Классификация двигателей летательных аппаратов. Поршневые двигатели

Совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих непрерывную его работу, называется рабочим циклом.

Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. В двигателе рабочий цикл может быть осуществлен по следующей широко применяемой схеме:

1. В процессе впуска поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т., а освобождающая надпоршневая полость цилиндра заполняется смесью воздуха с топливом, называемой горючей смесью. Горючая смесь поступает (засасывается) в цилиндр двигателя через открывающийся к этому времени клапан.

Горючая смесь и продукты сгорания, всегда остающиеся в объеме камеры сжатия от предыдущего цикла, смешиваясь между собой, образуют рабочую смесь. Тщательно приготовленная рабочая смесь повышает эффективность сгорания топлива, поэтому ее подготовке уделяется большое внимание во всех типах поршневых двигателей.

Количество горючей смеси, поступающее в цилиндр за один рабочий цикл, называется свежим зарядом, а продукты сгорания, остающиеся в цилиндре к моменту поступления в него свежего заряда — остаточными газами.

Чтобы повысить эффективность работы двигателя, стремятся увеличить абсолютную величину свежего заряда и его весовую долю в рабочей смеси.

2. В процессе сжатия оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь от н.м.т. кв.м.т. и уменьшая объем надпоршневой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае рабочее тело). Сжатие рабочего тела ускоряет процесс сгорания и этим предопределяет возможную полноту использования тепла, выделяющегося при сжигании топлива в цилиндре.

Двигатели внутреннего сгорания строятся с возможно большей степенью сжатия, которая в случаях принудительного зажигания смеси достигает значения 10—12, а при использовании принципа самовоспламенения топлива выбирается в пределах 14—22.

3. В процессе сгорания происходит окисление топлива кислородом воздуха, входящего в состав рабочей смеси, вследствие чего давление в надпоршневой полости резко возрастает.

В рассматриваемой схеме рабочая смесь в нужный момент вблизи в.м.т. поджигается от постороннего источника с помощью электрической искры высокого напряжения (порядка 15 кв). Для подачи искры в цилиндр служит свеча зажигания, которая ввертывается в головку цилиндра.

Для двигателей с воспламенением топлива от тепла, выделяющегося от предварительно сжатого воздуха, запальная свеча не нужна. Такие двигатели снабжаются специальной форсункой, через которую в нужный момент в цилиндр впрыскивается топливо под давлением в 100÷300 кГ/см2 (≈ 10—30 Мн/м2) и более.

4. В процессе расширения раскаленные газы, стремясь расшириться, перемещают поршень от в.м.т. к н.м.т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на шатунную шейку коленчатого вала и проворачивает его.

5. В процессе выпуска поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через второй открывающийся к этому времени клапан, выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объеме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается последующим повторением рабочих циклов.

Процессы, связанные с подготовкой рабочей смеси к сжиганию ее в цилиндре, а также освобождением цилиндра от продуктов сгорания, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня за счет энергии маховика, которую он накапливает в процессе рабочего хода.

В многоцилиндровых двигателях вспомогательные ходы каждого из цилиндров выполняются за счет работы других (соседних) цилиндров. Поэтому эти двигатели в принципе могут работать без маховика.

 

2.3. Конструктивная схема

Основу конструктивной схемы поршневого ДВС составляет Расширительная машина, состоящая из цилиндра и поршня. Принцип работы двигателя основан на основных положениях термодинамики циклических процессов, основу которых составляет второй закон.

При движении поршня объем цилиндра расширительной машины изменяется. В цилиндр периодически поступает новое рабочее тело и удаляется отработавшее рабочее тело (смесь отработавших газов). В ходе циклического процесса рабочее тело претерпевает химическое изменение, делающее его непригодным для дальнейшего использования. Это обусловлено тем, что в процессе сгорания топлива расходуется кислород, необходимый в дальнейшем для осуществления повторных циклов работы. Поэтому его в дальнейшем выбрасывают из цилиндра расширительной машины.

Протекание рабочего цикла в поршневых ДВС осуществляется по одной схеме, но имеет некоторые особенности только в приготовлении горючей смеси.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Рыбальчик В. С., Поляков С. В., Герасименко В. Ф. Теория поршневых двигателей. — М.: Воениздат, 1955.

2. Браславский Д. А., Логунов С. С. Приборы на самолете. — М.: Оборонгиз. Главная редакция авиационной литературы, 1947.

3. Казанджан П. К. и др. Теория реактивных двигателей. — М.: Воениздат, 1955.

4. Авиационные поршневые двигатели. Кинематика, динамика и расчет на прочность. Пособие для инженеров. / И. А. Биргер, Н. И. Дружинин, В. К. Житомирский и др. — М.: Оборонгиз, 1950.

5. Справочник авиационного техника. — М.: Воениздат, 1961.

6. Авиационные двигатели. Конструкция и расчет деталей / А. Е. Заикин, В. Г. Гаршин, А. Е. Воронцов, Я. С. Адрианов, С. И. Богомолов, Г. Д. Воликов, М. И. Данилов. Под редакцией А. Е. Заикина. ВВА КА им. Жуковского. — М.: Государственное издательство оборонной промышлености, 1941.