Четырехтактный цикл

Типичный поршневой двигатель действует по четырехтактной схеме.

Впуск: поршень движется в цилиндре вниз, втягивая воздух и топливо через открытый впускной клапан.

Сжатие: впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень движется в цилиндре вверх, сжимая топливовоздушную смесь.

Расширение: когда поршень в такте сжатия приближается к верхней мертвой точке, система зажигания дает искру на свечах. При этом топливовоздушная смесь поджигается и в процессе сгорания быстро расширяется. Создаваемое расширением давление толкает поршень вниз, а поршень, двигаясь к нижней мертвой точке, вращает коленвал, передающий усилие на воздушный винт.

Выпуск: когда поршень достигает нижней мертвой точки, открывается выпускной клапан. Затем поршень снова идет вверх, выталкивая продукты сгорания топливовоздушной смеси из цилиндра.

Одинаковые такты проходят в цилиндрах не одновременно, а последовательно, чтобы в каждый момент времени как минимум один поршень совершал рабочий ход.

1 - поршень; 2 - щатун; 3 - коленчатый вал; 4 - впускной клапан; 5 - выпускной клапан; 6 - цилиндр двигателя

Билет 19

Турбореактивный двигатель (ТРД) состоит из пяти основных частей: входного устройства, компрессора, камеры сгорания, газовой турбины и выходного устройства (выходного сопла).

 При полете самолета на двигатель набегает воздушный поток. Во входном устройстве этот поток тормозится и скоростной напор преобразуется в давление.      Из входного устройства воздух поступает в компрессор, где осуществляется дальнейшее повышение давления.      Далее поджатый воздух направляется в камеру сгорания, где нагревается при сжигании топлива. Процесс подвода тепла в камеру, в отличии от поршневых двигателей, происходит при почти постоянном давлении.      Из камеры сгорания поджатый и подогретый газовый поток направляется в турбину. Расширяясь в турбине, газы совершают работу, которую передают компрессору и вспомогательным агрегатам, обслуживающим двигатель и самолет. При выходе из турбины давление газа значительно превышает атмосферное. Дальнейшее расширение газов до атмосферного давления происходит в выходном сопле. В результате скорость истечения газов из сопла получается намного больше, чем скорость полета. Разность количества движения секундных масс, вытекающих из ТРД газов и входящего воздуха равна силе тяги двигателя.      Турбореактивные двигатели получили широкое применение в летательных аппаратах развивающих большие дозвуковые и сверхзвуковые скорости полета, где они наиболее эффективны.

Билет 20

 На малых и средних скоростях полета (до 750-800 км/ч) ТРД значительно уступает турбовинтовым двигателям (ТВД) и по экономичности, и по своим взлетно-посадочным характеристикам. Эти объясняется применение ТВД для указанного диапазона скоростей полета. ТВД состоит из тех же основных элементов, что и ТРД, но, помимо того, снабжен воздушным винтом, вал которого соединен с валом турбокомпрессора через редуктор.  Турбовинтовой двигатель − авиационный газотурбинный двигатель, у которого тяга в основном создаётся воздушным винтом, приводимым во вращение газовой турбиной, и частично (до 8 − 12%) реакцией потока газов, вытекающих из реактивного сопла.

Турбовинтовой двигатель состоит из тех же узлов и агрегатов, что и турбореактивный. Однако в отличие от ТРД на турбовинтовом двигателе дополнительно смонтированы воздушный винт и редуктор. Для получения максимальной мощности двигателя турбина должна развивать большие обороты (до 20000 об/мин). Если с этой же скоростью будет вращаться воздушный винт, то КПД последнего будет крайне низким, так как наибольшего значения КПД винта на расчетных режимах полета достигает при 750-1500 об/мин. Для уменьшения оборотоввоздушного винта по сравнению с оборотами газовой турбины в турбовинтовом двигателе устанавливается редуктор. На двигателях большой мощности иногда используют два винта, вращающихся в противоположные стороны, причем работу обоихвоздушных винтов обеспечивает один редуктор. В некоторых турбовинтовых двигателях компрессор приводится во вращение одной турбиной, а воздушный винт - другой. Это создает благоприятные условия для регулирования двигателя.Тяга у ТВД создается главным образом воздушным винтом (до 90%) и лишь незначительно за счет реакции газовой струи. В турбовинтовых двигателях применяются многоступенчатые турбины (число ступеней от 2 до 6), что диктуется необходимостью срабатывать натурбине ТВД большие теплоперепады, чем на турбине ТРД. Кроме того, применение многоступенчатой турбины позволяет снизить ее обороты и, следовательно, габариты и вес редуктора. Назначение основных элементов ТВД ничем не отличается от назначения тех же элементов ТРД. Рабочий процесс ТВД также аналогичен рабочему процессу ТРД. Так же, как и в ТРД, воздушный поток, предварительно сжатый во входном устройстве, подвергается основному сжатию в компрессоре, и далее поступает вкамеру сгорания, в которую одновременно через форсунки впрыскивается топливо. Образовавшиеся в результате сгорания топливовоздушной смеси газы обладают высокой потенциальной энергией. Они устремляются в газовую турбину, где, почти полностью расширяясь, производят работу, которая затем передается компрессору, воздушному винту и приводам агрегатов. За турбиной давление газа практически равно атмосферному.

В современных турбовинтовых двигателях сила тяги, получаемая только за счет реакции вытекающей из двигателя газовой струи, составляет 10—20% суммарной силы тяги.

Схема турбовинтового двигателя: 1 — воздушный винт; 2 — редуктор; 3 — турбокомпрессор.