Авиационный двигатель поршневой: Авиационные поршневые двигатели XXI века

Авиационные поршневые двигатели XXI века

1 Декабря 2017

До середины прошлого века поршни и цилиндры оставались главным источником лошадиных сил для крылатых машин, но затем пламенные сердца авиации завоевала турбина. Однако старая любовь не ржавеет. На рубеже веков возникла потребность возрождения поршневого авиадвигателестроения в России. И вновь, как и в 1930-х годах, движущей силой этого процесса стал ЦИАМ. О том, что собой представляет авиационный поршневой двигатель (АПД) XXI века, рассказывает начальник отдела «Авиационные поршневые двигатели» ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» (входит в состав НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»), кандидат технических наук Лев Аронович Финкельберг.

С чем связана активизация работ по АПД в ЦИАМ?

Это направление в ЦИАМ никогда не угасало, хотя, конечно, после перехода Института на реактивную тематику в конце 1940-х годов объем работ по поршневым двигателям резко сократился, и они проводились в основном по двигателям, серийный выпуск которых продолжался. К началу 1980-х годов в производстве остались только АШ-62 для Ан-2 и М-14П для учебно-тренировочных и спортивно-пилотажных самолетов Як-18, Як-52, Су-26.

Однако в 1980-е годы началось развитие беспилотной авиации, в связи с чем в ЦИАМ был создан сектор поршневых двигателей. Они оказались востребованными в беспилотных летательных аппаратах (БЛА) среднего класса со взлетным весом до тонны. Для аэрофотосъемки и мониторинга высокие скорости не нужны, а требуется малый удельный расход топлива, и поршневые двигатели как раз обладают этим качеством. При мощностях до 500 л.с. и при полетном цикле продолжительностью более 5 часов на сегодняшний день они успешно конкурируют с газотурбинными двигателями. Поршневые двигатели немного проигрывают ГТД по массе, но за счет меньшего расхода топлива суммарная масса двигателя и горючего на борту при достаточно длительном полете получается меньше. Еще одним большим преимуществом является то, что час эксплуатации АПД обходится дешевле, чем эксплуатационный час ГТД.

А как выглядят поршневые двигатели в сравнении с электрическими?

Хотя сами электродвигатели достаточно компактны, оборудование для их работы — аккумуляторы и другое — пока еще слишком тяжелое. Если полетный цикл короткий, то использование электрического двигателя оправдано, но при длительном цикле АПД выигрывают. Заряда аккумуляторов надолго не хватает, или надо возить на борту тяжелую и сложную энергоустановку для их подзарядки. Перспективным направлением, которым мы сейчас будем заниматься, являются гибридные силовые установки: поршневой двигатель вращает генератор, а тот — питает электродвигатель. Так легче создать распределенную силовую установку: когда несколько электродвигателей с винтами размещаются на крыльях или в других местах на планере. Электрическая трансмиссия в таком случае проще и легче, чем механическая, что дает возможность создавать ЛА любых схем, на которые только хватит фантазии конструкторов.

Еще одна интересная возможность состоит в том, чтобы снабдить поршневой двигатель электромотором, который будет давать дополнительную мощность на взлете и работать как генератор в полете. Благодаря этому не придется делать переразмеренный поршневой двигатель, который на 100% используется только на взлете.

В мире накоплен гигантский опыт по автомобильным поршневым двигателям. Зачем нужны еще какие-то разработки? Чем отличается АПД от обычного автомобильного ДВС?

АПД от автомобильных двигателей отличается, прежде всего, режимом работы. Автомобильные ДВС, хотя и рассчитаны до 6000 оборотов, работают в основном в диапазоне до 2500-3000 оборотов, причем в динамике: трогание, разгон, торможение. АПД с точки зрения автомобильного мотора постоянно работает как бы в красной зоне, ведь его крейсерский режим — это 75% от взлетного. И при этих нагрузках необходимо добиться достаточного ресурса и надежности. В авиации другие нормы прочности, необходимо обеспечить ее запас, причем такой, какого нет у автомобилистов.

Кроме того, с точки зрения безопасности системы АПД должны быть дублированными, причем, если одна система отказывает, то вторая должна обеспечить падение характеристик не более чем на 2-3% от максимального режима. Соответственно, конструктивно в АПД многое выполняется иначе. К примеру, устанавливаются две независимые системы зажигания, у которых даже электропитание должно осуществляться от разных источников.

Далее, автомобильные двигатели, как правило, выполняются с масляным поддоном, а в авиации нужно обеспечить работоспособность маслосистемы при крене и тангаже самолета. А уж обеспечение, к примеру, перевернутого полета — это вообще отдельная тема.

В авиации не так просто применить новые материалы. Для этого должна быть проведена большая работа по подтверждению всех характеристик материала, только после этого его вносят в реестр допущенных для использования в авиации. В автомобильной же промышленности это сделать проще.

Авиационный двигатель отличается от автомобильного еще и условиями эксплуатации: к примеру, вся агрегатика в автомобильной промышленности в основном рассчитана на температуру максимум до минус 40°С, а мы должны обеспечить минус 56°С. Это тоже предъявляет повышенные требования, особенно к электронике, резинотехническим изделиям и уплотнениям.

К АПД предъявляются очень жесткие требования, и когда мы приходим к автомобилистам и говорим, что в принципе ваш агрегат нам подходит, но нужно его доработать, то многие оказываются не готовы применять наземную технику в авиации. Для производителей автомобильных агрегатов, которые привыкли к заказам в миллионы единиц, наш рынок все равно достаточно узкий, поскольку мы говорим в лучшем случае о сотнях изделий в год. При этом доработок и испытаний надо проводить много, и ответственность тоже на порядок выше. Поэтому многие отказываются.

Условно говоря, авиационные и автомобильные двигатели схожи по принципу действия, но очень сильно отличаются по исполнению и агрегатам. Поэтому НИР и ОКР по ним нужно проводить отдельно.

Расскажите о работах ЦИАМ по АПД в 1990-е и 2000-е годы.

По беспилотникам в эти годы был создан комплекс с небольшим поршневым двигателем П-032 мощностью 32 л.с., который производился в Самаре на фирме «Кузнецов».

Кроме того, мы занимались модернизацией существующих двигателей типа М-14, изучали возможность применения впрысковой системы вместо карбюратора, занимались сертификацией. В то время мы как раз сертифицировали двигатель М-9Ф Воронежского механического завода, современную версию М-14П, которая устанавливалась на спортивных самолетах Су-26М.

Тогда же начиналась работа с «Сухим» по сельхозсамолету Су-38П с поршневым двигателем, но, к сожалению, она не получила логического завершения. Когда было безвременье, то все схватились за идею возрождения малой авиации. Какие-то проекты были даже реализованы: «Молния-1», Ил-103, И-1Л, самолет-амфибия Л-6, тот же Су-38П. В 2000-е годы разрабатывались и вертолеты с поршневыми двигателями: Ми-34 под М-14В26В и «Актай» с роторно-поршневым двигателем ВАЗ-426. Оба вертолета летали.

Было время, когда заговорили о ренессансе малой авиации в России…

К сожалению, должного развития это направление не получило. Дело в том, что в 2000-е годы было порушено очень много наземной инфраструктуры, особенно это коснулось небольших аэродромов, которые как раз и нужны малой авиации. Создать летательный аппарат можно в достаточно короткие сроки, а вот быстро восстановить инфраструктуру сложнее. Но в последние годы появилась идея, что перевозки должны базироваться в крупном хабе и осуществляться так, чтобы можно было вернуться без дозаправки. То есть нужна просто взлетная полоса. Здесь тоже становится выгодным применение поршневой авиации, поскольку время полета превышает 4-5 часов.

Каково положение с производством АПД в России сегодня? Какие работы ведутся, и как в них участвует ЦИАМ?

На сегодняшний день, кроме М-14 в Воронеже, поршневые двигатели в России серийно не производятся. Однако потребность в них есть. В настоящее время ведутся ОКР по созданию двигателей в классе мощности 50 л.с., 120 л.с. и 300 л.с. По срокам мы немного отстаем, но, я думаю, в конце концов добьемся успеха, потому что АПД в этих классах востребованы и, я надеюсь, их появление даст толчок развитию гражданской малой и беспилотной авиации.

Задержки в разработке происходят по разным причинам, одна из них — отсутствие постоянных соисполнителей по агрегатам. В связи с этим ЦИАМ при проведении НИР фактически занимается налаживанием кооперации по разработке и производству АПД, хотя это не совсем наша обязанность. Но мы вынуждены этим заниматься, поскольку и в 1990-е годы, и сегодня возникает одна и та же проблема: после переориентирования авиации на ГТД потребность в поршневых двигателях сократилась до десятка двигателей в год, а это ударило не только по производителям самих двигателей, но и по поставщикам агрегатов. Никому не интересно производить 10-20 штук в год. Поэтому постепенно поставщики агрегатов в стране пропали. И нам пришлось, с чем мы и до сих пор бьемся, заниматься восстановлением инфраструктуры и кооперации производства АПД.

В 2012 году совместно с Гаврилов-Ямским машиностроительным заводом «Агат» мы сделали двигатель-демонстратор именно для отработки технологии и создания кооперации. Это 4-цилиндровый, 4-тактный двигатель мощностью 90 л.с., объемом 1400 см³ и с маркировкой ПД-1400. На основании этой разработки позже «Агат» открыл ОКР на двигатель этого класса мощности, и в этом проекте используется большая часть налаженной кооперации по агрегатам. Получилось, что ЦИАМ подвиг «Агат» и поставщиков агрегатов на разработку поршневых двигателей, поскольку в 2000-е проблема состояла и в том, что не было предприятий, готовых к работе в этой области.

Мы специально искали относительно небольшое предприятие, для которого эта продукция стала бы основной. К этому времени мы уже имели негативный опыт 1990-х годов, когда за разработку двигателя брались крупные фирмы, такие как Воронежский механический завод или Автоваз. Но потом, когда наладился основной бизнес, это направление им стало не интересно, и свои разработки они просто закрыли. Не потому, что у них что-то не получилось или не было заказчика. А потому, что это нерентабельно. Поэтому мы вынуждены были параллельно с разработкой двигателя искать основных исполнителей. Владимир Алексеевич Скибин, в то время руководивший Институтом, предложил директору завода «Агат» взяться за разработку. Дело пошло и успешно развивается. Так что можно сказать, что ЦИАМ является инициатором возрождения поршневого двигателестроения в России.

Расскажите о вкладе ЦИАМ в разработку АПД в других классах мощности.

50-сильный двигатель сейчас разрабатывается АО «КБ «Луч» в Рыбинске. Это двухтактный, двухцилиндровый оппозитный двигатель. К сожалению, у нас сохраняется не очень хорошая традиция: разрабатывать летательный аппарат начали раньше, чем двигатель, соответственно, пока пришлось применять импортный мотор. Сейчас стоит вопрос о его замещении, но конструктивно мы уже на него сориентированы, и другую схему предложить не можем. Мы вынуждены ее повторять, но предлагаем новые системы, ищем свои материалы, датчики, согласуем систему управления с летательным аппаратом. Кроме этого, большой объем работ по АПД ЦИАМ проводит в части испытаний в ожидаемых условиях эксплуатации, то есть в термобарокамере с имитацией высоты, температур и даже скоростей полета. Как правило, мы требуем, чтобы к нам на испытания приходила целиком силовая установка, то есть двигатель с воздушным винтом и капотом. В конце 1990-х годов мы специально для подобных испытаний разработали, изготовили и аттестовали винтовые стенды.

В ЦИАМ создавался и демонстратор дизеля мощностью 300 л.с. Это был НИР для отработки технологий. Необходимо было показать на демонстраторе, что эти технологии работают и доступны для промышленного производства в России. Был предложен вариант дизеля для беспилотного вертолета, по которому тот же «Агат» сейчас ведет ОКР как продолжение работы, начатой ЦИАМ по двигателю-демонстратору. ЦИАМ может вести только НИР, для ведения ОКР и освоения серийного производства необходимо получение дополнительных лицензий. Мы отрабатываем отдельные узлы, технологии, системы и доводим их до 5-го уровня технологической готовности, после чего, в случае получения положительного результата, принимается решение о продолжении работ на одном из предприятий промышленности.

Мы проводим расчеты, подбираем материалы, чтобы обеспечить необходимые надежность и прочность. При нашем участии была создана кооперация по изготовлению демонстратора, мы заказывали компоненты, по нашему техническому заданию их изготавливали, а сборку делали в ЦИАМ. Этими работами мы показали, что создать АПД в России можно.

Чем вызвано применение дизелей в авиации?

У дизеля расход топлива еще меньше, чем у бензинового мотора, и гораздо меньше, чем у ГТД. Не менее существенно, что дизель может работать на авиационном керосине, который производится массово, в то время как для бензиновых АПД требуется авиационный бензин. Автомобильным бензином его заправлять нельзя, так как в таком горючем очень много ароматических углеводородов, и на высоте он проявляет склонность к повышенному парообразованию, то есть закипанию. А авиационного бензина в России сейчас не стало, во-первых, потому что запретили добавлять тетраэтилсвинец, то есть этилированные бензины исчезли. Во-вторых, и это основное: нефтеперерабатывающим заводам невыгодно производить его в малых количествах. В результате, кто-то завозит бензин из Финляндии или Польши, и, естественно, он гораздо дороже, чем автомобильный бензин или авиационный керосин. Кто-то на свой страх и риск все же использует автомобильный бензин, но с учетом того, что летать на нем можно только на небольшой высоте. Мы пытались ввести регламент на использование автомобильного бензина на АШ-62 и на М-14. На АШ-62 это не получилось сразу, потому что уже на земле идет перегрев на взлетном режиме из-за более высокой, чем у авиационного бензина, тепловой отдачи.

Интересно, что работы над первым отечественным авиационным дизелем АН-1 велись в ЦИАМ под руководством А.Д. Чаромского еще в 1930-е годы. Наработки по этому проекту были использованы при создании легендарного В-2 для танка Т-34. И вот теперь дизель возвращается в авиацию, но уже в связи с появлением новых технологий с переходом на алюминиевые корпусные детали, которые появились сначала в автомобильной промышленности и позволили значительно облегчить конструкцию дизеля, что открыло ему дорогу к использованию в легковых автомобилях, а далее — в летательных аппаратах.

Чем характеризуется мировой уровень в разработках современных АПД? Есть ли понятие поколений АПД?

В АПД нет такого понятия, как двигатели разных поколений. Поршневой двигатель и у нас, и на Западе остается достаточно консервативной конструкцией, и его схема кардинально не менялась с 1940–50-х годов. Базовые двигатели разработки наиболее известных западных фирм, таких как Lycoming и Teledyne, в течение нескольких десятилетий остаются в том же типоразмере и конфигурации. Единственное, что можно отметить: обновляются обеспечивающие работу двигателя системы, появляются, например, впрысковые системы с электронным управлением с полной ответственностью типа FADEC, которые значительно снижают расход топлива, внедряются новые материалы.

Основное направление развития АПД на Западе — это то, чем занимаемся и мы: переход на новые системы, на новые масла, на новые топлива. В чем мы отстаем, так это в агрегатике, которая у нас не развивалась ни в авиации, ни в автомобильной промышленности. Те же форсунки везде применяются импортные — и в наземной технике, и в авиационной, хотя сейчас ведутся работы по созданию отечественных форсунок и для дизеля, и для бензинового АПД.

Так что говорить о смене поколений или о резком скачке в характеристиках АПД не приходится. Единственное принципиальное новшество состоит в том, что с середины 2000-х годов во всем мире стали внедряться авиационные дизели, использование которых интересно с точки зрения снижения расхода топлива и применения авиационного керосина.

Давайте все же поговорим об АПД нетрадиционных схем. Например, о роторно-поршневых двигателях. В автомобильной промышленности этот тип двигателя не прижился. А какие у него перспективы в авиации?

Работы по роторно-поршневым двигателям достаточно успешно ведутся во всем мире. Среди автомобильных компаний в этом направлении преуспела Mazda. Активно занимался этой темой и Автоваз, который вполне успешно оснащал роторно-поршневыми двигателями мощностью 120 л.с. «восьмерки» и «девятки» для МВД. Изготавливались и авиационные варианты, но затем их производство в Тольятти было прекращено. В автомобильной промышленности, прежде чем выпустить продукт на рынок, необходимо обеспечить его сервис в тех точках, где вы намерены его продавать, а эта задача достаточно непростая. Поэтому потеснить поршневые двигатели в наземном транспорте сложно. Роторно-поршневой мотор Mazda несколько лет признавался лучшим в своем классе, однако широкого распространения так и не получил.

Но если говорить об авиационном использовании, то я могу назвать как минимум шесть фирм, которые сейчас делают роторно-поршневые двигатели для беспилотников. БЛА с такими двигателями уже летают в Англии, Германии, Израиле.

У этого типа двигателей много достоинств: он компактен, у него малые вибрации и очень хорошая отдача по весу, он гораздо проще поршневого двигателя по количеству деталей, достаточно экономичен. Еще одно его достоинство — модульность: отработав одну секцию, можно создать унифицированный ряд двигателей, используя одну, две или три секции. Собрать вместе четыре модуля уже сложно, нужно много опор. Мы исследовали роторно-поршневой двигатель Mazda 13B и разработали свою секцию мощностью 90 л.с., что в дальнейшем позволит создать без больших дополнительных затрат двигатели мощностью 180 и 270 л.с.

В ЦИАМ уже создан демонстратор роторно-поршневого двигателя, он прошел на нашем стенде холодную обкатку и в данный момент времени «крутится» уже в горячую.

Важное направление исследований — это применение керамики в двигателях этого типа. ЦИАМ выиграл конкурс Фонда перспективных исследований по применению керамики на базе карбида кремния в роторно-поршневом двигателе для увеличения его ресурса. Будем делать из керамики вставку статора, все уплотнения и напыление на крышке.

Эта работа рассчитана на три года. Мы ее только начинаем, но уже к концу следующего года должен появиться работающий демонстратор для подтверждения заявленных технических характеристик, в том числе по высотности и по температуре окружающего воздуха в термобарокамере.

ЦИАМ на всевозможных выставках не раз демонстрировал поршень и гильзу из композиционного материала. Для роторно-поршневого двигателя будет использован тот же материал?

Поршень и гильза из керамики могут работать без смазки, поэтому мы и стремимся их внедрить. Мы испытывали их сначала со смазкой, причем поршни мы делали бесколечные, с минимальными зазорами. Тепловые расширения при использовании композитов посчитать трудно, поскольку применяется достаточно сложный многокомпонентный состав материала. Мы знаем, что цилиндр и поршень из алюминия в результате тепловых напряжений становятся овальными, а как себя поведет керамика, предсказать очень сложно. С первыми образцами у нас сразу ничего не получалось. Но потом мы нашли способ обойти эту трудность за счет изменения структуры материала. Что касается роторно-поршневого двигателя, то сейчас идут исследования и прочностные испытания различных типов материала, который в дальнейшем и будет применен в РПД.

Собственно, это и есть основная работа ЦИАМ: исследования новых технологий, материалов и конструктивных решений, их испытания. Причем испытания сначала идут на наших стендах в наземных условиях, а если они завершаются удачно, то мы переходим к испытаниям в ожидаемых условиях эксплуатации.

Не могу не задать Вам как специалисту по АПД вопрос о бесшатунном двигателе Баландина. Каков все же практический потенциал этого изобретения? Многие считают этот тип двигателя незаслуженно забытым.

Это не совсем так. Да, схема интересная. Благодаря отказу от кривошипно-шатунного механизма уменьшается трение между поршнем и цилиндром. Есть энтузиасты, например, в МАИ, которые продолжают развивать эту идею. К нам каждый год приходят несколько изобретателей с новыми вариантами усовершенствования баландинской схемы. Но ее основная проблема в большей степени — технологическая. Она связана с кулисой для передачи усилий со штока на вал. Из-за высоких нагрузок не удается обеспечить приемлемый ресурс этого механизма.

В целом же все схемные решения по поршневым двигателям уже были проверены в 1950–60-е годы: и аксиальная схема, и роторно-поршневой двигатель, и схема Баландина. Сергей Степанович Баландин, кстати, тоже работал в ЦИАМ и здесь создал двигатель, который работал и развивал мощность, но только до 2000 оборотов. В НАМИ много занимались этой схемой в 1980-е годы. Ее не забыли, и государство вкладывало в эти исследования большие деньги, но результата не было. Работоспособную конструкцию создать удалось, но не удалось сделать именно двигатель с нормальным ресурсом и нужными характеристиками.

Расскажите о работах ЦИАМ по турбокомпаундному двигателю.

Турбокомпаундная схема тоже известна уже достаточно давно. В ЦИАМ когда-то занимались и такими двигателями, а созданный при участии Института в 1950 году турбокомпаундный ВД-4К стал вершиной отечественного поршневого двигателестроения. В автомобилях же она в свое время применялась Volvo. Суть ее в том, что энергию от выхлопных газов, чтобы она не пропадала, срабатывают на силовой турбине, от которой мы можем или приводить генератор и получать дополнительную электроэнергию, или использовать эту прибавку непосредственно для увеличения мощности двигателя. Если в традиционном турбонагнетателе мы просто подаем в камеру больший топливный заряд, то здесь речь идет о более полном использовании энергии выхлопных газов, которая позволила бы запитывать, к примеру, бортовые системы, не отбирая мощность у двигателя.

У нас проработано несколько схемных решений использования такой турбины, просчитана сама турбина и электрическая часть. Планируем в этом году доработать математическую модель турбокомпаундного двигателя, посмотреть, какой эффективности мы добьемся в типоразмере на 500 л.с. Мы изучали варианты на 150, 300 и 500 л.с. При 150 л.с. использование этой схемы невыгодно по весовым характеристикам, а вот для 300 и 500 л.с. это уже интересно.

В планах ЦИАМ добиться резкого увеличения характеристик АПД к 2025–30 годам: снизить удельный расход топлива на 20-25%, удельную массу — на 25–30%, повысить ресурс и стоимость эксплуатации в 3–4 раза. За счет чего предполагается достигнуть такого прогресса?

За счет применения новых материалов и технологий, новых систем управления, включая систему непосредственного впрыска топлива, работ по применению синтетических масел и топлив, использования методики ЦИАМ по уменьшению масляного зазора между поршнем и цилиндром, позволяющей снизить расход топлива. Ведутся работы по уменьшению веса поршня, шатуна, колец, коленвала за счет использования интерметаллидов и композиционных материалов, по улучшению наполнения цилиндра и снятию большей работы с единицы объема. Оптимизируется геометрия впускного канала и расположения форсунки для улучшения испарения топлива на впуске. Изучаются новые алгоритмы управления рабочим процессом двигателей (стратификация заряда, гомогенное сгорание ТВС) и технологии системы управления с высокими энергиями зажигания и электронной многопараметрической системой управления рабочим процессом. Мы занимаемся отработкой перспективных систем наддува и системы снабжения двигателя воздухом, включая его охлаждение после компрессора. В наших планах — использование альтернативных видов синтетических топлив на основе углеводородных фракций пропан-бутанового ряда. Все эти составляющие дают значительный суммарный эффект, что и позволяет нам рассчитывать на достижение требуемых показателей.

Поршневой авиационный двигатель | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.

Работа радиального поршневого двигателя.

Привет, друзья!

Сегодня начинаем серию статей о конкретных типах авиационных двигателей. Первый движок, который удостоится нашего внимания – это поршневой авиационный двигатель. Он имеет полное право быть первым, потому что он – ровесник современной авиации. Один из первых самолетов, поднявшихся в воздух был Флайер-1 братьев Райт (я думаю вы читали об этом здесь :-)). И на нем стоял поршневой двигатель авторской разработки, работавший на бензине.

Долгое время этот тип движка оставался единственным, и только в 40-е годы 20-го века началось внедрение двигателя совсем иного принципа действия. Это был турбореактивный двигатель. Из-за чего это произошло читайте тут. Однако поршневой движок, хоть и утратил свои позиции, но со сцены не сошел, и теперь в связи с достаточно интенсивным развитием так называемой малой авиации (или же авиации общего назначения) он просто получил второе рождение. Что же из себя представляет авиационный поршневой двигатель?

Работа двигателя внутреннего сгорания (тот же рядный поршневой двигатель).

Как всегда :-)… В принципиальном плане ничего сложного (ТРД значительно сложнее :-)). По сути дела – это обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), такой же, как на наших с вами автомобилях. Кто забыл, что такое ДВС, в двух словах напомню. Это, попросту говоря, полый цилиндр, в который вставлен цилиндр сплошной, меньший по высоте (это и есть поршень). В пространство над поршнем в нужный момент подается смесь из топлива (обычно это бензин) и воздуха. Эта смесь воспламеняется от искры (от специальной электрической свечи) и сгорает. Добавлю, что воспламенение может происходить и без искры, в результате сжатия. Так работает всем известный дизельный двигатель. В результате сгорания получаются газы высокого давления и температуры, которые давят на поршень и заставляют его двигаться. Вот это самое движение и есть суть всего вопроса. Далее оно передается через специальные механизмы в нужное нам место. Если это автомобиль, значит на его колеса, а если это самолет, то на его воздушный винт. Таких цилиндров может быть несколько, точнее даже много :-). От 4-х до 24-х. Такое количество цилиндров обеспечивает достаточную мощность и устойчивость работы двигателя.

Еще одна схема работы одного ряда цилиндров.

Конечно авиационный поршневой двигатель только принципиально похож на обычный ДВС. На самом деле здесь обязательно присутствует авиационная специфика. Двигатель самолета выполнен из более совершенных и качественных материалов, более надежен. При той же массе, он значительно мощнее автомобильного. Обычно может работать в перевернутом положении, ведь для самолета (особенно истребителя или спортивного) пилотаж – обычное дело, а автомобилю это, естественно, не нужно.

Двигатель М-17, поршневой, рядный, V-образный. Устанавливался на самолеты ТБ-3 (конец30-хгодов 20 в.)

Двигатель М-17 на крыле ТБ-3.

Поршневые двигатели могут различаться как по количеству цилиндров, так и по их расположению. Бывают рядные двигатели (цилиндры в ряд) и радиальные (звездообразные). Рядные двигатели могут быть однорядные, двухрядные, V-образные и т.д. В звездообразных цилиндры расположены по окружности (в виде звезды) и бывает их обычно от пяти до девяти (в ряду). Эти двигатели, кстати, тоже могут быть многорядными, когда цилиндры блоками стоят друг за другом. Рядные двигатели обычно имеют жидкостное охлаждение (как в автомашине :-), они и по виду больше похожи на автомобильные), а радиальные – воздушное. Они обдуваются набегающим потоком воздуха и цилиндры, как правило, имеют ребра для лучшего теплосъема.

Двигатель АШ-82, радиальный, двухрядный. Устанавливался на самолеты ЛА-5, ПЕ-2.

Самолет ЛА-5 с двигателем АШ-82.

Авиационные поршневые двигатели часто имеют такую особенность, как высотность. То есть с увеличением высоты, когда плотность и давление воздуха падают, они могут работать без потери мощности. Подвод топливно-воздушной смеси может осуществляться двумя способами. Здесь полная аналогия с автомашиной. Либо смесь готовится в специальном агрегате, называемом карбюратором и потом подается в цилиндры (карбюраторные двигатели), либо топливо непосредственно впрыскивается в каждый цилиндр в соответствии с количеством поступающего туда же воздуха. На автомобилях такого типа двигатели часто обзывают «инжекторными».

Современный поршневой радиальный двигатель ROTEC R2800.

Более мощный R3600 (большее количество цилиндров).

В отличие от обычного автомобильного ДВС, для самолетного поршневого движка не нужны громоздкие (ну и, естественно, тяжелые :-)) передаточные механизмы от поршней к колесам. Все эти оси, мосты, шестерни. Для самолета ведь вес очень важен. Здесь движение от поршня сразу через шатун передается на главный коленчатый вал, а на нем уже стоит вторая важная часть самолета с поршневым двигателем – воздушный винт. Винт – это, так сказать, самостоятельная (и очень важная) единица. В нашем случае он является «движителем» самолета, и от его корректной работы зависит качество полета. Винт – это не часть двигателя, но работают они в тесном сотрудничестве :-). Винт всегда подбирается или проектируется и рассчитывается под конкретный двигатель, либо же они создаются одновременно, так сказать комплектом :-).

Радиальный двигатель М-14П. Устанавливается на спортивные СУ-26, ЯК-55.

СУ-26 с двигателем М-14П.

Принцип работы винта – это достаточно серьезный ( и не менее интересный :-)) вопрос, поэтому я решил выделить его в отдельную статью, а сейчас пока вернемся к «железу».

Я уже говорил, что сейчас поршневой авиационный двигатель опять «набирает обороты». Правда состав авиации использующей эти двигатели теперь другой. Соответственно изменился и состав применяемых двигателей. Тяжелые и громоздкие рядные движки практически отошли в прошлое. Современный поршневой двигатель (чаще всего) – радиальный с количеством цилиндров 7-9, с хорошей топливной автоматикой с электронным управлением. Один из типичных представителей этого класса, например, двигатель ROTEC 2800 для легких самолетов, создан и производится в Австралии (между прочим выходцами из России :-)). Однако о рядных двигателях тоже не забывают. Таков, например, ROTAX-912. Так же хорошо известен двигатель отечественного производства М-14П, который устанавливается на спортивные самолеты ЯК-55 и СУ-26.

Двигатель Rotax-912, рядный. Устанавливается на легкие спортивные самолеты Sports-Star Max

Спортивный самолет Sport-Star Max c двигателем Rotax-912.

Существует практика применения дизельных двигателей ( как разновидность поршневых) в авиации, еще со времен войны. Однако широко этот двигатель пока не применяется из-за существующих проблем в разработке, в частности в области надежности. Но работы все равно ведутся, особенно в свете грядущего дефицита нефтепродуктов.

Поршневой авиационный двигатель вообще еще рано списывать со счетов :-). Ведь, как известно, новое – это хорошо забытое старое… Время покажет…

Поршневой двигатель самолета.

 

История поршневых двигателей насчитывает на несколько десятилетий больше, чем история самой авиации. Они сдвинули с места первый автомобиль, подняли в небо первый самолет и первый вертолет, прошли две Мировые войны и до сих пор используются в 99.9% автомобилей мира. Однако в авиации на сегодняшний день поршневые двигатели практически полностью вытеснены газотурбинными двигателями и используются исключительно в малоразмерных персональных либо спортивных самолетах.

Это произошло по причине того, что даже самый простой и неэффективный газотурбинный двигатель имеет большую удельную мощность (единица мощности на единицу массы двигателя), чем самый современный поршневой, а в авиации масса – исключительно важный параметр. Кроме того, газотурбинный двигатель более универсальный и может двигать самолет за счет реактивной струи, исключительно этот факт позволил самолетам достичь скоростей в 2, 3 или даже 4 раза выше скорости звука.

Но вернемся к поршневым двигателям. Как же они устроены? На схеме продемонстрировано устройство цилиндра четырехтактного бензинового двигателя воздушного охлаждения: 1 – впускной патрубок (подача топливно-воздушной смеси в цилиндр), 2 – стенка цилиндра (в данном случае ребристая с внешней стороны, для повышения охлаждаемой площади, поскольку цилиндр имеет воздушное охлаждение), 3 – поршень (возвратно-поступательным движением обеспечивает впуск смеси, ее сжатие, получение энергии и дальнейший вывод отработанных газов), 4, 5 – шатун и коленвал (преобразование возвратно-поступательного импульса в крутящий момент), 6 – свеча зажигания (дает искру, которая поджигает смесь), 7 – выхлопной патрубок (вывод отработанных газов), 8 – впускной и выпускной клапаны («открывают» цилиндр для входа смеси (впускной) и выхода отработанных газов (выпускной), герметизируют цилиндр во время сжатия и воспламенения. Следует отметить, что изображен лишь пример конструкции, но ее вариации могут быть значительными, к примеру цилиндры дизельных двигателей не имеют свечей зажигания, а если двигатель жидкостного охлаждения – отсутствуют «ребра», но присутствуют каналы для прогона охлаждающей жидкости и т.д. По количеству тактов (действия, происходящие поочередно в цилиндре двигателя) различают 3 типа двигателя – двухтактный, четырехтактный и шеститактный. Наиболее широко используемым является четырехтактный двигатель, четыре его такта показаны на схеме.

Коэффициент полезного действия самых современных поршневых двигателей не превышает 25-30%, т.е. реально около 70% всей энергии, получаемой во время сгорания топлива, превращается в тепло, которое необходимо выводить из двигателя. Система охлаждения очень важный компонент в силовой установке и во многом определяет ее характеристики. По типу вывода тепла (иначе охлаждения) двигатели подразделяются на воздушный и жидкостный тип.

И если в автомобилях воздушное охлаждение практически не используется, из-за своей низкой эффективности на малых скоростях и ее полного отсутствия при остановке, то в поршневой авиации двигатели воздушного охлаждения очень и очень широко используются, ведь имеют ряд преимуществ перед двигателями жидкостного охлаждения. А именно меньшая масса, соответственно большая удельная мощность и более простая, а значит и более надежная конструкция. Кроме того, из-за большой силы набегающего потока во время полета, эффективность охлаждения обычно достаточна для нормальной работы двигателя.

 

Большинство поршневых двигателей – многоцилиндровые, это необходимо для повышения мощности и общей их эффективности. В связи с этим их классифицируют по расположению цилиндров относительно коленвала. В пик своего развития, авиационные двигатели имели до 24 цилиндров, а некоторые, несерийные экземпляры и более. И основными, наиболее широко используемыми вариантами расположения цилиндров является V-образное, рядное и звездообразное.

Различить их нетрудно, ведь если смотреть спереди они и выглядят как буква V в первом случае, один ряд (колонна) – во втором случае, и звезда (или при наличии большого количества цилиндров — скорее блюдечко) в третьем. Традиционно два первых типа используют систему жидкостного охлаждения,  в то время как последний – воздушного. Соответственно кроме вышеназванных преимуществ и недостатков двигателей по типу их охлаждения, можно еще добавить, что рядные двигатели компактные, могут быть установлены в перевернутом положении, но при наличии большого количества цилиндров, они получаются очень уж длинными.

V-образные имеют 2 цилиндра в ряду, соответственно они имеют в два раза меньшую длину, чем рядные, но зато менее компактны, хотя также могут быть установлены в перевернутом положении, имеют большее фронтальное сечение, а значит и большее лобовое сопротивление. Звездообразные, или радиальные двигатели, имеют цилиндры, распложенные вокруг коленвала, соответственно они наиболее громоздкие, имеют просто таки огромное фронтальное сечение и лобовое сопротивление, но благодаря этому могут эффективно охлаждаться набегающим потоком и имеют очень незначительные показатели длины.

Другие агрегаты

ФПИ: В России разработан высотный авиационный роторно-поршневой двигатель

6 февраля 2020 г., AEX.RU –  В рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований (ФПИ) и Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) имени П.И. Баранова разработан перспективный авиационный односекционный турбированный роторно-поршневой двигатель (РПД). При рабочем объеме 0,4 литра и весе роторно-статорного модуля РПД в 28 килограммов достигнутое при моторных определительных испытаниях максимальное пиковое значение мощности составило более 120 лошадиных сил. Об этом сообщает пресс-служба ФПИ.

Основная задача, которая стояла перед разработчиками нового двигателя – ликвидация недостатка РПД, а именно низкого ресурса основных элементов двигателя и повышение общего ресурса силовой установки при улучшении ее высоких удельных характеристик. Решение состояло в применении в конструкции композиционных металлокерамических материалов нового поколения с высокими физико-механическими характеристиками. Композиты, в частности, применены в износостойкой вставке статора, радиальных, маслосъемных и торцевых уплотнениях ротора, подшипниковых узлах, износостойком покрытии эксцентрикового вала, рассказали в ФПИ.

В двигателе также используется специально разработанная уникальная система турбонаддува, часть ее элементов изготовлена с помощью аддитивных технологий  с использованием отечественного сырья. Также разработана отечественная электронная система управления двигателем и спроектирована современная система топливоподачи.

«Правильность выбора указанных конструкторских и технологических решений подтверждена в ходе полного комплекса стендовых испытаний. В частности, проведены круглосуточные ресурсные испытания продолжительностью более 250 часов по самолетному и вертолетному циклам работы. Последующие дефектовки подтвердили крайне низкий износ деталей на уровне допустимых износов деталей классических ДВС и лучших РПД. На основании проведенных экспериментальных исследований по утвержденным методикам Центрального института авиационного моторостроения определен межремонтный ресурс двигателя в 1000 часов и полный ресурс – 5000 часов», — отметили в ФПИ.

Также в ходе высотно-климатических испытаний на уникальном стенде УВ-3К с термобарокамерой подтверждена возможность стабильной эксплуатации РПД в широком диапазоне температур — от -63,8°С до +52°С и высот — до 10 000 метров, а также возможность поддержания взлетной мощности до высоты 7 000 метров. Двигатель способен работать на различных видах топлива, в том числе на газе, авиационном и автомобильном бензине.

Основные сферы применения перспективного двигателя— беспилотные летательные аппараты, легкомоторная авиация, робототехнические платформы различного назначения, в составе генераторов гибридных силовых установок, в качестве лодочных и автомобильных моторов.

Интерес к инновационной разработке российских ученых уже проявили ведущие предприятия авиастроительной отрасли, компании, специализирующиеся на производстве техники для активного отдыха, и представители Министерства обороны Российской Федерации.

«Вечные двигатели» и их создатели. Павел Соловьев

26 июня исполняется 102 года со дня рождения советского и российского конструктора Павла Александровича Соловьева, основоположника газотурбинного двигателестроения в СССР, создателя пермской школы конструирования. Его именем назван двигатель ПС-90А, последняя работа Соловьева, один из лучших моторов для дальнемагистральной авиации.

С самого начала карьеры в 1940 году и до последних дней Павел Александрович был связан с работой пермского ОКБ-19 (сегодня «ОДК-Авиадвигатель», входит в Ростех), где прошел путь от конструктора до руководителя бюро. Под началом Соловьева было разработано и запущено в серию не менее 15 авиадвигателей различных схем и назначений, включая ряд модификаций.  

Солдат «войны моторов»

Местом рождения будущего создателя авиамоторов стала деревня на Волге в Ивановской области. Павел Соловьев был одним из пяти детей в крестьянской семье. Несмотря на то что мальчику приходилось много помогать по хозяйству, он находил время для чтения книг. После окончания 9 классов школы Соловьев поступает в Рыбинский авиационный институт, который заканчивает с отличием.

В предвоенном 1940 году Соловьев приходит на должность конструктора в опытно-­конструкторский цех (ОКЦ) завода №19 имени Сталина города Молотова (ныне АО «ОДК­-Авиадвигатель», г. Пермь). Великую Отечественную войну называли «войной моторов», и на коллективы ОКБ, занимавшихся разработкой авиадвигателей, тогда легла гигантская ответственность и нагрузка. Напряженный творческий труд в военные годы закалил молодого конструктора и способствовал его быстрому профессиональному росту – уже в возрасте 31 года, в 1948 году, Павел Соловьев становится первым заместителем главного конструктора завода, а его старшим товарищем и учителем был выдающийся конструктор Аркадий Дмитриевич Швецов.

Руководство ОКБ-19, 1948 год. Соловьев − третий слева во втором ряду

При непосредственном участии Соловьева во время войны создается серия двухрядных авиамоторов АШ-82/83. Эти двигатели устанавливались на истребителях Ла‑5 и Ла‑7, штурмовиках Су-2, бомбардировщиках Ту-2, Пе-2 и Пе‑8, вклад которых в победу в Великой Отечественной войне сложно переоценить.
 

От поршней к газотурбинам

После войны ОКЦ завода №19 становится основным в СССР разработчиком поршневой техники для нужд военной и гражданской авиации. В 1947 году создается самый мощный серийный поршневой двигатель АШ-73ТК для дальнего четырехмоторного стратегического бомбардировщика Ту-4. Всего до 1953 года было выпущено 1200 бомбардировщиков различных модификаций, стоявших на вооружении ВВС до начала 1960-х годов. В конце 1940-х – начале 1950-х началось широкое внедрение поршневых двигателей ОКБ-19 в транспортную авиацию. Помимо установленных еще в начале войны моторов М-62ИР на самолетах Ли-2, начинается массовое использование двигателей ОКБ-19 на самолетах Ил-12, Ил-14, а также на вертолетах Ми-4 и Як-24. Двигатель АШ-62ИР, который ставился на «кукурузники» Ан-2, выпускался более 60 лет.

Бомбардировщик Ту-4 с двигателями АШ-73ТК

В марте 1953 года уходит из жизни А.Д. Швецов, и Павел Соловьев становится главным конструктором. Эти события пришлись на переходный период в авиационном моторостроении: поршневая техника уже отживала свое, исчерпав возможности для роста, а газотурбинное направление было еще недостаточно развито. Соловьев, несмотря на свой молодой возраст, смог перенаправить работу бюро в новое русло разработки газотурбинной техники и вывести ОКБ на лидирующие позиции в стране и мире.

Период с 1953 по 1956 годы прошел под знаком поиска нужного типа и схем реактивных и газотурбинных двигателей. Важный выбор, определивший тематику ОКБ‑19 на многие годы, был сделан в середине 1955 года, когда коллектив начал проектировать первый двигатель по двухконтурной схеме Д‑20 для установки на бомбардировщике А.Н. Туполева, способном преодолевать зону ПВО на двухрежимном форсажном режиме работы двигателя. Были проведены испытания, однако в 1956 году работы над самолетом и, соответственно, над двигателем были остановлены. При этом двухконтурная схема двигателей и сегодня остается доминирующей во всем мире.

Период с 1956 по 1961 годы ознаменовался для коллектива Соловьева созданием и внедрением в эксплуатацию первого в СССР турбореактивого двухконтурного двигателя Д-20П для самолетов Ту-124. В историю Ту-124 вошел как первый реактивный пассажирский лайнер, принесший на региональные авиалинии комфорт и скорость. Другой важной разработкой тех лет стал первый в мире вертолетный газотурбинный двигатель Д‑25В для тяжелого вертолета Ми-6 и его модификаций Ми-10/10К. Ми-6 поставил 16 мировых рекордов по грузоподъемности и скорости полета, участвовал в боевых действиях в Афганистане. Создавались новые двигатели тоже рекордными темпами − с начала разработки Д-20П до запуска в серию прошло около трех лет, а вертолетная силовая установка была создана всего за 8 месяцев.  

Самолет Ту-124 с двигателем Д-20П

С 1963 по 1972 годы ОКБ-19 под руководством Соловьева, несмотря на сильную загруженность работой над ракетными двигателями, создает двухконтурные двигатели третьего поколения Д‑30 и Д‑30КУ/КП. Всего было выпущено более 3000 двигателей Д-30, которые устанавливались на пассажирский ближнемагистральный самолет Ту‑134, ставший самой массовой крылатой машиной в СССР. Силовая установка Д‑30КУ была создана для модернизации дальнемагистрального пассажирского самолета Ил-62, после которой он смог обеспечивать длительные беспосадочные перелеты по территории России, а также в Западное полушарие (США и Южную Америку) через Атлантический океан. Вариация установки Д‑30КП использовалась на военном транспортнике Ил-76 и его многочисленных модификациях, которые и по сей день применяются для доставки грузов МЧС и работы в зонах стихийных бедствий.

Самолет Ту-134 с двигателями Д‑30  

 

Двигатели четвертого поколения: военные и гражданские

1970-е годы в работе Павла Александровича Соловьева и его КБ были в основном посвящены созданию военного двигателя Д‑30Ф6 для истребителя-перехватчика МиГ-31, первого боевого самолета четвертого поколения в СССР. Предварительные работы по созданию сверхзвуковой установки начались в ОКБ еще в середине 1960-х годов. В работе П.А. Соловьев руководствовался принципом сочетания новаторства и преемственности. В ходе создания двигателя Д-30Ф6 была проделана большая работа в кооперации со многими предприятиями авиационной отрасли СССР. Самолеты МиГ-31 до сих пор стоят на вооружении ВКС России. В 2009 году одному из самолетов МиГ-31 авиационного гарнизона «Сокол» было присвоено почетное имя «Павел Соловьев».

Истребитель-перехватчик МиГ-31 с двигателем Д‑30Ф6

Если вернуться к гражданской авиации, то уже в 1970-е годы в Советском Союзе возникла потребность в обновлении магистрального авиапарка для улучшения топливной эффективности самолетов и приведения их в соответствие международным нормам. В конце 1982 года государство открыло конкурс на унифицированный двигатель для пассажирских самолетов нового поколения Ту-204 и Ил-96. Основными соперниками в конкурсе стали двигатели НК-64 ОКБ Н.Д. Кузнецова и Д-90А ОКБ П.А. Соловьева. Победу одержали пермяки: мотор Соловьева показал лучший расход топлива, меньший вес и более низкую себестоимость. В связи с 70-летием Павла Александровича в 1987 году двигателю было присвоено его имя − ПС‑90А.

При высокой конструктивной преемственности ПС‑90А с семейством двигателей Д‑30 Соловьевым был создан качественно новый продукт – высокоэкономичный и экологичный авиационный двигатель широкого применения, по своим характеристикам ставший в один ряд с лучшими мировыми двигателями аналогичного класса. Новый двигатель ПС‑90А впервые поднял в воздух самолет Ил-96 в 1988 году, а в 1989 году – самолет Ту-204.

В настоящее время двигатели семейства ПС-90А установлены на все современные отечественные пассажирские и грузовые самолеты. Двигатель в его различных модификациях выпускается до сих пор и является первым российским авиадвигателем с наработкой более 9000 часов без съема с крыла. ПС-90А поднимает в небо самолеты специального летного отряда «Россия», предназначенные для перевозки президента России и других государственных деятелей. На базе ПС-90А также разработано семейство турбореактивных двигателей ПС-90ГП для наземного использования в составе электрогенераторных и газоперекачивающих установок.

Самолет Ил-96 с двигателем ПС‑90А

Идеи П.А. Соловьева, реализованные в серийных двигателях пермского ОКБ-19, на многие годы определили уровень отечественного двигателестроения. Принципы, которые он использовал в работе, стали основой для новой конструкторской школы, продолжающей традиции русской инженерной мысли. Признанием научных заслуг Павла Александровича Соловьева стало присвоение ему ученого звания профессора кафедры «Авиационные двигатели» Пермского политехнического института, ученой степени доктора технических наук и почетного звания «Заслуженный деятель науки и техники РСФСР». В 1981 году Соловьев был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, с 1970 по 1989 годы работал депутатом Верховного Совета РСФСР, а после выхода на пенсию был назначен советником при руководстве МКБ МАП СССР. Скончался П.А. Соловьев 13 октября 1996 года. Его именем названа улица в Перми. Альма-матер Павла Александровича, Рыбинский государственный авиационный технический университет, сегодня также носит имя конструктора.

НА ЧЕМ ЛЕТАТЬ МАЛОЙ АВИАЦИИ? — Авиапанорама

В последние годы появилось множество образцов легких самолетов, призванных решить транспортные проблемы в российских регионах, да только вот двигатели у всех прототипов импортные. Это критично и для гражданской авиации, и для поставляемых Министерству обороны беспилотников. Какова ныне ситуация с разработкой и производством поршневых авиационных двигателей, «Военно-промышленному курьеру» рассказал Михаил Гордин, генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова.

— Давайте начнем с глобального — какова ныне роль ЦИАМа в отечественном авиационном двигателестроении, кто за что отвечает?

— Мы головной отраслевой научно-исследовательский институт, отвечающий за все исследования, создание научно-технического задела и регуляторной базы, за контроль исполнения в области опытно-конструкторских работ… Ранее ЦИАМ, ЦАГИ и ГосНИИАС были в составе Министерства авиационной промышленности, теперь мы входим в НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского». Ныне статус института — федеральное государственное унитарное предприятие. 1 июля вышел указ президента о реорганизации ФГУП «ЦИАМ» в формат Федерального государственного бюджетного учреждения, и со следующего года мы будем уже ФГБУ, но все выполняемые нами функции сохранятся в прежнем объеме.

Для решения стоящих перед нами задач мы задействуем весьма солидную испытательную базу, выполняем большое количество специальных испытаний — весь комплекс работ, необходимый для проведения государственных испытаний и сертификации всех используемых в отечественной авиации двигателей. Наш Научно-испытательный центр в Лыткарине по размерам является вторым в мире — после Центра Арнольда (Arnold Engineering Development Center) ВВС США. И загруженность наших испытательных площадей сейчас полная.

— Иностранные авиадвигатели, используемые в РФ, тоже должны получить ваше одобрение?

— За валидацию сертификата типа двигателя отвечает Росавиация, наша сфера — экспертиза для установления соответствия требованиям, предъявляемым подобной продукции.

— От иностранных двигателей перейдем к отечественным. А конкретно к тем, что предназначены для малой авиации, от сверхлегких летательных аппаратов и до самолетов регионального масштаба — соответственно поршневых и газотурбинных малой мощности. Как обстоят дела с их созданием и производством?

— Серийных отечественных двигателей этого сегмента попросту нет. Чтобы они были, их кто-то должен разрабатывать, а это как минимум требует заказа. В 90-е в этой области, говоря словами Гамлета, «прервалась связь времен» — последний серийный поршневой двигатель М-14 для спортивных пилотажных самолетов собрали лет пятнадцать назад, и с той поры серийных моторов не производилось. Продолжать разработку и производство двигателей бессмысленно, если нет заказов от самолетостроителей, а их не стало. Нет заказа, нет и финансирования, потому разработка новых и модификация уже существующих двигателей прекратились. При этом легкие воздушные суда, пусть и в единичных экземплярах, создавались, и для них пришлось использовать импортные двигатели.

В принципе единичный экземпляр самолета сделать несложно. И даже двигателя — берешь любой подходящий и делаешь из него авиационный. Но это будет именно единичный экземпляр, уникальный. Сделать же серийный куда сложнее. Он должен делаться правильно: с соответствующей документацией буквально на каждую деталь, с подготовкой производства, с налаживанием кооперационных связей, чтобы в результате возникла повторяемость. Безопасность в авиации обеспечивается тем, что и разработчики, и изготовители подчиняются очень жестким правилам. По сути в этом и есть главное отличие серийного изделия от самоделки.

— У нас есть несколько компаний, которые выпускают самолеты малыми сериями, изначально ориентируясь на импортные двигатели: у них нет финансовых возможностей заказать разработку и производство отечественных моторов. А большие КБ, вроде ильюшинского или туполевского, свои перспективы связывают с чем угодно, но не с малой авиацией. То есть потенциального заказчика, во всяком случае в гражданской авиации, физически не существует. Но при этом существует насущная потребность в двигателях. Порочный круг?

— Этот порочный круг уже разорван. И в годы безвременья самолеты делались, какие-то наработки сохранялись, у нас в ЦИАМе продолжает работать подразделение, которое занимается научным аспектом разработки поршневых двигателей, мы даже в лихие 90-е изделия-демонстраторы создавали. Но о серийном производстве действительно речь не шла долго — до тех пор, пока мировой авиационной модой не стало создание беспилотных летательных аппаратов. Лет десять назад о них активно заговорили и у нас, а с массовым введением санкций встал вопрос и о собственном производстве поршневых двигателей для БЛА. И в России, и за рубежом главной нишей использования беспилотников пока является военное применение. Надо сказать, что они по сути спасли мировое поршневое авиадвигателестроение, оно ведь во всем мире пребывало в кризисе. Хороший пример с вертолетами «пляжного» класса» Robinson 44. Отличная машина — как наблюдательный, патрульный, операторский этот вертолет массово закупался ООН, пользовался хорошим спросом у частных аэроклубов и пилотов-любителей. И вдруг компания-производитель выпускает на рынок модель R66 уже с газотурбинным двигателем, специально для этого заказанным у «Роллс-Ройса». Почему? Одной из главных причин был назван риск остаться без двигателей для своих популярных моделей, ибо их производитель — компания «Лайкоминг» на тот момент пребывала в кризисе и ей грозило банкротство. И не ей одной, «поршневая ниша» схлопывалась…

А появление беспилотников вновь сгенерировало спрос на поршневые авиадвигатели. К нам это пришло с задержкой в несколько лет, и одновременно с созданием аппаратов с иностранными двигателями делались попытки локализовать в России производство импортных аналогов. Есть примеры проведенных опытно-конструкторских работ, в том числе и весьма грамотных, но дело в том, что локализация производства поршневого двигателя связана с серьезными проблемами. Поршневое двигателестроение, а это в первую очередь создание автомобильных моторов, подразумевает очень широкую кооперацию. Этого нет у производителей газотурбинных двигателей, поскольку в изделиях очень много критичных узлов и деталей, которые фирмы-разработчики не рискуют заказывать на стороне и предпочитают все делать сами. В производстве автомобильных двигателей все иначе: топливную аппаратуру делают одни, систему зажигания другие, различные вспомогательные агрегаты третьи, блоки и поршни четвертые и так далее. Это разделение в первую очередь выгодно в производстве больших серий, и в автопромышленности система сложилась достаточно органичная.

Потому попытки локализовать производство поршневых авиадвигателей в России сталкиваются с необходимостью поставки комплектующих. Где их взять? Никто с мелкой серией связываться не будет, а в производстве авиамоторов выпуск сотен, а то и десятков изделий в год уже хорошая серия, что в сравнении с массовым производством автомобильных двигателей — мизер. Потому проекты локализации удачными так и не стали.

— А что бы не заказать авиационный двигатель тому же ВАЗу, к примеру?

— Делать авиадвигатель на базе автомобильного — давно существующая практика, взять, например, Thielert (Германия) и Austro Engine (Австрия), но у многих автопроизводителей свои традиции, и нынешняя продукция российского автопрома — в подавляющем большинстве та же локализованная импортная. И права на ее производство принадлежат не нам. Потому, когда встал вопрос о поиске прототипа для создания современного авиационного поршневого двигателя, выбор пал на линейку моторов, разработанных для единой модульной платформы «Кортеж». Это самый современный поршневой двигатель в стране, он очень хорош, а главное — все права на его производство принадлежат России. Мы взяли первую, восьмицилиндровую версию этого двигателя, договорились с НАМИ и в рамках отдельной НИР создали из автомобильного двигателя 500-сильный авиационный поршневой — АПД-500. Пересчитали все ресурсы, адаптировали его под авиационное назначение, что было непросто. Скажем, в автомобильном двигателе в случае аварийной ситуации подача топлива должна отключаться — автомобиль остановится. Самолет в воздухе остановиться не может, поэтому что бы ни происходило, какие бы системы ни отказывали, топливо должно поступать в двигатель. То есть при условно одинаковой компонентной базе у авиадвигателя совсем иные интеграционные решения. Но главное — сколь бы ни отличалась авиационная модификация двигателя от автомобильного прототипа, а отличия могут быть весьма существенными, производство по отлаженной в автопроме технологии всегда будет дешевле и быстрее, нежели разработка и производство чисто авиационного двигателя.

— И какова ситуация с «летающим «Кортежем» сейчас?

— Мелкосерийное производство автомобильных двигателей в НАМИ уже налажено, пока там есть импортные компоненты, но при крупносерийном производстве все станет выгодно производить в России. Нам же НАМИ в рамках проводимых НИР поставил несколько моторкомплектов, полтора года назад мы сделали первый конструктивный облик, испытали его. Сейчас готовим испытания третьего облика, успешно прошедшего наземные испытания, в термобарокамере, имитирующей условия высотного полета. Этим мы должны подтвердить его высотно-скоростные характеристики. В следующем году начнем подготовку к летным испытаниям. После этого двигатель будет уже на пятом-шестом уровне готовности технологий и можно открывать достаточно быстрый и нерисковый этап опытно-конструкторских работ для подготовки запуска АПД-500 в серию.

— На Ан-2 стоит двигатель порядка 1000 сил, для чего пригоден 500-сильный?

— Из гражданских самолетов — на Як-152, к примеру. Или на сельскохозяйственный или даже двухдвигательный региональный самолет. Причина, почему мы выбрали для НИР именно 500-сильный двигатель, простая — ничего другого из современных моторов, интеллектуальная собственность на которые принадлежит России, не было. И эта работа укладывается в общую концепцию: как быстро создать отечественный авиационный поршневой двигатель. И тогда уже можно говорить о создании целой линейки двигателей.

ЦИАМ недавно завершил формирование единого типоразмерного ряда отечественных авиационных двигателей, подлежащих разработке, в первую очередь для использования на БЛА. Эта линейка включает не только поршневые и роторно-поршневые двигатели, но также электрические и малоразмерные газотурбинные авиационные в диапазоне мощностей от 50 до 500 лошадиных сил. Эти наши предложения по унифицированному типоряду являются составной частью межведомственной программы по созданию беспилотных авиационных систем на период до 2025 года, ведущейся под руководством Минпромторга.

— Но по каким-то иным двигателям из этой линейки ведутся работы?

— Иных пока попросту нет. При этом есть хорошие автомобильные двигатели, которые производятся в РФ, но это западные образцы, к их разработке наши инженеры и конструкторы отношения не имеют. И даже если двигатель произведен в Калуге, все права на него сохраняются у «Фольксвагена».

— Вы упомянули типоряд, то есть некие фиксированные мощности грядущих наших авиадвигателей — по какому принципу он строится?

— Это на самом деле очень непростая задача. Послушать авиастроителей, так им нужны мощности с шагом буквально в десять сил, но ассортимент не может быть бесконечным. Верхняя граница понятна — свыше 500-600 лошадиных сил поршневой двигатель делать смысла нет, там уже выгоднее газотурбинные. И тут вот что получается. По топливной экономичности лучше всего дизельные двигатели, потом — бензиновые, самые прожорливые — газотурбинные. А вот по весу при одинаковой мощности тяжелее всех дизель, чуть легче бензиновый и уже намного легче ГТД. И выбор двигателя для каждого воздушного судна напрямую связан с его назначением. До определенной дальности предпочтительным оказывается бензиновый мотор, потом на первое место по эффективности выходит дизель, а если дальность еще больше — вне конкуренции газотурбинный. Все это просчитывается, равно как и стоимость жизненного цикла каждого из типов двигателей, поскольку стоимость поршневых меньше, а вот ресурс гораздо выше у газотурбинных. Линейку потребных для легкой авиации двигателей мы разрабатывали не на пустом месте, поскольку ряд воздушных судов, в первую очередь беспилотных, уже выпускается нашей промышленностью серийно. Собственно, мы и разбирались, как грамотно составить ее в первую очередь для импортозамещения, чтобы затем, уже на базе отечественных двигателей можно было создавать новые беспилотники самого различного назначения. В итоге имеем следующий список: бензиновый двигатель — 80 лошадиных сил, роторно-поршневые — в диапазонах 50-70 и 100-150 лошадиных сил, дизели — 200 и 300 сил и тот самый 500-сильный АПД-500. Такая линейка полностью закрывает потребность российских разработчиков и пилотируемой, и беспилотной авиатехники в этом диапазоне мощностей.

— А доступна ли сегодня такая конструкторская роскошь — отказаться от адаптации автомобильных моторов и создавать изначально авиационный? Или дорого и неразумно?

— Почему же. Сейчас ведутся несколько ОКР как раз по разработке авиационных двигателей, просто до их окончания преждевременно говорить о результатах. Два прототипа на «АРМИИ-2020» показал УЗГА — Уральский завод гражданской авиации, с которым у нас подписано соглашение о сотрудничестве. Это 80-сильный двигатель для замещения импортного на БЛА «Форпост» и 200-сильный дизель для учебного самолета «Даймонд», которые собираются на этом же заводе. Еще разработкой своего нового двигателя для беспилотников занимается машиностроительный завод «Агат» — это Гаврилов Ям, Ярославская область. Но я бы не сказал, что и эти чисто авиационные двигатели создаются без оглядки на достижения автопрома — у экономики свои законы и так выгоднее. При этом производители автомобильных двигателей не рвутся на авиационный рынок — серийность куда меньше, хлопот больше, прибыль мизерная. А еще они не хотят, чтобы название фирмы фигурировало в марках авиадвигателей, считая, что фраза «На самолете отказал мерседесовский двигатель» ударит по репутации компании куда сильнее, нежели сотня автомобильных аварий.

— Допустим, разработали хороший и всех устраивающий поршневой двигатель. Будут ли в его изготовлении проблемы технологические — нужны ведь и специальные сплавы, и современные керамические покрытия трущихся поверхностей… Кто это обеспечит?

— Полагаю, каких-то глобальных проблем с производством не будет. В качестве примера: в прошлом году мы совместно с Фондом перспективных исследований завершили создание роторно-поршневого двигателя как раз с использованием самых современных материалов. Собственно, и решали проблему увеличения ресурса классического вазовского двигателя Ванкеля, который был всем хорош, но недолговечен. Мы довели разработку до создания и ресурсных испытаний нескольких демонстраторов и убедились — технически задача вполне выполнима.

— За рубежом, в тех же Штатах частный маленький самолет — вполне обычная вещь. В РФ, как считаете, это тоже когда-нибудь станет обыденностью?

— Я сам пилот-любитель и с удовольствием разделил бы подобные мечты, но у меня есть сомнения на этот счет. Тут против нас и несравнимый доход на душу населения, и разные авиационные традиции. У нас полеты малой авиации жестко регламентированы, это идет с советских времен. И гораздо сложнее будет решить не технические, а регуляторные проблемы использования авиации общего назначения. Купить самолет можно и сейчас, но мало кто покупает и летает. И если наша промышленность освоит производство легкого и надежного самолета для частных нужд, почему она будет продавать его дешевле зарубежных?

— Если не будет массового производства малых гражданских самолетов, то вся надежда на производство военных беспилотников, но там объемы все-таки конечные. Какие перспективы у поршневой авиации?

— Пока нормально ориентироваться можно только на планы военных, и возможно, что реализация гособоронзаказа в этой области как-то потянет за собой и развитие гражданской авиации. Но опять мы упремся в существующие правила полетов. В малой авиации аварии неизбежны, хотя и не в тех масштабах, что на дорогах. Но если с автомобильной аварийностью государство вынуждено мириться, то идеал авиационной безопасности — чтобы никто не летал. В тех же США твоя безопасность — твоя же и проблема: хочешь летать — летай, убьешься — это был твой выбор. А у нас государство думает о жизнях своих граждан. Вспомним, как развивалась малая авиация в СССР. ДОСААФ, «Комсомолец — на самолет!» — это же было напрямую связано с необходимостью иметь большое количество пилотов. Сейчас государственной потребности в этом нет по простой причине — стране и армии такое количество летчиков, как раньше, просто не требуется. Была бы такая нужда на государственном уровне — было бы и финансирование, а значит, и производство.

— Можете сказать о каких-то конкретных сроках, когда в небе массово появятся наши поршневые двигатели?

— Не могу. Это имеет непосредственное отношение к разработкам и поставкам по гособоронзаказу. Что и когда рассказывать в этой области — прерогатива военных.

— Вошедшие в моду квадрокоптеры наводят на мысль, что поршневые двигатели имеют в своей нише серьезного конкурента…

— Еще какого! Первые беспилотники, которые мы увидели, — детские вертолетики. Но с электрической силовой установкой есть строгая зависимость: чем она больше, тем сложнее. Да, пока энергетическая отдача от аккумуляторов на порядок-полтора меньше, чем от химического топлива, но весь авиационный мир сегодня занимается гибридными силовыми установками для летательных аппаратов. Планируется, что таковыми где-то к 2050 году будут оснащаться не только региональные, но и магистральные самолеты. Сейчас уже есть одно-двухместные самолеты, способные на аккумуляторах летать почти час, сделать их не проблема. Но такой мало кому нужен. А вот использование газотурбинного двигателя с генератором, аккумуляторами и чисто электрическими движителями или другой вариант — турбовинтовой двигатель, соосно с главным валом у которого расположен стартер-генератор, — вполне жизнеспособная схема. В первом случае традиционный двигатель работает в постоянном оптимальном режиме с минимумом вредных выбросов. Во втором — генератор при пиковых нагрузках работает как электродвигатель, добавляя мощности традиционному мотору, а в крейсерском режиме подзаряжает аккумуляторную батарею. Но это очень общее описание, на пальцах, в реальности все куда сложнее. В сочетании с использованием водородного топлива самолет на гибридной тяге будет выгоден во всех отношениях.

— Еще раз о «связи времен». Можно говорить, что в области поршневого авиационного двигателестроения конструкторская школа восстановилась?

— Процесс идет, но очень медленно. Какой бы умный и грамотный ни был выпускник вуза, он еще не конструктор, а чтобы стать им, он должен поработать в коллективе КБ, впитать накопленный там опыт, научиться мыслить не отвлеченно, а на базе уже созданного. Андрей Николаевич Туполев как-то заметил, что если в самолете новаций больше 30 процентов, он не полетит. Традиции в конструировании — важнейшая вещь. Для формирования полноценного конструктора нужны годы, что уж говорить о главном или генеральном конструкторе. Но все-таки и здесь заметно, что ситуация улучшается.

 

Источник: https://www.aviaport.ru/digest/2020/10/13/655667.html

 

поршневой авиационный двигатель — это… Что такое поршневой авиационный двигатель?

поршневой авиационный двигатель

поршнево́й авиацио́нный дви́гатель

традиционно принятое в авиации название поршневого двигателя внутреннего сгорания для привода воздушного и несущего винтов. В отличие от двигателей, устанавливаемых на автомобилях, тепловозах и др. наземных транспортных средствах, авиационные поршневые двигатели имеют большее число цилиндров (от 5 до 24), меньшую массу, лучшие экономические характеристики, способны работать в перевёрнутом состоянии и обладают большей надёжностью. Авиационные двигатели имеют воздушное или водяное охлаждение, способ охлаждения определяет конструкцию двигателя. В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры объединяют по 4–6 шт. в блоки (ряды), они имеют общую рубашку, внутри которой циркулирует охлаждающая жидкость. В одном двигателе может быть 2.4 или 6 блоков, размещаемых вдоль оси двигателя. В двигателях с воздушным охлаждением цилиндры размещают в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, по 5–9 шт.; вместе эти цилиндры напоминают звезду или ромашку. У мощных двигателей могло быть до 4 звёзд (до 20–24 цилиндров). Цилиндры охлаждаются потоком встречного воздуха, для более эффективного охлаждения наружная поверхность корпусов цилиндров делается ребристой.

С появлением в 1950-х гг. воздушно-реактивных двигателей поршневые двигатели утратили доминирующее значение в авиации. Ныне их устанавливают лишь на легкомоторных спортивных, учебных, санитарных самолётах, на лёгких вертолётах, аэросанях и мотопланёрах.

авиационный двигатель»>

Поршневой авиационный двигатель

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

.

• порт
• последовательное соединение

Смотреть что такое «поршневой авиационный двигатель» в других словарях:

• Поршневой авиационный двигатель — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1.Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… …   Википедия

• Авиационный двигатель — Запрос «Авиадвигатель» перенаправляется сюда; см. также другие значения. По теме Авиационный двигатель должна быть отдельная статья, а не страница разрешения неоднозначностей. После создания основной статьи страницу разрешения неоднозначностей,… …   Википедия

• авиационный двигатель — двигатель, предназначенный для использования на самолётах, вертолётах, дирижаблях и других летательных аппаратах. Главным отличием авиационных двигателей от двигателей, применяемых на других транспортных средствах, является большая мощность при… …   Энциклопедия техники

• М-22 (авиационный двигатель) — Bristol Jupiter Годы производства: 1920 е 1930 е Тип: Однорядовый, со звёздообразно расположенными цилиндрами Технические характеристики Объём: 28.7 л Мощность: 435 л.с. (325 кВт) при 1,575 оборотов в минуту …   Википедия

• Двигатель авиационный — тепловой двигатель для приведения в движение летательных аппаратов (самолётов, вертолётов, дирижаблей и пр.). С момента зарождения авиации и до конца Второй мировой войны единственным практически используемым Д.а. был поршневой двигатель… …   Энциклопедия техники

• Поршневой двигатель — см. в статье Двигатель авиационный. Авиация: Энциклопедия. М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994 …   Энциклопедия техники

• двигатель авиационный — Рис. 1. Зависимость тяги от скорости полёта. двигатель авиационный — тепловой двигатель для приведения в движение летательных аппаратов (самолётов, вертолётов, дирижаблей и пр.). С момента зарождения авиации и до конца 2 й мировой войны… …   Энциклопедия «Авиация»

• двигатель авиационный — Рис. 1. Зависимость тяги от скорости полёта. двигатель авиационный — тепловой двигатель для приведения в движение летательных аппаратов (самолётов, вертолётов, дирижаблей и пр.). С момента зарождения авиации и до конца 2 й мировой войны… …   Энциклопедия «Авиация»

• двигатель внутреннего сгорания — (ДВС), тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые ДВС; по рабочему циклу – непрерывного действия, двух – и… …   Энциклопедия техники

• поршневой двигатель — поршневой двигатель — в статье Двигатель авиационный …   Энциклопедия «Авиация»

Основы поршневого двигателя

— AOPA

Это не двигатель в Oldsmobile вашего отца

Марк Э. Кук

По сравнению с автомобильными или мотоциклетными двигателями поршневые двигатели самолетов более просты и, как некоторые говорят, примитивны. Тем не менее, пока вы учитесь летать, этот старый дрожащий шумогенератор перед брандмауэром таит в себе и тайну, и неизвестность. Что там происходит? Будет ли он продолжать движение, пока я пересечу эту линию гребня?

Вы, вероятно, много слышите о авиационных двигателях, которые находятся на одном уровне в пищевой цепи от обычных газонокосилок или садовых тракторов, и это правда, если не считать самых грубых упрощений.Силовые установки самолетов — это, за исключением нескольких повстанцев, упрощенные, с воздушным охлаждением, горизонтально расположенные, четырехтактные устройства внутреннего сгорания с низкими рабочими скоростями и низкой удельной мощностью. Если бы вам пришлось описать автомобильный эквивалент, наиболее близкий к среднему авиационному, вы бы указали на почтенный двигатель Volkswagen Beetle.

Как и в случае с народным автомобилем, в подавляющем большинстве поршневых авиационных двигателей, используемых сегодня, используется цикл Отто, изобретенный Николаусом Августом Отто в 1876 году. Эти двигатели, также называемые четырехтактными или четырехтактными, содержат цилиндр, в который вставлен поршень. ; Поршень воздействует на коленчатый вал через шатун.Коленчатый вал, который в большинстве самолетов прикреплен болтами непосредственно к гребному винту, преобразует линейные (назад и вперед) движения поршня во вращательную работу.

В схеме цикла Отто есть четыре различных цикла, различающихся ходами поршня внутри цилиндра. При первом такте поршень движется вниз, втягивая топливо и воздух через кошмар домовладельца по водопроводу в камеру сгорания внутри цилиндра. Во втором такте поршень поднимается в канале ствола, сжимая эту смесь.Топливо в простом виде не отличается особой летучестью — то есть не загорится ни при малейшей провокации. Но в сжатом виде будет. Типичные авиационные двигатели пытаются сжать эту топливно-воздушную смесь в 6,5-8,5 раза; это называется степенью сжатия. Степень сжатия фактически измеряется путем определения объема всего цилиндра с поршнем в нижней мертвой точке хода (нижняя мертвая точка) до объема с поршнем в верхней мертвой точке хода (верхняя мертвая точка).Общий объем всех цилиндров, измеренный при НМТ, называется смещением. Таким образом, 1,6-литровый двигатель в вашем автомобиле имеет рабочий объем 1,6 литра (около 96 кубических дюймов), а Lycoming O-235 имеет рабочий объем около 235 кубических дюймов.

После того, как поршень сжал смесь, свеча зажигания (или две в авиационных приложениях) зажигает смесь. Возникающий в результате взрыв толкает поршень в сторону НМТ и называется рабочим ходом. При последнем движении вверх по стволу поршень выталкивает отработанные газы через выхлопную систему в небо.

Движение впускных и выхлопных газов в цилиндр и из него регулируется клапанами в форме тюльпана, расположенными в верхней части головки цилиндров. Клапаны, в свою очередь, активируются короткими коромыслами через длинные толкатели (вы найдете их над коленчатым валом на большинстве Lycoming и ниже на Continentals). Распределительный вал, в основном стальной стержень с яйцевидными выступами по длине, приводит в действие толкатели с помощью подъемников размером с пленочную банку (или гидравлических регуляторов зазора) в корпусе двигателя, непосредственно примыкающего к распределительному валу и коромыслам на клапанной стороне толкателей. .

Чтобы лучше понять компоновку оборудования, давайте посмотрим на Lycoming O-235, используемый в Cessna 152; другие распространенные типы, такие как Continental O-200 в Cessna 150 и другие версии силовых установок обеих марок, имеют одинаковую базовую компоновку. Между прочим, эти номера моделей что-то означают. О означает «против»; ряды цилиндров расположены на 180 градусов друг от друга или плоские, как у двигателя Beetle. (Умные инженеры иногда называют эти 180-градусные V-образные двигатели, но что они знают?) Следующее число — это общий объем двигателя в кубических дюймах, округленный до ближайшего 0 или 5.Буква I в префиксе означает впрыск топлива. Для Continentals приставка TS означает «с турбонаддувом» или «с турбонаддувом», а для Lycomings вы найдете приставку T. Наличие буквы G в приставке указывает на редукторный двигатель, у которого винт вращается медленнее, чем сам двигатель; Однако подавляющее большинство популярных двигателей имеют прямой привод. Эти приставки являются аддитивными, так что GTSIO-520 — это двигатель объемом 520 кубических дюймов с турбонаддувом и оппозитным двигателем. Суффиксы к смещению обозначают вариации типа.Lycoming O-235-C2A — это, например, 115-сильный вариант двигателя, а O-235-F2A — на 10 лошадиных сил больше.

Вот и цифры. Проще говоря, двигатель внутреннего сгорания вырабатывает энергию, преобразуя тепло в движение. Тепло исходит от горения топлива (в сочетании с большим количеством воздуха, обычно в соотношении 15: 1). Поскольку они имеют воздушное охлаждение, в цилиндрах используются тонкие ребра — в отличие от Cadillac 1959 года — для содействия передаче тепла, производимого в процессе сгорания, воздушному потоку, направляемому вокруг них через капот и металлические перегородки вокруг цилиндров.

Цилиндр состоит из литой алюминиевой головки, которая постоянно — по крайней мере, для пилота — соединена со стальным стволом, на который можно наносить покрытие или обрабатывать с помощью любого количества процессов.

Если вы сравните средний авиадвигатель с новейшими двигателями из Германии, Японии или Детройта, вы будете сильно разочарованы. Вы не найдете высокотехнологичного электронного впрыска топлива, верхних распределительных валов, сверхвысоких скоростей или приемлемой для инженеров высокой удельной мощности.Но двигатели рассчитаны на длительную работу на максимальной номинальной мощности; 2000 часов в автомобиле — это 110 000 миль, и автомобиль потребляет в среднем около 20 процентов мощности. Подумайте об этом, когда пересекаете следующую линию гребня во время поездки по пересеченной местности.

Десять величайших лжи о поршневых авиадвигателях

Lie # 1:

Двигатели Lycoming лучше, чем двигатели Continental.
(или наоборот)

Свой первый самолет я купил 30 лет назад.Это была Cessna 182 с двигателем ContinentalO-470-R. С тех пор у меня было несколько самолетов, и каждый из них, как ни странно, был оснащен крупнокалиберным Continental. Мои двигатели всегда выдерживали межремонтный период и были относительно безотказными. Поэтому неудивительно, что я в некоторой степени фанат двигателей TCM.

Столь же неудивительно, что по крайней мере половина пилотов и владельцев самолетов, которых я встречаю, являются лживыми фанатиками. Они дерзко заявляют: «У меня никогда не было самолета с двигателями Continental!» Если вы спросите, почему, они расскажут вам серию анекдотических эпизодов о том, как их Turbo Saratoga с двигателем Lycoming преодолела отметку в 1000 часов после TBO, в то время как их лучшему другу пришлось снести заводской ремонт TCM на своем Mooney 231 или Beech B36TC. всего 475 часов.

Давайте установим рекорд. Двигатели Lycoming и TCM очень похожи по конструкции, в них используется очень похожая технология и металлургия. Обе модели представляют собой горизонтально-противоположные конструкции с воздушным охлаждением, с соединенными болтами алюминиевыми половинами корпуса и цилиндрами с болтовым креплением и алюминиевыми головками, отлитыми в песок, навинченными на стальные азотированные стволы. В обоих используются системы зажигания с двойным магнето с фиксированным временем и клапанные механизмы с подвесными коромыслами, полые толкатели с кожухом и гидравлические клапанные подъемники.Оба используют одинаковые степени сжатия, одинаковые красные линии оборотов и аналогичное соотношение мощности к рабочему объему. И оба имеют сопоставимые показатели надежности и долговечности.

Определенные проблемы чаще возникают с той или иной маркой. У Continentals гораздо больше трещин в картере, разделений между цилиндрами и преждевременного износа направляющих клапанов, чем у Lycomings. С другой стороны, Lycomings гораздо чаще страдают от заклинивания и поломки клапанов, а также сколов кулачков и подъемников.

Некоторые модели TCM и Lycoming имеют лучшую репутацию, чем другие модели TCM и Lycoming.Например, серия TCM TSIO-360 (используемая в Mooneys, Skymasters и различных других самолетах), как правило, более хлопотна и требует более интенсивного обслуживания, чем другие Continental. Аналогичным образом, двигатель Lycoming O-320-h3AD имел печальную историю проблем с кулачком и подъемником при нерегулярных полетах и ​​работе в холодном климате.

Но хотя некоторые конкретные модели TCM и Lycoming подвержены проблемам, просто неверно делать общее утверждение, что двигатели одного производителя более надежны, чем двигатели другого.Это не так.

Ложь № 2:

Двигатели с турбонаддувом хлопотны, неэффективны и дороги.

Когда я тридцать с лишним лет назад научился летать на Восточном побережье, турбонаддув был ругательством. Все говорили, что турбины дорогие, неэффективные, трудоемкие и проблемные; это сокращает межремонтный период и резко увеличивает эксплуатационные расходы и не имеет смысла, если вы не живете в горах. По крайней мере, так все говорили.

Что ж, все ошибались.Я владел, эксплуатировал и обслуживал двухцилиндровый двигатель Cessna с турбонаддувом последние одиннадцать лет. Это самый надежный самолет из всех, что я когда-либо делал: надежный, эффективный и практически безотказный. Оба двигателя преодолели межремонтный интервал на 500 часов без выключенного цилиндра, и когда они, наконец, получили специальность, они оказались в отличной форме.

Большинство аргументов против турбонаддува, которые вы слышите, — чушь. Например, возьмем утверждение, что двигатели с турбонаддувом неэффективны.Теперь верно, что большинство двигателей с турбонаддувом имеют более низкую степень сжатия, чем их аналоги с обычным наддувом (обычно 6,5: 1 против 7,5: 1), и что турбонаддув будет сжигать немного больше топлива при любой заданной мощности. Но удельный расход топлива — это только часть истории. Другая часть заключается в том, что аэродромы намного эффективнее на больших высотах, которые позволяет турбонаддув.

Например, поднявшись с 6000 футов до 12000 футов и снизив мощность с 75% до 65%, мой Turbo 310 может лететь на 5 узлов быстрее, чем безнаддувный 310, и делать это при меньшем расходе топлива.Если я захочу использовать кислород и подняться на эшелон FL200, я могу обогнать 310 без турбонаддува на 25 узлов без потери расхода топлива. Самолет без наддува более эффективен, чем турбонаддув, только если вы заставляете оба самолета лететь на одной и той же малой высоте, и такое сравнение не имеет смысла.

Как насчет утверждения, что двигатели с турбонаддувом намного дороже в эксплуатации и обслуживании? Это правда, что турбины более уязвимы для злоупотреблений в руках неуклюжего пилота. Если ваш самолет используется для тренировок или аренды и на нем летает много пилотов, вам, вероятно, не нужен турбомотор.Но если исключить такие злоупотребления, мой анализ наихудшего случая показывает, что двигатель с турбонаддувом мощностью 300 л.с. должен стоить не более чем на 10 долларов в час больше, чем его безнаддувный собрат. Если учесть, что самолеты, использующие такие двигатели — Bonanzas, Centurions, Saratogas и т. Д. — обычно стоят от 100 до 150 долларов в час в час, то можно увидеть, что разница составляет мелочь

.

Lie # 3:

Современное мультивязкостное масло обеспечивает превосходную смазку и более длительный срок службы двигателя, чем традиционные однотонные масла.

В течение 70-х и 80-х годов произошел резкий переход от одинарных масел к мультивязкости операторами самолетов авиации общего назначения … в значительной степени благодаря очень эффективным рекламным кампаниям Shell и Mobil, рекламирующих их мультивязкие продукты (Aeroshell 15W50 и Mobil AV 1) как величайшее авиационное новшество со времен носового колеса.

В течение того же 20-летнего периода резко увеличилось количество преждевременных проблем с двигателем у G.A. флот. Это не было совпадением.

В отличие от «рабочих самолетов», которые летают почти каждый день, большинство самолетов, которыми управляют владельцы, проводят большую часть своей жизни в подушках безопасности. Самый большой враг двигателей — это не недостаточная смазка. Это ржавчина.

Масло

Multi-vis просто не обеспечивает такой эффективной защиты от ржавчины, как однотонное масло. Определяющая характеристика мультивязкого масла — тот факт, что оно не загустевает при низких температурах — делает его плохим ингибитором коррозии. В периоды неиспользования мультивидное масло удаляется со стенок цилиндров и выступов кулачков гораздо быстрее, чем густое однотонное масло, делая эти детали уязвимыми для коррозии, за которой следует растрескивание и, в конечном итоге, разрушение.

А как насчет превосходных смазывающих свойств масла multi-vis? В основном койка!

Оказывается, мультивизионное масло — это , а не — лучшая смазка, чем простое масло. На самом деле это немного хуже. Причина в том, что мультивязкое масло получают, начиная с жидкого, однотонного нефтяного сырья и добавляя искусственные полимеры, называемые «антисимволы вязкости», которые увеличивают вязкость при повышении температуры. Однако такие улучшители VI не являются смазочными материалами, и их добавление фактически вытесняет определенное количество базового масла (порядка 10%).Другими словами, в литре одинарного масла больше «масла», чем в литре мультивизатора.

В этом нет ничего страшного, поскольку требования к смазке большинства поршневых авиационных двигателей довольно скромны (по сравнению, например, с автомобильными двигателями). Важным является тот факт, что одинарное масло лучше защищает двигатель от ржавчины в период простоя. Вот почему мы давно рекомендуем одномерное масло для любого двигателя, который не запускается хотя бы раз в неделю.

К счастью, после двух десятилетий мании многовидности теперь выясняется, что все больше и больше G.A. Операторы начинают осознавать недостатки мультивязкого масла и возвращаются к однотонному. Все большее количество ремонтных мастерских с самым высоким рейтингом в настоящее время рекомендуют использовать масло на одну массу.

Ложь № 4:

Если вы не умеете летать регулярно, по крайней мере, обязательно переворачивайте винт вручную каждую или две недели, чтобы перераспределить масло.

Вот и действительно глупая идея! Интересно, кто это первым придумал?

Двигатели, которые не летают регулярно, уязвимы для ржавчины, потому что масляная пленка, защищающая их стальные детали от коррозии, начинает сниматься через неделю или две.Виной всему гравитация — масло течет сверху вниз, поэтому наибольшему риску подвержены верхние части отверстий цилиндров, верхние части кулачков и т. Д.

Теперь предположим, что вы вручную переворачиваете опору. Это «перераспределяет масло»? Конечно же! Он соскребает масло с верхней части цилиндров и ускоряет его движение вниз по склону. То же самое и с кулачками и подъемниками.

Теперь я прекрасно понимаю, что по крайней мере один из производителей двигателей рекомендует периодически переворачивать винт вручную в своих рекомендациях по «летному хранению».Однако я по-прежнему утверждаю, что единственный способ пополнить защитную масляную пленку — это с большой энергией полить большим количеством масла внутренности вашего двигателя. И единственный способ сделать это — запустить двигатель на высоких оборотах… желательно, управляя самолетом, прикрепленным к нему. Если перевернуть опору вручную, ее нельзя разрезать.

Ложь № 5:

Чем меньше масла горит в двигателе, тем лучше.

Соберите несколько владельцев самолетов за кружкой пива, и разговор неизбежно перейдет к потреблению масла.«Я использую только кварту за 30 часов», — скажет он. «Ничего подобного, — хвастается другой владелец, — мне не нужно добавлять масло для макияжа между 50-часовой заменой масла!» Владельцы, хвастающиеся этим, вероятно, не понимают, что они, вероятно, не дойдут до TBO без дорогостоящего среднесрочного капитального ремонта! Оказывается, сверхнизкий расход масла часто является плохим предзнаменованием, когда речь идет о долговечности цилиндров.

Для того, чтобы цилиндр выдержал ТО, он должен быть защищен от истирания металла о металл поршневыми кольцами.Эта защита обеспечивается масляной пленкой, которая покрывает корпус цилиндра, заставляя кольца «гидропланетировать» вместо того, чтобы задеть ствол.

Итак, если цилиндр цилиндра должным образом покрыт маслом, часть этого масла неизбежно сгорит в процессе сгорания. Вот почему потребление определенного количества масла совершенно нормально.

Сверхнизкий расход масла указывает на одно из двух: либо масляная пленка слишком тонкая, либо масло не достигает критических верхних частей стенок цилиндра, где компрессионные кольца меняют направление в верхней мертвой точке (так называемая «кольцо-степарея»).Без надлежащей смазки существует высокий риск контакта металла с металлом между компрессионными кольцами и стенкой цилиндра.

Опыт показывает, что расход масла ниже, чем примерно кварта за 20 часов, не может служить хорошим предзнаменованием для длительного срока службы цилиндра. Становится вероятным износ цилиндра в области ступенчатого кольца, что приводит к быстрому ухудшению сжатия и ускорению расхода масла через 500-1000 часов.

Хотя низкий расход масла всегда считался признаком герметичного, хорошо обкатанного двигателя, есть веские доказательства того, что литр за 30 или 40 часов вполне может быть очень хорошим.

Lie # 6:

Чем ниже температура масла в двигателе и температура головки блока цилиндров, тем лучше.

Оказывается, понятие «круче лучше» не совсем верно. В то время как слишком высокие температуры вредны для вашего двигателя, низкие температуры тоже не помешают.

Измерьте температуру масла. У большинства наших самолетов есть датчики температуры масла, которые имеют зеленую дугу, работающую от 75F до 240F, с красной линией при 240F. Сейчас на 240F намного жарче, чем мы хотели бы видеть.Имейте в виду, что датчик температуры масла обычно располагается в том месте масляной системы, где масло наиболее холодно, часто рядом с выпускным отверстием маслоохладителя. Таким образом, если манометр показывает 240F, масло, вероятно, достигает самой горячей точки в своем контуре через двигатель, близкой к 280F. Он достаточно горячий, чтобы масло на нефтяной основе окислялось и разлагалось с ускоренной скоростью. Нам либо нужно снизить температуру масла, либо очень часто менять масло.

С другой стороны, температура масла ниже 170F или около того на манометре представляет другую проблему … а именно то, что масло, вероятно, не достигает точки кипения воды в самой горячей точке своего путешествия.Почему это важно? Каждый раз, когда мы выключаем двигатель, капля воды конденсируется внутри охлаждающего двигателя и стекает в масляный насос. Если мы не избавимся от этой воды в следующий раз, когда полетим, внутри двигателя будет происходить постепенное накопление воды. Эта вода будет смешиваться с серой и азотом, побочными продуктами сгорания, с образованием серной и азотной кислоты. И это начнет разъедать внутренности нашего двигателя. Решение состоит в том, чтобы убедиться, что масло достаточно горячее, чтобы выкипеть захваченная вода, чтобы образовавшийся пар безвредно выходил из сапуна.

Температура масла от 180F до 200F на манометре достаточно высока, чтобы избавиться от этой воды, но достаточно прохладна, чтобы не ускорить разложение масла. Так что это идеальное место, где мы хотели бы видеть наш датчик температуры масла в полете.

А как насчет температуры головки блока цилиндров? Датчик CHT на TCMengine обычно имеет зеленую дугу от 200F до 460F с красной линией при 460F. Lycomings обычно имеют красную линию CHT 500F. Опять же, красная линия CHT слишком горячая для оптимальной долговечности двигателя.При таких температурах алюминиевые головки цилиндров подвержены растрескиванию, а направляющие выпускных клапанов подвержены ускоренному износу.

С другой стороны, CHT ниже примерно 300F создают другую проблему: загрязнение свинцом. Двигатели Ourengines работают на сжиженном газе, который содержит большое количество тетраэтилсвинца (TEL). Evenso, называемый «100LL», содержит достаточно TEL, чтобы Агентство по охране окружающей среды не спало по ночам. Цель TEL — повысить октановое число (сопротивление детонации) топлива. К сожалению, он также может вызывать отложения свинца в двигателе, особенно на искровых плюгеэлектродах и в канавках поршневых колец.

Чтобы предотвратить такое загрязнение свинцом, сжиженный газ содержит «агент, удаляющий свинец», называемый дибромидом этилена, задача которого заключается в растворении избыточного свинца и обеспечении его безвредного выхода из выхлопной трубы. Однако дибромид этилена не справляется со своей работой по улавливанию, если температура сгорания не достаточно высока. Вот почему проблемы со свинцовым обрастанием, как правило, возникают, когда CHT ниже 300F.

В идеале мы должны стараться поддерживать CHT в диапазоне от 350F до 400F, насколько это возможно. Это достаточно прохладно, чтобы держать головки цилиндров и направляющие клапана в хорошем состоянии, но достаточно горячо для эффективного удаления свинца.

Ложь № 7:

Агрессивный наклон приводит к сгоранию клапанов и детонации.

Боязнь красной ручки — одна из самых пагубных областей дезинформации среди пилотов общей авиации. Большинство пилотов большую часть времени работают слишком богато из-за ошибочного убеждения, что наклон может повредить их двигателю. В результате обычно возникают проблемы: засорение свечей зажигания, ускоренный износ направляющей выпускного клапана и заклинивание выпускных клапанов.

Lycoming уже давно разрешил наклон до пикового EGT на любом круизе с мощностью до 75%.TCM разрешает наклон к пиковому EGT до 65%, а его последние рекомендации даже поддерживают работу на обедненной или пиковой нагрузке для многих двигателей с большим диаметром цилиндра, при условии, что двигатели будут работать плавно при работе на такой обедненной смеси.

Вопреки распространенному мнению, агрессивный наклон не вызывает ожогов клапанов. Большинство сгоревших клапанов являются результатом чрезмерного износа направляющей клапана или загрязнения штока клапана.

Агрессивный наклон тоже не вызывает детонацию. Большинство наших двигателей не могут взорваться на крейсерских настройках мощности, при условии, что мы не превышаем красную черту CHT или пытаемся сжечь загрязненное топливо.Более того, недавние испытания двигателей Lycoming, проведенные ASTM, показали этот удивительный результат: детонация наиболее вероятна при настройке смеси на 11% выше стехиометрической (то есть существенно более богатой, чем пиковая EGT).

Наклоняйтесь настолько агрессивно, насколько позволяет книга. Для Lycomings это означает пиковое значение EGT при всех настройках круизной мощности до 75%. Для континенталов: наклон до пика EGT до 65%, насыщение в 50F, пик на 75%. Для двигателей с турбонаддувом также ограничьте TIT до 1600F.

Наклонитесь при всех наземных операциях, кроме запуска двигателя.Особенно важно наклоняться при рулении и разбеге. Поскольку EGT обычно зашкаливает на холостом ходу, лучший метод — это наклониться для пиковых оборотов на холостом ходу.

Ложь № 8:

Крейсерский режим при высоком давлении в коллекторе и низких оборотах («чрезмерная площадь») — это плохо.

Старая поговорка о том, что нельзя допускать превышения MP выше 100 оборотов в минуту — чушь! К счастью, похоже, что этот, наконец, движется к заслуженной смерти после десятилетий принятия его как Евангелие бесчисленным количеством пилотов с благими намерениями.

TCM и Lycoming разрешают работу в крейсерском режиме на 1–3 дюйма «над квадратом» для большинства двигателей без наддува и на 9–12 дюймов «на перекрестке» для большинства двигателей с турбонаддувом.Проверьте круиз-карты в вашем POH или, что еще лучше, получите руководство по эксплуатации вашего двигателя.

Работа на минимальных оборотах и ​​максимальных MP (в пределах допустимого диапазона) действительно помогает вашему двигателю прослужить дольше. Работа на низких оборотах дает множество преимуществ: лучшее сжатие цилиндра, меньшие потери на трение, повышенный КПД гребного винта, более холодные рабочие клапаны, более низкие EGT и TIT, а также более тихая кабина.

Крейсерская скорость на самых низких оборотах и ​​максимальном MP, которые предусмотрены книгой, для желаемого процента мощности.Обычно у вас есть несколько возможных комбинаций RPM / MP на выбор на более низких высотах в самолете без наддува и практически на всех высотах в самолете с турбонаддувом.

Ложь № 9:

Продолжение эксплуатации двигателя сверх рекомендованного производителем TBO опасно, незаконно и может привести к аннулированию вашего страхового покрытия.

Фигня!

Прежде всего, важно понимать, что TBO — это актуарная цифра … лучшее предположение производителя о том, как долго типичный двигатель сможет проработать, прежде чем потребуется капитальный ремонт.Некоторые двигатели этого не сделают. Другие двигатели пройдут мимо TBO в отличной форме и обеспечат много сотен дополнительных часов надежной работы до того, как будет оправдан их демонтаж.

Считайте опубликованные TBO аналогичными опубликованным данным о продолжительности жизни человека. Мы не ожидаем, что все люди доживут до этого возраста, а затем упадут. Некоторые умрут раньше времени, другие переживут своих детей. Конечно, мы не усыпляем произвольно людей, когда они достигают среднего ожидаемого возраста!

Опубликованный TBO не имеет юридического значения для большинства из нас, кто летает в соответствии с FAR Part91.Для коммерческих операторов согласно Части 135 TBO теоретически является «обязательным», потому что TCM и Lycoming публикуют свои цифры TBO в форме сервисного бюллетеня, а операторы Part 135 должны соблюдать сервисные бюллетени. Тем не менее, оператор Part 135 может подать заявку в свой местный FSDO на продление TBO, и такое продление обычно предоставляется FAA. Например, одна компания, которая управляет огромным парком самолетов Cessna 402 (опубликованный TBO составляет 1600 часов), имеет разрешение FAA на использование 2400 часов до капитального ремонта.

Ваш авиаперевозчик не заботится о том, закончился ли у вашего двигателя TBO. Ваша политика просто требует, чтобы ваш самолет и его пилот были законными в соответствии с FAR. Как мы видим, опубликованные TBO не имеют юридических последствий для операторов согласно Части 91. Операторы Part 135 должны спрашивать разрешение FAA, прежде чем пролететь мимо TBO, но такое разрешение является обычным явлением.

Мы рекомендуем выполнять капитальный ремонт двигателя, когда он устанет, а не через какое-то произвольное количество часов.

Lie # 10:

Ремонт на заводе лучше, чем капитальный ремонт на месте, потому что только завод предлагает настоящий двигатель с нулевой синхронизацией.

Хотя верно, что восстановленный на заводе двигатель поставляется с журналом учета нулевого времени, в то время как двигатель после капитального ремонта на месте его не имеет, это не по той причине, о которой вы думаете.

Когда ваш двигатель отремонтирует Мэттитак, RAM, T.W. Смит, Виктор или кто-либо еще, этот двигатель сохраняет большую часть своих оригинальных деталей, а также его серийный номер, табличку с техническими данными, журнал двигателя или другие записи о техническом обслуживании. Модернизированный двигатель, который вы получаете обратно, по закону является тем же двигателем, который вы прислали, но все он очищен множеством новых деталей.

С другой стороны, когда TCM или Lycoming получают сердечник биения от клиента, этот двигатель теряет свою идентичность. Табличка с данными удалена и уничтожена. Половинки корпуса очищены, осмотрены и добавлены в большую кучу многоразовых половинок корпуса. Коленчатый вал очищается, проверяется и добавляется к большому количеству многоразовых кривошипов. То же самое и с распределительными валами, шатунами, вспомогательными шестернями и т. Д. Эти повторно используемые детали становятся «анонимными», потому что они больше не связаны с каким-либо конкретным серийным номером двигателя.

Теперь, когда TCM или Lycoming строят перестроенный на заводе двигатель (в просторечии, но неправильно называемый «заводской ремонт»), он вытаскивает некоторые «анонимные» половинки картера из одной кучи, «анонимный» коленчатый вал из другой и так далее. Когда двигатель полностью собран, он получает новую табличку с данными, новый серийный номер и новый журнал.

Журнал начинается с нулевого срока службы. Почему ноль? Потому что другой разумной цифры для занесения в бортовой журнал нет. Половинки случая, конечно, не нулевые, но нет никаких данных о том, сколько времени они накопили.Коленчатый вал может быть не новым, но нет данных о том, сколько времени на кривошипе. И так далее.

Короче говоря, журнал «нулевого времени», который поставляется с двигателем, восстановленным на заводе, никоим образом не подразумевает, что двигатель «новее» или «лучше», чем после капитального ремонта на месте. Все это означает, что повторно используемые компоненты в двигателе имеют неизвестное наследие … никто не знает, сколько времени они находились в эксплуатации до того момента, когда были очищены, проверены и повторно использованы в вашем двигателе!

Поршневые двигатели

Узнайте, как работают поршневые двигатели

Знание нескольких общих принципов работы двигателя эксплуатация помогает пилотам эффективно управлять двигателями, продлевает срок службы электростанции, и помогает избежать отказов двигателя.

Основные принципы поршневого двигателя

Поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением являются наиболее распространенными. силовые установки на самолетах авиации общего назначения. Эти двигатели практически идентичны автомобильным двигателям, за тремя важными исключениями:

1. Большинство авиационных двигателей имеют воздушное охлаждение. Этот подход экономит вес радиатора и охлаждающей жидкости и добавляет меру безопасности.Потеря охлаждающей жидкости или отказ системы охлаждения в жидкостном охлаждении двигатель быстро вызывает полный отказ двигателя.
2. Авиационные двигатели имеют двойную систему зажигания, с энергия для создания искры, генерируемой магнето. Магнето, вращаемое коленчатым валом, не зависимо на батарее самолета. Каждый цилиндр также имеет два Свечи зажигания.При выходе из строя одной вилки или магнето другой обеспечивает искру для сжигания топлива.
3. Поскольку авиационный двигатель работает на протяжении всего широкий диапазон высот, регуляторы мощности включают ручное управление смесью, которое пилот использует для поддерживать надлежащее соотношение воздух / топливо, пока самолет поднимается и спускается.

Четырехтактный цикл

Типичный поршневой двигатель работает в соответствии с четырехтактный цикл.

Впуск: Поршень движется вниз в цилиндр, всасывающий воздух и топливо через открытый впускной клапан.

Компрессия: Впускные и выпускные клапаны в цилиндр закрывается, и поршень движется вверх в цилиндр, сжимающий топливно-воздушную смесь.

Мощность: Когда поршень приближается к верхней части цилиндр во время такта сжатия произошел взрыв электричество от системы зажигания генерирует искру в свечах зажигания.Искры воспламеняют воздух / топливо смесь, которая быстро расширяется при горении. Сила этого расширения толкает поршень обратно в цилиндр. Когда поршень движется вниз, он поворачивает коленчатый вал, вращающий винт.

Выхлоп: Когда поршень достигает дна цилиндра открывается выпускной клапан. Поршень затем перемещается обратно в цилиндр, толкая сгоревшие воздушно-топливная смесь из цилиндра.

Каждый цилиндр проходит эти четыре хода в поверните, убедившись, что хотя бы один поршень всегда производящая мощность.

Карбюраторы и топливные форсунки

Большинство поршневых двигателей, используемых в самолетах, имеют либо карбюратор или система впрыска топлива для подачи топлива и воздух в цилиндры. Карбюратор смешивает топливо и воздух до того, как он попадет в цилиндры.Карбюраторы распространены на меньших двигателях, потому что они относительно недорого. В более крупных двигателях обычно используется система впрыска топлива. системы, которые впрыскивают топливо прямо в цилиндры, где он смешивается с воздухом во время всасывания Инсульт.

Системы зажигания

Система зажигания дает искру для зажигания топливовоздушная смесь в цилиндрах поршневого двигателя.Большинство современных авиационных двигателей используют магнето для генерации Искра. Хотя и не такой изощренный, как электронные системы зажигания, используемые в новейших автомобилях, магнето полезны в самолетах, потому что:

• Они создают более горячую искру при высоких оборотах двигателя. чем аккумуляторная система, используемая в автомобилях.
• Они не зависят от внешнего источника энергия, такая как аккумулятор, генератор или генератор.

Начало работы
При вращении магнето генерирует электричество. Итак, чтобы запустить двигатель, пилот должен включить аккумуляторный стартер, который вращает коленчатый вал. После того, как магнето начинают вращаться, они подают искра в каждый цилиндр для воспламенения топливовоздушной смеси и система стартера отключена.Батареи нет больше не участвует в работе двигателя. Если выключен аккумуляторный (или главный) выключатель, двигатель продолжает работать.

Двойное зажигание

Большинство авиадвигателей оснащены двойным зажиганием. система — два магнето, которые снабжают электричеством ток на две свечи зажигания на каждый цилиндр. Один магнито-система подает ток на один комплект заглушки; вторая система подает ток на другой комплект заглушек.Вот почему зажигание включено. Cessna Skyhawk SP Model 172 (с обозначением MAGNETO на некоторых самолетах) имеет пять позиций: ВЫКЛ , L ( слева ), R ( правый ), ОБА и START . С переключатель в положении L или R , только один магнето подает ток и только один комплект искры заглушки пожаров.С переключателем в ОБА положение, оба магнето подают ток и оба набора свечи зажигания огонь.

Преимущества двойного зажигания
Самолеты имеют двойную систему зажигания для безопасности и эффективность.

• При выходе из строя одной магнитосистемы двигатель может работайте с другой системой, пока не создадите безопасный посадка.
• Две свечи зажигания улучшают горение и горение смесь, обеспечивающая улучшенные характеристики.

Эксплуатация системы зажигания
Вы должны повернуть ключ зажигания на ОБА после запуска двигателя и оставьте его на ОБЕИХ во время полета. Выключите его после выключения двигатель.Если вы оставите зажигание включенным ОБА (или L или R ), двигатель мог огонь, если винт перемещается из-за пределов самолет — даже если главный электрический выключатель выключенный.

Проверка перед взлетом
Чтобы убедиться, что обе системы зажигания работают правильно, проверьте каждую систему во время обкатки двигателя перед взлетом.Обычная процедура — установить мощность около 1700 оборотов в минуту. Поверните ключ зажигания из ОБЕИХ на R , затем обратно на ОБЕИХ , затем на L , а затем обратно на BOTH . Вам следует вижу небольшое снижение оборотов при каждом переключении с ОБА от до R или L . Если оба магнето работают нормально, капля должна быть не более примерно 75 об / мин.

Выключение двигателя
Вы не должны останавливать поршневой двигатель, поворачивая переключатель зажигания в положение ВЫКЛ. . Вместо этого переместите регулятор смеси в положение отключения холостого хода, чтобы выключить подача топлива в цилиндры. После двигателя останавливается, поверните ключ зажигания в положение OFF . Этот процедура гарантирует, что топливо не останется в цилиндрах и что двигатель не заведется случайно, если кто-то поворачивает опору или если нагар внутри цилиндры создают горячие точки, которые воспламеняют остаточные топливо.

Органы управления поршневым двигателем

Большинство современных поршневых двигателей имеют два или три основных контролирует.

• A дроссельная заслонка , элемент управления, имеющий наибольшее прямое влияние на мощность.
• Управление воздушным винтом (если самолет оснащен винтом постоянной скорости) для регулировки частота вращения винта, измеренная в оборотов в минуту (об / мин).
• Контроль смеси для регулировки воздуха / топлива смеси, когда самолет набирает и опускается.

Карбюраторные двигатели нагреваются до предотвратить образование льда в карбюраторе или растопить его. Двигатели мощностью около 200 лошадиных сил и более обычно имеют закрылки капота, чтобы пилот мог регулировать количество охлаждающий воздух, обтекающий двигатель.Открытие заслонки капота особенно важны при большой мощности такие операции, как взлет и длительный поднимается.

Винты

Поршневые двигатели обычно подключаются к винт фиксированного шага или постоянной скорости вращения.

Гребные винты фиксированного шага прикручены непосредственно к коленчатый вал двигателя и поэтому всегда поворачивайте на той же скорости, что и двигатель.Стойка с фиксированным шагом что-то вроде трансмиссии только с одной передачей. Этот конфигурация компенсирует неэффективность за счет очень проста в эксплуатации. Единственный измеритель, который вы нужно следить за тахометром.

Винт постоянной частоты вращения имеет регулятор который регулирует угол лезвий для поддержания оборотов, которые вы выбираете.Этот тип пропеллера делает гораздо больше. эффективное использование мощности двигателя. На низкой скорости, когда требуется максимальная мощность (как при взлете), вы выберите максимальные обороты или «полное увеличение» с помощью управление пропеллером, и лопасти пропеллера соответствуют воздух под небольшим углом. Во время круиза вы регулируете обороты на более низкую настройку, и лезвия откусывают больше воздуха при повороте на более низкой скорости.

Управление мощностью

С гребным винтом фиксированного шага управляющая мощность просто. Нажмите на дроссельную заслонку и обороты (и мощность) увеличивается. Вытяните дроссельную заслонку, и обороты уменьшатся. Быть осознавая, однако, что по мере увеличения воздушной скорости обороты имеют тенденцию тоже подкрасться. Внимательно следите за тахометром во время спусков на высокой скорости, чтобы убедиться, что обороты остается в пределах.

Винт с постоянной скоростью делает управление мощностью немного сложнее. Вы должны контролировать коллектор манометр, управляемый дроссельной заслонкой, и тахометр, показывающий обороты винта. Вы настраиваете об / мин с управлением пропеллером.

При установке мощности винтом постоянной частоты вращения, помните эти основные правила, чтобы не переоценивать двигатель:

Для увеличения мощности Увеличить число оборотов за счет продвижения гребного винта контроль. Увеличьте давление в коллекторе с помощью дроссель. Для уменьшения мощности Уменьшите давление в коллекторе с помощью дроссель. Уменьшить частоту вращения гребного винта контроль.

Двигатели с карбюраторами

Многие авиационные поршневые двигатели используют карбюраторы для объединить воздух и топливо для создания горючей смеси что горит в цилиндрах.

Как работает карбюратор

Наружный воздух проходит через воздушный фильтр, затем попадает в карбюратор. Воздух проходит через трубку Вентури, узкое горло в карбюраторе. Воздух ускоряется в Вентури и ее давление падает в соответствии с Принцип Бернулли. Частичный вакуум заставляет топливо течь через струю в воздушный поток, где он смешивается с потоком воздуха.Затем воздушно-топливная смесь течет во впускной коллектор, который направляет его к каждому цилиндр.

Правильное соотношение

Карбюратор смешивает воздух и топливо по весу. Поршень двигатели обычно развивают максимальную мощность, когда смесь воздух / топливо примерно 15: 1. откалиброван при давлении на уровне моря для измерения правильного количество топлива с контролем смеси в полном объеме богатое положение.По мере увеличения высоты плотность воздуха уменьшается. Чтобы компенсировать эту разницу, пилот использует регулятор смеси для регулировки воздушно-топливной смеси попадание в камеру сгорания.

Для контроля количества топлива, которое смешивается с воздух, большинство карбюраторов используют поплавок в топливной камере. А игла, прикрепленная к поплавку, открывает и закрывает отверстие в топливной магистрали, дозирование правильного количества топлива в карбюратор.Положение поплавка, контролируется уровнем топлива в поплавковой камере, определяет, когда клапан открывается и закрывается.

Бегущий богатый

Слишком богатая топливно-воздушная смесь, т. Е. он содержит слишком много топлива — вызывает избыток топлива расход, грубая работа двигателя и потеря мощности. Запуск слишком богатого двигателя также охлаждает двигатель, вызывая температуру ниже нормы при сгорании камеры, что приводит к засорению свечей зажигания, среди другие проблемы.

Бережливое производство

Работа со слишком бедной смесью — слишком малой топливо для текущего веса воздуха — приводит к грубая работа двигателя, детонация, перегрев и потеря мощности.

Карбюратор Ice

Испарение топлива и расширение воздуха в карбюратор вызывает внезапное охлаждение воздуха / топлива смесь.Температура может упасть на 60 F (15 C) за доли секунды. Это охлаждение вызывает водяной пар в воздухе конденсируется, а если температура в карбюраторе достигает 32 градусов F (0 В) вода замерзает внутри каналов карбюратора. Даже небольшое накопление этого депозита может ограничить поток воздуха в карбюратор, снижающий мощность. Обледенение карбюратора также может привести к сбою двигателя. отказ, особенно когда дроссельная заслонка частично или полностью закрыта.

Условия обледенения

В засушливые дни или когда температура значительно ниже замерзание, влага в воздухе обычно не вызвать обледенение карбюратора. Но если температура между 20 F (-7 C) и 70 F (21 C), с видимой влажностью или высокая влажность, пилот должен постоянно находиться на предупреждение об обледенении карбюратора.

Показания обледенения карбюратора

Для самолетов с винтами фиксированного шага первый Индикация обледенения карбюратора — падение оборотов на тахометр.Для самолетов с регулируемым шагом (с постоянной скоростью) пропеллеры, первая индикация обычно падение давления в коллекторе. В обоих случаях двигатель может начать работать с перебоями. В самолетах с винты с постоянной частотой вращения, частота вращения остается постоянной.

Оттаивание

Для предотвращения образования льда в карбюраторе и устраняет образование льда, карбюраторы оснащены обогреватели.Нагреватель карбюратора предварительно нагревает воздух перед он достигает карбюратора. Этот предварительный нагрев растапливает лед или снег, попадая в водозабор, тает лед, образующийся в каналы карбюратора (при условии, что скопление не слишком велика), и держит воздушно-топливную смесь выше замерзание, чтобы предотвратить образование льда в карбюраторе.

Использование нагрева карбюратора

При полете в благоприятных для карбюратора условиях обледенение, следите за приборами двигателя, чтобы следить за признаки образования льда.Если вы подозреваете, что Обледенение карбюратора, необходимо полностью нагреть карбюратор немедленно. Не выключайте, пока не убедитесь, что весь лед удален. Частичное нагревание или слишком короткое время нагревания может усугубить ситуация.

При первом нагреве карбюратора ожидайте падения в об / мин в самолетах с фиксированным шагом пропеллеры; в самолетах с постоянной скоростью пропеллеры, ожидайте падения давления в коллекторе.Если нет Обледенение карбюратора, обороты или давление в коллекторе будет оставаться ниже обычного, пока карбюратор не нагреется. выключен. Если карбюратор обледенел, ожидайте рост оборотов или давления в коллекторе после начального падения (часто сопровождается периодической неровностью двигателя). Когда вы выключаете обогрев карбюратора, частота вращения или коллектор давление поднимается выше значения до подачи тепла.Двигатель также должен работать более плавно после обледенения. растаял.

В крайних случаях обледенения карбюратора, после обледенения был удален, вам может потребоваться подать достаточно нагрейте карбюратор, чтобы предотвратить дальнейшее образование льда.

Нагрев карбюратора в качестве меры предосторожности

Каждый раз, когда дроссельная заслонка закрывается во время полета, особенно когда вы готовитесь к приземлению, двигатель остывает быстро и испарение топлива менее полное чем если двигатель теплый.Если вы подозреваете карбюратор условия обледенения, полностью нагреть карбюратор перед закрыв дроссельную заслонку и оставьте огонь включенным.

Больше мощности

Использование тепла карбюратора приводит к снижению производительности двигатель и увеличить его работу температура. Поэтому не используйте обогрев карбюратора, когда нужна полная мощность (как при взлете) или во время нормальная работа двигателя, за исключением проверки наличие или удаление наледи карбюратора.

Двигатели с впрыском топлива

Поршневые двигатели мощностью более 200 л.с. часто используют систему впрыска топлива, а не карбюратор.

Система впрыска топлива впрыскивает топливо непосредственно в цилиндров или прямо перед впускным клапаном. В затем топливо смешивается с воздухом в цилиндрах. Потому что это тип системы требует наличия насосов высокого давления, блок управления воздухом / топливом, распределитель топлива и напорные патрубки для каждого цилиндра, это обычно дороже карбюратора.

Как и двигатель с карбюратором, пилот контролирует расход топлива, регулируя контроль смеси.

Преимущества впрыска топлива

Впрыск топлива имеет ряд преимуществ перед карбюраторная топливная система, компенсирующая ее большая стоимость и сложность.

• Нет возможности обледенения карбюратора (хотя при ударе лед может блокировать воздухозаборники).
• Улучшенный расход топлива.
• Более быстрый отклик дроссельной заслонки.
• Точный контроль смеси.
• Лучшее распределение топлива.
• Более легкий запуск в холодную погоду.

Недостатки впрыска топлива

Впрыск топлива имеет некоторые недостатки, самое важное существо:

• Сложность запуска горячего двигателя.
• Паровые пробки при наземных операциях на горячих дней.
• Сложность перезапуска двигателя, который выключается из-за результат топливного голодания.

Поршневые двигатели для авиации общего назначения и профилактическое обслуживание

В этом выпуске журнала, посвященном двигателям и профилактическому обслуживанию, я хочу осветить работу отрасли производства и технического обслуживания авиации общего назначения в этих областях.В мире много великих производителей двигателей, но я хотел бы остановиться на двух знаковых производителях поршней — Continental Aerospace Technologies и Lycoming Engines. Каждая компания работает более века, и при этом обе они обладают значительным коллективным опытом и знаниями в области возможностей и достижений поршневых двигателей авиации общего назначения с точки зрения производительности, контроля за состоянием здоровья и постоянной эксплуатационной безопасности.

Компания Continental Aerospace Technologies, основанная в 1905 году, имеет долгую историю внедрения технологий повышения безопасности, которые выводят на рынок двигатели, которые обеспечивают более высокую производительность, повышенную надежность и ограничивают простои самолетов для планового и внепланового технического обслуживания.Компания Continental первой представила авиационные двигатели с горизонтально расположенными цилиндрами и новые технологии, такие как турбонаддув, системы впрыска топлива, сбалансированные топливные форсунки и полномасштабное цифровое управление двигателем (FADEC) для авиационных двигателей общего назначения. Системы FADEC в его двигателях радикально изменили способ обслуживания авиационных двигателей и поддерживают методы профилактического обслуживания. FADEC — это полностью дублированная система, которая обменивается данными с двигателем много раз в секунду для контроля основных параметров и правильных входных данных, которые могут привести к тому, что двигатель будет работать за пределами его безопасного проектного диапазона.Кроме того, FADEC предоставляет операторам и пилотам возможность загружать все данные, накопленные во время операций, для анализа и отображает критерии производительности каждого основного компонента двигателя, что может помочь избежать трудоемкого процесса полной проверки двигателя для определения потенциальных проблема лежит. (См. Дополнительную информацию на странице 6.)

Основанная в 1845 году, Lycoming Engines первоначально производила швейные машины и велосипеды. В 1929 году компания выпустила первый авиационный авиадвигатель (Р-680) — девятицилиндровый радиальный двигатель с поршневым приводом мощностью 200 л.с.Совсем недавно Lycoming представила свой Integrated Electronic Engine (iE2), новый поршневой двигатель с электронным управлением, сертифицированный Федеральным авиационным управлением (FAA). IE2 сочетает в себе историческую механическую надежность с самыми современными технологиями в авиации и автоспорте, а также снижает затраты на жизненный цикл, увеличивает доступность и снижает нагрузку на пилотов. Двигатель позволяет обслуживающему персоналу просматривать и анализировать коды неисправностей в качестве основного средства диагностики, а также для профилактического или прогнозирующего обслуживания.Он также позволяет пилотам управлять поршневым двигателем, более похожим на турбовинтовой или реактивный самолет, с истинным однорычажным управлением. Двигатель может уведомить пилота, если отсутствуют условия взлета или работа двигателя ограничена по времени. В целом, многие усовершенствования iE2 меняют интерфейс между пилотом, обслуживающим персоналом и оператором / владельцем.

В GAMA мы с гордостью представляем такие компании, как Continental Aerospace Technologies и Lycoming Engines, которые уже более 100 лет создают краеугольные продукты для рынка авиации общего назначения.Будь то ключевой продукт, основополагающий инструмент или инновационная технология, производители авиации общего назначения постоянно стремятся к тому, чтобы эти разработки улучшили характеристики самолетов и повысили безопасность.

5 существующих вариантов топлива для самолетов с поршневым двигателем для снижения содержания свинца | Варианты снижения выбросов свинца от самолета с поршневым двигателем

Ниже приведен неисправленный машинно-читаемый текст этой главы, предназначенный для предоставления нашим собственным поисковым системам и внешним машинам богатого, репрезентативного по главам текста каждой книги с возможностью поиска.Поскольку это НЕПРАВИЛЬНЫЙ материал, пожалуйста, рассматривайте следующий текст как полезный, но недостаточный прокси для авторитетных страниц книги.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 71 5 Существующие варианты топлива для самолетов с поршневым двигателем для уменьшения Вести В этой главе рассматриваются существующие варианты топлива для самолетов с поршневыми двигателями и рассматривается их потенциал. сократить использование свинца флотом авиации общего назначения. Глава начинается с объяснения причины, по которым свинец добавляется в авиационный бензин (avgas), включая почти повсеместно используемый комплектация, 100ЛЛ.За этим обсуждением следует обзор других марок бензина с более низким (100VLL) или без добавления свинца (UL94), и которые доступны для покупки в некоторых аэропортах или утверждены в действующих технических условиях на топливо. Затем рассматривается применимость неэтилированный автомобильный или «моторный» бензин — иногда называемый MOGAS — для поршневой самолет. Оцениваются перспективы более широкого использования этих видов топлива. Оценивается потенциальное влияние каждого вида топлива на выбросы свинца в ОА.Глава завершается выводы и рекомендации, применимые к каждому типу топлива. РОЛЬ СВИНЦА В AVGAS Авиация всегда остро нуждалась в двигателях с высокой удельной мощностью из-за важность минимизации веса самолета для достижения высоких уровней летно-технических характеристик. В поршневые двигатели, высокая удельная мощность может быть достигнута за счет увеличения тормозного усилия эффективное давление (BMEP). Для четырехтактного двигателя это соотношение 𠑃𑠃 = (ð ‘… 𑅠𠑃𑠑‘… ð ‘…) ð‘ ‰ ‘‘ ‘‘ ‘‘ ð ‘‘ ‘‘ ‘‘ š ð ‘šð‘ šð ‘š 120 где 𠑉 ð‘ ‘‘ ‘‘ ‘- объем двигателя (совокупный объем цилиндра), а ð‘ ð ‘‘ šð ‘šð‘ šð ‘Ñ это BMEP.BMEP может быть увеличен либо (а) увеличением степени сжатия в пределах цилиндры / поршни двигателя или (б) наддув или турбонаддув всасываемого воздуха. Тем не мение, увеличение BMEP в конструкции двигателя требует выбора топлива, способного гореть при более высоких давления и температуры без детонации. Детонация — это быстрое горение, похожее на взрыв со сверхзвуковым фронтом пламени и ударной волной. Детонация при возвратно-поступательном движении двигатель часто называют «детонационным» из-за его характерного звука.Стук может привести к выходу из строя критические компоненты двигателя в полете, и их следует избегать. Первичная мера топлива Устойчивость к детонации — это октановое число. Топливо с более высоким октановым числом можно использовать в более высоких компрессионные двигатели (т. е. двигатели с более высоким BMEP). Химические вещества обычно добавляются в avgas для достижения более высокого октанового числа. Наиболее часто используемой добавкой является тетраэтилсвинец (TEL) 1, который был разработан и продается с 1920-х годов. До этого времени авгаз не содержал свинца. В Помимо своей роли в повышении октана, TEL (1.0 грамм из которых содержит 0,64 грамма свинца) помогает снизить износ клапанов двигателя за счет смазки седел и направляющих клапанов. Добавление свинца в газ также имеет много недостатков. Помимо того, что он токсичен для человека (как описано в главе 3), свинцовые отложения загрязняют свечи зажигания и другие компоненты двигателя. К предотвращать недопустимое накопление свинца в камерах сгорания двигателя и на компонентах, свинце 1 (Ч4Ч3) 4Пб.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 72 поглотитель этилен дибромида добавлен к avgas.Тем не менее, свинцовые депозиты по-прежнему требуют периодического очистки, а сам поглотитель вызывает образование и выброс дибромида свинца, а также образование бромистоводородной кислоты. Поскольку эта кислота может вызвать внутреннюю коррозию двигателя. компонентов, может потребоваться более частая замена масла, чтобы свести к минимуму повреждение двигателя. Из-за необходимости, чтобы октановое число топлива было соизмеримо с двигателем. BMEP, выбор топлива и двигатели неразрывно связаны. Типы авиационных двигателей сертифицированы. (сертификат типа [TC]) на соответствие требованиям Федерального управления гражданской авиации (FAA) к работать с топливом, отвечающим спецификациям, указанным заявителем ТС (двигатель или самолет производитель).Хотя FAA не одобряет использование определенных видов топлива в авиационных двигателях, оно удостоверяет: типы самолетов и двигателей на основе топлива, указанного производителем самолета и двигателя в приложение TC. Затем топливо регулируется как эксплуатационное ограничение (FAA, 2018). Один раз определенный сорт авиационного газа был определен как эксплуатационное ограничение для самолета, он может только быть измененным ТУ, измененным изготовителем для типа воздушного судна или дополнительного типа сертификат (STC), полученный от FAA владельцем отдельного воздушного судна.FAA, однако, может выпускать специальный бюллетень с информацией о летной годности (SAIB), в котором указывается, что приемлемы для использования на определенных типах самолетов и двигателей, которые были сертифицированы для эксплуатации с другие указанные виды топлива. Эксплуатационные ограничения по топливу определены в техническом паспорте и руководстве по летной эксплуатации самолета. Оператор должен использовать только топливо, указанное в этих документах. Топливо действующее поэтому ограничения должны быть точными, чтобы помочь оператору обеспечить работу двигателя и самолета. соответствовать эксплуатационным ограничениям их сертификации.В свою очередь нефтепереработчики и поставщики Такая точность необходима для производства и распределения топлива, подходящего для различных самолетов в парке. Пока некоторые двигатели — как правило, более старые типы с более низким уровнем сжатия — сертифицированы для работы с более низким с октановым числом топлива, они также могут безопасно работать с топливом с более высоким октановым числом. Остальные двигатели сертифицированы только для топлива с более высоким октановым числом. Соответственно, топливо с октановым числом, которое может удовлетворить как нефтеперерабатывающие предприятия и поставщики могут отдавать предпочтение сегментам автопарка для повышения эффективности увеличения объемов производства, распределения и отпуска.ИСТОРИЯ И ТЕКУЩЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВИНЦЕВЫХ И НЕЭТИЛИРОВАННЫХ АВГАЗОВ Конкретные свойства авиационного газа определены Американским обществом испытаний и материалов. (ASTM) спецификации на поставку и покупку авиационного газа. До 60-х годов прошлого века марки бензина были обычно выражается двумя последовательными октановыми числами, например 80/87 и 100/130. Первое число — это октановое число обедненного двигателя (MON), которое обычно используется для обозначения avgas оценок, а второе число, которое используется редко, — богатый рейтинг.Самый распространенный оценка avgas — 100LL, где «100» означает рейтинг MON, а «LL »означает« низкое опережение ». В соответствии со стандартом ASTM D910, который содержит спецификации для этилированного бензина, 100LL не может содержать свинца менее 0,28 грамма на литр или более 0,56 грамма на литр. До внедрения 100LL содержание свинца могло достигать 1,12 грамма на литр. Хотя 100LL доминирует на рынке авиационного газа и может использоваться на всех самолетах с поршневыми двигателями, ASTM указал другие марки бензина для использования во всем или большей части парка поршневых двигателей, включая марку 100 MON с «очень низким содержанием свинца» (VLL) и марку неэтилированного свинца (UL) 94 MON.Согласно ASTM D910, 100VLL не может иметь содержание свинца менее 0,28 грамма на литр или более 0,45 грамма на литр. Таким образом, минимально допустимое содержание свинца одинаково для 100LL и 100VLL, но максимально допустимое содержание свинца для 100VLL ниже на 19,6%. В SAIB NE-11-55, выпущенном 14 сентября 2011 года, FAA указало, что 100VLL приемлемо.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 73 для использования на всех самолетах, которым требуется 100LL (или более низкий MON), но, как объясняется ниже, эта степень avgas не производится.Хотя 100VLL сейчас недоступен для покупки, тот факт, что он указан ASTM и был одобрен для использования на всех поршневых самолетах, гарантирует его рассмотрение как существующий вариант топлива. Другой стандарт ASTM, D7547, регулирует неэтилированный газ, но он применяется только к топливу. оценки с рейтингом MON 94 или ниже. Простое удаление TEL из 100LL приведет к топливо примерно с 94 МОН, хотя для соответствия потребуются некоторые изменения формулы со всеми спецификациями ASTM D7547.В настоящее время единственный сорт бензина, отвечающий этому стандарт, проприетарный UL94, доступен для продажи только в некоторых аэропортах, в основном в Средний Запад. В настоящее время нет спецификации ASTM для неэтилированного топлива, имеющего MON выше 94, и FAA не одобрило такое топливо в качестве эксплуатационного ограничения любого двигателя или самолет TC или STC. После краткого ознакомления с историей этилированного бензина и того, как 100LL стали преобладающими, статус этих двух других сортов с низким содержанием свинца и неэтилированного свинца (100VLL и UL94) обсуждается.Конвергенция к 100LL Avgas Как отмечалось выше, TEL оказался полезным в качестве антидетонационного агента в avgas во время 1920-е годы. Действительно, к 1930 году в Спецификации 3 армии США упоминалось TEL в топливе 80 MON. На время, однако, практически все самолеты с поршневыми двигателями довольствовались 80 MON avgas, с или без ТЕЛ. Развитие высокопроизводительных боевых самолетов в 1930-е гг. получение более высокооктанового бензина за счет добавления TEL. 100 ПН и даже 115 Марки MON были разработаны для двигателей с более высокой степенью сжатия и принудительной индукция через турбонаддув и наддув.Первоначально представленные для военных самолетов двигатели с более высокими характеристиками быстро адаптирован для гражданских пассажирских и грузовых самолетов, чтобы обеспечить большую полезную нагрузку, большую диапазон и более высокие потолки, допускаемые видами топлива 100 и 115 MON. В 1947 году первый ASTM спецификация (ASTM D910) для этилированного бензина была представлена, охватывая 91, 100 и 115 MON оценки. К 1954 году большинство бензиновых газов содержало свинец. В 1960 году ASTM D910 включал 80, 91, 100, 108, и 115 классов MON, все они были свинцовыми, с примечанием, указывающим на неэтилированный 80 MON в по крайней мере до 1995 года.В течение 1960-х годов большая часть военного и коммерческого авиапарка изменилась. перешли от больших поршневых двигателей к турбовинтовым и турбореактивным двигателям, сжигающим реактивное топливо, устраняя большую часть спрос на марки авиационного газа с рейтингом MON выше 100 и существенно снижается спрос на 100 мес., ограничив рынок газа главным образом ГА. К концу 1960-х гг. потребление автомобильного газа больше не могло поддерживать коммерческое производство нескольких марок, каждый связан с отдельными требованиями и инфраструктурой для производства, распространения, хранение и раздача.К 1972 году четыре существующих марки этилированного бензина, охваченные ASTM D910 сконцентрировался на одном классе, 100LL, который стал стандартом де-факто. Никаких регулирующих действий требовалось, потому что 100LL удовлетворяли требованиям к устаревшим самолетам, которые обычно сертифицирован как минимум на 80 или 91 МЕС. Эта конвергенция позволила использовать общий система распределения авиационного газа и один тип резервуаров для хранения и распределения авиационного газа в аэропорту для обслуживания всех самолетов с бензиновым двигателем. Таким образом, несмотря на то, что многие самолеты в парке поршневых двигателей могут использовать сорта avgas с MON ниже 100 (и, следовательно, с более низкими уровнями TEL или без TEL) на основании их применимых TC или STC, сорт бензина, предлагаемого для продажи, обычно ограничивается универсальным 100LL.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 74 Даже с учетом этой конвергенции, avgas 100LL можно охарактеризовать как обычное топливо, когда рассматривается с точки зрения общего рынка бензина. Например, по данным US Energy Информационное агентство (EIA), потребление автомобильного бензина в стране в среднем составляет около 400 миллионов галлонов в день в 2019 году, в то время как потребление автомобильного газа составляло менее 200 миллионов галлонов. в течение всего года (около 525 000 галлонов в день), или годовое потребление газа было меньше чем половина суточного потребления автомобильного бензина.2 По данным EIA, с 1981 по Спрос на авгаз в 2019 г. (измеряется количеством продукции, поставленной НПЗ) упала почти на 60 процентов (с 468 миллионов галлонов в 1981 году до 197 миллионов галлонов в 2019 году) 3. Из-за этого снижения спроса менее 10 процентов из примерно 120 североамериканских бензинов НПЗ в настоящее время производят 100LL (NASEM, 2019), и только один производитель химикатов поставляет TEL, так как спрос на эту добавку резко упал после удаления свинец из автомобильного бензина.100VLL Avgas Опасения по поводу токсичности TEL привели к добавлению к ASTM D910 второй степени 100. MON avgas, 100VLL, в 2011 году. Как отмечалось выше, 100VLL имеет такое же минимально допустимое опережение. содержание как 100LL, но 100VLL имеет максимально допустимое содержание свинца, которое снижено на 19,6 процентов. Несомненно, некоторые партии топлива 100LL будут соответствовать стандарту 100VLL, потому что они не превышают верхний предел, но они не продаются как таковые. Действительно, образцы 100LL протестированы Координационным исследовательским советом (CRC) имел среднее содержание свинца 0.47 грамм на литр (CRC, 2010), что немного выше максимально допустимого содержания свинца (0,45 грамма на литр) за 100VLL. Топливо 100VLL удовлетворит любой самолет, который в настоящее время работает на 100LL, поскольку минимально допустимое содержание свинца (0,28 грамма на литр) для двух марок одинаково. Следовательно, Полная замена 100LL на 100VLL дает возможность снизить общее лидерство потребление в самолетах с поршневыми двигателями, при условии, что производители топлива могут удовлетворить D910 спецификации вместе с верхним пределом свинца 100VLL.Однако 100VLL не прижился рынок по причинам, которые не совсем ясны, но, возможно, потому, что нет сильных стимулы к использованию более дорогих компонентов смеси углеводородов и соблюдению более жестких допуски, необходимые для достижения 100 MON с меньшим количеством добавляемого свинца. Альтернативы неэтилированному бензину Недостатки использования TEL в авиационных газах, особенно его токсичность, привели к интересу к свинцовым газам. бесплатное топливо для авиации. Два конкретных типа неэтилированного бензина, которые в настоящее время или потенциально доступны для покупки сегодня и разрешены в качестве эксплуатационных ограничений для некоторых самолетов являются патентованным UL94 avgas и соответствующим образом сформулированным автомобильным бензином, или MOGAS.Этот раздел начинается с обсуждения UL94 и следует за MOGAS. 2 См. Https://www.eia.gov/petroleum/data.php. 3 См. Https://www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=pet&s=mgaupus1&f=a. 4 Согласно презентации FAA комитету 25 февраля 2020 г., алкилат более высокого качества может быть нужно, например.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 75 UL94 Avgas В то время как спецификации для этилированного avgas содержатся в ASTM D910, спецификации для неэтилированный газ содержится в стандарте ASTM D7547.Простое удаление TEL из 100LL приведет к в топливе с приблизительно 94 MON, хотя потребуется некоторая переработка соответствуют всем спецификациям ASTM D7547. В 2011 году FAA проверило около 2700 ТС. листы данных для всех типов самолетов и двигателей в Реестре самолетов США 2010 года на 189 415 человек. самолет с поршневыми двигателями для определения смеси топливных спецификаций при эксплуатации ограничения (FAA, 2011). Эти самолеты, некоторые из которых были построены в 1930-х годах, производились более более 2600 производителей.Хотя обзор около 500 листов технических данных показал, что они покрыли почти 85 процентов парка, оставшиеся 15 процентов потребовали проверки более чем 2000 листов данных. На основе этого анализа FAA определило, что примерно 43% парк поршневых двигателей требует бензин класса 100 MON, в то время как примерно 57 процентов могут быть Доволен комплектацией 94 МОН. Это определение иногда используется для подтверждения того, что даже если неэтилированный бензин с низким октановым числом станет широко доступным и будет использоваться значительная часть автопарка, 100 MON avgas по-прежнему должны быть доступны, чтобы удовлетворить большая доля (43 процента) автопарка.Несколько факторов заслуживают рассмотрения при оценке потенциала неэтилированного, более низкого октановый средний газ оказывает заметное влияние на авиационные выбросы свинца. Прежде всего следует отметить что, по оценке FAA за 2011 год, 57 процентов самолетов с поршневыми двигателями могут безопасно использовать 94 MON avgas основан на данных о парке, которому уже 10 лет, и включает самолеты, которые не дольше активен. Однако на этот раз отставание во времени может быть незначительным, поскольку самолеты АОН имеют длительный срок службы и ежегодно в парк поступает менее 1000 новых самолетов с поршневыми двигателями, что означает, что действующий флот, который, по оценке в главе 2, насчитывает около 170 000 самолетов с поршневыми двигателями, составляет вряд ли существенно изменится за десять лет.Во-вторых, что, возможно, более важно, многие самолеты, сертифицированные с начала 1970-х, указывают только 100LL в качестве рабочего топлива в своих TC. потому что на момент выпуска самолета в продаже не было другого сорта бензина. Это Однако представляется вероятным, что многие из этих самолетов оснащены более старой конструкцией и меньшей мощностью. двигатели, которые изначально были сертифицированы на класс 80 или 91 MON. Если так, то эти самолеты могут предположительно могут безопасно эксплуатироваться с использованием топлива 94 MON, хотя их эксплуатационные ограничения будут необходимо внести поправки, чтобы разрешить использование топлива.Следовательно, кажется разумным предположить, что доля, которая превышает 57 процентов существующего парка с поршневыми двигателями, могла бы использовать 94 MON avgas. Swift Fuels из Уэст-Лафайет, штат Индиана, является единственным производителем топлива, который в настоящее время предлагает Класс UL94 на основе запатентованной рецептуры5. По оценкам компании, около 26 500 воздушное судно, определенное в исследовании FAA 2011 года как требующее 100LL, на самом деле могло работать по UL94, и следовательно, около 68 процентов текущего парка (а не 57 процентов) могли бы использовать этот класс, если бы разрешено измененным TC, STC или применимым SAIB.6 Indeed Swift Fuels продает ЮТК собственникам самолетов, которые могут эксплуатировать UL94, но имеют TC, который явно не идентифицировать UL94 как допустимое топливо.7 В 2016 году FAA выпустило SAIB-HQ-16-05R1, разъясняющее, что самолеты, требующие 80 и 91 MON может безопасно работать на UL94 avgas, и бюллетень также подтвердил, что типы самолетов утвержден для UL94 в соответствии с более ранним стандартом ASTM (D7592), может использовать классы UL94, которые 5 См. Веб-сайт Swift Fuels по адресу https: // www.swiftfuelsavgas.com. 6 Данные предоставлены комитету Крисом Д’Акостой, Swift Fuels, 16 марта 2020 г. 7 См. Https://www.aopa.org/news-and-media/all-news/2020/march/10/swift-fuels-cuts-price-of-unleaded-avgas-stc.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 76 соответствуют действующему стандарту ASTM D7547. Lycoming Engines, входящая в тройку крупнейших производители поршневых авиадвигателей опубликовали сервисный бюллетень (SI 1070), в котором указывается топливо совместимость со всеми его двигателями.8 Согласно этому бюллетеню, примерно одна треть Примерно 200 вариантов моделей двигателей Lycoming могут использовать неэтилированный бензин, отвечающий требованиям ASTM. D7547. К сожалению, не зная, сколько самолетов в текущем парке имеют эти двигатели. варианты, невозможно преобразовать эту информацию в количество воздушных судов. Другие производители поршневых двигателей для авиации, имеющие значительные продажи рыночные доли принадлежат Continental Aerospace Technologies и Rotax. Все современные двигатели Rotax одобрен для работы с неэтилированным автомобильным газом 91 AKI (антидетонационный индекс), который по сути 87 МЕС.Чтобы не сбивать с толку владельцев самолетов, Continental не опубликовала данные о двигателях. побудительное руководство по использованию неэтилированного топлива, которое возлагается на производителей планеров, которые обладают большим авторитетом в отношении топлива, используемого в производимых ими самолетах9. Одна потенциальная техническая проблема для пользователей UL94 или любого другого неэтилированного бензина заключается в найти способ заменить часто благотворное влияние свинца на поддержание исправности клапанов двигателя. Lycoming явно требует специальной присадки к смазывающему маслу при использовании неэтилированного бензина, в то время как Rotax рекомендует время от времени использовать 100LL в умеренных количествах для смазки.Позиция Continental в том, что его двигатели не зависят от TEL для смазки клапанов и износостойкости, хотя предполагает, что определенные предлагаемые составы неэтилированного топлива могут привести к изменениям в авиации. смазочные материалы, оставаясь при этом совместимыми с действующими стандартами SAE J1899 / J1966.10 Неопределенность в отношении точной доли парка поршневых двигателей, которые могут работать на неэтилированный 94 MON avgas сопровождается дополнительной неопределенностью относительно степени, в которой общее потребление 100LL может быть уменьшено за счет использования этой неэтилированной альтернативы соответствующими часть парка поршневых двигателей.Причина неуверенности в влиянии на общую потребление этилированного бензина составляет 100 МЕС. летательные аппараты в парке, которые часто описываются как наиболее часто используемые и высокотопливный «рабочий» самолет. Ассоциация владельцев самолетов и пилотов (AOPA) подсчитал, что эти высокопроизводительные самолеты потребляют до 70 процентов от общего количества 100LL, продаваемых ежегодно (AOPA, 2010). Следовательно, если эта оценка точна и остается актуальной к текущему флоту, то даже если UL94 использовался всеми подходящими воздушными судами, сокращение количества этилированных расход топлива будет существенно меньше (порядка 30 процентов), чем простой подсчет подходящих самолетов (57 или 68 процентов парка) предполагают, что это возможно.Тем не менее, даже если на самолеты, которые могут использовать UL94, приходится только около 30 процентов При потреблении 100LL каждый год свинец снизится на 30%. выбросы в результате перехода на UL94 и сопутствующая выгода от экономии для операторов в двигателе техническое обслуживание из-за меньшего загрязнения свинцом.11 Однако, как отмечалось ранее, проблема, с которой сталкивается производитель UL94 или любой другой альтернативы топлива, заключается в том, что рынок авиационного газа и без того невелик, что делает потенциально невыгодно производить и широко распространять второе топливо небольшого объема, которое иметь сопутствующие требования к инвестициям в новые системы хранения и распределения топлива на много маленьких аэропортов.8 См. Https://www.lycoming.com/service-instruction-no-1070-AB. 9 Личное сообщение, Кристофер Поллитт, Continental, 28 апреля 2020 г. 10 Личное сообщение, Кристофер Поллитт, Continental, 28 апреля 2020 г. 11 Это предполагает, что этилированное топливо периодически используется для обеспечения исправности клапана.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 77 МОГАС Постановка задачи для этого исследования требует изучения применимости к поршневым двигателям. воздушное судно с неэтилированным автомобильным бензином, предположительно относящееся к MOGAS, перечисленным как эксплуатационные ограничения в некоторых СПУ самолетов.Хотя FAA не дает определения MOGAS, обычно относится к автомобильному бензину, который владелец самолета мог приобрести во время Получено разрешение на использование этого октанового топлива. МОГАЗ обозначен как рабочее топливо для тысяч самолетов в текущем парке с поршневыми двигателями из-за STC утверждено около 40 много лет назад. В то время автомобильный бензин на основе стандарта ASTM D439 был топливом, оценивались бы для приложений STC (FAA, 1980). Важно оставаться в помните, однако, что этот стандарт больше не действует, и в автомобильный бензин с 1980-х годов, что вызывает вопросы о том, испытывал ли MOGAS и одобрен для STC много лет назад, соответствует производимому автомобильному бензину и раздали сегодня.Как отмечалось ранее, процесс подачи заявки STC — это метод демонстрации того, что воздушное судно и двигатели могут соответствовать требованиям производительности и безопасности при использовании топлива, отличного от выявлено в первичном ТК. Мотивированные желанием использовать менее дорогой автомобильный бензин, несколько новаторов и предпринимателей в авиационном сообществе провели испытания, необходимые для обеспечить одобрение FAA STC с ограничением использования топлива MOGAS с использованием FAA AC 91-33A (FAA, 1984). Большинство НТЦ MOGAS были разработаны экспериментальным самолетом. Association (EAA) и Petersen Aviation в начале 1980-х гг.С того времени около 62 000 Выпущены НТЦ MOGAS; 24 000 от EAA и 38 000 от Petersen Aviation12. в основном предназначались для самолетов и двигателей, в технических правилах которых указано 80/87 MON avgas, которые были были широко доступны десятилетиями ранее, но производство которых было прекращено десятилетием ранее в пользу универсальной комплектации 100LL. Бензин, производившийся в то время для автомобилей (ранний 1980-е годы) удовлетворяли требованиям 80/87 MON для самолетов, получивших сертификаты MOGAS STC. Таким образом, когда были выпущены многие STC, MOGAS был бы законченным традиционным бензин премиум-класса (неэтилированный или этилированный13), обычно отпускаемый при заправке автомобилей станции.14 В 1980-х годах, когда были утверждены НТЦ MOGAS, этанол иногда добавлен в автомобильный бензин из-за налоговых льгот и в качестве оксигената для увеличения октановое число неэтилированных марок. Поскольку спирт является полярным растворителем, притягивающим воду, его добавление топлива может значительно увеличить вероятность коррозии топливной системы, сократить срок хранения топлива, и привести к разделению фаз в топливном баке самолета, вызывая потенциальную паровую пробку. проблемы на высоте. Соответственно, автомобильный бензин на основе этанола не был разрешено, и действительно, MOGAS STC требуют, чтобы пользователь проявлял осторожность при обеспечении использования топлива, не содержащего спирта.Однако смешивание этанола не требовалось, и готовый продукт содержал свинец. и неэтилированный бензин, не содержащий спирта, можно было бы купить на многих заправочных станциях на протяжении десятилетия. Более того, поскольку этанол обычно добавляли в бензин наливом терминалов до распределения в торговые точки, эти терминалы могли быть источником не содержащие этанола готовые запасы бензина для использования в авиации при условии, что топливо соответствует требованиям свойства (например, давление паров по Рейду [RVP]) и требования контроля качества MOGAS STC.12 См. Https://www.eaa.org/eaa/pilots/EAA-STC-Program/auto-fuel-stc. 13 Обычный этилированный бензин высшего качества содержал до 1,12 грамма свинца на литр. 14 Под обычным бензином понимается готовый автомобильный бензин, не содержащий кислородсодержащих бензинов или бензинов с реформулировкой.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 78 Учитывая, что более 60 000 самолетов получили сертификаты MOGAS STC в течение 1980-х годов, десятки тысячи, вероятно, останутся во флоте сегодня.Однако в автомобилестроении многое изменилось. рынок топлива с момента утверждения этих СПУ в 1980-х годах. Переработанный автомобильный бензин Стандарт ASTM D4814 был введен в 1988 г. и заменил ASTM D439. Этот новый спецификация учитывала смешивание оксигенатов.15 FAA одобрило D4814 как «не- применимая спецификация топлива ASTM, что позволяет идентифицировать его как эксплуатационное ограничение для топлива в TC или STC. Однако, согласно FAA A / C 20-24D, владельцы TC и STC должны подавать заявку на поправку каждый раз, когда изменяется номер редакции стандарта ASTM.Так как D4814 не существовало на момент утверждения СПУ MOGAS, топливо, соответствующее требованиям Стандарт не обязательно соответствует эксплуатационным ограничениям STC. Применимость MOGAS в качестве варианта авиационного топлива уменьшилась еще больше за последние 30 лет из-за дальнейшего развития рынка автомобильного топлива. В частности важное значение имели новые нормативные требования EPA, внедряющие Закон о чистом воздухе. Поправки 1990 г., которые существенно повлияли на состав и физические свойства. автомобильного бензина, начиная с середины 1990-х годов (Martel, 1995).Мало того, что требования вызывают изменения в составе готового автомобильного бензина, но они также привели к изменениям в промежуточные запасы НПЗ. Новые промежуточные продукты, известные как CBOB (обычные бензин для смешения оксигенатов) и RBOB (бензин с реформулировкой для смешения оксигенатов), 16 были разработаны специально для устранения влияния этанола на увеличение RVP и октанового числа. Для Например, 10-процентная смесь этанола увеличит RVP примерно на 1 фунт / кв. бензин) и увеличить октановое число примерно на 3 октанового числа антидетонационного индекса (AKI), используемого для автомобильный бензин (немного меньше для MON) (Bailey and Russell, 1981).Соответственно, CBOB и запасы нефтеперерабатывающих заводов RBOB были сформулированы таким образом, чтобы иметь более низкие значения MON и RVP для учета влияние этанола на эти свойства при смешивании для получения готовой бензин отпускается на АЗС. Соответственно, даже продукты нефтепереработки больше нельзя было к концу 1990-х гг. обычно использовались в качестве источника MOGAS. На состав автомобильного бензина дополнительно повлияло возобновляемое топливо. Стандарт (RFS), созданный в соответствии с Законом об энергетической политике 2005 г. и измененный Министерством энергетики США. Закон о независимости и безопасности 2007 года.Программа RFS — это национальная политика, которая требует определенный объем возобновляемого топлива может использоваться в год для замены или уменьшения количества нефтяных- на основе транспортного топлива, мазута и авиакеросина. Чтобы соответствовать требованиям программы, которые не относится к среднему газу или бензину, используемому вне магистралей, этанол смешивается с концентрацией 10 процентов практически во всем отпускаемом автомобильном бензине.17 В результате поставки неэтилированного бензина марки автомобильного бензина, которые сегодня широко доступны на заправочных станциях, существенно отличаются отличается от поставок, которые были широко доступны, когда были одобрен 40 лет назад для использования более дешевого автомобильного бензина.По данным сайта AiRNav, 87 операторов фиксированной базы (FBO) выделили топливо, говорится в сообщении. быть «МОГАЗ (авто)» (и, следовательно, предположительно неэтилированный) в течение августа и сентября 2020 года, 18 или около 2,5% из более чем 3 572 FBO, которые сообщили о выдаче 100LL. AiRNav также сообщил, что цена этого неэтилированного топлива в среднем была примерно на 1 доллар за галлон меньше, чем цена 100LL. Однако ни достоверность этого подсчета, ни свойства этого топлива, в том числе его 15 Стандарт ASTM D4814-20a, Стандартные технические условия для автомобильного топлива для двигателей с искровым зажиганием.16 См. 40 CFR 80.2. 17 В 2006 году Агентство по охране окружающей среды США отменило нормативное требование, согласно которому бензин с измененным составом должен содержать 2,0% оксигенатов на масса. См. 71 FR 26691, 8 мая 2006 г. 18 См. Http://airnav.com/fuel/report.html по состоянию на 16 сентября 2020 г.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 79 полное и последовательное соблюдение эксплуатационных ограничений воздушного судна, которое может его использовать, могут быть оценены для этого исследования. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ТОПЛИВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ СВИНЦА Текущие выбросы свинца от авиационного газа оцениваются Агентством по охране окружающей среды примерно в 468 тонн в год.19 Рассматривая три вида топлива, которые обсуждались выше, как возможные пути сокращения этих выбросы, а именно UL94, MOGAS и 100VLL, остаются техническими, нормативными и рыночными проблемы, которые различаются в каждом случае. Серьезная проблема для первых двух вариантов неэтилированного свинца (UL94 и MOGAS) заключается в том, что они по-прежнему потребуют значительного использования 100LL или 100VLL для вмещать высокопроизводительные самолеты и, следовательно, потребует производства, распространения, хранение и выдача не менее двух видов авиационного топлива, каждое в количестве меньшем, чем 100LL Cегодня.Как уже отмечалось, к началу 1970-х годов рынок автомобильного газа сократился до такой степени, что экономически целесообразно поддерживать только один сорт авиационного газа (100LL), даже если потребность в топливе общего назначения был примерно в два раза больше, чем сегодня. Более того, теперь FAA прогнозирует, что спрос на авиационный газ будет снижение примерно на 0,6 процента в год до 2040 года.20 Эта тенденция к снижению потребления автомобильного газа, если это произойдет, как прогнозируется, приведет к собственному сокращению выбросов свинца примерно на 10 процентов через 20 лет. Однако такая же тенденция к снижению спроса на топливо также приведет к тому, что вариант еще менее жизнеспособен с экономической точки зрения, потому что он должен сопровождаться инвестициями поставщиками топлива и аэропортами в производстве, распределении, хранении и выдаче дополнительного топлива вместимость.MOGAS как средство смягчения последствий С точки зрения розничной торговли автомобильный бензин является наиболее доступным бензином, не содержащим свинца. При рассмотрении возможности использования этой альтернативы топлива для сокращения выбросов свинца от авиации, однако такой результат кажется сомнительным по нескольким причинам. Как обсуждалось выше, составы и марки готового автомобильного бензина в том виде, в каком они существовали 40 лет назад (87 и 91 год). AKI или 83 и 87 MON), когда STC были одобрены для разрешения использования MOGAS, имеют по существу исчез.Автомобильный бензин, который сегодня отпускается почти всегда содержит не менее 10 процентов этанола, моющие добавки и значительные вариации RVP. Некоторые нефтепереработчики и блендеры могут иметь доступ или иметь возможность создавать смесь алкилатов. акций, необходимых для переформулирования части акций CBOB и RBOB, используемых для премиальных автомобильный бензин, чтобы эти расходные материалы подходили для самолетов с поршневыми двигателями (т. е. продукт с AKI 87 или 91 или 83 или 87 MON, разработанным в соответствии с ASTM D7547). Однако этот неэтилированный продукт, специально измененный для использования в авиации, больше не будет производиться серийно, широко доступное и относительно недорогое топливо, которое вызвало интерес к использованию автомобильных бензин, когда несколько десятилетий назад были утверждены НТЦ MOGAS.В связи с этим стремление к такому нишевое авиационное топливо, казалось бы, не дает никаких экономических преимуществ по сравнению с неэтилированным теперь доступен сорт avgas (например, UL94). Инвестиции, которые потребуются для значительного 19 Национальный кадастр выбросов за 2017 год. Обратите внимание, что эта оценка выбросов свинца может быть высокой, поскольку EPA предполагает, что все 100LL avgas содержат максимальное количество TEL, разрешенное ASTM, или 0,56 грамма на литр. CRC (2010) сообщили, что среднее содержание свинца в 100LL равно 0.47 граммов на литр, что снизит оценку EPA. годовой объем до 393 тонн. Однако здесь используется более высокая оценка Агентства по охране окружающей среды. 20 См. Таблицу 31 «Аэрокосмического прогноза FAA на 2020-2040 гг.» https://www.faa.gov/data_research/aviation/aerospace_forecasts.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 80 изменения, необходимые на нефтеперерабатывающем заводе или на предприятиях по смешиванию, чтобы сделать такой подходящий MOGAS, и добавлены дополнительные требования к распределению и хранению, предполагают, что заинтересованность в поставках другой бензин с более низким октановым числом для авиации, который получают из автомобильных бензиновых запасов, вероятно, будет незначительным.Стоит отметить, что в 2015 году, по оценкам EIA, около 5,3 миллиарда галлонов в год Конечным потребителям поставлялся бензин без этанола (E0 ).21 Оставив в стороне вопросы о логистики и распределения этих запасов для доступа авиации, этот объем значительно превышает потребуется для удовлетворения любого спроса на MOGAS со стороны GA. Вполне возможно, что этот заявленный объем был неиспользованным компонентом смеси для обычного, среднего или премиального бензина или некоторых других поток нефтепереработки. Однако MON и RVP этого топлива, не содержащего этанола, неизвестны.Таким образом, даже если аналогичные объемы существуют сегодня и прилежный покупатель сможет найти бензин без этанола который коммерчески доступен на местном уровне, такие качества продукта, как RVP, октановое число и добавка пакеты могут быть не всегда известны, и, следовательно, его соответствие MOGAS STC требования не будут гарантированы. Важно признать высокий уровень контроля качества. связанных со всей авиационной продукцией, включая авиационное топливо, пробы которого отбираются и проверяются на соответствие спецификациям в нескольких точках цепочки поставок.Поставки MOGAS не иметь такой контроль качества. UL94 как способ смягчения последствий Расширение доступности неэтилированного топлива 94 MON является более перспективным, чем MOGAS в качестве подход к сокращению использования свинца, потому что это топливо уже одобрено для использования на многих самолетах и имеет потенциал быть одобренным для использования другими. Его использование самолетами с более низкими характеристиками в парк поршневых двигателей не устранит полностью свинец, но может уменьшить количество свинца потребляется существенно, порядка 30 процентов (согласно расчетам с использованием предположений, приведенных выше), если широко доступны и приобретаются операторами всех соответствующих критериям воздушных судов.Собственный UL94 разработан как минимум одним производителем (Swift Fuels), который уже соответствует ASTM 7547 существует на рынке, хотя и лишь в небольшой части потенциальных мест заправки (менее 100 аэропортов). Поскольку любой переход на это топливо потребует изменения эксплуатационных ограничений, многим владельцам самолетов, заинтересованным в его использовании, потребуется получить STC. Требования к продемонстрировать, что такая предлагаемая замена топлива не повлияет отрицательно на безопасность полета. по понятным причинам обременительным и, следовательно, потенциально дорогим для тех владельцев самолетов, которые еще не сертифицирован по UL94.В результате Swift разработала STC, которые можно приобрести по номинальной стоимости. владельцами многих типов самолетов. Примечательно, что Раздел 565 Закона о повторной авторизации FAA 2018 разрешает FAA разрешать использование неэтилированного топлива в самолетах, сертифицированных для использования этилированного топлива в случаи, когда воздушное судно может безопасно работать на неэтилированном альтернативном топливе. Предположительно, этот авторитет может использоваться для оптимизации процесса регулирования, чтобы обеспечить широкое использование неэтилированного топлива. например, UL94, не требуя отдельных STC.22 Если бы каждый самолет, который мог использовать UL94, действительно использовал этот неэтилированный бензин, возможно, от 57 до 68 процент ежегодных выбросов свинца от автопарка будет удален, или от 267 до 318 тонн от годового базовый уровень 468 тонн, указанный выше. Однако, если ранее приведенные оценки AOPA верны (т. Е. оставшиеся от 32 до 43 процентов «рабочего» парка сжигают до 70 процентов от 100LL), 21 См. Https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=26092. 22 В дополнение к соответствующему STC, могут быть указаны подходящие таблички и указания по поддержанию исправности седла клапана. нужно.Например, исправность седла клапана, вероятно, может поддерживаться периодическим использованием 100LL до тех пор, пока остается доступным или использование смазывающих присадок к маслу, таких как указанные Lycoming.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 81 год сокращение выбросов свинца составит около 140 тонн. В любом случае, конечно, наличие UL94 должен был бы быть почти универсальным, если бы его могли использовать все подходящие воздушные суда, и поэтому почти все аэропорты, которые обслуживают самые разные самолеты АОН, будут нуждаться в поставках топливо на месте для выдачи.В результате можно было бы ожидать, что сокращение лидов будет ниже, чем рассчитано, исходя из предположения, что многие небольшие аэропорты не смогут распределять UL94, который может быть доступен только в крупных аэропортах, у которых есть финансовые возможности и экономический стимул для добавления необходимых заправочных мощностей. Следует отметить, что эти оценки сокращения свинца при использовании UL94 не учитывают период, в течение которого произойдет переход на это топливо. Имея в виду, что в целом ожидается, что потребление авиационного газа снизится в течение следующих двух десятилетий в результате сокращения общего потребления. деятельности в целом, ежегодное сокращение свинцового тоннажа, связанное с переходом на UL94 будет тем меньше в абсолютном выражении, чем дальше по времени начнется этот переход.100VLL как вариант смягчения За последнее десятилетие 100VLL был одобрен для использования на всех самолетах, которым требуется 100LL или avgas с более низким MON. Следовательно, его доступность для покупки может привести к значительному сокращение выбросов свинца, потому что весь парк может использовать его без каких-либо STC, при условии соблюдения способность нефтеперерабатывающих заводов производить 100VLL в более строго определенном диапазоне свинцовых добавок. В будучи универсальным, 100VLL не потребует каких-либо новых инвестиций в хранилище топлива и пропускной способности, если бы он заменил 100LL во всех аэропортах или даже в некоторых аэропортах.Неправильная заправка или объединение 100LL и 100VLL не будет проблемой для операторов высокопроизводительных самолетом, как если бы этилированное топливо сопровождалось неэтилированным бензином с более низким октановым числом. Как отмечалось ранее, среднее содержание свинца в 100LL составляет 0,47 грамма на литр. Среднее содержание свинца в 100VLL не может быть определено, потому что оно не произведено. Однако, если просто предположить, что среднее содержание свинца в 100VLL будет На 19,6 процента ниже, чем 0,47 грамма на литр (в соответствии с 19.На 6 процентов ниже максимального допустимое содержание свинца в 100VLL), то среднее содержание свинца для 100VLL будет примерно 0,36 грамма на литр [0,47– (0,196–0,47)]. Если 100VLL полностью заменит 100LL, то один ожидается соответствующее сокращение выбросов свинца от авиационного газа на 19,6%. потребляется во всем парке поршневых двигателей. Снижение выбросов свинца на 19,6% за счет базовый уровень 468 тонн в год, упомянутый выше, даст сокращение на 92 тонны в год.В виде отмечалось ранее, это ежегодное сокращение тоннажа будет зависеть от сроков перехода на 100VLL, потому что общие выбросы свинца снизятся также в результате долгосрочного сокращения GA Мероприятия. Преимущество перехода на 100VLL состоит в том, что он может привести к значительному сокращению использование свинца без разделения и без того небольшого рынка автомобильного газа и без необходимости новых инвестиций в топливо инфраструктура снабжения. Однако, если переход на 100VLL сопровождался переходом на UL94 с помощью всех самолетов, которые могут его использовать, можно добиться гораздо большего сокращения свинца.Даже если предположить что 70 процентов всего авиационного газа потребляется высокопроизводительными самолетами, требующими 100 MON, их использование 100VLL с содержанием свинца на 19,7% ниже, чем 100LL, все равно приведет к 13,7%. процентное сокращение общего использования свинца (0,7 × 19,6). Если добавить к 30-процентному сокращению свинца использование, которое может быть достигнуто за счет оставшейся части парка, которая полностью переходит на UL94, общая сокращение может превышать 40 процентов, или около 205 тонн свинца в год.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 82 ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ В то время как тенденция к снижению активности GA должна привести к постепенному сокращению выбросов свинца от расхода среднего газа, для более значительных сокращений потребуются альтернативы топлива с низким содержанием свинца или неэтилированного бензина. 100LL.Поскольку активность парка поршневых двигателей снижается в среднем на 1,6 процентов в год в течение последних четырех десятилетий, и, как ожидается, FAA продолжит снижаться на 0,6 процента в год в течение следующих двух десятилетий23, общее использование свинца в секторе GA будет снижаться. умеренная нисходящая траектория, и, согласно прогнозам, в течение 20 лет она снизится на 10 процентов (вывод 5.1). 100VLL — единственное топливо, указанное в настоящее время ASTM, кроме 100LL, которое может быть использовано. всеми поршневыми самолетами имеющегося парка.Верхний предел свинца 100VLL составляет 19,6 процента. ниже верхнего предела в 100LL. Таким образом, использование 100VLL в масштабах всего парка дает возможность средства сокращения общих выбросов свинца из авиационного газа на величину, приближающуюся к 20 процентам. Однако 100VLL в настоящее время не производится, предположительно из-за отсутствия нормативных требований. требования или очевидные экономические стимулы для производителей топлива поставлять топливо, которое может удовлетворить более жесткие пределы свинца в стандарте ASTM (вывод 5.2). По крайней мере, 57 процентов, а возможно, и 68 процентов нынешнего парка поршневых двигателей. можно использовать UL94, единственный существующий сорт неэтилированного бензина.Однако такой исход для некоторых самолетов потребуются специальные сертификаты FAA. Подходящий флот состоит в основном из меньшие по размеру самолеты с низкими характеристиками, которые используются не так часто, как более мощные автопарк, требующий этилированного бензина. Следовательно, сокращение использования этилированного бензина по сравнению с UL94 широкое распространение вряд ли будет пропорционально большой доле самолетов с более низкими характеристиками во флоте. Тем не менее, если бы все эти самолеты использовали UL94, выбросы свинца снизились бы. примерно на 30 процентов.Кроме того, если бы более мощный самолет использовал 100VLL, сокращение выбросов свинца превысит 40 процентов (вывод 5.3). Неэтилированное топливо, такое как UL94, одобренное только для части парка поршневых двигателей, будет требуют создания второй цепочки поставок и системы распределения топлива по стране. Такой фрагментация поставок авиационного газа на две марки, каждая из которых производится в меньших объемах, может также приводят к повышению цен на бензин из-за потери эффекта масштаба. Кроме того, стоимость аэропортов по добавлению складских и распределительных мощностей для второго топлива может быть значительным и потенциально непомерно, особенно для небольших аэропортов.Следовательно, широкая доступность UL94 может быть излишне оптимистичным и, скорее всего, будет ограничен частью аэропортов, имеют или могут позволить себе добавить необходимые заправочные станции (Вывод 5.4). Составы автомобильного бензина больше не являются жизнеспособным вариантом для снижения содержания свинца. выбросы от парка поршневых двигателей. Были одобрены тысячи самолетов с поршневыми двигателями. в 1980-х годах для использования автомобильного бензина — свободно называемого MOGAS — который был считается безопасным заменителем низкооктановых бензинов (80/87 MON), разрешенных оригинальные TC самолетов.Однако изменился состав автомобильного бензина. значительно за последние 30 лет, особенно с учетом смесей этанола, которые не совместим практически со всеми авиационными двигателями (Вывод 5.5). 23 См. Таблицу 31 «Аэрокосмического прогноза FAA на 2020-2040 гг.» https://www.faa.gov/data_research/aviation/aerospace_forecasts.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 83 FAA следует изучить варианты государственной политики, которые могут быть реализованы как как можно быстрее на федеральном уровне и уровне штатов, а также Конгрессом, для мотивация нефтепереработчиков к производству и аэропортов к поставке 100VLL.Цель позволит сократить выбросы свинца от всего парка поршневых двигателей, в то время как неэтилированные альтернативы исследуются для использования в масштабах всего парка (Рекомендация 5.1). FAA следует изучить варианты государственной политики, которые позволят и будут поощрять более широкое использование доступный неэтилированный бензин той частью парка поршневых двигателей, которая может его безопасно использовать. Возможные варианты включают (а) выпуск Специального информационного бюллетеня о летной годности, который позволит такое использование и (b) предоставит аэропортам стимулы и средства для поставки неэтилированное топливо, особенно аэропорты, которые имеют право на федеральную помощь под управлением FAA в качестве часть Национального плана по интегрированным системам аэропортов (Рекомендация 5.2). Следует создать механизм, способствующий повышению доступности существующих марки неэтилированного бензина во всем парке поршневых самолетов. Удовлетворение этой потребности вероятно, потребует участия Конгресса, например, путем предоставления стимулов для пилоты должны использовать существующий неэтилированный бензин, а для большего количества небольших аэропортов добавить необходимое топливо емкость хранения и выдачи (Рекомендация 5.3). РЕКОМЕНДАЦИИ AOPA (Ассоциация владельцев самолетов и пилотов). 2010. Подготовка к неэтилированному бензину: Создание основы для поиска следующих Avgas.Пилот AOPA 5 сентября. Доступно по адресу: https://www.aopa.org/news-and-media/all-news/2010/september/pilot/preparing-for-an- неэтилированный-будущее. Бейли Б. и Дж. Рассел. 1981. Аварийное транспортное топливо: свойства и характеристики. Технический документ SAE 810444, февраль. CRC (Координационный исследовательский совет). 2010. Исследование сокращенного содержания TEL в Коммерческий 100LL Avgas. Отчет CRC № 657, 14 октября. Доступно по адресу: https://crcao.org/?s=67-2010&orderby=relevance&post_type=post%2Cpage%2Cguide.FAA (Федеральное управление гражданской авиации). 1980. Легкие авиационные двигатели, потенциал и Проблемы использования автомобильного топлива. Фаза 1 — поиск литературы. Отчет CT 81-150, Декабрь. Доступно по адресу: https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a094154.pdf. FAA. 1984. Использование альтернативных марок авиационного бензина для марок 80/87 и использование Автомобильный бензин. Консультативный циркуляр AC № 91-33A, 18 июля. Доступно по адресу: https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/AC91-33A.pdf. FAA. 2011 г.Исследование авиационного топлива Поршневой двигатель Распределение топлива в парке самолетов Отчет. DOT / FAA / AR-TN11 / 22, ноябрь. Доступны на: http://www.tc.faa.gov/its/worldpac/techrpt/artn11-22.pdf. FAA. 2018. Утверждение моторных топлив, присадок и смазочных масел. Консультативный циркуляр 20-24Д изм. 1, 20 февраля. Доступно по адресу: https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/AC_20- 24D_Chg_1.pdf. Мартель, Дж. 1995. Взрыв Закона о чистом воздухе, регулирующий использование топлива. Закон об окружающей среде Репортер 25 ELR 10538.Доступны на: https://elr.info/sites/default/files/articles/25.10538.htm.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОПИЯ — Неисправленные пробные копии 84 NASEM (Национальные академии наук, инженерии и медицины). 2019. Аэропорт Руководство по предоставлению услуг по заправке воздушных судов. https://doi.org/10.17226/25400.

Обкатка двигателя | Процедура обкатки авиационного двигателя

Все эти рекомендации в равной степени применимы к горизонтально оппозитным двигателям Lycoming или Continental, но пилоты также должны убедиться, что они обращаются к инструкции по обслуживанию Lycoming 1014 и информационному письму 99-2 TCM, соответственно, для получения конкретной информации о масле выбор, соответствующий вашему двигателю.

Если ваш двигатель недавно подвергался капитальному ремонту или является новым, вам следует провести обкатку двигателя, используя чистые минеральные масла.

У нового цилиндра внутренняя поверхность стенки не гладкая, как можно было бы представить. Целью процедуры обкатки является стирание любых выступов как на стенке цилиндра, так и на поршневых кольцах, чтобы кольца могли создать герметичное газовое уплотнение для нормальной работы. Это требует, чтобы поршневое кольцо прорвало масляную пленку и обеспечило определенный контакт металла с металлом между компонентами.Как только это согласование произошло, взлом считается завершенным, и после этого будет происходить очень небольшой контакт.

Аномалия, очевидно, заключается в том, что смазочное масло предназначено для предотвращения контакта металла с металлом, но описанный процесс требует, чтобы мы разорвали масляную пленку. Два действия пилота могут серьезно нарушить этот разрыв пленки и, следовательно, предотвратить адекватную обкатку; низкие настройки мощности и использование неподходящих смазочных масел.

На рынке существует две основные категории масел для авиационных поршневых двигателей: масла прямого действия и масла с беззольным диспергатором (или W).Масла с беззольными диспергаторами содержат присадки, которые становятся значительными при обкатке большинства двигателей.

За исключением некоторых двигателей с турбонаддувом (проверьте документы, указанные выше), обкатку следует проводить с использованием чистых масел. Первый риск при использовании масел с беззольными диспергаторами, используемых во время обкатки, заключается в том, что более высокая прочность пленки не позволит поршневому кольцу разорвать масляную пленку и, следовательно, не произойдет необходимого истирания на стенках цилиндра.

Во-вторых, процесс трения создает необычно высокие температуры поверхности на стенке цилиндра, и это может привести к тому, что присадки в маслах с беззольными диспергаторами образуют глазурь в хонинговальных канавках на поверхности стенки цилиндра.При изготовлении цилиндра используется хонинговальный станок с перекрестной штриховкой, чтобы вырезать ромбовидный узор на поверхности гильзы; это необходимо для того, чтобы масляная пленка удерживалась на поверхности стенки цилиндра и смазывала поршень во время работы.

Если это остекление этих хонинговальных канавок произойдет до завершения периода обкатки, поршневое кольцо не будет уплотнено должным образом, и на стенке цилиндра больше не будет канавок на поверхности, необходимых для подачи смазки, и это сочетание приведет к плохой газовый уплотнитель и большой расход масла.Единственный способ удалить такую ​​глазурь — это отшлифовать стенку цилиндра, что означает дорогостоящее и предотвратимое дополнительное обслуживание.

Однако успешная обкатка означает не только использование чистого масла правильного сорта, но и использование настроек высокой мощности. Установки высокой мощности означают высокое давление сгорания, которое из-за конструкции поршневого кольца вынуждает поршневое кольцо наружу, что приводит к разрыву масляной пленки. Это ключ к процессу взлома.

Так что это значит для пилота?

Используйте прямое масло хорошего качества, такое как AeroShell Oil 80 или AeroShell Oil 100, и оставайтесь с ним в течение всего периода обкатки (обычно 50 часов, но проверьте руководство к двигателю).Обязательно проверяйте уровень масла часто, так как расход масла будет выше, чем при нормальной работе.

Вы должны знать, что двигатель будет производить частицы металла износа во время процесса обкатки, и масло и фильтр следует менять чаще, чтобы удалить эти частицы, чтобы они не действовали как шлифовальная паста и не вызывали дополнительных нежелательных повреждений. носить.

Масло и фильтр должны быть заменены:

• В течение первых 10 часов работы после капитального ремонта
• В течение 25 часов после первой замены масла
• В течение 50 часов после 25-часовой замены масла для двигателей с полнопоточными масляными фильтрами, или 25 часов для двигателей с сетчатыми фильтрами под давлением.
• По истечении 4 месяцев с момента последней замены масла, независимо от количества моточасов.

Это соответствует рекомендациям производителя, например, изложенным в Сервисном бюллетене Lycoming 480D

Что касается работы двигателя, то все дело в создании высокого давления в цилиндре и максимальном охлаждении двигателя. Используйте полную номинальную мощность и частоту вращения при каждом взлете и поддерживайте эти настройки до высоты не менее 500 футов над взлетно-посадочной полосой; на этом этапе вы можете уменьшить мощность до 75% и продолжить набор высоты до своей крейсерской высоты.Поддерживайте мощность 65–75% для всех круизных операций в период обкатки.

Избегайте работы на большой высоте с двигателями без турбонаддува или наддувом, поскольку высота более 8000 футов не позволяет создать в цилиндре давление, достаточное для преодоления силы пружины поршневых колец, что не позволяет им закрепиться. Прекращайте крейсерский режим каждые 30 минут. минут или около того с плавным переходом на полную мощность в течение 30 секунд, а затем вернитесь к исходным настройкам круиза. Это позволяет кольцам изгибаться и перемещаться в канавках поршня.

Избегайте длинных спусков с малой мощностью, так как давление в цилиндре опять же будет недостаточным, и поршневые кольца будут вытеснены, чтобы образовалось газовое уплотнение, и вы будете страдать от большого количества прорывов сгорания мимо колец, а также большого количества масла, которое не попадет. соскоблил со стенки цилиндра. Эта комбинация может привести к чрезмерному ожогу масла, что может помешать посадке кольца.

При спуске иметь достаточно мощности, чтобы удерживать CHT хотя бы в нижней части грина. По тем же причинам следует свести к минимуму работу с грунтом, особенно в жаркую погоду.Во время обкатки было бы лучше отложить вылет, чем сидеть в конце взлетно-посадочной полосы в течение 15 минут или около того, бегая при высоких температурах окружающей среды.

Будьте осторожны с охлаждением двигателя, так как повышенное трение в результате износа приведет к увеличению температуры стенок цилиндра и поршней, поэтому особое внимание следует уделить обеспечению надлежащего охлаждения двигателя.

При подъеме сохраняйте воздушную скорость на более высоком уровне, уменьшая угол набора высоты, чтобы для охлаждения было доступно большее количество напорного воздуха.Будьте осторожны с топливной смесью. Сохранение богатой смеси обеспечит охлаждение заряда камеры сгорания, поэтому все взлеты следует производить с полностью богатой смесью и на высоте более 5000 футов.

Смесь должна быть достаточно обедненной, чтобы восстановить потерю мощности из-за чрезмерно богатой смеси. смесь. Эти процедуры помогут ускорить обкатку и обеспечить хорошее соответствие колец и отверстия.

Подводя итог, не обращайтесь с двигателем осторожно, не забывайте часто проверять уровень масла и доливать только правильное масло во время периода обкатки и соблюдать периоды замены масла.В частности, с самолетами, принадлежащими группе или арендуемыми, убедитесь, что все, кто управляет самолетом в период обкатки, знают об этих двух пунктах.

Как узнать, что двигатель сломался?

Есть несколько подсказок, которые даст вам двигатель, и одна из них — расход масла, так что вам действительно стоит с самого начала обращать внимание на то, каков расход. Вы обнаружите, что сначала потребление, вероятно, будет довольно высоким, затем быстро снизится, а затем достигнет определенного значения.

То, что это значение, на самом деле не слишком важно — оно может быть где угодно в диапазоне от 1 литра каждые 4–20 часов — индикация стабилизации более важна. Слишком высокий расход масла указывает на то, что двигатель еще не обкатался (или, возможно, застеклился, если он работает более 100 часов).

Второй признак, на который следует обратить внимание, — это выхлопная труба. Обычно он становится черным и мокрым (из-за высокого уровня масла, сгоревшего на начальных этапах обкатки).Затем он превратится в черную сажу и, наконец, образует коричнево-серый налет, что указывает на то, что сжигается мало масла и настройки смеси правильные.

Еще одним показателем является нагнетание давления в картере. Если вы заправляете двигатель до максимального уровня масла, и он быстро теряет первые пол-литра в сапуне, многие люди в следующий раз просто заливают двигатель меньшим количеством масла. Это нормально, если это старый изношенный двигатель, но во время обкатки он действительно что-то вам говорит.

Если предположить, что это не пилотажный двигатель, причина того, что масло выталкивается вниз через сапун, заключается в том, что в картере двигателя избыточное давление создается выхлопными газами, проходящими мимо пакета колец. Другими словами, двигатель не обеспечивает эффективного уплотнения и не обеспечивает хорошего газового уплотнения между кольцами и отверстием, поэтому процесс обкатки еще не завершен.

Лучше всего долить масло до максимума и следить за тем, быстро ли оно теряет первые пол-литра или около того.

Хромированные отверстия по сравнению со стальными отверстиями.

Большинство двигателей имеют гильзы цилиндров из азотированной стали и поршневые кольца с хромированным покрытием. Хотя эта комбинация часто довольно легко взламывается, было бы неплохо летать как можно чаще в начальный период обкатки, если ваш двигатель оснащен стальными гильзами, а не отверстиями Channel Chrome.

Стальные гильзы особенно подвержены поверхностной коррозии на начальном этапе эксплуатации двигателя, причем поверхностная ржавчина является довольно обычным явлением после нескольких дней простоя при подходящих условиях.В этих двигателях прямое масло используется еще 50 часов для создания тонкой защитной пленки лака на цилиндре, а не для ускорения обкатки; процесс обкатки стальных отверстий обычно происходит довольно быстро, но вероятность коррозии остается.

Цилиндры Channel Chrome, очевидно, не страдают той же проблемой коррозии, но твердую хромированную поверхность намного труднее приработать — иногда на обкатку требуется более 100 часов. Поэтому очень важно набраться терпения, чтобы обеспечить правильное соответствие колец с коррозионно-стойкими цилиндрами, поскольку твердая поверхность двигателей с хромированным внутренним диаметром гораздо более подвержена остеклению цилиндра после неправильной обкатки.

Долгосрочная эксплуатация чистых минеральных масел.

Вполне возможно постоянно эксплуатировать двигатели на чистых минеральных маслах, но, поскольку чистые минеральные масла не содержат никаких присадок, они имеют тенденцию вызывать образование отложений в двигателе. Беззольные диспергирующие масла типа «W» содержат присадку, которая предназначена для отделения частиц, чтобы они не собирались вместе с образованием большой массы.

Если эти частицы хранятся отдельно, то они с меньшей вероятностью заблокируют масляный канал и откладываются внутри двигателя.Если фильтр относится к относительно эффективному картриджному типу, то мелкие диспергированные частицы будут удаляться фильтрующим элементом. Именно эти частицы во взвешенном состоянии делают масло черным.

Если используются простые минеральные масла, то масло имеет тенденцию казаться относительно чистым, но нагар и другие твердые частицы откладываются внутри двигателя на картерах и т. Д. Это не является большой проблемой, если позже вы не будете способствовать их разрыхлению.

Это может произойти при замене беззольного диспергирующего масла после значительного накопления этого отложения.Диспергирующая добавка может действовать как моющее средство и очищать двигатель изнутри. Обычно это приводит к аномально высокому уровню отложений на фильтре после периода замены, поэтому необходимо следить за этим.

Критический период времени для значительного отложения внутри двигателя, работающего на прямом минеральном масле, зависит от типа двигателя, рабочей температуры, профилей полета и т. Д., Но обычно составляет около 300–400 часов.

Если ваш двигатель в течение этого времени проработал на прямом масле, а вы перешли на масло «W» (или беззольный диспергатор), то чаще проверяйте свой фильтр на наличие признаков засорения.Если вы не использовали это количество часов, вы можете выбрать любое масло, которое считаете нужным, и не беспокоиться слишком сильно.

Поэтому я обычно советую, что существует меньший риск продолжения работы с чистым маслом в течение более чем 50 часов, если вы не уверены в том, завершена ли обкатка, чем в случае смены глянца цилиндров на беззольное масло-диспергатор слишком рано.

Небеса недружественные: Самолеты с поршневыми двигателями представляют серьезную угрозу для здоровья | MIT News

Они могут показаться достаточно безобидными, эти маленькие самолеты, используемые для бегства на выходные, летных тренировок, доставки небольших грузов и других гражданских целей.Но в совокупности более 167000 самолетов с поршневыми двигателями, которые составляют большую часть парка авиации общего назначения (ГА) США, могут представлять значительную угрозу для здоровья. Это связано с тем, что эти автомобили, для безопасной работы которых используется этилированное топливо, представляют собой крупнейший в стране источник выбросов свинца. Было показано, что люди, подвергавшиеся воздействию низких уровней свинца, особенно дети, страдают неврологическими и когнитивными нарушениями, включая потерю IQ.

В отличие от коммерческих авиалайнеров, в которых не используется этилированный бензин, и автомобилей, которые к 1995 году полностью перешли на неэтилированный бензин, на самолеты GA с поршневым двигателем приходится около половины антропогенных выбросов свинца в США.С. небо. Но насколько сильно этот переносимый по воздуху свинец влияет на здоровье и экономику страны? Чтобы ответить на этот вопрос, группа исследователей Массачусетского технологического института провела первую оценку общенациональных годовых затрат на потерю IQ, которая может быть отнесена на счет авиационных выбросов свинца.

Команда обнаружила, что каждый год эти потери IQ приводят к убыткам в размере около 1 миллиарда долларов из-за сокращения доходов за всю жизнь с дополнительными 0,5 миллиарда долларов потерь в масштабах всей экономики из-за снижения производительности труда.Его результаты опубликованы в журнале Environmental Science and Technology.

«Постановления привели к резкому сокращению воздействия свинца на население США с течением времени, но воздействие свинца в детстве связано со снижением успеваемости и потерей IQ даже при низких уровнях свинца в крови», — говорит Филип Вулф, постдок лаборатории Массачусетского технологического института. для авиации и окружающей среды, и ведущий автор статьи. «Это исследование не только дает оценку стоимости этих эффектов, но также является первым исследованием того, как этот ущерб имеет петли обратной связи в экономике.Это показывает, что сегодняшние выбросы будут оказывать влияние на десятилетия ».

Исследование, проведенное исследователями, связанными с Совместной программой по науке и политике глобальных изменений, Центром наук о здоровье окружающей среды и Лабораторией авиации и окружающей среды, уникально тем, что включает в себя выбросы свинца, происходящие не только при взлете и посадке. , но и во время крейсерской фазы полетов общего назначения. Предыдущие исследования выбросов свинца на основе ГА были сосредоточены в основном на воздействии на здоровье в местных аэропортах и ​​регионах и не изучали экономический ущерб.

«Это исследование показывает, что даже незначительные источники токсичных загрязнителей могут иметь серьезные последствия для здоровья и экономики», — говорит Ноэль Селин, доцент Института данных, систем и общества Массачусетского технологического института и Департамента наук о Земле, атмосфере и планетах, а также один из двух соавторов факультета (вместе с доцентом аэронавтики и космонавтики Стивеном Барреттом) исследования. «Наши результаты подчеркивают необходимость тщательной оценки последствий освобождения определенных секторов или конкретных видов использования от правил, касающихся вредных веществ.”

Чтобы получить свои результаты, исследователи составили перечень выбросов авиации общего назначения на континентальной части США и смоделировали его влияние на концентрацию свинца в атмосфере, используя многомасштабную модель качества воздуха Сообщества (CMAQ). На основе этих вкладов, характерных для GA, в общие уровни содержания свинца в атмосфере, они количественно определили соответствующий дефицит IQ по всей стране и их ежегодные экономические последствия. Они оценили годовые потери потенциального дохода за всю жизнь, используя данные о доходах из США.S. Бюро статистики труда Министерства труда и ежегодные потери производительности труда с использованием вычислительной модели общего равновесия Совместной программы, называемой USREP, которая моделирует экономику США.

Усилия по сокращению выбросов этилированного бензина от самолетов GA ведутся уже не менее десяти лет. Агентство по охране окружающей среды, получив петицию экологической некоммерческой группы «Друзья Земли» в 2006 году для решения проблемы этилированных выбросов от самолетов GA, предложило ограничить такие выбросы в 2010 году, но до сих пор не вынесло постановления.FoE утверждает, что 70 процентов самолетов GA могут перейти на неэтилированный бензин без переоборудования.