Двигатели семейства

Перечисленные топлива имеют потенциально высокие энергетические свойства и возможности малотоксичного сгорания в автомобильных двигателях. Эти свойства могут быть полностью реализованы, если двигатели, работающие на перспективных топливах, будут спроектированы с учетом опыта создания бензиновых двигателей, но без слепого копирования и ориентирования на их оптимальные показатели. Возможно, что двигатели, работающие на метаноле, водороде, будут иметь иные литровую мощность,

ДИЗЕЛЬ - двигатель внутреннего сгорания, в к-ром горючая смесь самовоспламеняется при впрыскивании топлива в цилиндры со сжатым, нагретым до высокой темп-ры воздухом. Назван по имени нем. инж. Р. Дизеля (R. Diesel), построившего первый такой двигатель в 1897. Конструкции совр. Д. многообразны. Д. работает на дизельном топливе. Существуют также газовые двигатели, работающие по циклу Д. (см. Газодизель}. Д. устанавливают на судах, тепловозах, танках, тракторах, автомобилях и т.д., а также в качестве передвижных и стационарных энер-гетич. установок (дизельные электростанции).

Рассмотренную схему имеют двигатели с внешним смесеобразованием. К ним относятся карбюраторные двигатели, работающие на бензине, спирте и других топливах, газовые двигатели, а также двигатели с вспрыскиванием топлива во впускной трубопровод, т. е. двигатели, в которых используется топливо, легко испаряющееся и хорошо перемешивающееся с воздухом в обычных условиях.

Классификация ДВС. Двигатели внутреннего сгорания могут быть классифицированы по способу осуществления цикла (четырех- и двухтактные); по способу смесеобразования (с внешним и внутренним смесеобразованием); по способу воспламенения горючей смеси (с воспламенением при сжатии — дизели и газовые дизели, с принудительным воспламенением от электрической искры — карбюраторные и газовые двигатели, с впрыскиванием легкого топлива); по роду применяемого топлива (двигатели, работающие на жидком топливе, газовые и газожидкостные); по способу наполнения рабочего цилиндра (двигатели без наддува и с наддувом).

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — тепловой двигатель, внутри к-рого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в механич. работу. Различают Д. в. с. поршневые, в к-рых весь рабочий процесс осуществляется полностью в цилиндрах; газотурбинные, в к-рых рабочий процесс последовательно совершается в возд. компрессоре, камере сгорания и расширительной машине — газовой турбине; ракетные, в к-рых расширение продуктов сгорания происходит в реактивном сопле. Термином «Д. в. с.» наз. преим. поршневые двигатели (см. Поршневая машина), к-рые разделяются: по роду сжигаемого топлива — на двигатели, работающие на газообразном топливе (газовые двигатели), на лёгком жидком топливе (бензине, керосине и лигроине), на тяжёлом жидком топливе (дизельном топливе) и на бинарном (двойном) топливе — природном газе и жидком топливе; по способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные, на двигатели без наддува и с наддувом; по способу подготовки топливо-возд. смеси — на двигатели с внеш. и внутр. смесеобразованием; по способу воспламенения рабочей смеси — на двигатели с воспламенением от постороннего источника (электрич. искры, запального шара — калоризатора, факела пламени, образуемого в предкамере) и двигатели с воспламенением от воздуха, нагреваемого в процессе его сжатия в цилиндре (дизели и газодизели)', в зависимости от степени быстроходности — на двигатели тихоходные (со ср. скоростью поршня до 6,5 м/с), повышенной быстроходности (6,5—8,5 м/с) и быстроходные (св. 8,5 м/с). Двигатели с внеш. смесеобразованием в свою очередь разделяют на карбюраторные (см. Карбюратор) и газосмесительные, в к-рых горючая смесь газообразного топлива и воздуха образуется в смесителе. Д. в. с. широко применяют в пром-сти, транспорте (наземном, водном и воздушном) (см. Авиационный двигатель, Автомобиль, Реактивный двигатель, Судовой двигатель).

Д. происходит при впрыске топлива в воздух, нагретый до высокой темп-ры в результате сжатия поршнем. Д. назван по имени нем. инж. Р. Дизеля (R. Diesel), построившего в 1897 первый двигатель с воспламенением от сжатия. Д. работает на топливе, к-рое значительно дешевле бензина (см. Дизельное топливо). Существуют также газовые двигатели, работающие по циклу Д. (см. Газодизелъ). Д. относятся к наиболее экономичным тепловым двигателям. Уд. расход топлива лучших Д. составляет ок. 190 гДкВт-ч) [140г/(л. с.-ч)], а для большинства типов Д. не превышает 270 г/(кВт-ч) [200г/(л. с. -ч)] при номин. мощности. Такие расходы топлива соответствуют кпд 31 — 44% (кпд карбюраторных двигателей внутр. сгорания обычно 25—30%). Частота вращения вала Д. обычно 100—3000 об/мин и лишь в отд. случаях достигает 4000—4500 об/мин. Мощность Д. (в одном агрегате) иногда составляет 30000 кВт (40000 л. с.). Уд. масса на ед. мощности у Д.— до 80 кг/кВт (до 60 кг/л. с.). Срок службы Д.— от 5 до 80 тыс. ч. Д. применяют в качестве гл. и вспомогат. судовых двигателей, в стационарных установках, на тепловозах, танках, тракторах, автомобилях и т. д.

снижение его давления, а также понижение уровня воды в барабане котла. Для восстановления прежних показателей пара при новой нагрузке котла необходимо увеличить подачу топлива и воздуха в топку, усилить питание котла водой и обеспечить отвод большего количества продуктов сгорания из котла. Регулирование всех этих процессов осуществляется электронно-гидравлической системой «Кристалл», которая отличается высокой надежностью, так как в ней нет электрических рабочих контактов и вакуумных ламп. Исполнительными механизмами служат гидравлические поршневые двигатели, работающие на воде. Регулирование процесса горения осуществляется при помощи электрогидравлической системы регуляторов. На щите 5 установлены импульсные регуляторы: РД — давления, РР — разрежения, PC TIB — соотношения «топливо — воздух». Все регуляторы электрически соединены с электрогидравлическим реле 3 щита ЭРГ, передающим воздействие на серводвигатели /, с помощью которых регулируется подача топлива, воздуха и отвода газов. Регулятор давления пара получает импульс от давления в барабане котла (воздушная заслонка 8) и через электрогидравлическое реле 3 управляет топливным серводвигателем I, который приводит в движение регулятор подачи топлива 7. При изменении расхода топлива

Газовые двигатели, работающие только на газовом топливе, независимо от принятого метода смесеобразования, имеют систему электрического зажигания, которая должна быть особо надежной в связи с длительной работой их без остановок.

Помимо бензиновых карбюраторных двигателей в ЦИАМ конструировались и испытывались авиационные двигатели, работающие на дешевом тяжелом топливе. Еще в 1931—1933 гг. А. Д. Чаромский предложил и испытал

жигания. Такой двигатель может удовлетворить текущим нормам ЕРА (США) по загрязнению воздуха без установки дополнительных устройств. Двигатель типа CVCC (камера сгорания с регулируемым вихревым потоком) был создан и аттестован ЕРА в том же году, когда автомобилестроительные фирмы США заявили о необходимости отмены норм 1975г., поскольку они «недостижимы на современном уровне технологии». Роторный двигатель марки Mazda и дизельный двигатель фирмы Peugeot, выпущенные в том же году, также удовлетворяют нормам ЕРА 1975 г. Фирма Ford Motor Company для своих небольших легковых автомобилей разрабатывала вариант двигателя со слоистым зарядом,названного PROCO (сокращенно от «программируемое сгорание»—programmed combustion). He ясно, однако, как будут работать такие системы, если увеличить габариты двигателя. Возможно, однако, что в будущем появятся более мощные надежные двигатели, работающие на обедненных горючих смесях.

В настоящее время для очистки от МО* применяются в основном системы рециркуляции выхлопных газов (РВГ). С помощью такой системы часть выхлопных газов возвращается в цилиндры двигателя, смешиваясь с воздухом, идущим на горение. Температура фронта пламени при этом понижается, что снижает образование NO*. Чтобы удовлетворить нормам 1981 г. по эмиссии NO*, в автомобилях придется использовать РВГ, применять двигатели, работающие на обедненных смесях, и системы каталитической очистки выхлопных газов.

В печати сообщалось, что двигатель «Атар» 9К-50 может длительно работать при Мп^2,1. При полете со скоростью, соответствующей Мп = 2,2, допускается его работа в течение 1 ч. Максимально допустимая скорость полета для самолета с этим двигателем соответствует Мп = 2,3. Отмечается также, что двигатели семейства «Атар» имеют хорошую приемистость, в частности у ТРД «Атар» 8К-50 тяга увеличивается от 14,7 до 49 кН (взлетная тяга) за 1,7—1,8 с. При этом гидравлический автомат при-

Турбореактивные двигатели семейства «Атар» серийно производятся и устанавливаются не только на самолетах французских ВВС и ВМС, но и на многих экспортируемых Францией военных самолетах. Для ВВС и ВМС Франции в год выпускается до 100 двигателей «Атар» 8К.-50 и до 50 двигателей «Атар» 9К.-50.

В течение длительного периода времени (с 1953 г.) фирма «Дженерал электрик» занимается разработкой, доводкой и производством небольших ТРД и ТРДФ семейства J85 в основном для военных целей. Начав разработку с ТРД для управляемых снарядов GAM-72, фирма закончила работу над двигателями этого семейства выпуском ТРДФ для двухдвигательного легкого сверхзвукового истребителя F-5E ВВС США и ряда других стран, которым он поставляется с 1974 г. К середине 1975 г. было выпущено свыше 13000 различных модификаций двигателей J85. Серийное производство этих самолетов и двигателей для них запланировано до начала 80-х годов. Двигатели семейства J85 обладают достаточно хорошими тягово-экономическими характеристиками, просты по конструкции и удобны в техническом обслуживании.

Двигатели семейства J85 нашли широкое применение. Они используются в качестве ускорителей для взлета самолетов (транспортные самолеты С-123, АС-119 и SP 5 с ТРД J85-GE-17), в качестве маршевых двигателей для управляемых снарядов и мишеней (снаряд GAM-72 и мишень OV-10 с ТРД J85-GE-7), многоцелевых самолетов (А-37, SAAB 105 с ТРД J85-GE-17), в качестве силовых установок для исследовательских аппаратов (СВВП Х-14А, XV-5A, XV-4B с ТРД J85-GE-17) и т. д. Однако основное применение двигатели J85 нашли на легких самолетах (истребителях, штурмовиках и тренировочных), среди которых выделяются истребитель F-5E (F-5F) и тренировочный самолет Т-38А. Двигатели семейства J85 устанавливались на 34 типах летательных аппаратов. В настоящее время серийно выпускаются четыре модификации этого двигателя, а их суммарная наработка в эксплуатации приближается к 3 млн. ч. Двигатели J85 обладают достаточно большим ресурсом. В частности, среднее время между переборками составляет для двигателя J85-GE-4A 3600 ч, для двигателя J85-GE-21 — 1200 ч.

Двигатели семейства JT9D широко используются в гражданской авиации. К середине 1980 г. в эксплуатации находилось более 2100 таких ДТРД, а их наработка превышала 34 млн. ч.

За первый десятилетний период эксплуатации двигатели семейства CF6 наработали более 10,5 млн. ч. К концу 1978 г. было произведено 1300 этих двигателей. Двигатели отличаются высокой надежностью, однако их слабым местом является недостаточная стойкость при попадании посторонних предметов.

Фирма «Дженерал электрик» продолжает совершенствовать двигатели семейства CF6, уделяя основное внимание улучшению

Двигатели семейства TFE731 производятся серийно. К концу 1980 г. было изготовлено более 2400 этих двигателей для 850 самолетов пятнадцати различных типов. Темп производства составлял 60 двигателей в месяц. Фирма планирует довести их производство до 70 двигателей в месяц. Общая наработка двигателей превышает 2,4 млн. ч. После 1983 г. планируется ввод в эксплуатацию разрабатываемой в настоящее время модификации TFE731-5 со взлетной тягой 17,8 кН.

Двигатели семейства CFM.56 (см. рис* 19) являются малошумными высокоэкономичными двухвальными двигателями блочной конструкции. ДТРД CFM.56-2 развивает на взлетном режиме тягу 106,8 кН (до МСА +15°С), а на крейсерском режиме полета (Я=10,7 км, Мп = 0,85)—тягу 22,4 кН при удельном расходе топлива 0,066 кг/Н. На взлетном режиме двигатель имеет ir*s=26 (степень повышения давления на крейсерском режиме полета равна 29) и Г* = 1560 К при т = 6. Удельная масса двигателя — 0,0196 кг/Н.

* Двигатели семейства JT8D являются наиболее распространенными двигателями самолетов гражданской авиации и принадлежат к первому поколению ДТРД. Они установлены на самолетах В.727, В.737, DC-9, «Каравелла», «Мер-кюр» и др. Всего насчитывается более 3000 двух-, трех- и четырехдвигательных самолетов с различными вариантами ДТРД JT8D, наработавшими в эксплуатации более 165 млн. ч. В мае 1980 г. был изготовлен десятитысячный двигатель семейства JT8D, а число заказанных превысило 11000. Поэтому понятно желание фирмы «Пратт-Уитни» сохранить спрос на эти двигатели с помощью их модернизации.

Двигатели семейства JT10D разрабатываются с использованием опыта, полученного при создании демонстрационного двигателя JT10D-2 (рис. 88). Фирма «Пратт-Уитни» заявляет о возможности снижения расхода топлива на самолетах с двигателями семейства JT10D. Это снижение должно составить до 13% для