">, <img border=«0» width=«276» height=«25» src=«ref-1_1495815361-446.coolpic» v:shapes="_x0000_i1305">. Амплитудные напряжения циклов: <img border=«0» width=«264» height=«41» src=«ref-1_1495815807-522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1306">;

<img border=«0» width=«241» height=«41» src=«ref-1_1495816329-484.coolpic» v:shapes="_x0000_i1307">. Зная предел усталости материала вала, определим запас прочности по нормальным и касательным напряжениям: <img border=«0» width=«92» height=«69» src=«ref-1_1495816813-297.coolpic» v:shapes="_x0000_i1308">, <img border=«0» width=«85» height=«69» src=«ref-1_1495817110-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1309">, где <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495817382-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1310">— коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений при переменных нормальных напряжениях;

<img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495817484-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1311"> — коэффициент, учитывающий влияние размеров детали при переменных нормальных напряжениях;

<img border=«0» width=«17» height=«24» src=«ref-1_1495817579-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1312">— коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений при переменных касательных напряжениях;

<img border=«0» width=«17» height=«24» src=«ref-1_1495817678-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1313"> — коэффициент, учитывающий влияние размеров детали при переменных касательных напряжениях.

Для шеек валов у края смазочных отверстий <img border=«0» width=«12» height=«23» src=«ref-1_1495769752-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1314"><img border=«0» width=«96» height=«47» src=«ref-1_1495817841-257.coolpic» v:shapes="_x0000_i1315">.

Тогда <img border=«0» width=«120» height=«44» src=«ref-1_1495818098-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1316">, <img border=«0» width=«107» height=«44» src=«ref-1_1495818409-285.coolpic» v:shapes="_x0000_i1317"> Суммарный запас прочности <img border=«0» width=«219» height=«49» src=«ref-1_1495818694-557.coolpic» v:shapes="_x0000_i1318"> Таким образом, необходимый запас прочности по нормальным и касательным напряжениям для шатунной шейки обеспечивается.

продолжение --PAGE_BREAK--4.3 Определение запаса прочности в коренной шейке

В коренной шейке определяются только касательные напряжения от действия крутящего момента <img border=«0» width=«84» height=«24» src=«ref-1_1495815171-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1319">.

Касательные напряжения от скручивающего момента <img border=«0» width=«63» height=«47» src=«ref-1_1495814940-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1320">, где <img border=«0» width=«465» height=«47» src=«ref-1_1495819672-937.coolpic» v:shapes="_x0000_i1321"> Величина крутящего момента и касательных напряжений приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Величина крутящего момента и касательных напряжений

0,0

-66,5

-1,1

-23,6

-0,4

332,7

5,7

-23,0

-0,4

-112,1

-1,9

-47,6

-0,8

474,8

8,1

-46,1

-0,8

-123,5

-2,1

-71,2

-1,2

464,7

7,9

-68,1

-1,2

-99,9

-1,7

-91,3

-1,6

409,1

7,0

-85,4

-1,5

-51,5

-0,9

-102,9

-1,8

361,0

6,2

-92,3

-1,6

4,7

0,1

-100,5

-1,7

328,7

5,6

-82,7

-1,4

52,8

0,9

-81,5

-1,4

302,3

5,2

-52,8

-0,9

82,7

1,4

-48,8

-0,8

271,9

4,6

-4,7

-0,1

92,3

1,6

-13,2

-0,2

233,3

4,0

51,5

0,9

85,4

1,5

10,1

0,2

187,8

3,2

99,9

1,7

68,1

1,2

9,7

0,2

139,0

2,4

123,5

2,1

46,1

0,8

-9,8

-0,2

90,7

1,5

112,1

1,9

23,0

0,4

-20,4

-0,3

44,5

0,8

66,5

1,1

0,0

Зная предел усталости материала вала, определим запас прочности по касательным напряжениям:; <img border=«0» width=«85» height=«69» src=«ref-1_1495817110-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1330">,

где: <img border=«0» width=«257» height=«41» src=«ref-1_1495821917-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1331">,

<img border=«0» width=«117» height=«44» src=«ref-1_1495822431-303.coolpic» v:shapes="_x0000_i1332"> Таким образом, запас прочности по касательным напряжениям для коренной шейки обеспечивается. продолжение --PAGE_BREAK--

www.ronl.ru

Реферат - Роторно-поршневые двигатели - Транспорт

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ЧАСТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КУБАНСКИЙ СОЦИАЛЬНО — ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

Реферат

«Роторно-поршневые двигатели»

Выполнил студент

группы 05-ЧС

Ярмолюк В.В.

Краснодар 2009г.

Роторный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия сгорающих газов преобразуется в механическую с помощью ротора, совершающего вращательное или вращательно-возвратное движение относительно корпуса. Идея создания Роторный двигатель, известного также как коловратный или роторно-поршневой, была впервые выдвинута в 16 в. Зарегистрировано несколько тыс. патентов на Роторный двигатель

Первая попытка постройки действующего образца Роторный двигатель относится к 1799, однако практически пригодные двигатели появились лишь в 1957 (Ванкеля двигатель).

В процессе работы объёмы полостей, формируемые поверхностями ротора и корпуса, периодически изменяются — непрерывно повторяются циклы сжатия и расширения рабочего тела. Т. о., в Роторный двигатель возможны те же рабочие процессы (двухи четырёхтактные), которые характерны для поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Современные Роторный двигатель выполняются как с одной, так и с двумя и тремя рабочими секциями (2 или 3 ротора, сидящих на общем эксцентриковом валу).

1. Многороторный многоступенчатый двигатель внутреннего сгорания

Рассмотрим пример роторного двигателя, многоступенчатого принципа действия, компактно расположенного в одном корпусе на центральном роторе имеется турбина и вал отбора мощности. В предложенном двигателе использована работа шестерёнчатых пневмодвигателей работающих без расширения рабочего тела высокого давления. Единственно известный в технике мотор, работает без расширения рабочего газа, в процессе вращения роторов, «с полным наполнением рабочих камер сжатым газом (межзубовых впадин), и использован в данном изобретении. Это значит, что если в рабочую камеру шестерёнчатого двигателя подается холодный газ с давлением 20 или 50 атм., то каждый ротор, провернувшись на 1/18 часть оборота (количество впадин на роторе) отсекает порцию газа во впадине последним «зубом» выходящим из рабочей камеры и уносит те же 20 или 50 атм. сжатого газа через выходную камеру, в атмосферу БЕЗ РАСШИРЕНИЯ!!! Вот этот совершивший работу, но не расширившийся газ, уносимый во впадинах из рабочей камеры на пути к выходной камере, используется еще раз, через изобретенные промежуточные паро(газо)проводные каналы, выполненные в корпусе двигателя по патенту № 1722239 и в данной заявке на патент. Двигатель работает следующим образом: из парогенератора высокого давления (не показан), пар, например 20…50 атм., подается во вход 4 (в рабочую камеру) первой ступени двигателя, представляющую собой два ротора 1, 2. Под действием давления пара «зубчатые» роторы 1, 2 вращаются в направлениях указанных стрелками. Из паронесущих впадин 20 отработанный пар высокого давления выходит в первые два промежуточных паропроводных канала 6 и поступает в рабочую камеру 7 второй ступени двигателя, состоящего из роторов 1 и 3. Роторы 1, 3 второй ступени двигателя вращаются от отработанного пара в первой ступени двигателя в направлениях указанных стрелками. Из паронесущих впадин 20 второй ступени двигателя (роторы 1 и 3) пар поступает через первых два промежуточных паропроводных канала 8 в основной вход 14 турбины 15. Остаток пара, находящийся во впадинах 20 первой ступени двигателя (роторы 1, 2), переносится до следующих двух каналов 12 и поступает на промежуточную ступень 16 турбины 15.

Также на промежуточную ступень 16 турбины 15 поступает пар от роторов второй ступени через каналы 10 среднего давления. Остаточное давление пара во впадинах 20 от роторов обоих ступеней через каналы 13 и 11 поступает на промежуточную ступень 17 турбины 15.

В прототипе и в данной заявке рабочий газ используется в двух ступенях высокого давления и в турбине. Если начальное рабочее давление газа увеличить до 80-100 атм., то можно использовать каскад из трех и более таких ступеней высокого давления, состоящих из трех и более боковых роторов, вращающихся вокруг центрального ротора и одну турбину. Общий КПД такого двигателя будет еще выше. Один шестеренчатый пневмодвигатель работает без расширения газа, имеет КПД 65-72%, КПД газовых турбин более 80%.

2. Роторно-поршневой двигатель. Что такое роторно-поршневой двигатель (сокращенно — РПД)? Это бензиновый мотор с искровым зажиганием, работающий по четырехтактному циклу (рис. 1). В блоке цилиндров — статоре, внутренняя поверхность которого представляет сложную кривую — эпитрохоиду, вращается ротор (рис. 2). Его функция аналогична той, что выполняют поршень с шатуном в обычном моторе. Крутящий момент передается на эксцентриковый вал. Газообмен происходит через впускные и выпускные окна, а смесь в вытянутой камере сгорания последовательно поджигают две свечи.

РПД меньше и легче поршневого двигателя, равного по мощности, в полтора-два раза. Да и по конструкции «ротор» проще и надежнее, к тому же не требует частого обслуживания. Но коль есть плюсы, найдутся и минусы. Например, повышенный расход масла и бензина. Считается, что РПД трудно загнать в жесткие экологические рамки. Мощностные характеристики таковы, что требуется изменять трансмиссию автомобиля (например, максимум момента достигается на очень высоких оборотах — до 8000 об/мин!). В какой-то степени это болезни роста, ведь РПД моложе традиционных моторов на полвека...

Рис 1: Принцип работы роторно-поршневого двигателя

Время шло, поршневые моторы матерели, угрожая в любой момент превзойти по силам РГЩ. Кроме того, на производителей давили основные заказчики -спецслужбы, которым был нужен мощный и в то же время компактный двигатель. Прелесть РГЩ в том, что его легко «умножить на два» — добавить еще один статор и ротор.

Первым двухсекционным мотором, сделанным у нас, стал 120-сильный ВАЗ-411. Мотор получился удачным -15 лет его устанавливали под капот «жигу-лей». Первые две машины передали спецслужбам летом 80-го, а всего выпустили более 200 автомобилей. Позже родился преемник с широкими секциями и увеличенной мощностью (99,3 кВт/135 л. с).

С появлением переднеприводных моделей вазовское КБ начало активно работать над новым мотором. Опытный двухлитровый ВАЗ-414 немного отличался от предшественника. Статор — самый ответственный и дорогой элемент был уже не открытого, а коробчатого типа. Подобная конструкция надежнее — деталь меньше страдает от перегрева и имеет большую жесткость. Правда, отливать заготовку и обрабатывать внутренние каналы такого корпуса сложнее. Окончательным вариантом для переднеприводных моделей стал карбюраторный ВАЗ-415 приведенным объемом 2,6 л. Электронный впрыск, как обязательный атрибут всех будущих моторов, уже разработан, но применяется только на авиационных «ванкелях». Когда он спустится с небес на землю — одному Богу известно.

К сожалению, развитие автомобильных РПД на ВАЗе приостановилось. Все же эти моторы требуют… собственных автомобилей. А в условиях массового производства держать на конвейере специальную модель «под РПД» не всегда удобно. Впрочем, японская «Мазда» последовательно доказывает обратное.

Не так давно в нашей стране всерьез рассматривали роторно-поршневой мотор как замену ныне господствующих в автомобильном мире двигателей Отто и Дизеля. Казалось бы — собирай секции в длиннющую «колбасу» и получишь ряд унифицированных (!) моторов мощностью до 1000 л. с! Увы, стыковать больше двух секций очень сложно технологически. Впрочем, модульный принцип мог быть реализован с помощью угловых редукторов: секции РПД располагались вертикально, как цилиндры обычного мотора, а редукторы передавали крутящий момент на общий горизонтальный выходной вал! Относительно маломощные РПД предполагали устанавливать на легковые автомобили и небольшие самолеты, посильнее — на грузовики, пассажирский и железнодорожный транспорт. Красивая идея так и не воплотилась в жизнь...

3. ВАЗ о своих роторно-поршневых двигателях. Есть интересные аргументы в их пользу.

Первые страницы истории вазовских РПД начали заполняться довольно давно. О них нам любезно согласились рассказать стоявшие у самых истоков Николай Максимович Головко и Евгений Артемович Башинджагян.

Н.М.Головко:

— Я до сих пор бережно храню технический отчет, написанный но итогам поездки в Японию в 1973 году. Это был период ажиотажа вокруг двигателя Ванкеля. Принципиально новый движок привлекал, прежде всего, значительно меньшим, по сравнению с традиционным поршневым, весом, низкой шумностью, хорошей уравновешенностью. Несколько повышенный — на 8-10 процентов — расход топлива на том этапе не смущал. Думалось, что его удастся в последующем снизить после доводки. Не останавливали даже видимые сразу сложности в обработке деталей двигателя, в первую очередь ротора, статора, элементов уплотнения. Для всего этого требовалось принципиально новое оборудование, повышенный класс обработки.

Но если европейцы, японцы и американцы могут, то мы чем хуже?.. Специальная пресса раз за разом сообщала о внимании в мире к РПД. Лицензию у Ванкеля закупают 25 крупнейших автомобильных фирм. Массовый выпуск роторно-поршневых двигателей начинает японская «Тойе-Когио», впоследствии переименованная в «Мазду», и «Ауди НСУ», входящая в концерн «Фольксваген». В Люксембурге создается завод «Комотор», рассчитанный на выпуск миллиона принципиально новых двигателей в год с участием, насколько помню, «Ситроена», ФИАТа, «Ауди НСУ» и других солидных фирм. В этой обстановке «Тот, кто опоздал — тот проиграл».

… Где-то в начале 1973 года Правительством СССР принимается решение о разработке общегосударственной программы по РПД, и, как первый шаг, направление в Японию представительной делегации во главе с В.Н. Поляковым. Чтобы уяснить внимание к этому вопросу, скажу, что задание на командировку утверждалось (а затем принималось) лично зам. председателя Совмина страны В.Н.Новиковым. В составе делегации были А.И. Вольский, возглавлявший в ту пору отдел машиностроения ЦК КПСС, помощник премьера М.И.Малахов, представители Госплана, ГКНТ, «Лицензинторга», министерства станкостроительной промышленности, НАМИ. О перспективной нацеленности свидетельствовало то, что рабочий, сказал бы так, костяк группы составляли вазовцы — будущий начальник СКБ РПД Б.С. Поспелов, М.А.Коржов от конструкторской службы, и я, от технологической.

Вернулись с настроением, что этим заниматься надо. Мнение еще больше укрепилось через полгода, когда мы выехали практически в том же составе в Германию. На фирму «Ауди НСУ», которая выкупила у Ванкеля право распоряжаться его разработками. Немцы пытались быстрее получить дивиденды с этой новинки, усиленно убеждали нас в необходимости покупки у них лицензии, и будь мы хоть немного более сведущи в этом деле, глядишь и согласились. Но мы просто боялись наделать глупостей и показать себя полными профанами: если по конструкции РПД в НАМИ собрали хоть какую-то информацию, то технологии никто не знал.

И в Германии перед нами не очень-то открывались. О том, чтобы сфотографировать, что-то зарисовать, даже внимательно рассмотреть, и речи быть не могло. Все в общем плане, «на проходе».

О лицензии не договорились. Это огромные деньги. Но технология производства уже начала прорисовываться. Вместе со мной писали ее Карпушкин Леша, Соловьев Слава, чуть позднее подключился Акоев Владимир Михайлович, — всю технологическую работу вело поначалу МСП. Вскоре уже можно было начать привязку «к месту». Да и В.Н.Поляков торопил: «Надо, не мешкая, создавать экспериментальное производство». Тогда и сориентировались на базу учебного центра — там же 10 тысяч квадратных метров производственных площадей.

Начали добывать станки, приспособления под нашу технологию. К этому плотно подключился Б.С.Поспелов. Все, что только можно было достать у военных, еще где… Пробивная мощь у него была огромная. М.А.Коржов также уделял большое внимание новинке. Причем технологическое обоснование закладывалось многовариантное, под самые различные типы РПД, включая и маленькие, для моторных лодок, для мотоциклов.

В это время большинство крупнейших мировых фирм заметно охладело к двигателю Ванкеля.

— У меня есть свое понимание этого. Здесь сказала свое слово большая политика. Принципиально РПД доказал свое право на жизнь. Но для широкого внедрения его требовались очень серьезные средства, коренная перестройка всех сложившихся производственных потоков и, по сути, списание в убыток колоссальных и далеко еще не возмещенных вложений в традиционные «поршневики». Понятно, что кое-кому показалось выгоднее сбить прыть у «Ванкеля», осадить его, по крайней мере, на главном направлении — в массовом автомобилестроении. Подтверждением тому довольно успешное продвижение РПД для мотоциклов, моторных лодок. Мне даже довелось увидеть установки на основе РПД для германского бундесвера, почти бесшумные. Надо ли говорить, какое значение это имеет для подводного флота?

Мое глубочайшее убеждение — последнее слово здесь еще не сказано.

Хочу подчеркнуть, что мы старались всегда смотреть трезво на вещи. Даже самые рьяные ревнители двигателя Ванкеля не ведут речь, что он может заменить в ближайшей перспективе двигатель поршневой. Тем более что и сам Ванкель не проектировал свой двигатель сугубо под автомобиль. Он, наделенный, несомненно, искрой Божией, мыслил гораздо шире.

Инженерные разработки, выполненные в разных фирмах и странах, подтвердили практическую возможность выпуска двигателя, имеющего ряд крайне привлекательных свойств по сравнению с традиционным поршневым, уже почти достигшим своего потолка. Прежде всего, по весо-габаритным характеристикам: на единицу мощности РПД имеет значительно меньший объем.

Была подтверждена сама возможность создания двигателя, в котором бы отсутствовало возвратно-поступательное движение. А ведь с этим связаны основные износы, виброактивность и т.д. Плюс меньше деталей в двигателе. Все это родило надежду, что если довести рабочий процесс по крайней мере до уровня поршневого двигателя, даже с учетом крупных затрат по развертыванию нового производства, РПД может вполне претендовать на самый массовый выпуск и даже, выскажу свое мнение, претендовать на революционный скачок в деле освоения ресурсосберегающих технологий.

Назову, ради справедливости, и основные доводы противников РПД. Кроме сугубо спекулятивных посылок (зачем отказываться от традиционных технологий, в которые уже вложено столько средств?), это несколько повышенный расход топлива у нынешних роторников, низкий ресурс уплотнений камеры сгорания, ряд претензий по экологии, — опять же в значительной мере основываясь на данных 60-х годов. Что я причислил бы к неизбежным детским болезням.

Мне довелось беседовать на эту тему с зарубежными учеными, инженерами, бизнесменами. Господин Гарсайт много лет возглавлял известную фирму «Нортон». «Я не могу назвать ни одной технической причины, по которой этот проект мог бы быть отклонен». То же самое заявил директор фирмы «Ванкель» господин Айерман, бывший главный конструктор фирмы «Ауди» господин Штейнварт.

Давайте непредвзято заглянем за тот же «бугор». Фирма «Мазда» выпускает в год порядка 60 тысяч автомобилей с роторно-поршневым двигателем и успешно продает их, обеспечивая надежность и самые высокие требования по экологии. Англичане продолжают работать над роторной тематикой. Американцы несколько сократили масштабы и, тем не менее… Они увидели в РПД новые заманчивые возможности, сориентировав этот двигатель для транспортных средств войск специального назначения, быстрого реагирования. Осознав, что лезть с РПД на рынок массового автомобилестроения с его жесткой конкуренцией и необходимостью огромных капиталовложений неразумно, они решили опереться и использовать уникальные особенности роторника. Это прежде всего габаритные характеристики: обычно военная техника имеет очень плотную «упаковку» и выигрыш каждого дюйма свободного пространства значит весьма много. Второе — стоимостные показатели. РПД относительно дешевый двигатель. И третье — по специфике рабочего процесса этот двигатель менее требователен к октановому числу бензина. Они развили эту особенность и решили задачу создания всеядного двигателя. Что горит, на том он и должен работать: бензин, керосин, дизтопливо, спирт, газовое топливо. Ведь военная техника может оказаться в регионах, где нет или крайне трудно обеспечить ее традиционным топливом.

Если уж мы вышли на эту несколько скользковатую тему, назову факты, прошедшие в открытой печати. Во время вооруженного конфликта с Египтом и Сирией Израиль использовал беспилотные авиационные разведчики поля боя, на которых стояли роторно-поршневые двигатели мощностью 100-150 лошадиных сил.

— Весьма любопытно, но давайте сначала поговорим о развитии автомобильного профиля РПД.

— 18 апреля 1974 года появился приказ по «АВТОВАЗу» о создании специального конструкторского бюро по роторно-поршневым двигателям. Работа развернулась буквально по всем направлениям. Началось формирование коллектива «роторщиков», костяком которого стали вазовцы. Были приглашены двигателисты с авиационных предприятий Куйбышева. Молодежный костяк бюро составила большая группа выпускников Тольяттинского политехнического института.

Объединенными усилиями ВАЗа, НАМИ, НАТИ, ВНИИмотопрома и других институтов создавались первые образцы отечественного роторного двигателя и основы его производства.

Внимательно изучались образцы лучших зарубежных роторно-поршневых двигателей фирм «Ауди НСУ», позднее «Мазды», «Фихтель и Закс», Удалось заимствовать оттуда ряд решений, но, по большому счету, подбор материалов, пар трения, технологию изготовления, системы охлаждения и смазки двигателя создавали сами. Некоторые из тех пионерных решений, определившие идеологию первых РГЩ, актуальны и по сей день. Назову хотя бы систему управления зажиганием. Первоначально проводились безуспешные попытки внедрения механического «двухэтажного» распределительного зажигания по типу «Мазды». Однако привод его «безобразил» двигатель, и после того как МА Коржов познакомился в Штутгарте с версией управления зажиганием немецкого изобретателя Хартига, на основе ее началась разработка электронно-цифровой системы зажигания для РГД, ив 1975 году уже появились первые собственные системы электронного зажигания.

Параллельно с разработкой блока управления зажиганием, что само по себе было проблемным из-за отсутствия электронной базы в автомобилестроении, велась разработка датчиков контроля параметров двигателя, исполнительных устройств, освоение всей этой новой техники на заводах отрасли. Более 50 разработок были подтверждены авторскими свидетельствами.

Я бы назвал период с 1973 по 1980 год самым ярким в биографии РПД на ВАЗе и в стране. Это был период осуществления больших дел по всем направлениям роторной тематики, больших надежд и первых сомнений. Уже ко Дню машиностроителя 1974 года была изготовлена первая опытная партия РГЩ, и начались стендовые испытания. Сначала это был односекционный, чуть позднее развернулись работы по двухсекционному двигателю.

Все это уже на фоне несколько изменившегося в мире отношения к РПЦ. Мировой энергетический кризис середины 70-х годов и более жесткие требования к расходу топлива, а затем и усиление экологических требований добавили противников РПД Главный аргумент в том, что из-за щелевой неоптимальной камеры сгорания организовать хороший рабочий процесс в РПД невозможно, он всегда будет проигрывать поршневому двигателю. А учитывая необходимость крупных инвестиций во все стадии жизненного цикла этого двигателя, индустриализация его нецелесообразна.

… Ванкель не был профессиональным двигателистом. Точнее его было бы назвать просто талантливым и удачливым изобретателем, наткнувшимся на свою «золотую жилу». Он умер в 1988 году, в возрасте 86 лет, далеко не бедным человеком. Продажа лицензий на РПЦ, акции фирмы «НСУ» позволили ему сколотить приличное состояние.

80-е годы стали для коллектива СКВ РПД периодом борьбы за выживание. К этому времени большинство европейских и американских фирм, занимавшихся автомобилями с РПД, включая «Дженерал Моторс», к концу 70-х годов свернули свои «роторные» программы. На плаву осталась только упорная японская «Мазда».

Представьте себе спортсмена — бегуна, слегка задержавшегося на старте, но затем резво пустившегося догонять основную группу соперников и вдруг обнаружившего, что впереди никого нет, нет даже и финишной ленточки…

К Олимпийским играм 1980 года в Москве СКВ РПД подготовил для спецслужб МВД и КГБ партию скоростных вазовских автомобилей с двухсекционными роторно-поршневыми двигателями мощностью 120 л. с. Машины понравились, шла их доводка.

Часть автомобилей с РПД поступила в свободную продажу.

— Я вспоминаю рассказ Е.А. Башинджагяна, как он, уже, будучи зам. министра автомобильной промышленности, ошеломлял сотрудников ГАИ на правительственной Рублевке. Его машина прямо от светофора брала с первой на третью передачу и стремительно уходила в отрыв. Еще бы, под капотом было 140 «лошадей». Колеса чуть ли не дымились, как у первых реактивных самолетов при посадке.

— Ничего удивительного. Нам даже пришлось ограничивать возможности двигателя в части реализации мощности. Зажали на выпуске штатную выпускную систему, зажали мощностные характеристики системами питания. — Чтобы автомобиль ненароком не превратился в самолет? — Не смейтесь, и это могло произойти, окажись еще под колесами хороший трамплинчик. Но, прежде всего, чтобы ресурс ходовой части РПД был в рамках поршневого. Вместе с тем приобретая дополнительные качества с точки зрения динамики и скорости.

Вообще ниша скоростных автомобилей у нас в стране не культивировалась до недавних пор. В отличие от западных моделей так называемого псевдоспортивного класса. Это не чисто Спортивный гоночный автомобиль, но и не автомобиль общего пользования. Многие западные фирмы на базе одного кузова выпускают несколько модификаций с разными двигателями: 1,3 -1,6,1,8-2 литра. И в России появился сектор, пусть пока и небольшой, людей богатых, которые могут позволить себе купить автомобиль с несколько повышенным расходом топлива, но зато дающий «простор душе».

У нас есть партнер в Бельгии, тоже инженер, со своей фирмой, зараженный идеей РПД. Он занимается тем, что покупает у «Мазды» двигатели и ставит их на европейские автомобили. Он предлагает поставлять ему двигатели, а он будет работать как наш дилер в Европе.

Как только структуры госбезопасности, министерства внутренних дел, и в частности ГАИ, оказались на «голодном пайке», мы потеряли очень крупного заказчика. Которому и мы, думаю, были нужны и полезны. И не среагируй вовремя… А так, бросив главные силы на автомобили общего пользования, мы смогли к лету 97-го года провести сертификацию 8-го, 9-го, 99-го и 15-го автомобилей с роторно-поршневыми двигателями мощностью 140 л. с. Получив тем самым право продавать их.

Уже выстроился целый модельный ряд наших роторников: ВАЗ-413, ВАЗ-414, ВАЗ-415. Последний сумел унаследовать от 413-го двухсекционника его надежность (именно на нем была отработана специальная система смазки «угловых» уплотнений ротора, позволяющая обеспечить его надежную и длительную работу — «Волги» с таким мотором ходили по 300 тысяч километров), а от 414-го — компоновочные решения, позволяющие сделать его универсальным по применяемости для любых вазовских моделей, от «классики» и «Нивы» до «восьмерки» и «десятки».

Семейство 415-х двигателей, имеющих сжатие 9,4 единицы, рассчитано на бензин с октановым числом 93 (возможно применение и 76-го бензина, хотя для этого требуется некоторое изменение системы зажигания), и на стандартные «жигулевские» масла.

Обслуживание «роторника» проще, чем его поршневого собрата. Ведь у РПД нет газораспределительного механизма, а, следовательно, отпадает трудоемкая операция по регулировке клапанных зазоров. Во время технического обслуживания лишь меняются свечи, фильтры и масла.

Если же говорить о мощностных возможностях нашего 415-го двигателя, то сейчас мы работаем над форсированной версией этого двигателя к спортивной «десятке». Он обеспечит мощность в 240-250 л. с. (то, что показывает японская «Мазда»), а в перспективе и до 300 л. с. Если же оснастить его еще системой турбонаддува, имеется реальная возможность снимать 450-500 л. с.

Первые выступления этого роторника на больших соревнованиях (под управлением нашего же гонщика Бориса Маслова) не просто подтвердили наши надежды, но и вызвали своеобразный шок у вазовских конкурентов. Думаю, появление на трассах соревнований «десятки» с доведенным 415-м РПЦ откроет если не новую главу, то главку в развитии этого увлекательного вида спорта.

Больше того, мы все время приспосабливали свои двигатели под какие-то автомобили. А сегодня, убежден, пришла пора разрабатывать автомобили под наши РПЦ.

По существу на сегодняшний день создан двигатель, который может служить базовым для автомобилей ВАЗ, АЗЛК, «Ижмаша». Среднего класса, аналог поршневому двухлитровому.

Есть достаточно серьезные наработки с нижегородцами в части адаптации нашего мотора на автомобиль ГАЗ-3102. Мы сертифицировали этот двигатель, мы уже начали его выпускать и поставлять ГАЗу, но требовались дополнительные вложения в производство для развития массового выпуска, а у Волжского автомобильного, отдавшего все свои ресурсы «десятке», машине ВАЗ-2110, возможностей ддя этого не нашлось. Хотя уверен, сделанный задел втуне не пропадет.

— Владимир Андреевич, еще раз хочу вспомнить разговор с Евгением Артемовичем Башинджагяном. Как неожиданное задание по РПЦ было получено распоряжением из Кремля. «Понимаете, очередной визит вМоскву на самом высоком уровне.Машину сопровождает почетный эскорт, мотоциклисты. На мощных, но неимоверно чадящих мотоциклах. Когда они влетели в Кремль, там во внутреннем дворике чад стоял.

Был тогда во „ВНИИмотопроме“ энтузиаст РПЦ, который и предложил использовать вазовские односекционные движки на киевские мотоциклы М-72. Что себя полностью оправдало. Мощность — 40 лошадиных сил, торцевые уплотнения вполне обеспечивали характеристики, чистоту выхлопа. У мотоциклов с нашими РПЦ уже вполне хватало силенок, чтобы не отставать от правительственных „членовозов“ на скорости 170-180 километров в час».

— Это стало хорошей проверкой наших сил, возможностей и, по сути, освоением новой размерности двигателя. На базе ее были в дальнейшем созданы лодочный мотор, авиационный двигатель для мотодельтапланов и легких самолетов.

Руководители КБ самарского завода имени Фрунзе просто вцепились в наш РПД для своих «Вихрей». Вместе с ними мы провели серию испытаний, получили отличные характеристики, встал вопрос о начале серийного выпуска, но все уперлось в отсутствие средств. Перестройка, переход к рынку развязали нам руки в выборе партнеров, но и с голыми пятками (и карманами) тоже далеко не уйдешь.

Подобная же ситуация возникла с пермяками. Они, мне говорили, спят и видят поставить РПД на свои моторные лодки. Что бы то ни было, эту тематику не бросаем. Как только возникнут условия для тиражирования, тут же реализуем наши разработки.

Интересным, многообещающим видится создание компрессора на базе роторно-поршневого двигателя, что впрямую связано с ресурсосберегающими технологиями. Влезли в эту проблему и неожиданно оказались в эпицентре схватки межнациональных корпораций. Одна из крупных японских фирм уже настроилась выпускать такие компрессора. Об этом прознали конкуренты, изготовители поршневых компрессоров. Начался прессинг… через производителей электромагнитных муфт, необходимого узла управления компрессорной системой. «Если будете поставлять электромагнитные муфты для компрессоров с РПД — и неизвестно еще, что там получится, — мы ликвидируем все свои заказы у вас». Очередное подтверждение, что мировой рынок в целом расписан, поделен и, чтобы выйти сюда с какой-то новой продукцией, нужно вложить дополнительные средства, соизмеримые с основной технологической подготовкой.

Трудно, очень трудно, дорого, и все же пробиваться туда надо.

Совсем недавно проявилось еще одно близкое к этому направление. Использование РПД в холодильной технике и даже весьма многообещающих так называемых «тепловых насосах», черпающих энергию «из ничего», из разницы температур, например, подземных и наземных вод.

Не ради же красного словца возникло изречение: кто владеет холодом, тот владеет миром. Холодильные установки, кондиционеры… Сфера применения криогенной техники расширяется на глазах. И для нее как нельзя лучше подходит РПД. Одна из западногерманских фирм, фирма «Вебасто», которая занимается климатическими установками для большегрузных автомобилей, комбайнов и т.д., прямо заявила нам при встрече: если только найдем в мире надежного поставщика, мы готовы сменить поршневые компрессоры на роторные.

— Мы выполнили по заказу военно-морского флота серию разработок на основе РПД, существенно повышающих тактикотехнические возможности вооружения. Уже шли согласования крупных военных заказов, обеспеченных солидными инвестициями — под конкретное роторно-поршневое производство. Настроение в коллективе было приподнятое. Все работали с удивительным подъемом, переходя иной раз даже дозволенные границы техники безопасности. Стремление как можно быстрее получить желаемые результаты толкало участников натурных испытаний в самое пекло. «Изделия», как мы их называли, работали на токсичном топливе и должны были после завершения серии испытаний пройти дезактивацию. Но тот же Б.С. Поспелов, чтобы выявить причину какого-то сбоя, лез в еще «тепленький» движок и потом его приходилось откачивать. Может это в чем-то и приблизило его кончину в январе 1988 года, в возрасте 59 лет. Он отдал всего себя этому делу.

Государственные испытания прошли успешно, но это уже мало что значило на фоне надвигающегося развала судостроительной промышленности Союза…

Вообще-то нам везло на экзотику. С моряками мы научили РПД плавать, и с ними же, но в Нижнем Новгороде, учили РПД передвигаться на границе двух сред — воздуха и воды.

Известное центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях имени Р.Е. Алексеева, создав класс скоростных судов — экранопланов водоизмещением порядка 400 тонн и скоростью 450 километров в час, начало осваивать и малый класс этих судов. Кстати, американцы, получив со спутников из космоса снимки экранопланов, назвали их «чудовищами Каспийского моря», так необычайны и опасны они были с военной точки зрения.

Так вот, 8-местные судна на динамической воздушной подушке «Волга-2» и экраноплан «Стриж» были построены и доведены во многом благодаря оснащению их мощными и легкими роторно-поршневыми двигателями и непосредственному участию СКВ РПД. Проблемы, трудности с доводкой забываются, в памяти же остается ни с чем не сравнимое чувство полета над водой, заснеженной Волгой, и братство людей, делающих одно дело.

В Москве, в аппаратах ЦК КПСС и Совмина готовилось постановление, призванное поддержать роторно-поршневое двигателестроение, развернуть серийное производство РПД различного, в том числе и «морского» назначения, однако уже в конце 80-х годов, на фоне ухудшающегося социально-экономического положения в стране, стало ясно, что ожидать активного участия государства в подобных проектах не приходится.

Использовании наших РПД в авиации, то это отдельная большая глава в биографии СКВ. Причем двигателей существенно, качественно новых. Не случайно же авиационники при встречах с нами, автомобилистами, любят напоминать, что в небе нет обочин. В случае отказа мотора приткнуться некуда. Отсюда первое требование: объект, который взлетел, он должен благополучно сесть. Прежде всего надежность и уже затем все прочее: ресурс, весогабаритные характеристики, расход топлива, расходы на техническое обслуживание и поддержание летной годности в процессе жизненного цикла.

… СКБ РПД входило уже в состав научно-технического центра, возглавлял который тогда В.В. Каданников. И когда он позвонил мне с просьбой принять представителей известной вертолетной фирмы Миля, я был внутренне готов к этому.

Началась раскрутка. Мы провели макетную комиссию, был, по существу, создан образец этого вертолета и двигатель под него, приступили к стендовым испытаниям, 5-местный многоцелевой вертолет для летных училищ, войсковых структур и гражданской авиации. Машина с двумя роторно-поршневыми двигателями, работающими на один объединяющий редуктор — для решения задач высокой надежности в полете: даже если отказывает один двигатель, вертолет летит на другом.

Уже нарабатывалась версия серийного производства таких авиационных двигателей на Воронежском заводе. Все шло по нарастающей. Новый аппарат обрел имя — Ми-34В, а его гражданская модификация шла под аббревиатурой Ми-34 ВАЗ. Такая двойственность тоже, думаю, понятна. С самого начала головным заказчиком значилось Минобороны, ВВС. Пошли оттуда приличные деньги, но только первые три года, затем этот ручеек финансирования беднел-беднел и фактически иссяк.

Тем не менее, духом не упали. В 1996 году по результатам работы комиссии Авиационного регистра Межгосударственного комитета мы получили сертификат разработчиков авиационных двигателей. В 1997 году началась сертификация непосредственно авиационных РПД как нашего конечного изделия. Члены макетной комиссии, — а там собраны ведущие специалисты страны, отлично представляющие ситуацию, коньюктуру и в России, и в мире, — признали, что мы опережаем своих основных конкурентов на 7-8 лет.

Ведется разработка и сертификация легкого вертолета КБ им. Миля с авиационным РПЦ с постановкой в серийное производство на Казанском вертолетном заводе. Результатом последних лет стала адаптация нашего РПЦ на 8-местном самолете-амфибии Бе-103 КБ им. Бериева в Таганроге, на 5-местном самолете ИЛ-103 КБ им. Илюшина на Луховицком авиазаводе, на 5-местном самолете F-115 и 8-местном экраноплане на Нижегородском заводе «Сокол». Прогнозируемый объем потребности в авиационных РГЩ составляет по России на ближайшие 7-8 лет 2-2,5 тысячи штук в год. Есть потребность в них и для маломерных судов.

Нашими планами предусматривается создание многотопливных двигателей, работающих не только на автомобильном бензине, но и на авиационном керосине и дизельном топливе.

Выход на рынок авиационной техники с перспективными двигателями сам по себе стимулирует развитие российской авиации (с хорошим двигателем полетят и ворота), позволяет в определенной мере контролировать это направление. Не говоря о том, что по своей специфике авиадвигатель — продукция не только наукоемкая, дорогая, но и «долгоживущая», позволяющая обеспечить занятость не одному поколению высококвалифицированных работников.

Разумно ли будет потерять столь дорого давшийся опыт?..

3. Новое о роторных двигателях

В. М. Нисковских предложил в вариант роторного двигателя. В нём роторы имеют лопасти и расположены соосно с цилиндрами. Удалось обойтись без деталей, совершающих возвратно-поступательное движение. Ролики с пазами под лопасти находятся в зубчатом зацеплении с валом, на котором установлены роторы.

Принцип действия роторного двигателя состоит в следующем. В нём имеются два цилиндра разного объёма с роторами, расположенными на общем валу. Если соединить полость нагнетания малого цилиндра с полостью расширения большого через теплообменник и нагреватель, а полость расширения малого цилиндра через теплообменник и холодильник с полостью нагнетания большого, то при нагревании рабочего тела (газа) роторы начнут вращаться, а рабочее тело будет непрерывно циркулировать, последовательно проходя через цилиндры, нагреватель, теплообменник и холодильник

Список литературы

1. Зинкевич В.Д. и др. Поршневые и шестеренные пневмодвигатели горношахтного оборудования. М.Недра. 1982 г

2. Ханин Н. С. и Чистозвонов С. Б., Автомобильные роторно-поршневые двигатели, М., 1964; Мотоцикл. Теория, конструкция, расчет, М., 1971.

www.ronl.ru

Авиационные двигатели их классификация и краткие характеристики — МегаЛекции

Авиационный двигатель – это тепловая машина, которая преобразует тепловую химическую энергию авиационного топлива в энергию отбрасываемой воздушной массы или истекающих реактивных газов.

И хотя, по большому счету, создание силы тяги в воздушном пространстве основано на эффекте реакции отбрасываемой (истекающей) воздушной массы и оно по сути своей является реактивным движением. Сегодняшние авиационные двигатели ГА подразделяются на два больших класса: - класс реактивных и класс винтовых авиационных двигателей.

Класс реактивных двигателей включает в себя:

- воздушно-реактивные двигатели (ВРД), в которых для сгорания топлива используется кислород воздуха атмосферы. ВРД, имеющие газовую турбину, называются турбореактивными двигателями ТРД,

- ракетные двигатели (РД ) – в которых для сгорания топлива используется окислитель, транспортируемый самим летательным аппаратом.

Класс винтовых двигателей включает в себя:

- поршневые двигатели (ПД) это - бензиновые моторы внутреннего сгорания и дизельные двигатели, которые создают тягу за счет реакции отбрасывания воздушным винтом масс воздуха.

- турбовинтовые двигатели (ТВД) это -двигатели которые создают тягу за счет реакции отбрасываемой воздушным винтом воздушной массы (85-90 %) и истекающих из двигателя реактивных газов (15-10 %)

Так как в конструкциях ТРД, и ТВД имеют место газовые турбины, то эти двигатели объединяют в одну общую группу – газотурбинные двигатели.

Рассмотрим вкратце конструктивные особенности этих авиадвигателей, их достоинства и недостатки.

Поршневые бензиновые двигателиэто - двигатели внутреннего сгорания, работающие по ”четырехтактному циклу Карно” (цикл впуска, цикл сжатия, цикл расширения, цикл выпуска), у которых основная часть процесса приготовления горючей смеси осуществляется карбюратором или впрыском топлива прямо в цилиндры, а поджиг ее осуществляется от искры.

Важным показателем авиационного поршневого двигателя является его минимальная удельная масса- это соотношение веса двигателя к развиваемой им максимальной мощности и она для современных двигателей составляет 0,4кг/кВт.

В поршневом двигателе возвратно-поступательное движение поршней посредством кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, крутящий момент которого напрямую или через понижающий редуктор передается на вал воздушного винта, заставляя его вращаться и создавать силу тяги.

Основными параметрами и показателями тяговых характеристик поршневого двигателя являются:

Индикаторная мощность – мощность развиваемая газами внутри цилиндра двигателя и передаваемая поршню за циклы сжатия и расширения. Она определяется как:

N i = pi Uh i n / 900 ( л.с.)

где: - pi - среднее индикаторное давление ( кг /см2) равное разности сред-

него давления расширения и среднего давления сжатия.

- Uh - рабочий объем цилиндра

- i - число цилиндров

- n - число оборотов коленчатого вала.

Мощность трения Nr –часть индикаторной мощности, затрачиваемая на механические потери и потери на привод в работу насосов. Для современных двигателей мощность трения составляет 10-15 %.

Так как с увеличением высоты полета плотность воздуха атмосферы и содержание кислорода в нем уменьшается, а для полного и устойчивого сгорания определенной массы топлива необходимо строго определенное количество воздуха, то для поддержания этого необходимого соотношения топливо/воздух применяются воздушные нагнетатели (турбокомпрессоры), позволяющие обеспечить подачу в двигатель необходимого количества воздуха, идущего на создание горючей смеси и тем самым повысить его высотность. Турбокомпрессоры приводятся в работу за счет отбора от двигателя части мощности, поэтому эффективная мощность двигателя с турбокомпрессором будет на 10-20% ниже, чем у двигателя без турбокомпрессора.

Эффективная мощность Nе – мощность, передаваемая от коленчатого вала к воздушному винту.

Nе = Ni - Nr – Nс

где: Nс- мощность, отбираемая для работы турбокомпрессора

Поскольку поршневые двигатели являются в большинстве своем высоко оборотистыми двигателями, а оптимальным числом оборотов для воздушного винта являются обороты до 2000-2500 1/мин, то для получения таких оборотов на двигателе устанавливается понижающий редуктор, с заданной степенью редуцирования.

Через величину крутящего момента на валу винта Мв, степень редуцирования

оборотов i р и обороты двигателя n эффективная мощность ПДможет быть определена из зависимости

Nе = Мв n i р/ 716,2

Наши представления о поршневых двигателях были бы не полными если бы мы оставили без внимания режимы их работы и значения мощности соответствующие этим режимам.

И так основными режимами работы поршневых авиационных двигателей считаются:

Взлетный режим это - форсированный режим работы двигателя, на котором производится взлет или интенсивный разгон самолета с целью сокращения длины разбега или быстрого увеличения скорости. Взлетному режиму соответствует взлетная мощность,которая составляет 110-120% номинальной мощности двигателя. Так как взлетный режим считается напряженным по прочностной нагрузке на двигатель, то время работы на нем ограничивается обычно до 5 мин.

Номинальный режим это - основной расчетный режим работы двигателя на номинальных оборотах винта и номинальном давлении наддува. Номинальному режиму соответствует эксплуатационная мощность, соответствующая 90% мощности развиваемой двигателем на земле, при номинальном числе оборотов и номинальном наддуве.

Крейсерский режим єто режим работы двигателя, при котором его мощность составляет 30-75% от номинальной и продолжительность его работы не ограничена.

Различают следующие крейсерские режимы:

Максимальный крейсерский режим, режим соответствующий скорости максимальной дальности полета, которая составляет 90% максимальной скорости полета на данной высоте.

Наивыгоднейший крейсерский режим – режим соответствующий минимальному километровому расходу топлива на данной высоте полета, при котором мощность двигателя равна 50-60% от номинальной.

Экономический крейсерский режим – режим соответствующий скорости максимальной продолжительности полета на данной высоте и минимальному часовому расходу топлива. Мощность при этом составляет 30-40% от номинальной.

Достоинством и преимуществом поршневых двигателей перед ГТД является их высокая приемистость – способность двигателя к его быстрому переходу от заданного установившегося режима на установившийся режим более высокой тяги или мощности.

Турбореактивные двигатели

Если поршневые двигатели являются тепловыми машинами с циклическим режимом работы то ТРД это - тепловые машины непрерывного действия создающие тягу за счет реакции истекающей реактивной воздушной струи.

Класс ТРД это – обширный класс авиационных двигателей, различающихся конструктивными особенностями.

При всем многообразии и конструктивных особенностях для всех ТРД присущи следующие одинаковые элементы и узлы: входное устройство, компрессор, диффузор, камера сгорания, сопловой аппарат, реактивная турбина и выходное устройство, состоящее из удлинительной трубы и реактивного сопла.

Кроме того, вращающаяся часть компрессора (ротор компрессора) и вращающееся рабочее колесо газовой турбины, жестко закрепленные на одном валу, вместе составляют рабочий узел – называемый ротором ГТД.

В зависимости от конструктивных особенностей и необходимой заданной степенью повышения давления, у ГТД может быть один или несколько роторов.

Входное устройство двигателя принимает набегающий воздушный поток, подводит его к компрессору, упорядочив структуру и увеличив скорость, повышает его абсолютное давление. Входные устройства дозвуковых самолетов как правило-нерегулируемые. У сверхзвуковых самолетов при полете на больших сверхзвуковых скоростях, на определенных режимах работы двигателя, приходится ограничивать приток воздуха к двигателю с целью недопущения его «закупорки» воздушным потоком. Для этих целей используют регулируемые входные устройства, в которых происходит автоматическое изменение проходного сечения с помощью центрального тела (конуса) у самолетов с кольцевым входным устройством или выдвижением регулировочных клиньев у самолетов с плоскими боковыми воздухозаборниками.

Компрессор двигателя является лопаточной машиной, предназначенной для повышения полного давления воздуха и подачу его в камеру сгорания.

По конструкции компрессора, ТРД бывают: с центробежным или осевым компрессором.

Степень повышения давления воздуха у центробежных компрессоров πк, невелика и составляет 4,2 – 4,5 .

Осевые компрессоры позволяют создавать более высокие степени повышения давления πк, до 13-15 и более раз, при этом на одной ступени центробежного компрессора давление повышается всего лишь в 1,15 - 1,8 раза, т.е. на 15-80%..

Так, при средней степени повышения давления на ступени осевого компрессора равной 1,3, у 7-ступенчатого компрессора полная степень повышения давления состав - ляет π к = 1,37 = 6,3

С учетом того, что первоначально сжатие воздуха за счет скоростного напора происходит во входном устройстве, то степень повышения давления входного устройства и компрессора будет равна:

π = π к х π

Компрессоры современных ГТД обладают высокой производительностью и некоторые из них способны прокачивать через газовоздушный тракт двигателя 200 и более килограммов воздуха за сек.

В зависимости от конструкции двигателя, воздушный поток после компрессора может направляться целиком в двигатель, проходя через диффузор (у одноконтурных двигателей) или разделяется на две части, одна из которых поступает в двигатель через диффузор, а вторая часть обтекает двигатель снаружи, образуя второй контур (у двухконтурных двигателей).

Диффузор – конструктивная часть двигателя, в которой происходит подготовка и разделение воздушного потока перед его поступлением в камеру сгорания.

Камера сгорания представляет собою полый,конструктивный узел ГТД, в котором происходит испарение и смешивание авиационного топлива с воздухом, поступающим через диффузор от компрессора, а так же сгорание этой топливовоздушной смеси. В процессе горения принимает участие только 20-25 % (первичного) воздуха поступающего в камеру сгорания. Этот воздух, участвующий в процессе горения, для обеспечения устойчивого факела горения тормозится до скорости 15-25м/сек. Остальные 75-80% (вторичного) воздуха используются для охлаждения самой конструкции камеры сгорания и охлаждения газов получившихся в процессе горения. Полное сгорание авиационного топлива происходит при соотношении топлива и воздуха равном 1 кг топлива к 14,8 кг воздуха.

В результате горения топлива в камере сгорания температура газов возрастает (до 1500-1750 0 С), повышается их давление (в 4-6 раз) и возрастает скорость истечения (до 450-500 м/сек).

Поскольку разогретый до температуры 1500-17500С воздушный поток пропускать через сопловой аппарат и тем более вращающееся с высокими оборотами (12000-15000 1/мин) рабочее колесо турбины недопустимо, так как из-за высокого разогрева и больших динамических нагрузок эти агрегаты просто разрушатся, то он охлаждается до 800-900 0. вторичным воздухом, проходящим через камеру сгорания.

Сопловой аппарат – элемент конструкции двигателя, предназначенный для направления истекающих из камеры сгорания реактивных газов на лопатки рабочего колеса турбины под углом обеспечивающим, безсрывное обтекание лопаток турбины.

Реактивная турбина – основной рабочий элемент конструкции ГТД, который преобразует кинетическую энергию истекающих из камеры сгорания реактивных газов в механическую энергию необходимую для вращения ротора компрессора у ТРД или

энергию вращения ротора компрессора и воздушного винта у ТВД.

Причем у ТРД, для вращения ротора компрессора, отбирается минимально-необходимое количество энергии, истекающих из камеры сгорания газов. Остальная кинетическая энергия истекающих газов используется в качестве энергии реактивной струи выходящей из реактивного сопла.

На турбине ТВД, в отличие от ТРД, преобразуется в механическую работу для вращения компрессора и воздушных винтов, максимально-возможное количество кинетической энергии истекающих из камеры сгорания газов (85-90%), а оставшаяся меньшая часть(10-15%) создает силу реактивной тяги.

Выходное устройство – конструктивный узел ГТД в котором происходит расширение реактивных газов и увеличение их скорости.Одним из конструктивных элементов выходного устройства ТРД является удлинительная труба, которая служит для дополнительного разгона истекающих реактивных газов и для отвода их за пределы конструкции воздушного судна.

У двигателей, форсирование мощности которых достигается дополнительным сжиганием топлива за сопловым аппаратом и реактивной турбиной, функцию удлинительной трубы выполняет жаровая труба, которая по сути своей является форсажной камерой. Для работы форсажной камеры используется подводимое через специальный коллектор авиатопливо и вторичный воздух, который использовался для охлаждения конструкции двигателя и газов в камере сгорания и в горении не участвовал. Так как для полного и эффективного сгорания 1кг обычного авиационного топлива необходимо 14,8 кг воздуха, то максимальное разумное количество топлива, подаваемое в форсажную камеру должно быть в 14,8 раз меньше чем масса вторичного воздуха прошедшего через двигатель. Температура газов в форсажной камере может доходить до 1750-2500оС, что позволяет повысить их давление в камере и увеличить скорость истечения, тем самым резко увеличить тягу двигателя.

Реактивное сопло -оконечное устройство газоотводного тракта ГТД , которое служит для расширения газов в целях увеличения кинетической энергии газовой струи.

Реактивное сопло бывает нерегулируемым – с постоянным диаметром выходного сечения и регулируемым – с изменяемым диаметром выходного сечения.

Изменение диаметра выходного сечения реактивного сопла в полете позволяет создать оптимальные условия истекания реактивных газов и улучшить газодинамическую связь между всеми компонентами ГТД.

На некоторых типах ТРД, в конструкцию выходного устройства входит реверсивный механизм, с помощью которого газовый поток в выходном устройстве поворачивается в направлении близком к первоначальному, что создает отрицательную тягу, используемую для торможения самолета на пробеге.

Исходя из тех процессов, которые протекают в различных узлах реактивного двигателя можно сказать, что сила тяги ТРД представляет собой равнодействующую всех сил воздействующего воздушного и газового потоков на внешние и внутренниеповерхности двигателя. Это воздействие складывается из давления и трения.

. Величина тяги ТРД определяется по формуле:

P = [( G + Gт) c5 /g - G c0 /g ] + ( p5 - ph ) F5

где: - G – секундный весовой расход воздуха через двигатель;

- Gт секундный весовой расход топлива

- c5 и p5 –скорость и давление газа в сечении за реактивным соплом, где

воздушная струя имеет цилиндрическую форму и еще не успела перемешаться с воздухом атмосферы.

- c0 -скорость воздушного потока перед входом в двигатель.

- ph – атмосферное давление воздуха.

- F5 – площадь газовой струи в сечении 5-5.

Показателями основных параметров двигателя являются:

Удельная тяга Руд – тяга, получаемая с 1кг воздуха проходящего через двигатель за 1 сек. Она характеризует размеры и вес двигателя. Чем больше удельная тяга, тем меньше при данной общей тяге размеры и вес двигателя. Для современных ТРД Руд составляет 55-65 кг сек/ кг возд.

Тяговая мощность – показатель мощности двигателя в зависимости от скорости полета.

N= P c0 /75

Удельный расход топлива Суд – показатель экономичности двигателя, указывающий какое количество топлива надо израсходовать для того, чтобы получить 1кг тяги.

Чем меньше величина Суд тем экономичнее двигатель.

Кроме перечисленных выше параметров характеризующих ТРД еще есть такие показатели как: термический КПД; тяговый КПД; полный КПД; удельный вес двигателя, удельная лобовая тяга и другие.

Как у поршневых, так и у ТРД имеются характерные эксплуатационные режимы работы

Максимальный (взлетный) – соответствующий максимально допустимому числу оборотов и наибольшей тяге двигателя. Поскольку режим является напряженным, то время работы на нем ограничивается 5-10 минутами.

Номинальный – при работе на этом режиме обороты на 3-4% меньше максимальных, а тяга 10% меньше максимальной тяги. Время непрерывной работы на нем, как правило, ограничено.

Крейсерский (эксплуатационный) - соответствует числу оборотов на 10% меньше максимальных и тяге равной 75-80% от максимальной. Такой режим еще называют Максимально крейсерским или режимом максимальной дальности.

Если тяга составляет 50-60% от максимальной тяги, то такой режим называют Минимально крейсерским или режимом максимальной продолжительности.

Режим малого газа (оборотов холостого хода двигателя) – режим при котором двигатель имеет минимальное число оборотов, но работает устойчиво и при этом тяга его составляет только 3-5% от максимальной тяги. В некоторых случаях работа на этом режиме может ограничиваться по времени во избежание местного перегрева соплового аппарата или газовой турбины.

Турбовинтовые двигатели

Турбовинтовой двигатель (ТВД) это — газотурбинный двигатель, у которого турбина развивает мощность большую, чем мощность, необходимая для вращения компрессора и передает эту избыточную мощность на воздушный винт.

Если в ТРД энергия газов, поступающих на колесо турбины используется не полностью, а только та ее часть, которая необходима для вращения компрессора, а остальная, большая часть, реализуется в виде энергии струи истекающих газов, то в ТВД энергия газов поступающих на колесо турбины большей частью используется для вращение компрессора и воздушного винта, а меньшая реализуется в виде реактивной струи.

Конструктивно ТВД имеет в основном те же узлы с теми же функциями, что у ТРД: входное устройство, компрессор, диффузор, камеру сгорания, сопловой аппарат, газовую турбину и удлинительную трубу для вывода газов за пределы конструкции ВС и реактивное сопло.

Форсажная камера у ТВД отсутствует. По большому счету и в реактивном сопле у ТВД нет необходимости, так как на газовой турбине реактивные газы почти полностью расширяются и почти полностью теряют всю свою кинетическую энергию.

Среди ТВД, используемых на самолетах и на вертолетах имеются, существенные конструктивные различия, связанные с отбором мощности от турбины и передачи ее на воздушный винт.

Самолетные ТВД это двигатели с жестким приводом редуктора, установленного на переднем продолжении вала ротора двигателя (перед компрессором), снижающем обороты до заданных и передающем крутящий момент на воздушный винт с изменяемым шагом

Вертолетные ТВД являются двигателями с так называемой “ свободной турбиной” (точнее говоря – с отдельной автономной турбиной воздушного винта), которая не связана с ротором двигателя, а является автономным узлом, использующим остаток энергии газов истекающих из камеры сгорания, после прохождения ими соплового аппарата и газовой турбины ротора двигателя. Между турбиной ротора двигателя и “свободной турбиной воздушного винта” существует только газодинамическая связь. “Свободная турбина” жестко сидит на валу, передающему крутящий момент на редуктор воздушного винта, находящемуся сзади двигателя.

Так как тяга ТВД состоит из тяги образуемой воздушными винтами и тяги от истекающих реактивных газов, то формула тяги ТВД будет иметь следующий вид:

Р = Рв+ Рр

Тяга, развиваемая воздушным винтом равна

Рв = 75 Ne ή в / Со

Где: Ne -эффективная мощность двигателя

ή в -КПД винта

Со -скорость полета

Реактивная тяга Рр = Gв (c 4– c0) /g

Gв –секундный расход топлива через двигатель

c 4 - скорость истечения газов через сечение выходного сопла

c0 - скорость воздушного потока на входе в двигатель

Полная тяга ТВД равна:

Р= 75 Ne ή в / Со + Gв ( c 4– c0) /g

Достоинством и преимуществом ТВД и двухконтурных ТРД над одноконтурными ТРД на относительно малых (до 1000- 1200км\час) скоростях полета являются:

- Высокая тяга, обусловленная тем, что отбрасываемый винтом ТВД воздушный поток имеет меньшую, чем реактивная струя ТРД скорость, но в него вовлекается большая масса воздуха. Так если уменьшить скорость отброса воздушного потока в два раза, то за счет одного и того же количества энергии можно увеличить его массу в четыре раза, что приведет к возрастанию тяги в два раз.

Это достоинство исчезает, по мере того как скорость полета приближается к скорости отбрасываемой винтом воздушной массы, в результате чего уменьшается КПД воздушного винта.

- Удельный расход топлива (количество топлива необходимое для создания 1кг тяги) на взлетном режиме у ТВД примерно в 4 раза меньше чем у ТРД. Кроме того, он уменьшается с увеличением высоты и скорости полета в большей мере, чем это происходит у одноконтурных ТРД.

megalektsii.ru

Реферат: Расчет авиационного поршневого двигателя. Авиационные поршневые двигатели реферат

Конструкция основных элементов авиационного поршневого ДВС » Привет Студент!

Реферат - Расчет авиационного поршневого двигателя

Реферат - Роторно-поршневые двигатели - Транспорт

Авиационные двигатели их классификация и краткие характеристики — МегаЛекции

Смотрите также