Авиационные двигатели Конспект лекций

Раздел 1. Авиационные поршневые двигатели

1. Тепловые двигатели

Авиационный двигатель является основой всякой силовой установки летательного аппарата. Все наиболее значительные достижения в авиации связаны, главным образом, с созданием более совершенных типов самолетных силовых установок.

Полет самолета связан с непрерывным расходом механической энергии на преодоление сопротивлений, возникающих при движении самолета в воздухе. Механическую энергию, необходимую для полета самолета, можно получить из энергии другого вида, например, из тепловой или электрической энергии. Машины, при помощи которых происходит преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу, называются тепловыми двигателями. Все современные авиационные двигатели относятся к числу тепловых двигателей.

Тепловые двигатели принято делить на две группы: двигатели внешнего сгорания и двигатели внутреннего сгорания.

Двигателями внешнего сгорания называются тепловые двигатели, в которых сгорание топлива происходит вне двигателя. К таким двигателям относятся паровые машины и турбины. В паровых машинах и турбинах в качестве рабочего тела используется водяной пар, получаемый в паровом котле. Топливо, сгорая в топке парового котла, нагревает воду, превращая ее в пар, который затем поступает по трубопроводам в цилиндр паровой машины или на лопатки паровой турбины и производит работу. Двигателями внутреннего сгорания называются тепловые двигатели, в которых сгорание топлива и сообщение тепла рабочему телу происходит внутри самого двигателя. Рабочим телом в этих двигателях служат продукты сгорания топлива. К числу таких двигателей относятся поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), воздушно-реактивные двигатели (ВРД) и газотурбинные двигатели (ГТД).

2. Авиационные силовые установки

Двигатели авиационных силовых установок (СУ) принадлежат к двигателям внутреннего сгорания. По принципу работы двигателей авиационные СУ в основном можно разделить на три группы.

СУ с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). В этом случае силовая установка состоит из поршневого двигателя, работающего на жидком топливе, и воздушного винта, являющегося движителем. В поршневых ДВС теплота преобразуется в механическую работу, передаваемую при помощи поршня и шатуна на вал двигателя. Вал двигателя приводит во вращение воздушный винт, создающий необходимую для полета тягу.

Установки с воздушно-реактивными двигателями (ВРД). В этом случае силовая установка на самолете состоит только из реактивного двигателя, являющегося одновременно и движителем. В воздушно-реактивных двигателях теплота сгорания топлива преобразуется в кинетическую энергию (скорость) газов, вытекающих через специальное реактивное сопло в сторону, противоположную направлению полета. Реакция вытекающей струи газов и создает необходимую для полета тягу. Воздушно-реактивные двигатели делятся на прямоточные, пульсирующие и газотурбинные.

Установки с турбовинтовыми двигателями (ТВД). В этом случае силовая установка на самолете состоит из двигателя (газовой турбины) и движителя (воздушного винта). В ТВД теплота сгорания топлива преобразуется в механическую работу на лопатках ротора газовой турбины. Вал ротора приводит во вращение воздушный винт, который создает тягу для полета.

Следует заметить, что в турбовинтовых двигателях не вся энергия газов затрачивается на вращение турбины. Часть газа выходит в реактивное сопло, и при этом также создается тяга для полета. Таким образом, в ТВД необходимая тяга для полета создается за счет вращения винта и за счет реакции выходящих из сопла газов.