เครื่องยนต์ลูกสูบเครื่องบิน: ภาพรวม อุปกรณ์ และคุณลักษณะ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

เป็นเวลานานตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 ถึงกลางศตวรรษที่ 20 เครื่องยนต์อากาศยานแบบลูกสูบยังคงเป็นเครื่องยนต์เดียวที่ให้บริการเที่ยวบินของเครื่องบิน และเฉพาะในวัยสี่สิบของศตวรรษที่ผ่านมาเท่านั้น เขาได้หลีกทางให้เครื่องยนต์ด้วยหลักการทำงานอื่น - เทอร์โบเจ็ท แต่ถึงแม้ว่าเครื่องยนต์ลูกสูบจะสูญเสียตำแหน่ง แต่ก็ไม่ได้หายไปจากที่เกิดเหตุ

แอพพลิเคชั่นที่ทันสมัยสำหรับเครื่องยนต์ลูกสูบ

ปัจจุบัน เครื่องยนต์ลูกสูบสำหรับการบินส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องบินกีฬา เช่นเดียวกับในเครื่องบินขนาดเล็กสั่งทำ สาเหตุหลักประการหนึ่งที่เครื่องยนต์ประเภทนี้มีการใช้งานน้อยมากคืออัตราส่วนของกำลังต่อหน่วยต่อมวลของเครื่องยนต์ลูกสูบนั้นน้อยกว่าอย่างมากเมื่อเทียบกับกังหันก๊าซ ในแง่ของความเร็ว เครื่องยนต์ลูกสูบไม่สามารถแข่งขันกับเครื่องยนต์อื่นที่ใช้ในอุตสาหกรรมอากาศยานได้ นอกจากนี้ประสิทธิภาพไม่เกิน30%.

ประเภทเครื่องยนต์อากาศยานลูกสูบ

เครื่องยนต์อากาศยานลูกสูบแตกต่างกันส่วนใหญ่ในลำดับของกระบอกสูบที่สัมพันธ์กับเพลาข้อเหวี่ยง เป็นผลให้มีมอเตอร์ลูกสูบหลายประเภทค่อนข้างมาก ที่นิยมใช้กันมากที่สุดมีดังต่อไปนี้:

• เครื่องยนต์รูปตัววี;
• เครื่องยนต์เรเดียลแบบลูกสูบซึ่งกระบอกสูบถูกจัดเรียงในรูปแบบดาว
• เครื่องยนต์บ็อกเซอร์ กระบอกสูบอยู่ในบรรทัด

เครื่องยนต์วี

เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีชื่อเสียงและใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรมอากาศยานและไม่เพียงเท่านั้น ชื่อของพวกเขาเกี่ยวข้องกับการจัดเรียงลักษณะของกระบอกสูบที่สัมพันธ์กับเพลาข้อเหวี่ยง ในขณะเดียวกันก็มีระดับความโน้มเอียงที่สัมพันธ์กันแตกต่างกัน สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10 ถึง 120 องศา มอเตอร์ดังกล่าวทำงานบนหลักการเดียวกันกับเครื่องยนต์สันดาปภายในอื่นๆ

ข้อดีของเครื่องยนต์ที่มีการจัดเรียงกระบอกสูบรูปตัววีนั้นรวมถึงความกะทัดรัดสัมพัทธ์ในขณะที่ยังคงสมรรถนะกำลังงานไว้ เช่นเดียวกับความสามารถในการรับแรงบิดที่เหมาะสม การออกแบบช่วยให้ได้การเร่งความเร็วของเพลาอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากความเฉื่อยที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานนั้นสูงกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในประเภทอื่นมาก เมื่อเทียบกับประเภทอื่น ๆ สิ่งเหล่านี้มีความสูงน้อยที่สุดและความยาว

มอเตอร์ประเภทนี้มีความแข็งแกร่งของเพลาข้อเหวี่ยงสูง ทำให้มีความแข็งแรงของโครงสร้างมากขึ้น ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องยนต์ทั้งหมด ความถี่ในการทำงานของมอเตอร์ดังกล่าวแตกต่างกันในช่วงกว้าง สิ่งนี้ช่วยให้คุณได้รับโมเมนตัมอย่างรวดเร็ว และทำงานอย่างต่อเนื่องในโหมดจำกัด

ข้อเสียของเครื่องยนต์อากาศยานแบบลูกสูบที่มีเครื่องยนต์วีรวมถึงความซับซ้อนของการออกแบบ เป็นผลให้มีราคาแพงกว่าประเภทอื่นมาก ยิ่งกว่านั้นความกว้างของเครื่องยนต์ค่อนข้างแตกต่างกัน นอกจากนี้มอเตอร์รูปตัววียังมีการสั่นสะเทือนในระดับสูงและมีปัญหาในการทรงตัว สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าจำเป็นต้องชั่งน้ำหนักส่วนต่าง ๆ เป็นพิเศษ

เครื่องยนต์ลูกสูบเรเดียลของเครื่องบิน

ปัจจุบัน เครื่องยนต์ลูกสูบแบบเรเดียลกลับมาเป็นที่ต้องการของวงการการบินอีกครั้ง พวกมันถูกใช้อย่างแข็งขันในโมเดลเครื่องบินกีฬาหรือในเครื่องบินสั่งทำ ทั้งหมดมีขนาดเล็ก อุปกรณ์ของเครื่องยนต์ลูกสูบการบินของประเภทเรเดียลซึ่งแตกต่างจากมอเตอร์อื่น ๆ อยู่ในความจริงที่ว่ากระบอกสูบนั้นตั้งอยู่รอบ ๆ เพลาข้อเหวี่ยงในมุมที่เท่ากันเช่นรังสีเรเดียล (เครื่องหมายดอกจัน) ทำให้เขาได้ชื่อว่าเป็นรูปดาว มอเตอร์ดังกล่าวติดตั้งระบบไอเสียที่แยกออกเป็นแนวรัศมี นอกจากนี้เครื่องยนต์ประเภทนี้สามารถมีดาวได้หลายช่อง เป็นไปได้เนื่องจากเพลาข้อเหวี่ยงมีความยาวเพิ่มขึ้น ตามกฎแล้ว เครื่องยนต์เรเดียลสร้างด้วยกระบอกสูบจำนวนคี่ ซึ่งทำให้สามารถใช้ประกายไฟกับกระบอกสูบได้ตลอดหนึ่ง. แต่พวกเขายังสร้างเครื่องยนต์เรเดียลด้วยจำนวนกระบอกสูบเป็นเลขคู่ แต่จำนวนของพวกเขาต้องมากกว่าสอง

ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของเครื่องยนต์เรเดียลคือความเป็นไปได้ที่น้ำมันจะเจาะกระบอกสูบด้านล่างของเครื่องยนต์เมื่อจอดเครื่องบิน ปัญหานี้มักนำไปสู่การเกิดค้อนน้ำซึ่งนำไปสู่การพังทลายของกลไกข้อเหวี่ยงทั้งหมด เพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าวก่อนสตาร์ทเครื่องยนต์ จำเป็นต้องตรวจสอบสภาพของกระบอกสูบด้านล่างอย่างต่อเนื่องเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการซึมผ่านของน้ำมัน

ข้อดีของเครื่องยนต์เรเดียล ได้แก่ ขนาดที่เล็ก ใช้งานง่าย และกำลังที่เหมาะสม โดยปกติแล้วจะติดตั้งบนเครื่องบินโมเดลกีฬา

ตรงข้ามกับเครื่องยนต์ลูกสูบเครื่องบิน

ปัจจุบัน เครื่องยนต์บ็อกเซอร์เริ่มที่จะเกิดใหม่แล้ว เนื่องจากมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา จึงวางบนเครื่องบินสปอร์ตไลท์ พวกมันสามารถพัฒนากำลังที่เพียงพอและให้ความเร็วสูงมาก

บ็อกเซอร์มีการออกแบบหลายประเภท:

1. มอเตอร์ทำตามวิธี "นักมวย" (ซูบารุ) ในเครื่องยนต์ดังกล่าว ลูกสูบของกระบอกสูบที่อยู่ตรงข้ามกันจะเคลื่อนที่อย่างเท่าเทียมกัน ส่งผลให้ศูนย์ตายบนและศูนย์ตายล่างทุกรอบ

2. เครื่องยนต์,ติดตั้งอุปกรณ์ OROS (Opposed Piston Opposed Cylinder) ในมอเตอร์ดังกล่าว กระบอกสูบจะอยู่ในแนวนอนโดยสัมพันธ์กับเพลาข้อเหวี่ยง แต่ละตัวมีลูกสูบสองตัวซึ่งเคลื่อนที่เข้าหากันระหว่างการทำงาน ลูกสูบไกลเชื่อมต่อกับเพลาข้อเหวี่ยงด้วยก้านสูบพิเศษ

3. เครื่องยนต์ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของหลักการที่ใช้ในเครื่องยนต์ 5TDF ของโซเวียต ในผลิตภัณฑ์ดังกล่าว ลูกสูบจะเคลื่อนที่เข้าหากัน โดยทำงานเป็นคู่ในแต่ละกระบอกสูบ เมื่อลูกสูบทั้งสองถึงศูนย์ตายบน เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไประหว่างลูกสูบทั้งสอง เครื่องยนต์ของพันธุ์นี้สามารถทำงานกับเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ ตั้งแต่น้ำมันก๊าดไปจนถึงน้ำมันเบนซิน เพื่อเพิ่มพลังของเครื่องยนต์บ็อกเซอร์ พวกเขาจะมาพร้อมกับเทอร์โบชาร์จเจอร์

ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์บ็อกเซอร์คือความกะทัดรัด ขนาดเล็ก สามารถใช้กับเครื่องบินขนาดเล็กมากได้ พลังของพวกเขาค่อนข้างสูง พวกเขากำลังถูกใช้ในเครื่องบินกีฬามากขึ้น

ข้อเสียหลักคือกินน้ำมันมากโดยเฉพาะน้ำมันเครื่อง สำหรับเครื่องยนต์ประเภทอื่น เครื่องยนต์บ็อกเซอร์ใช้เชื้อเพลิงและสารหล่อลื่นมากเป็นสองเท่า พวกเขาต้องการการเปลี่ยนถ่ายน้ำมันอย่างต่อเนื่อง

เครื่องยนต์อากาศยานสมัยใหม่

เครื่องยนต์อากาศยานลูกสูบสมัยใหม่เป็นระบบที่ซับซ้อนมาก มีการติดตั้งยูนิตและชุดประกอบที่ทันสมัย งานของพวกเขาถูกจัดเตรียมและควบคุมโดยระบบและอุปกรณ์ที่ทันสมัย เนื่องจากแอพพลิเคชั่นเทคโนโลยีขั้นสูงทำให้น้ำหนักของเครื่องยนต์ลดลงอย่างเห็นได้ชัด ความสามารถของพวกเขาเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์เบาและการบินเพื่อการกีฬา

น้ำมันเครื่องบิน

น้ำมันในเครื่องยนต์อากาศยานแบบลูกสูบทำงานภายใต้สภาวะที่ค่อนข้างลำบาก อุณหภูมิเหล่านี้สูงในบริเวณวงแหวนลูกสูบ ชิ้นส่วนภายในของลูกสูบ บนวาล์ว และส่วนประกอบอื่นๆ ดังนั้นเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่มีคุณภาพสูงของมอเตอร์ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิ ความดัน โหลดสูง พวกเขาจึงใช้น้ำมันที่มีความหนืดสูงซึ่งต้องผ่านการทำความสะอาดเป็นพิเศษ ต้องมีการหล่อลื่นสูง เป็นกลางต่อโลหะและวัสดุโครงสร้างอื่นๆ ของเครื่องยนต์ น้ำมันสำหรับเครื่องบินสำหรับเครื่องยนต์ลูกสูบต้องทนต่อการเกิดออกซิเดชันเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูง โดยไม่สูญเสียคุณสมบัติระหว่างการเก็บรักษา

เครื่องยนต์อากาศยานลูกสูบในประเทศ

ประวัติศาสตร์การผลิตเครื่องยนต์ลูกสูบในรัสเซียเริ่มต้นขึ้นในปี 1910 การผลิตจำนวนมากเริ่มขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ในสหภาพโซเวียต เครื่องยนต์อากาศยานแบบลูกสูบของสหภาพโซเวียตเริ่มสร้างในปี 1922 ด้วยการเติบโตของการผลิตภาคอุตสาหกรรม รวมทั้งการบิน ประเทศเริ่มผลิตเครื่องยนต์ลูกสูบจำนวนมากจากผู้ผลิต 4 ราย นี่คือเครื่องยนต์ของ V. Klimov, A. Shvetsov, โรงงานหมายเลข 29, A. Mikulin

หลังสงคราม กระบวนการปรับปรุงการบินของสหภาพโซเวียตเริ่มต้นขึ้น เครื่องยนต์อากาศยานสำหรับเครื่องบินใหม่ได้รับการออกแบบและสร้าง ปฏิกิริยาการก่อสร้างเครื่องบิน ในปี พ.ศ. 2490 เครื่องบินทหารทุกลำที่ทำงานด้วยความเร็วสูงได้เปลี่ยนมาใช้ระบบขับเคลื่อนไอพ่น เครื่องยนต์อากาศยานแบบลูกสูบใช้เฉพาะกับเครื่องบินฝึก กีฬา ผู้โดยสารและเครื่องบินขนส่งทางทหาร

เครื่องยนต์อากาศยานลูกสูบที่ใหญ่ที่สุด

เครื่องยนต์อากาศยานแบบลูกสูบที่ทรงพลังที่สุดถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกาในปี 1943 มันถูกเรียกว่า Lycoming XR-7755 มันเป็นเครื่องยนต์สามสิบหกสูบ ปริมาตรการทำงานคือ 127 ลิตร เขาสามารถพัฒนากำลัง 5,000 แรงม้า ออกแบบมาสำหรับเครื่องบิน Convair B-36 อย่างไรก็ตามซีรีส์ไม่ได้ไป ถูกสร้างขึ้นในสองสำเนา เป็นต้นแบบ