محرك مكبس الطائرات: نظرة عامة ، الجهاز والخصائص

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

لفترة طويلة ، من نهاية القرن التاسع عشر إلى منتصف القرن العشرين ، ظل محرك الطائرة المكبس هو المحرك الوحيد الذي يوفر رحلات الطائرات. وفقط في الأربعينيات من القرن الماضي ، أفسح المجال لمحركات ذات مبادئ تشغيل أخرى - توربوجيت. لكن بالرغم من حقيقة أن المحركات المكبسية فقدت مواقعها إلا أنها لم تختف من المشهد.

التطبيقات الحديثة للمحركات الترددية

حاليًا ، تُستخدم المحركات المكبسية للطيران بشكل أساسي في الطائرات الرياضية ، وكذلك في الطائرات الصغيرة المصممة حسب الطلب. أحد الأسباب الرئيسية لاستخدام المحركات من هذا النوع قليلًا هو أن نسبة قوة الوحدة إلى كتلة الوحدة لمحرك المكبس أقل بكثير مقارنة بالتوربينات الغازية. من حيث السرعة ، لا يمكن للمحركات المكبسية التنافس مع المحركات الأخرى المستخدمة في صناعة الطائرات. علاوة على ذلك ، لا تتجاوز كفاءتها 30٪.

أنواع محركات الطائرات المكبسية

تختلف محركات الطائرات المكبسية بشكل أساسي في ترتيب الأسطوانات بالنسبة للعمود المرفقي. نتيجة لذلك ، هناك عدد كبير نسبيًا من الأنواع المختلفة لمحركات المكبس. الأكثر استخدامًا هي ما يلي:

• محركات على شكل حرف V ؛
• محرك شعاعي ترددي حيث يتم ترتيب الأسطوانات في نمط نجمة ؛
• محرك بوكسر ، اسطواناته على خط مستقيم

محركات V

هي أشهر وأنواع محركات الاحتراق الداخلي في صناعة الطائرات وليس فقط. يرتبط اسمها بالترتيب المميز للأسطوانات فيما يتعلق بالعمود المرفقي. في نفس الوقت ، لديهم مستوى مختلف من الميل فيما يتعلق ببعضهم البعض. يمكن أن تتراوح من 10 إلى 120 درجة. تعمل هذه المحركات على نفس مبادئ محركات الاحتراق الداخلي الأخرى.

تشمل مزايا المحركات ذات ترتيب الأسطوانات على شكل V انضغاطها النسبي مع الحفاظ على أداء الطاقة ، فضلاً عن القدرة على الحصول على عزم دوران لائق. يسمح التصميم بتحقيق تسارعات كبيرة في العمود نظرًا لحقيقة أن القصور الذاتي الناتج أثناء التشغيل أعلى بكثير من الأنواع الأخرى من محركات الاحتراق الداخلي. بالمقارنة مع الأنواع الأخرى ، تتميز هذه بأصغر ارتفاع والطول

المحركات من هذا النوع لها صلابة عالية من العمود المرفقي. يوفر هذا قوة هيكلية أكبر ، مما يزيد من عمر المحرك بالكامل. تختلف ترددات التشغيل لهذه المحركات في نطاقات كبيرة. يتيح لك ذلك اكتساب الزخم بسرعة ، وكذلك العمل بثبات في أوضاع الحد.

تشمل عيوب محركات الطائرات المكبسية ذات المحرك الخامس مدى تعقيد تصميمها. نتيجة لذلك ، فهي أغلى بكثير من الأنواع الأخرى. علاوة على ذلك ، فهي تختلف في عرض المحرك الكبير نوعًا ما. أيضًا ، تتميز المحركات على شكل V بمستوى عالٍ من الاهتزاز وصعوبة في الموازنة. هذا يؤدي إلى حقيقة أنه من الضروري تحديد وزن أجزائها المختلفة بشكل خاص.

محرك مكبس شعاعي للطائرات

في الوقت الحاضر ، هناك طلب مرة أخرى على المحركات المكبسية الشعاعية في مجال الطيران. يتم استخدامها بنشاط في طرازات الطائرات الرياضية ، أو في تلك المصنوعة حسب الطلب. كل منهم صغير الحجم. يكمن جهاز محرك مكبس الطيران من النوع الشعاعي ، على عكس المحركات الأخرى ، في حقيقة أن أسطواناته تقع حول العمود المرفقي بزوايا متساوية ، مثل الأشعة الشعاعية (العلامات النجمية). أعطاه هذا الاسم - على شكل نجمة. تم تجهيز هذه المحركات بنظام العادم الذي يتباعد في الحزم الشعاعية. علاوة على ذلك ، يمكن أن يحتوي محرك من هذا النوع على عدة حجرات نجوم. هذا ممكن بسبب زيادة طول العمود المرفقي. كقاعدة عامة ، تصنع المحركات الشعاعية بعدد فردي من الأسطوانات. هذا يسمح بتطبيق شرارة على الاسطوانة من خلالهاواحد. لكنهم يصنعون أيضًا محركات شعاعية بعدد زوجي من الأسطوانات ، لكن يجب أن يكون عددهم أكثر من اثنين.

أكبر عيب في المحركات الشعاعية هو إمكانية اختراق الزيت لأسطوانات المحرك السفلية عند توقف الطائرة. غالبًا ما تؤدي هذه المشكلة إلى حدوث مطرقة مائية فورية ، مما يؤدي إلى انهيار آلية الكرنك بالكامل. لمنع حدوث مثل هذه المشاكل قبل بدء تشغيل المحرك ، يلزم إجراء فحص مستمر لحالة الأسطوانات السفلية للتأكد من عدم اختراق الزيت لها.

تشمل مزايا المحركات الشعاعية صغر حجمها وسهولة تشغيلها وقوتها اللائقة. عادة ما يتم تثبيتها على الطائرات النموذجية الرياضية.

محرك مكبس الطائرات المعاكس

في الوقت الحاضر ، بدأت محركات طائرات الملاكم في تجربة ولادة جديدة. نظرًا لصغر حجمها وخفة وزنها نسبيًا ، يتم وضعها على متن طائرة رياضية خفيفة. إنهم قادرون على تطوير طاقة كافية وتوفير سرعات عالية جدًا.

محركات بوكسر لها عدة أنواع من التصميمات:

1. محرك مصنوع حسب طريقة "بوكسر" (سوبارو). في مثل هذه المحركات ، تتحرك مكابس الأسطوانات الموجودة مقابل بعضها البعض بشكل متساوٍ. ينتج عن هذا واحد في أعلى المركز الميت والآخر في المركز الميت السفلي كل دورة.

2. المحركاتمزود بجهاز OROS (اسطوانة مكبس متقابل). في مثل هذه المحركات ، توجد الأسطوانات أفقيًا بالنسبة للعمود المرفقي. يحتوي كل منهما على مكبسين يتحركان باتجاه بعضهما البعض أثناء التشغيل. المكبس البعيد متصل بالعمود المرفقي بقضيب توصيل خاص.

3. محرك مصنوع على أساس المبدأ المطبق في المحرك السوفيتي 5TDF. في مثل هذا المنتج ، تتحرك المكابس باتجاه بعضها البعض ، وتعمل في أزواج في كل أسطوانة فردية. عندما يصل كلا المكابس إلى أعلى المركز الميت ، يتم حقن الوقود بينهما. يمكن لمحركات من هذا النوع أن تعمل على أنواع مختلفة من الوقود ، من الكيروسين إلى البنزين. لزيادة قوة محركات الملاكمين ، يتم تزويدهم بشاحن توربيني.

الميزة الرئيسية في محركات الملاكم هي الاكتناز والأبعاد الصغيرة. يمكن استخدامها على طائرات صغيرة جدًا. قوتهم عالية جدا. يتم استخدامها الآن بشكل متزايد في الطائرات الرياضية.

العيب الرئيسي هو ارتفاع استهلاك الوقود وخاصة زيت المحرك. فيما يتعلق بالمحركات من الأنواع الأخرى ، تستهلك محركات الملاكم الوقود ومواد التشحيم مرتين. تتطلب تغييرات زيت ثابتة.

محركات الطائرات الحديثة

محركات الطائرات المكبسية الحديثة أنظمة معقدة للغاية. إنها مجهزة بوحدات وتجمعات حديثة. يتم توفير عملهم والتحكم فيه بواسطة أنظمة وأجهزة حديثة. بسبب التطبيقالتكنولوجيا المتقدمة ، يتم تقليل وزن المحرك بشكل كبير. زادت قدراتها مما يساهم في استخدامها على نطاق واسع في المحركات الخفيفة والطيران الرياضي.

زيوت الطيران

يعمل الزيت في محركات الطائرات الترددية في ظل ظروف صعبة نوعًا ما. هذه درجات حرارة عالية في مناطق حلقات المكبس ، وفي الأجزاء الداخلية من المكابس ، وفي الصمامات والمكونات الأخرى. لذلك ، من أجل ضمان التشغيل عالي الجودة للمحرك في ظل ظروف درجات حرارة وضغوط وأحمال كبيرة ، يستخدمون زيوت عالية اللزوجة ، والتي تخضع لتنظيف خاص. يجب أن تتمتع بقدرة تشحيم عالية وأن تظل محايدة للمعادن والمواد الهيكلية الأخرى للمحرك. يجب أن تكون زيوت الطيران لمحركات المكبس مقاومة للأكسدة عند تعرضها لدرجات حرارة عالية ، حتى لا تفقد خصائصها أثناء التخزين.

محركات الطائرات المحلية المكبس

بدأ تاريخ إنتاج المحركات المكبسية في روسيا عام 1910. بدأ الإنتاج الضخم خلال الحرب العالمية الأولى. في الاتحاد السوفيتي ، بدأ إنشاء محركات الطائرات السوفيتية المكبسية من تصميمها الخاص في عام 1922. مع نمو الإنتاج الصناعي ، بما في ذلك الطيران ، بدأت البلاد في إنتاج محركات مكبسية بأربعة مصانع. كانت هذه محركات V. Klimov ، A. Shvetsov ، المصنع رقم 29 ، A. Mikulin.

بعد الحرب ، بدأت عملية تحديث طيران الاتحاد السوفياتي. تم تصميم وبناء محركات الطائرات للطائرات الجديدة. رد الفعلبناء الطائرات. في عام 1947 ، تحولت جميع الطائرات العسكرية العاملة بسرعات عالية إلى الدفع النفاث. تستخدم محركات الطائرات المكبسية فقط في طائرات التدريب والرياضة والركاب والنقل العسكري.

أكبر محرك طائرة مكبس

تم إنشاء أقوى محرك طائرة مكبس في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1943. كان يطلق عليه Lycoming XR-7755. كان محركًا بستة وثلاثين أسطوانة. كان حجم عملها 127 لترًا. كان قادرًا على تطوير قوة تبلغ 5000 حصان. مصممة لطائرة كونفير B-36. ومع ذلك ، فإن المسلسل لم يذهب. تم إنشاؤه من نسختين ، كنماذج أولية.