Lidmašīnas virzuļdzinējs: pārskats, ierīce un raksturlielumi

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Ilgu laiku, no 19. gadsimta beigām līdz 20. gadsimta vidum, virzuļlidmašīnu dzinējs palika vienīgais dzinējs, kas nodrošināja gaisa kuģu lidojumus. Un tikai pagājušā gadsimta četrdesmitajos gados viņš piekāpās dzinējiem ar citiem darbības principiem - turboreaktīvajam. Bet, neskatoties uz to, ka virzuļdzinēji ir zaudējuši savas pozīcijas, tie nav pazuduši no skatuves.

Mūsdienu lietojumprogrammas virzuļdzinējiem

Šobrīd aviācijas virzuļdzinēji tiek izmantoti galvenokārt sporta lidmašīnās, kā arī mazos lidaparātos, kas izgatavoti pēc pasūtījuma. Viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc šāda veida dzinēji tiek izmantoti ļoti maz, ir tas, ka virzuļdzinēja vienības jaudas un masas attiecība ir ievērojami mazāka, salīdzinot ar gāzturbīnām. Ātruma ziņā virzuļdzinēji nevar konkurēt ar citiem gaisa kuģu rūpniecībā izmantotajiem dzinējiem. Turklāt to efektivitāte nepārsniedz 30%.

Lidaparātu virzuļdzinēju veidi

Lidmašīnu virzuļdzinēji galvenokārt atšķiras ar cilindru secību attiecībā pret kloķvārpstu. Tā rezultātā ir diezgan liels skaits dažādu veidu virzuļdzinēju. Visplašāk izmantotie ir šādi:

• V formas dzinēji;
• virzuļvirziena radiālais dzinējs, kur cilindri ir izvietoti zvaigžņu veidā;
• bokserdzinējs, tā cilindri ir vienā rindā.

V-dzinēji

Tie ir slavenākie un lietotākie iekšdedzes dzinēju veidi gaisa kuģu nozarē un ne tikai. To nosaukums ir saistīts ar raksturīgo cilindru izvietojumu attiecībā pret kloķvārpstu. Tajā pašā laikā tiem ir atšķirīgs slīpuma līmenis vienam pret otru. Tas var svārstīties no 10 līdz 120 grādiem. Šādi motori darbojas pēc tādiem pašiem principiem kā citi iekšdedzes dzinēji.

Dzinēju ar V-veida cilindru izvietojumu priekšrocības ietver to relatīvo kompaktumu, vienlaikus saglabājot jaudas veiktspēju, kā arī spēju iegūt pienācīgu griezes momentu. Konstrukcija ļauj sasniegt ievērojamus vārpstas paātrinājumus, pateicoties tam, ka darbības laikā radītā inerce ir daudz lielāka nekā cita veida iekšdedzes dzinējiem. Salīdzinot ar citiem veidiem, tiem raksturīgs mazākais augstums ungarums.

Šā tipa motoriem ir augsta kloķvārpstas stingrība. Tas nodrošina lielāku konstrukcijas izturību, kas palielina visa dzinēja kalpošanas laiku. Šādu motoru darbības frekvences atšķiras lielos diapazonos. Tas ļauj ātri uzņemt apgriezienus, kā arī vienmērīgi strādāt ierobežotā režīmā.

Lidaparātu virzuļdzinēju ar V veida dzinēju trūkumi ietver to konstrukcijas sarežģītību. Tā rezultātā tie ir daudz dārgāki nekā citi veidi. Turklāt tie atšķiras ar diezgan lielu dzinēja platumu. Arī V-veida motoriem raksturīgs augsts vibrācijas līmenis, grūtības balansēt. Tas noved pie tā, ka ir nepieciešams īpaši nosvērt to dažādās daļas.

Lidmašīnas radiālais virzuļdzinējs

Šobrīd aviācijā atkal ir pieprasīti radiālie virzuļdzinēji. Tos aktīvi izmanto sporta lidmašīnu modeļos vai tajos, kas izgatavoti pēc pasūtījuma. Visi no tiem ir maza izmēra. Radiālā tipa aviācijas virzuļdzinēja ierīce atšķirībā no citiem motoriem slēpjas faktā, ka tā cilindri atrodas ap kloķvārpstu vienādos leņķos, piemēram, radiālie stari (zvaigznītes). Tas viņam deva vārdu - zvaigznes formas. Šādi motori ir aprīkoti ar izplūdes sistēmu, kas atšķiras radiālajās sijās. Turklāt šāda veida dzinējam var būt vairākas zvaigznes - nodalījumi. Tas ir iespējams, pateicoties tam, ka kloķvārpsta ir palielināta garumā. Parasti radiālie dzinēji tiek izgatavoti ar nepāra skaitu cilindru. Tas ļauj cilindram cauri uzlikt dzirksteliviens. Taču viņi ražo arī radiālos dzinējus ar pāra cilindru skaitu, taču to skaitam jābūt lielākam par diviem.

Lielākais radiālo dzinēju trūkums ir iespēja eļļai iekļūt dzinēja apakšējos cilindros, kad lidmašīna ir novietota stāvvietā. Šī problēma diezgan bieži noved pie momentāna ūdens āmura rašanās, kas noved pie visa kloķa mehānisma sabojāšanās. Lai novērstu šādas problēmas pirms dzinēja iedarbināšanas, ir nepieciešama pastāvīga apakšējo cilindru stāvokļa pārbaude, lai nodrošinātu, ka tajos nenokļūst eļļa.

Radiālo dzinēju priekšrocības ietver to mazo izmēru, vieglu darbību un pienācīgu jaudu. Parasti tos uzstāda uz sporta lidmašīnu modeļiem.

Pretstatā gaisa kuģa virzuļdzinējam

Šobrīd bokseru lidmašīnu dzinēji sāk piedzīvot savu atdzimšanu. Tā kā tie ir maza izmēra un salīdzinoši maza svara, tie tiek novietoti uz vieglajām sporta lidmašīnām. Tie spēj attīstīt pietiekamu jaudu un nodrošināt ļoti lielu ātrumu.

Boxer dzinējiem ir vairāku veidu konstrukcijas:

1. Motors izgatavots pēc "boksera" metodes (Subaru). Šādos dzinējos cilindru virzuļi, kas atrodas viens pret otru, pārvietojas vienādā attālumā. Tādējādi katrā ciklā viens atrodas augšējā mirušajā punktā, bet otrs - apakšā.

2. dzinēji,aprīkots ar OROS ierīci (Opposed Piston Opposed Cylinder). Šādos motoros cilindri atrodas horizontāli attiecībā pret kloķvārpstu. Katrā no tiem ir divi virzuļi, kas darbības laikā virzās viens pret otru. Tālākais virzulis ir savienots ar kloķvārpstu ar īpašu savienojošo stieni.

3. Dzinējs izgatavots, pamatojoties uz padomju 5TDF dzinējā izmantoto principu. Šādā izstrādājumā virzuļi virzās viens pret otru, strādājot pa pāriem katrā atsevišķā cilindrā. Kad abi virzuļi sasniedz augšējo miršanas punktu, starp tiem tiek iesmidzināta degviela. Šīs šķirnes dzinēji var darboties ar dažāda veida degvielu, sākot no petrolejas līdz benzīnam. Lai palielinātu bokserdzinēju jaudu, tie tiek piegādāti ar turbokompresoru.

Galvenā priekšrocība bokseru dzinējos ir kompaktums, mazi izmēri. Tos var izmantot ļoti mazās lidmašīnās. Viņu spēks ir diezgan augsts. Tagad tos arvien vairāk izmanto sporta lidmašīnās.

Galvenais trūkums ir liels degvielas un jo īpaši motoreļļas patēriņš. Salīdzinājumā ar cita veida dzinējiem bokserdzinēji patērē degvielu un smērvielas divreiz vairāk. Tiem nepieciešama pastāvīga eļļas maiņa.

Mūsdienu lidmašīnu dzinēji

Mūsdienu lidmašīnu virzuļdzinēji ir ļoti sarežģītas sistēmas. Tie ir aprīkoti ar modernām vienībām un mezgliem. Viņu darbu nodrošina un kontrolē mūsdienīgas sistēmas un ierīces. Sakarā ar pieteikumuprogresīva tehnoloģija, dzinējam raksturīgais svars ir ievērojami samazināts. To jaudas ir palielinājušās, kas veicina to plašo izmantošanu vieglo dzinēju un sporta aviācijā.

Aviācijas eļļas

Eļļa gaisa kuģu virzuļu dzinējos darbojas diezgan sarežģītos apstākļos. Tās ir augstas temperatūras virzuļu gredzenu zonās, virzuļu iekšējās daļās, vārstos un citās detaļās. Tāpēc, lai nodrošinātu kvalitatīvu motora darbību ievērojamas temperatūras, spiediena, slodzes apstākļos, tiek izmantotas augstas viskozitātes eļļas, kas tiek pakļautas īpašai tīrīšanai. Tiem jābūt ar augstu eļļošanu, tiem jābūt neitrāliem pret metāliem un citiem dzinēja konstrukcijas materiāliem. Virzuļdzinēju aviācijas eļļām jābūt noturīgām pret oksidēšanos, ja tās tiek pakļautas augstām temperatūrām, lai tās nezaudētu savas īpašības uzglabāšanas laikā.

Iekšzemes virzuļlidmašīnu dzinēji

Virzuļdzinēju ražošanas vēsture Krievijā sākas 1910. gadā. Masveida ražošana sākās Pirmā pasaules kara laikā. Padomju Savienībā padomju virzuļlidmašīnu dzinējus pēc savas konstrukcijas sāka veidot 1922. gadā. Pieaugot rūpnieciskajai ražošanai, tostarp aviācijai, valsts sāka masveidā ražot 4 ražotāju virzuļdzinējus. Tie bija V. Klimova, A. Švecova, rūpnīcas numurs 29, A. Mikuļina dzinēji.

Pēc kara sākas PSRS aviācijas modernizācijas process. Tiek projektēti un izgatavoti lidmašīnu dzinēji jauniem lidaparātiem. Reaktīvaislidmašīnu celtniecība. 1947. gadā visas militārās lidmašīnas, kas darbojās ar lielu ātrumu, pārgāja uz reaktīvo dzinēju. Lidmašīnu virzuļdzinēji tiek izmantoti tikai mācību, sporta, pasažieru un militārā transporta lidmašīnās.

Lielākais virzuļlidmašīnas dzinējs

Jaudīgākais virzuļlidmašīnas dzinējs tika izveidots ASV 1943. gadā. To sauca par Lycoming XR-7755. Tas bija trīsdesmit sešu cilindru dzinējs. Tā darba tilpums bija 127 litri. Viņš spēja attīstīt 5000 zirgspēku jaudu. Paredzēts lidmašīnām Convair B-36. Tomēr sērija negāja. Tika izveidots divos eksemplāros kā prototipi.