Động cơ piston máy bay: tổng quan, thiết bị và đặc điểm

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Trong một thời gian dài, từ cuối thế kỷ 19 đến giữa thế kỷ 20, động cơ máy bay piston vẫn là động cơ duy nhất cung cấp các chuyến bay cho máy bay. Và chỉ đến những năm bốn mươi của thế kỷ trước, ông mới nhường chỗ cho động cơ có nguyên lý hoạt động khác - tuốc bin phản lực. Nhưng bất chấp thực tế là động cơ piston đã mất vị trí, chúng vẫn không biến mất khỏi hiện trường.

Ứng dụng hiện đại cho động cơ pittông

Hiện tại, động cơ piston hàng không được sử dụng chủ yếu trong máy bay thể thao, cũng như máy bay nhỏ được sản xuất theo đơn đặt hàng. Một trong những lý do chính mà động cơ loại này được sử dụng rất ít là tỷ lệ giữa công suất đơn vị trên khối lượng đơn vị của động cơ piston nhỏ hơn đáng kể so với tuabin khí. Về tốc độ, động cơ piston không thể cạnh tranh với các động cơ khác được sử dụng trong ngành công nghiệp máy bay. Hơn nữa, hiệu quả của chúng không vượt quá 30%.

Các loại động cơ máy bay piston

Piston động cơ máy bay khác nhau chủ yếu ở thứ tự của các xi lanh liên quan đến trục khuỷu. Kết quả là, có một số lượng khá lớn các loại động cơ piston khác nhau. Được sử dụng rộng rãi nhất là những thứ sau:

• Động cơ hình chữ V;
• động cơ hướng tâm pittông trong đó các xi lanh được sắp xếp theo hình sao;
• động cơ boxer, xi lanh thẳng hàng.

V-động cơ

Chúng là loại động cơ đốt trong nổi tiếng và được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp máy bay và không chỉ. Tên của chúng gắn liền với sự sắp xếp đặc trưng của các xi lanh liên quan đến trục khuỷu. Đồng thời, họ có một mức độ nghiêng khác nhau trong mối quan hệ với nhau. Nó có thể dao động từ 10 đến 120 độ. Những động cơ như vậy hoạt động theo nguyên tắc giống như các động cơ đốt trong khác.

Ưu điểm của động cơ có bố trí xi-lanh hình chữ V bao gồm độ nhỏ gọn tương đối trong khi vẫn duy trì hiệu suất công suất, cũng như khả năng đạt được mô-men xoắn khá. Thiết kế cho phép đạt được gia tốc trục đáng kể do quán tính tạo ra trong quá trình vận hành cao hơn nhiều so với các loại động cơ đốt trong khác. So với các loại khác, chúng có đặc điểm là chiều cao nhỏ nhất vàchiều dài.

Động cơ loại này có độ cứng của trục khuỷu cao. Điều này mang lại độ bền kết cấu cao hơn, giúp tăng tuổi thọ của toàn bộ động cơ. Các tần số hoạt động của các động cơ như vậy khác nhau trong phạm vi lớn. Điều này cho phép bạn nhanh chóng lấy lại động lực cũng như làm việc ổn định ở các chế độ giới hạn.

Nhược điểm của động cơ máy bay piston với động cơ chữ V bao gồm sự phức tạp trong thiết kế của chúng. Do đó, chúng đắt hơn nhiều so với các loại khác. Hơn nữa, chúng khác nhau về chiều rộng khá lớn của động cơ. Ngoài ra, động cơ hình chữ V có đặc điểm là mức độ rung động cao, khó giữ thăng bằng. Điều này dẫn đến thực tế là cần phải cân đặc biệt các bộ phận khác nhau của chúng.

Động cơ piston hướng tâm máy bay

Hiện tại, động cơ piston hướng tâm một lần nữa được yêu cầu trong ngành hàng không. Chúng được sử dụng tích cực trong các mô hình máy bay thể thao hoặc trong các mô hình được sản xuất theo đơn đặt hàng. Tất cả chúng đều có kích thước nhỏ. Thiết bị của động cơ piston hàng không thuộc loại hướng tâm, không giống như các động cơ khác, nằm ở chỗ các xi lanh của nó được đặt xung quanh trục khuỷu ở các góc bằng nhau, giống như các tia hướng tâm (dấu hoa thị). Điều này đã đặt cho anh ta cái tên - hình ngôi sao. Những động cơ như vậy được trang bị một hệ thống xả phân kỳ theo chùm hướng tâm. Hơn nữa, một động cơ loại này có thể có nhiều sao - khoang. Điều này có thể xảy ra do trục khuỷu được tăng chiều dài. Theo quy luật, động cơ hướng tâm được chế tạo với số lượng xi lanh lẻ. Điều này cho phép một tia lửa được áp dụng cho xi lanh thông quamột. Nhưng họ cũng chế tạo động cơ hướng tâm với số lượng xi lanh chẵn, nhưng số lượng của chúng phải nhiều hơn hai.

Nhược điểm lớn nhất của động cơ hướng tâm là khả năng dầu thâm nhập vào các xi-lanh bên dưới của động cơ khi máy bay đang đậu. Sự cố này khá thường xuyên dẫn đến hiện tượng búa nước tức thời dẫn đến hỏng toàn bộ cơ cấu tay quay. Để ngăn ngừa những vấn đề như vậy trước khi khởi động động cơ, cần phải kiểm tra liên tục tình trạng của các xi lanh dưới để đảm bảo rằng không có dầu xâm nhập vào chúng.

Ưu điểm của động cơ hướng tâm bao gồm kích thước nhỏ, dễ vận hành và công suất khá. Thông thường chúng được lắp trên máy bay mô hình thể thao.

Động cơ Piston Máy bay Đối lập

Hiện tại, động cơ máy bay võ sĩ đang bắt đầu tái sinh. Do có kích thước nhỏ và trọng lượng tương đối nhẹ nên chúng được xếp vào loại máy bay thể thao hạng nhẹ. Chúng có thể phát triển đủ sức mạnh và cung cấp tốc độ rất cao.

Động cơ Boxer có một số kiểu thiết kế:

1. Động cơ chế tạo theo phương pháp "võ sĩ" (Subaru). Trong các động cơ như vậy, các piston của xi lanh nằm đối diện nhau chuyển động đều nhau. Điều này dẫn đến một ở trung tâm chết trên cùng và một ở trung tâm chết dưới cùng trong mỗi chu kỳ.

2. động cơ,được trang bị một thiết bị OROS (Xi lanh đối kháng Piston). Trong các động cơ như vậy, các xi lanh được đặt nằm ngang so với trục khuỷu. Mỗi trong số chúng chứa hai pít-tông, chúng di chuyển về phía nhau trong quá trình hoạt động. Pít-tông ở xa được nối với trục khuỷu bằng một thanh nối đặc biệt.

3. Một động cơ được chế tạo trên cơ sở nguyên lý được áp dụng trong động cơ 5TDF của Liên Xô. Trong một sản phẩm như vậy, các piston chuyển động về phía nhau, làm việc theo cặp trong mỗi xi lanh riêng lẻ. Khi cả hai piston đến tâm điểm chết trên, nhiên liệu sẽ được bơm vào giữa chúng. Loại động cơ này có thể hoạt động trên nhiều loại nhiên liệu khác nhau, từ dầu hỏa đến xăng. Để tăng sức mạnh cho động cơ boxer, chúng được cung cấp một bộ tăng áp.

Ưu điểm chính của động cơ boxer là sự nhỏ gọn, kích thước nhỏ. Chúng có thể được sử dụng trên máy bay rất nhỏ. Sức mạnh của họ khá cao. Chúng ngày càng được sử dụng nhiều trong máy bay thể thao.

Nhược điểm chính là tiêu hao nhiều nhiên liệu và đặc biệt là dầu máy. So với các loại động cơ khác, động cơ boxer tiêu thụ nhiên liệu và chất bôi trơn nhiều gấp đôi. Họ yêu cầu thay dầu liên tục.

Động cơ máy bay hiện đại

Động cơ máy bay piston hiện đại là hệ thống rất phức tạp. Chúng được trang bị các đơn vị và tổ hợp hiện đại. Công việc của họ được cung cấp và điều khiển bởi các hệ thống và thiết bị hiện đại. Do ứng dụngcông nghệ tiên tiến, đặc tính trọng lượng của động cơ giảm đáng kể. Công suất của chúng đã tăng lên, góp phần vào việc chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không động cơ nhẹ và thể thao.

Dầu hàng không

Dầu trong động cơ máy bay pittông hoạt động trong những điều kiện khá khó khăn. Đây là nhiệt độ cao trong các khu vực của vòng piston, trên các bộ phận bên trong của piston, trên van và các thành phần khác. Vì vậy, để đảm bảo động cơ hoạt động chất lượng cao trong điều kiện nhiệt độ, áp suất, tải trọng đáng kể, họ sử dụng dầu có độ nhớt cao, được làm sạch đặc biệt. Chúng phải có độ bôi trơn cao, vẫn trung tính với kim loại và các vật liệu cấu tạo khác của động cơ. Dầu hàng không dùng cho động cơ piston phải có khả năng chống oxi hóa khi gặp nhiệt độ cao, không bị mất đặc tính trong quá trình bảo quản.

Động cơ máy bay piston nội địa

Lịch sử sản xuất động cơ piston ở Nga bắt đầu từ năm 1910. Sản xuất hàng loạt bắt đầu trong Chiến tranh thế giới thứ nhất. Ở Liên Xô, động cơ máy bay piston của Liên Xô theo thiết kế của riêng họ bắt đầu được tạo ra vào năm 1922. Với tốc độ phát triển của sản xuất công nghiệp, trong đó có hàng không, nước này bắt đầu sản xuất hàng loạt động cơ piston của 4 nhà sản xuất. Đây là động cơ của V. Klimov, A. Shvetsov, nhà máy số 29, A. Mikulin.

Sau chiến tranh, quá trình hiện đại hóa hàng không của Liên Xô bắt đầu. Động cơ máy bay cho máy bay mới được thiết kế và chế tạo. Phản ứngchế tạo máy bay. Năm 1947, tất cả các máy bay quân sự hoạt động ở tốc độ cao đều chuyển sang sử dụng động cơ phản lực. Động cơ máy bay piston chỉ được sử dụng trên máy bay huấn luyện, thể thao, vận tải hành khách và quân sự.

Động cơ máy bay piston lớn nhất

Động cơ máy bay piston mạnh mẽ nhất được tạo ra ở Hoa Kỳ vào năm 1943. Nó được gọi là Lycoming XR-7755. Đó là một động cơ ba mươi sáu xi-lanh. Thể tích làm việc của nó là 127 lít. Anh ta đã có thể phát triển một sức mạnh 5000 mã lực. Được thiết kế cho máy bay Convair B-36. Tuy nhiên, loạt phim đã không đi. Đã được tạo thành hai bản sao, làm nguyên mẫu.