Запуск авиационного поршневого двигателя

Поршневой авиационный двигатель.

Работа радиального поршневого двигателя.

Сегодня начинаем серию статей о конкретных типах авиационных двигателей. Первый движок, который удостоится нашего внимания – это поршневой авиационный двигатель. Он имеет полное право быть первым, потому что он – ровесник современной авиации. Один из первых самолетов, поднявшихся в воздух был Флайер-1 братьев Райт (я думаю вы читали об этом здесь :-)). И на нем стоял поршневой двигатель авторской разработки, работавший на бензине.

Долгое время этот тип движка оставался единственным, и только в 40-е годы 20-го века началось внедрение двигателя совсем иного принципа действия. Это был турбореактивный двигатель. Из-за чего это произошло читайте тут. Однако поршневой движок, хоть и утратил свои позиции, но со сцены не сошел, и теперь в связи с достаточно интенсивным развитием так называемой малой авиации (или же авиации общего назначения) он просто получил второе рождение. Что же из себя представляет авиационный поршневой двигатель?

Работа двигателя внутреннего сгорания (тот же рядный поршневой двигатель).

Как всегда :-)… В принципиальном плане ничего сложного ( ТРД значительно сложнее :-)). По сути дела – это обычный двигатель внутреннего сгорания ( ДВС ), такой же, как на наших с вами автомобилях. Кто забыл, что такое ДВС, в двух словах напомню. Это, попросту говоря, полый цилиндр, в который вставлен цилиндр сплошной, меньший по высоте (это и есть поршень). В пространство над поршнем в нужный момент подается смесь из топлива (обычно это бензин) и воздуха. Эта смесь воспламеняется от искры (от специальной электрической свечи) и сгорает. Добавлю, что воспламенение может происходить и без искры, в результате сжатия. Так работает всем известный дизельный двигатель . В результате сгорания получаются газы высокого давления и температуры, которые давят на поршень и заставляют его двигаться. Вот это самое движение и есть суть всего вопроса. Далее оно передается через специальные механизмы в нужное нам место. Если это автомобиль, значит на его колеса, а если это самолет, то на его воздушный винт. Таких цилиндров может быть несколько, точнее даже много :-). От 4-х до 24-х. Такое количество цилиндров обеспечивает достаточную мощность и устойчивость работы двигателя.

Еще одна схема работы одного ряда цилиндров.

Конечно авиационный поршневой двигатель только принципиально похож на обычный ДВС. На самом деле здесь обязательно присутствует авиационная специфика. Двигатель самолета выполнен из более совершенных и качественных материалов, более надежен. При той же массе, он значительно мощнее автомобильного. Обычно может работать в перевернутом положении, ведь для самолета (особенно истребителя или спортивного) пилотаж – обычное дело, а автомобилю это, естественно, не нужно.

Двигатель М-17, поршневой, рядный, V-образный. Устанавливался на самолеты ТБ-3 (конец30-хгодов 20 в.)

Двигатель М-17 на крыле ТБ-3.

Поршневые двигатели могут различаться как по количеству цилиндров, так и по их расположению. Бывают рядные двигатели (цилиндры в ряд) и радиальные ( звездообразные ). Рядные двигатели могут быть однорядные, двухрядные, V-образные и т.д. В звездообразных цилиндры расположены по окружности (в виде звезды) и бывает их обычно от пяти до девяти (в ряду). Эти двигатели, кстати, тоже могут быть многорядными, когда цилиндры блоками стоят друг за другом. Рядные двигатели обычно имеют жидкостное охлаждение (как в автомашине :-), они и по виду больше похожи на автомобильные), а радиальные – воздушное. Они обдуваются набегающим потоком воздуха и цилиндры, как правило, имеют ребра для лучшего теплосъема.

Двигатель АШ-82, радиальный, двухрядный. Устанавливался на самолеты ЛА-5, ПЕ-2.

Самолет ЛА-5 с двигателем АШ-82.

Авиационные поршневые двигатели часто имеют такую особенность, как высотность. То есть с увеличением высоты, когда плотность и давление воздуха падают, они могут работать без потери мощности. Подвод топливно-воздушной смеси может осуществляться двумя способами. Здесь полная аналогия с автомашиной. Либо смесь готовится в специальном агрегате, называемом карбюратором и потом подается в цилиндры (карбюраторные двигатели), либо топливо непосредственно впрыскивается в каждый цилиндр в соответствии с количеством поступающего туда же воздуха. На автомобилях такого типа двигатели часто обзывают «инжекторными».

Современный поршневой радиальный двигатель ROTEC R2800.

Более мощный R3600 (большее количество цилиндров).

В отличие от обычного автомобильного ДВС, для самолетного поршневого движка не нужны громоздкие (ну и, естественно, тяжелые :-)) передаточные механизмы от поршней к колесам. Все эти оси, мосты, шестерни. Для самолета ведь вес очень важен. Здесь движение от поршня сразу через шатун передается на главный коленчатый вал, а на нем уже стоит вторая важная часть самолета с поршневым двигателем – воздушный винт . Винт – это, так сказать, самостоятельная (и очень важная) единица. В нашем случае он является «движителем» самолета, и от его корректной работы зависит качество полета. Винт – это не часть двигателя, но работают они в тесном сотрудничестве :-). Винт всегда подбирается или проектируется и рассчитывается под конкретный двигатель, либо же они создаются одновременно, так сказать комплектом :-).

Радиальный двигатель М-14П. Устанавливается на спортивные СУ-26, ЯК-55.

СУ-26 с двигателем М-14П.

Принцип работы винта – это достаточно серьезный ( и не менее интересный :-)) вопрос, поэтому я решил выделить его в отдельную статью, а сейчас пока вернемся к «железу».

Читайте также:  Схема работы четырехтактного двигателя анимация

Я уже говорил, что сейчас поршневой авиационный двигатель опять «набирает обороты». Правда состав авиации использующей эти двигатели теперь другой. Соответственно изменился и состав применяемых двигателей. Тяжелые и громоздкие рядные движки практически отошли в прошлое. Современный поршневой двигатель (чаще всего) – радиальный с количеством цилиндров 7-9, с хорошей топливной автоматикой с электронным управлением. Один из типичных представителей этого класса, например, двигатель ROTEC 2800 для легких самолетов, создан и производится в Австралии (между прочим выходцами из России :-)). Однако о рядных двигателях тоже не забывают. Таков, например, ROTAX-912. Так же хорошо известен двигатель отечественного производства М-14П, который устанавливается на спортивные самолеты ЯК-55 и СУ-26.

Двигатель Rotax-912, рядный. Устанавливается на легкие спортивные самолеты Sports-Star Max

Спортивный самолет Sport-Star Max c двигателем Rotax-912.

Существует практика применения дизельных двигателей ( как разновидность поршневых) в авиации, еще со времен войны. Однако широко этот двигатель пока не применяется из-за существующих проблем в разработке, в частности в области надежности. Но работы все равно ведутся, особенно в свете грядущего дефицита нефтепродуктов.

Поршневой авиационный двигатель вообще еще рано списывать со счетов :-). Ведь, как известно, новое – это хорошо забытое старое… Время покажет…

Источник

Как запустить авиационный двигатель

На некоторых спортивных вертолётах, на которых стоят поршневые двигатели от автомобилей, двигатель запускается привычным для всех поворотом ключа. Но в этой статье речь пойдёт не о них.

На вертолётах с газотурбинными двигателями, точнее, на современных вертолётах, которые возят грузы тяжелее задницы пилотов и пассажиров, (фраза противоречивая, но это моё личное мнение, я, правда, на игрушках с ременной передачей не летал. ) рототор двигателя весит сотни килограмм, и этот груз необходимо раскручивать до 10000 оборотов в минуту.

На вертолётах все манипуляции по запуску двигателей занимают несколько минут. Которые включают запуск: систем электроснабжения, противопожарной, топливной системы и системы запуска двигателей. Эти системы обеспечивают работу и запуск двигателей.

Все манипуляции по подготовке к запуску и на запуске выполняет, как правило, бортовой техник, кроме вертолётов, где место есть только для пилотов, там уже приходится работать лётчикам.

На всякий случай всегда прошу бортовых техников научить запуску двигателей на деле. В военной авиации бывает всякое.

Про манипуляции, которые производит техник для запуска я рассказывать не хочу, расскажу про сам принцип раскрутки.

На старых двигателях они раскручивались электродвигателями через шестерни. На новых всё немного по-другому.

На вертолётах стоит маленький двигатель, который нужен для нагнетания воздуха. Воздух от него подаётся на маленькую турбину, которая уже вращает шестерные передачи основных двигателей. Так работают электрические и воздушные стартеры вертолётных двигателей.

Если интересены манипуляции для запуска, то пишите в комментариях напишу статью.

Источник

Как запускается двигатель самолета? Рассказывает пилот самолета.

Реактивный двигатель — это очень интересная вещь, а запуск его необычен. Попробую как можно короче и проще объяснить вам что там, да как.

Если посмотреть на разрез турбины, то мы увидим, что внутренности у нас состоят только лишь из камеры сгорания, компрессоров и самого вентилятора, именно его вы и видите на фото сверху. Т.е. подразумевается, что все это дело должно вращаться воедино. И да, оно на самом деле так и есть, но только когда двигатель запущен.

Как все это заставить начать вращаться?

Да-да, это и является самым сложным моментом. Турбина способна сама поддерживать свое вращение. Пламя будет гореть само в камере сгорания, соответственно, и лопатки вращаться. Нужно только топлива не забывать подавать.

Но изначально вентилятор не вращается, поэтому и двигатель не может начать работать. Какого-либо дополнительного двигателя для раскрутки тут тоже нет. Как тогда все это дело запускается?

Да очень просто!

Для этого используется вспомогательная силовая установка — ВСУ. Это третий, очень похожий, реактивный двигатель в самолете. Только размер его гораздо меньше. Он сам запускается от электрического привода. А свои обороты поддерживает самостоятельно, после раскрутки. Жжет керосин, конечно же.

Но ВСУ — очень маленький двигатель, поэтому и раскрутить его просто. Наши же под крыльями — огромны, и раскручивать их очень тяжело. Именно поэтому была придумана система, которая отбирает часть воздуха от ВСУ и под большим давлением «выдувает» его на турбины. От этого напора лопатки начинают раскручиваться.

В момент, когда вращение становится достаточно быстрым, подаются искра и топливо в основной двигатель. Тем самым он начинает работать уже самостоятельно. Чуть позже отключают отбор воздуха и двигатель начинает работу сам, без поддержки.

Если вам понравилась статья — подписывайтесь на мой канал и ставьте палец вверх, мне всегда очень приятно!

Приятного вам дня 🙂

Еще пара интересных статей:


Источник

Запуск авиационного двигателя — Aircraft engine starting

С тех пор, как братья Райт совершили свой первый полет с двигателем в 1903 году, использовалось множество вариантов запуска авиационных двигателей . Используемые методы были разработаны с учетом экономии веса, простоты эксплуатации и надежности. Ранние поршневые двигатели запускались вручную, в период между войнами разрабатывались системы ручного запуска, электрические и картриджные системы для более крупных двигателей.

Газотурбинные авиационные двигатели , такие как сопловые , турбовальными и турбовентиляторных часто используют воздух / пневматические пуска, с использованием воздуха , отбираемого от встроенного в вспомогательных силовых установок (ВСУ) или внешних воздушных компрессоров в настоящее время рассматривается в качестве общего способа запуска. Часто требуется запустить только один двигатель с помощью APU (или удаленного компрессора). После запуска первого двигателя с использованием отбираемого воздуха от ВСУ, перекрестный отвод воздуха из работающего двигателя можно использовать для запуска оставшегося (-ых) двигателя (-ов).

Читайте также:  Какое масло лучше заливать в двигатель приора 16 клапанов в зимнее время

Содержание

Поршневые двигатели

Ручной запуск / раскачивание винта

Ручной запуск поршневых двигателей самолетов путем поворота винта — самый старый и простой метод, отсутствие какой-либо бортовой системы запуска дает заметную экономию веса. Позиционирование гребного винта относительно коленчатого вала выполнено таким образом, что поршни двигателя проходят через верхнюю мертвую точку во время хода качания.

Поскольку система зажигания обычно устроена так, чтобы производить искры перед верхней мертвой точкой, существует риск того, что двигатель отскочит назад во время ручного запуска, чтобы избежать этой проблемы, один из двух магнето, используемых в типичной системе зажигания авиационного двигателя, оснащен импульсным сцепление ‘, это подпружиненное устройство задерживает искру до верхней мертвой точки, а также увеличивает скорость вращения магнето для создания более сильной искры. Когда двигатель запускается, импульсная муфта больше не работает, и включается второй магнето. По мере увеличения мощности авиационных двигателей (в межвоенный период) раскачивание пропеллера для одного человека становилось физически затруднительным, наземный персонал брался за руки и объединялся в команду или использовал брезентовый носок, надеваемый на одну лопасть воздушного винта, причем носок имел длина троса, прикрепленного к концу гребного винта. Обратите внимание, что это отличается от ручного «переворачивания» радиально-поршневого двигателя, который выполняется для выпуска масла, которое застряло в нижних цилиндрах перед запуском, чтобы избежать повреждения двигателя. Оба кажутся похожими, но в то время как ручной запуск включает резкое, сильное «рывок» винта для запуска двигателя, переворачивание просто выполняется поворотом винта на определенную заданную величину.

Несчастные случаи произошли во время запуска двигателя одиноким пилотом, высоких настроек дроссельной заслонки, не задействованных тормозов или использования противооткатных упоров, в результате чего самолет тронулся с места без управления пилотом. «Заведение двигателя» при включении зажигания и переключателях, случайно оставленных «включенными», также может привести к травмам, поскольку двигатель может неожиданно запуститься при возгорании свечи зажигания. Если переключатель находится не в исходном положении, искра возникнет до того, как поршень коснется верхней мертвой точки, что может привести к резкому отскоку гребного винта.

Хакс стартер

Стартер Hucks (изобретенный Бентфилдом Хаксом во время Первой мировой войны) представляет собой механическую замену наземной команде. Основанное на шасси транспортного средства, устройство использует ведомый вал сцепления для вращения гребного винта, расцепляясь при запуске двигателя. Стартер Hucks регулярно используется в коллекции Shuttleworth для самолетов стартового периода.

Потяните шнур

Самоподдерживающиеся моторные планеры (часто известные как «турбины») оснащены небольшими двухтактными двигателями без системы запуска, для наземных испытаний шнур наматывается на выступ гребного винта и быстро вытягивается вместе с работающими клапанами декомпрессора . Эти двигатели запускаются в полете с помощью декомпрессора и увеличения воздушной скорости для вращения винта. Ранние варианты моторного планера Slingsby Falke используют систему запуска от вытяжки, установленную в кабине.

Электростартер

Самолеты стали оснащаться электрическими системами около 1930, питание от батареи и небольшой ветряной генератор . Системы изначально были недостаточно мощными, чтобы приводить в действие стартерные двигатели. Внедрение моторных генераторов решило проблему.

Внедрение электростартерных двигателей для авиационных двигателей повысило удобство за счет увеличения веса и сложности. Они были необходимостью для летающих лодок с высоко установленными, недоступными двигателями. Стартер, работающий от бортовой аккумуляторной батареи, заземляющего источника питания или и того, и другого, приводится в действие ключом или переключателем в кабине. Ключевая система обычно облегчает переключение магнето.

В холодных условиях трение, вызванное вязким моторным маслом, вызывает большую нагрузку на систему запуска. Другой проблемой является нежелание топлива испаряться и сгорать при низких температурах. Были разработаны системы разбавления масла (смешивание топлива с моторным маслом) и использовались предпусковые подогреватели двигателя (включая разжигание пожаров под двигателем). Система подкачивающего насоса Ki-Gass использовалась для запуска британских двигателей.

Самолеты, оснащенные воздушными винтами с регулируемым шагом или с постоянной скоростью , запускаются с малым шагом, чтобы уменьшить воздушные нагрузки и ток в цепи стартера.

Многие легкие самолеты оснащены сигнальной лампой включения стартера в кабине, что является обязательным требованием летной годности для защиты от риска того, что стартер не отключится от двигателя.

Коффман стартер

Стартер Коффмана представлял собой устройство, приводимое в действие патроном взрывчатого вещества, горючие газы работали либо непосредственно в цилиндрах для вращения двигателя, либо через редукторный привод. Впервые представленный на дизельном двигателе Junkers Jumo 205 в 1936 году, стартер Coffman не получил широкого распространения среди гражданских операторов из-за высокой стоимости патронов.

Пневматический стартер

В 1920 году Рой Федден разработал систему запуска газового поршневого двигателя, которая использовалась в двигателе Bristol Jupiter к 1922 году. Система, используемая в ранних двигателях Rolls-Royce Kestrel, направляла воздух высокого давления от наземного блока через распределитель с приводом от распределительного вала к распределителю. цилиндров через обратные клапаны , система имела недостатки, которые удалось преодолеть путем перехода на электрический запуск.

Запуск в полете

Когда поршневой двигатель необходимо запустить в полете, можно использовать электрический стартер. Это нормальная процедура для моторных планеров , которые взлетали с выключенным двигателем. Во время фигур высшего пилотажа на более ранних типах самолетов нередко возникало отключение двигателя во время маневров из-за конструкции карбюратора . Если электростартер не установлен, двигатели можно перезапустить путем пикирования самолета, чтобы увеличить скорость полета и скорость вращения винта «мельницы».

Инерционный стартер

В инерционном стартере авиационного двигателя используется предварительно повернутый маховик для передачи кинетической энергии на коленчатый вал, обычно через редукторы и муфту для предотвращения условий чрезмерного крутящего момента. Были использованы три варианта: ручной, электрический и их комбинация. Когда маховик полностью находится под напряжением, либо вытягивается ручной трос, либо используется соленоид для включения стартера.

Читайте также:  Плавают обороты и вибрация двигателя ваз

Газотурбинные двигатели

Запуск газотурбинного двигателя требует вращения компрессора до скорости, обеспечивающей подачу сжатого воздуха в камеры сгорания . Система запуска должна преодолевать инерцию компрессора и фрикционные нагрузки, система остается в работе после начала сгорания и отключается, когда двигатель достигает скорости вращения на холостом ходу.

Электростартер

Могут использоваться два типа электрического стартера: двигатель с прямым запуском (для отключения в качестве двигателей внутреннего сгорания) и система стартер-генератор (с постоянным включением).

Гидравлический стартер

Небольшие газотурбинные двигатели, в частности турбовальные двигатели, используемые в вертолетах и турбореактивных двигателях крылатых ракет, могут запускаться редукторным гидравлическим двигателем с использованием давления масла из наземного источника питания.

Воздушный старт

В системах с воздушным запуском золотники компрессора газотурбинного двигателя вращаются под действием большого объема сжатого воздуха, действующего непосредственно на лопатки компрессора или приводящего двигатель в движение через небольшой турбинный двигатель с редуктором . Эти двигатели могут весить до 75% меньше, чем эквивалентная электрическая система.

Сжатый воздух может подаваться от бортовой вспомогательной силовой установки (ВСУ), переносного газогенератора, используемого наземным экипажем, или путем поперечной подачи отбираемого воздуха от работающего двигателя в случае многомоторного самолета.

Turbomeca Palouste газового генератор был использован для запуска Спейте двигатели на Blackburn Buccaneer . Де Хэвилленд Sea Vixen был оснащен своей собственной Palouste в съемном контейнере подкрыльевого для облегчения запуска вдали от базы. Другие типы военных самолетов, использующие сжатый воздух для запуска с земли, включают Lockheed F-104 Starfighter и варианты F-4 Phantom с турбореактивным двигателем General Electric J79 .

Стартеры горения

AVPIN стартер

В версиях турбореактивного двигателя Rolls-Royce Avon использовался стартер турбины с редуктором, который сжигал изопропилнитрат в качестве топлива. На военной службе это монотопливо имело обозначение НАТО S-746 AVPIN. Для запуска отмеренное количество топлива вводилось в камеру сгорания стартера, затем зажигалось электрически, горячие газы вращали турбину на высоких оборотах, а выхлопные газы выходили за борт.

Картридж стартера

Подобный по принципу действия стартеру Коффмана поршневого двигателя, патрон с взрывчатым веществом приводит в действие небольшой газотурбинный двигатель, который шестернями соединен с валом компрессора.

Стартер топливной / воздушной турбины (APU)

Разработанные для ближнемагистральных авиалайнеров, большинства гражданских и военных самолетов, которым требуются автономные стартовые системы, эти устройства известны под различными названиями, включая вспомогательную силовую установку (APU), стартер реактивного топлива (JFS), воздушный пусковой агрегат (ASU) или газотурбинный компрессор. (GTC). Состоящие из небольшой газовой турбины с электрическим запуском , эти устройства обеспечивают сжатый отбираемый воздух для запуска двигателя и часто также обеспечивают электрическую и гидравлическую энергию для наземных операций без необходимости запуска основных двигателей. В настоящее время блоки ASU используются в гражданской и военной наземной поддержке для обслуживания самолетов при запуске главного двигателя (MES) и пневматической поддержки отвода воздуха для охлаждения и нагрева системы экологического контроля (ECS).

Стартер двигателя внутреннего сгорания

Интересной особенностью всех трех немецких конструкций реактивных двигателей, которые производились до мая 1945 года: немецких моделей BMW 003 , Junkers Jumo 004 и Heinkel HeS 011 с турбореактивными двигателями с осевым потоком, была система стартера, которая состояла из двигателя Riedel мощностью 10 л.с. (7,5 кВт) плоский сдвоенный двухтактный двигатель с воздушным охлаждением, спрятанный во впускном отверстии и по сути служивший новаторским примером вспомогательной силовой установки (ВСУ) для запуска реактивного двигателя — для Jumo 004 отверстие в крайней носовой части впускного переключателя содержал D-образную ручную ручку, которая запускала поршневой двигатель, который, в свою очередь, вращал компрессор. В кольцевой заборник были установлены два небольших бака для смеси бензин / масло . В Lockheed SR-71 Blackbird в качестве стартера использовались две головки Buick Nailhead , которые были установлены на тележке. Позже стали использоваться двигатели большой блочной конструкции Chevy.

Перезапуск в полете

Газотурбинные двигатели могут быть отключены в полете, преднамеренно экипажем для экономии топлива или во время летных испытаний, или непреднамеренно из-за нехватки топлива или срыва пламени после остановки компрессора .

Достаточная воздушная скорость используется для «ветряной мельницы» компрессора, после чего включаются топливо и зажигание, бортовая вспомогательная силовая установка может использоваться на больших высотах, где плотность воздуха ниже.

Во время операции набора высоты Lockheed NF-104A реактивный двигатель был остановлен при наборе высоты 85 000 футов (26 000 м) и был запущен методом ветряной мельницы при спуске в более плотном воздухе.

Запуск импульсной струи

Импульсные реактивные двигатели — необычные силовые установки самолетов. Тем не менее, Argus As 014, который использовался для питания летающей бомбы V-1, и Fieseler Fi 103R Reichenberg был заметным исключением. В этой импульсной струе три воздушных сопла в передней части были подключены к внешнему источнику воздуха высокого давления, для запуска использовался бутан от внешнего источника, зажигание осуществлялось свечой зажигания, расположенной за системой заслонки, при этом на свечу подавалось электричество. питается от переносного пускового устройства.

Как только двигатель запустился и температура поднялась до минимального рабочего уровня, шланг для внешнего воздуха и соединители были сняты, а резонансная конструкция выхлопной трубы поддерживала работу импульсной струи. Каждый цикл или импульс двигателя начинался с открытыми заслонками; Топливо было впрыснуто за ними и воспламенилось, и в результате расширения газов закрылись заслонки. Когда после сгорания давление в двигателе упало, заслонки снова открылись, и цикл повторялся примерно от 40 до 45 раз в секунду. Система электрического зажигания использовалась только для запуска двигателя; нагрев обшивки выхлопной трубы поддерживал горение.

Источник

Adblock
detector