מנוע בוכנה של מטוס: סקירה כללית, מכשיר ומאפיינים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

במשך זמן רב, מסוף המאה ה-19 ועד אמצע המאה ה-20, נותר מנוע מטוסי הבוכנה המנוע היחיד שסיפק טיסות למטוסים. ורק בשנות הארבעים של המאה הקודמת, הוא פינה את מקומו למנועים בעלי עקרונות פעולה אחרים - טורבו. אבל למרות העובדה שמנועי בוכנה איבדו את עמדותיהם, הם לא נעלמו מהמקום.

יישומים מודרניים למנועי הדדיות

כיום, מנועי בוכנה תעופה משמשים בעיקר במטוסי ספורט, כמו גם במטוסים קטנים המיוצרים לפי הזמנה. אחת הסיבות העיקריות לכך שהשימוש במנועים מסוג זה מועט ביותר היא שהיחס בין הספק יחידת ליחידת מסה של מנוע בוכנה נמוך משמעותית בהשוואה לטורבינות גז. מבחינת מהירות, מנועי בוכנה אינם יכולים להתחרות במנועים אחרים המשמשים בתעשיית המטוסים. יתר על כן, היעילות שלהם אינה עולה על 30%.

סוגי מנועי מטוסי בוכנה

מנועי מטוסי בוכנה נבדלים בעיקר בסדר הצילינדרים ביחס לגל הארכובה. כתוצאה מכך, יש מספר גדול למדי של סוגים שונים של מנועי בוכנה. השימושים הנפוצים ביותר הם הבאים:

• מנועים בצורת V;
• מנוע רדיאלי הדדי שבו הצילינדרים מסודרים בתבנית כוכבים;
• מנוע בוקסר, הצילינדרים שלו בשורה.

V-engines

הם הסוגים המפורסמים והמשומשים ביותר של מנועי בעירה פנימית בתעשיית המטוסים ולא רק. שמם קשור לסידור האופייני של הצילינדרים ביחס לגל הארכובה. יחד עם זאת, יש להם רמה שונה של נטייה ביחס זה לזה. זה יכול לנוע בין 10 ל-120 מעלות. מנועים כאלה עובדים על אותם עקרונות כמו מנועי בעירה פנימית אחרים.

היתרונות של מנועים עם סידור צילינדרים בצורת V כוללים את הקומפקטיות היחסית שלהם תוך שמירה על ביצועי כוח, כמו גם את היכולת להשיג מומנט הגון. העיצוב מאפשר להשיג תאוצות פיר משמעותיות הודות לעובדה שהאינרציה שנוצרת במהלך הפעולה גבוהה בהרבה מזו של סוגים אחרים של מנועי בעירה פנימית. בהשוואה לסוגים אחרים, אלה מאופיינים בגובה הקטן ביותר ואורך.

מנועים מסוג זה הם בעלי קשיחות גבוהה של גל הארכובה. זה מספק חוזק מבני גדול יותר, מה שמגדיל את חיי המנוע כולו. תדרי הפעולה של מנועים כאלה שונים בטווחים גדולים. זה מאפשר לך לצבור תאוצה במהירות, כמו גם לעבוד באופן קבוע במצבי גבול.

החסרונות של מנועי מטוסי בוכנה עם מנוע V כוללים את המורכבות של העיצוב שלהם. כתוצאה מכך, הם הרבה יותר יקרים מאשר סוגים אחרים. יתר על כן, הם נבדלים ברוחב גדול למדי של המנוע. כמו כן, מנועים בצורת V מאופיינים ברמת רטט גבוהה, קשיים באיזון. זה מוביל לעובדה שיש צורך לשקלל במיוחד את חלקיהם השונים.

מנוע בוכנה רדיאלי של מטוס

כרגע, מנועי בוכנה רדיאליים שוב מבוקשים בתעופה. הם משמשים באופן פעיל בדגמי מטוסי ספורט, או באלה שנעשו לפי הזמנה. כולם קטנים בגודלם. המכשיר של מנוע בוכנה תעופה מסוג רדיאלי, בניגוד למנועים אחרים, טמון בעובדה שהצילינדרים שלו ממוקמים סביב גל הארכובה בזוויות שוות, כמו קרניים רדיאליות (כוכביות). זה נתן לו את השם - בצורת כוכב. מנועים כאלה מצוידים במערכת פליטה המתפצלת בקורות רדיאליות. יתר על כן, מנוע מסוג זה יכול להיות בעל מספר כוכבים - תאים. זה אפשרי בשל העובדה כי גל הארכובה גדל באורך. ככלל, מנועים רדיאליים עשויים עם מספר אי זוגי של צילינדרים. זה מאפשר להחיל ניצוץ על הגליל דרךאחד. אבל הם גם מייצרים מנועים רדיאליים עם מספר זוגי של צילינדרים, אבל מספרם חייב להיות יותר משני.

החיסרון הגדול ביותר של מנועים רדיאליים הוא האפשרות לחדור שמן לצילינדרים התחתונים של המנוע כאשר המטוס חונה. בעיה זו מובילה לעתים קרובות להתרחשות של פטיש מים מיידי, מה שמוביל להתמוטטות מנגנון הארכובה כולו. כדי למנוע בעיות כאלו לפני התנעת המנוע, נדרשת בדיקה מתמדת של מצב הצילינדרים התחתונים על מנת לוודא שאין חדירת שמן אליהם.

היתרונות של מנועים רדיאליים כוללים את גודלם הקטן, קלות התפעול והכוח הגון שלהם. בדרך כלל הם מותקנים במטוסי דגמי ספורט.

מנוע בוכנה נגד כלי טיס

כיום, מנועי מטוסי בוקסר מתחילים לחוות את לידתם מחדש. בשל העובדה שהם קטנים בגודלם וקלים יחסית במשקל, הם מונחים על מטוסי ספורט קלים. הם מסוגלים לפתח כוח מספיק ולספק מהירויות גבוהות מאוד.

מנועי בוקסר כוללים מספר סוגים של עיצובים:

1. מנוע מיוצר בשיטת "בוקסר" (סובארו). במנועים כאלה, הבוכנות של צילינדרים הממוקמים זה מול זה נעות במרחק שווה. כתוצאה מכך, אחד במרכז המתים העליון והשני במרכז המתים התחתון בכל מחזור.

2. מנועים,מצויד במכשיר OROS (Opposed Piston Opposed Cylinder). במנועים כאלה, הצילינדרים ממוקמים אופקית ביחס לגל הארכובה. כל אחד מהם מכיל שתי בוכנות, הנעות זו לזו במהלך הפעולה. הבוכנה הרחוקה מחוברת לגל הארכובה על ידי מוט חיבור מיוחד.

3. מנוע שנעשה על בסיס העיקרון המיושם במנוע 5TDF הסובייטי. במוצר כזה, הבוכנות נעות זו לזו, עובדות בזוגות בכל צילינדר בודד. כאשר שתי הבוכנות מגיעות למרכז המת העליון, מוזרק דלק ביניהן. מנועים מסוג זה יכולים לפעול על סוגים שונים של דלק, מנפט ועד בנזין. כדי להגביר את ההספק של מנועי הבוקסר, הם מסופקים עם מגדש טורבו.

היתרון העיקרי במנועי בוקסר הוא קומפקטיות, מידות קטנות. ניתן להשתמש בהם במטוסים קטנים מאוד. הכוח שלהם די גבוה. כיום משתמשים בהם יותר ויותר במטוסי ספורט.

החיסרון העיקרי הוא צריכת דלק גבוהה ובעיקר שמן מנוע. ביחס למנועים מסוגים אחרים, מנועי בוקסר צורכים פי שניים דלק וחומרי סיכה. הם דורשים החלפות שמן מתמיד.

מנועי מטוסים מודרניים

מנועי מטוסי בוכנה מודרניים הם מערכות מורכבות מאוד. הם מצוידים ביחידות ומכלולים מודרניים. העבודה שלהם מסופקת ונשלטת על ידי מערכות והתקנים מודרניים. עקב הבקשהטכנולוגיה מתקדמת, המשקל המאפיין את המנוע מופחת משמעותית. היכולות שלהם גדלו, מה שתורם לשימוש הנרחב שלהם בתעופה מנועי קל ותעופה ספורטיבית.

שמני תעופה

נפט במנועי מטוסים בו-זמנית פועל בתנאים קשים למדי. מדובר בטמפרטורות גבוהות באזורי טבעות הבוכנה, בחלקים הפנימיים של הבוכנות, על השסתומים ושאר הרכיבים. לכן, על מנת להבטיח את פעולתו האיכותית של המנוע בתנאים של טמפרטורות, לחצים, עומסים משמעותיים, הם משתמשים בשמנים בעלי צמיגות גבוהה, אשר נתונים לניקוי מיוחד. הם חייבים להיות בעלי סיכה גבוהה, להישאר ניטרליים למתכות וחומרים מבניים אחרים של המנוע. שמני תעופה למנועי בוכנה חייבים להיות עמידים בפני חמצון כאשר הם נחשפים לטמפרטורות גבוהות, כדי לא לאבד את תכונותיהם במהלך האחסון.

מנועי מטוסי בוכנה מקומיים

ההיסטוריה של הייצור של מנועי בוכנה ברוסיה מתחילה ב-1910. הייצור ההמוני החל במהלך מלחמת העולם הראשונה. בברית המועצות החלו ליצור מנועי מטוסי בוכנה סובייטיים בעיצובם ב-1922. עם צמיחת הייצור התעשייתי, כולל התעופה, החלה המדינה לייצר מנועי בוכנה המוני של 4 יצרנים. אלה היו המנועים של V. Klimov, A. Shvetsov, מפעל מספר 29, A. Mikulin.

לאחר המלחמה מתחיל תהליך המודרניזציה של התעופה של ברית המועצות. מנועי מטוסים למטוסים חדשים מתוכננים ונבנים. התגובתיבניית מטוסים. ב-1947 עברו כל המטוסים הצבאיים שפעלו במהירויות גבוהות להנעה סילון. מנועי מטוסי בוכנה משמשים רק במטוסי אימון, ספורט, נוסעים ותחבורה צבאית.

מנוע מטוס הבוכנה הגדול ביותר

מנוע מטוס הבוכנה החזק ביותר נוצר בארצות הברית בשנת 1943. זה נקרא Lycoming XR-7755. זה היה מנוע של שלושים ושישה צילינדרים. נפח העבודה שלו היה 127 ליטר. הוא הצליח לפתח הספק של 5000 כוחות סוס. עוצב עבור מטוס Convair B-36. עם זאת, הסדרה לא הלכה. נוצר בשני עותקים, כאב טיפוס.