Кременчугский летный колледж
Национального авиационного университета
А.А. Царенко, т.О.Шипко
Модуль 16.
Поршневой двигатель
(категория В1)
Конспект лекций
г. Кременчуг
2012
Содержание
Тема 1. Основы……………………………………………………………...3
Тема 2. Характеристики двигателей…………………………………….61
Тема 3. Конструкция двигателя………………………………………….84
Тема 4. Топливные системы двигателя…………………………………169
Тема 5. Системы запуска и зажигания………………………………….226
Тема 6. Впускная, выхлопная и охладительная системы……………292
Тема 7. Наддув/турбонаддув……………………………………………...328
Тема 8. Масла и топлива………………………………………………….362
Тема 9. Системы смазки…………………………………………………..377
Тема 10. Системы индикации двигателя……………………………..…409
Тема 11. Размещение силовой установки………………………..……..425
Тема 12. Проверка двигателя и эксплуатация на земле ……….……446
Тема 13. Хранение и консервация двигателя…………………………544
Список использованной литературы…………………………………...552
ТЕМА1. ОСНОВЫ
Авиационный поршневой двигатель (ПД) работает на принципе преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу, которая обеспечивает вращение выходного вала двигателя. Для использования поршневого двигателя на летательных аппаратах он должен работать совместно с воздушным винтом. Винт устанавливается на вал двигателя и при вращении, взаимодействуя с окружающей средой, перемещается относительно нее, увлекая за собой двигатель и летательный аппарат, на котором он установлен. Поршневой двигатель вместе с воздушным винтом образуют винтомоторную группу (ВМГ).
С момента зарождения авиации и до середины 1940-х годов единственным практически используемым авиационным двигателем был ПД с воздушным винтом. В процессе развития авиационной техники ПД непрерывно совершенствовались.
Основные направления совершенствования: повышение мощности, развиваемой двигателем на земле, высотности, уменьшения его массы и улучшения экономичности.
До 1917 Россия не имела собственного авиадвигателестроения. На нескольких заводах собирались и ремонтировались ПД иностранных конструкций. Начиная с 1920-х годов, в стране начали создаваться группы и коллективы, в которых разрабатывались различные типы ПД. Коренной перелом в развитии двигателестроения наступил в конце 1920-х — начале 1930-х гг. В 1930 создан Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ), в котором объединились кадры конструкторов и исследователей, начавших активную работу по созданию и отработке прогрессивных конструкций ПД. Уже в начале тридцатых годов насчитывалось несколько заводов, оснащённых первоклассным оборудованием и выпускавших двигатели различных типов, в т. ч. лицензионные. Созданные при заводах КБ совершенствовали выпускаемые двигатели и разрабатывали новые оригинальные конструкции. Многие КБ возглавили конструкторы, переведённые из ЦИАМ, который уже с 1935 начал заниматься только научными исследованиями. Вскоре СССР по техническому уровню авиадвигателестроения вышел в ряд передовых стран мира. Свидетельством этому явились многочисленные рекорды дальности, грузоподъёмности, скорости и высоты, установленные советскими лётчиками в предвоенные годы. Техническое совершенство отечественных ПД позволило нашим конструкторам в годы Великой отечественной войны создавать самолеты, превосходящие по своим летно-техническим характеристикам самолеты фашистской Германии, что обеспечило нашей авиации превосходство в воздухе.
Выдающийся вклад в развитие отечественного двигателестроения внесли советские конструкторы: В. Я. Климов, А. А. Микулин. В. А. Добрынин, А. Д. Швецов др. Например, под руководством В.Я. Климова был создан поршневой двигатель ВК-105ПФ, этот двигатель устанавливался на самолеты Як-3, Як-7, Як-9, Пе-2.
Все эти самолеты достойно показали себя в боях с немецко-фашистскими захватчиками, а самолет Як-3 был признан лучшим истребителем 2-й мировой войны.
Под руководством А.А. Микулина были созданы двигатели М-34, АМ-38Ф и др. Двигатель АМ-34 устанавливался на самолете АНТ-25, на котором экипажи В. П. Чкалова и М. М. Громова установили рекорды дальности, совершив дальние беспосадочные перелеты через Северный полюс в США. Двигатель АМ-38 устанавливался на самолете Ил-2, который был признан лучшим штурмовиком 2-й мировой войны. Под руководством А. Д. Швецова были созданы двигатели АШ-62, АШ-82 и др. Двигатель АШ-62 применяется на самолетах Ли-2,
Ан-2. Самолет Ли-2 был основным военно-транспортным самолетом в годы Великой отечественной войны, в послевоенные годы он продолжал эксплуатироваться в гражданской авиации. Самолет Ан-2 до сих пор продолжает эксплуатироваться, обеспечивая пассажирские, грузовые перевозки, выполнение сельскохозяйственных работ и др. Двигатель АШ-82 устанавливался на самолеты Ла-5, Ту-2, Пе-8 и др. Самолет Ту-2 был признан лучшим фронтовым бомбардировщиком 2-й мировой войны. На самолетах- бомбардировщиках Пе-8 наши летчики в 1941г наносили бомбовые удары по столице фашистской Германии - Берлину.
К середине 1940-х гг. ПД достигли очень высокого уровня совершенства. Повышение эффективности и мощности двигателей в сочетании с прогрессом в области аэродинамики и авиации в целом позволили заметно увеличить высотность и скорость полета ЛА. Самолёты-истребители периода 2-й мировой войны достигали высот более 10 км и скоростей полёта 700—750 км/ч.
Однако требование дальнейшего увеличения высотности и скорости уже не могло быть удовлетворено винтомоторной группой с ПД. Ограничение возможностей ПД обусловливалось необходимостью значительного увеличения мощности двигателя для компенсации возраставшего лобового сопротивления и падения КПД винта при приближении скорости полёта к скорости звука (рис.1-1). Поэтому на смену ПД пришли турбореактивные двигатели (ТРД).
В настоящее время ПД продолжают применяться на летательных аппаратах. Как видно из рисунка 1-1 ВМГ имеет преимущества перед ТРД на небольших скоростях полета. Кроме того, ПД дешевле в производстве и эксплуатации, более экономичны при полетах на небольшую дальность. Перечисленные преимущества ПД определяют сферы их применения:
1. Легкие самолеты для перевозки пассажиров и грузов на небольшие расстояния при отсутствии дорог и подготовленных взлетно-посадочных полос (ВПП).
Поршневой двигатель АШ-62ИР установлен на самолет Ан-2. Самолет Ан-2 имеет уникальные взлетно-посадочные характеристики, может осуществлять посадку на неподготовленных ВПП. Это позволяет активно использовать его в районах Сибири и Дальнего востока.
Рис.1- 1. Зависимость тяги от скорости полета V
Где: Р— сила тяги;
V— скорость полета;
a— скорость звука;
2. Учебные самолеты и вертолеты.
Поршневые двигатели применяются на учебном самолете Як-18 и вертолете Ми-34. На этих летательных аппаратах применяются двигатели соответственно М-14П и М-14В26В. Применение ПД на учебных ЛА позволяет снизить стоимость первоначального обучения летчиков.
3. Самолеты сельскохозяйственной авиации.
Поршневой двигатель АШ-62ИР установлен на сельскохозяйственном варианте самолета Ан-2.Применение ПД на самолетах сельскохозяйственной авиации позволяет уменьшить стоимость сельскохозяйственных работ и благодаря небольшой скорости полета повысить их качество. Возможность эксплуатации Ан-2 с полевых аэродромов позволяет значительно сократить время полета до обрабатываемого поля и обратно.
4. Спортивные самолеты.
ПД установлены на спортивных самолетах Як-50, Як-55, Су-26. На этих самолетах установлены различные модификации двигателя М-14. Применение ПД на спортивных самолетах позволяет выполнять фигуры высшего пилотажа при небольших скоростях полета. Это обеспечивает ограничение зоны пилотирования, что предусмотрено правилами соревнований.
Существуют и другие области применения ПД на летательных аппаратах. Например, ПД целесообразно устанавливать на самолеты для патрулирования лесных массивов, трубопроводов, выброса десанта для тушения лесных пожаров, и др.