Новые спортивные двигатели

В последние годы спортивные результаты значительно возросли. Причинами роста в основном является появление новых двигателей. Ниже приводится описание некоторых зарубежных двигателей, которые хорошо зарекомендовали себя на спортивных соревнованиях и выпускаются сейчас серийно: TWA-15 (США), «Kosmiс» К-15 и «Rossi» R-15 (Италия).

Двигатель TWA-15 (рис. 52 и 53)

Особенностью этого двигателя является использование явлений резонансного выхлопа, что позволило значительно увеличить мощность. Двигатель TWA-15 (США) рассчитан на работу при 27000 об/мин. Большие обороты двигателя отразились на его конструкции.
В настоящее время двигатели такого типа находят все большее распространение в моделизме, в том числе в морском и автомобильном-с их помощью достигаются самые высокие спортивные результаты.
Конструкция двигателя имеет ряд отличии от ранее рассмотренных. В ней использована трехканальная продувка, которая имеет широкое распространение на гоночных мотоциклетных двигателях; используются волновые (резонансные) явления в выпускной системе; впуск рабочей смеси осуществляется дисковым золотником. На первых двигателях ГКМ-15 был установлен впускной узел серийного двигателя «Torpedo» 15R. От него же был взят передний носок, в котором были установлены специальные прецизионные подшипники, выдерживающие значительно большие нагрузки, чем обычные.
Картер двигателя имеет три перепускных канала, которые могут быть выполнены механической обработкой или отлиты с использованием асбесто-гипсовых или графитовых стержней.
Выпускной патрубок обработан под установку резонансной трубы. С целью уплотнения в выпускном патрубке сделана проточка для установки резинового кольца. Резиновое кольцо подвергается воздействию.высокой температуры отработавших газов, вследствие чего обычные сорта резины разрушаются. Поэтому используется силиконовая резина.

Диаметр пальца коленчатого вала равен 4 мм. Уменьшение размера диаметра пальца вызвано стремлением снизить скорость скольжения нижней шейки шатуна и тем самым снизить потери на трение.

Оригинально на двигателе TWA-15 выполнена конструкция крепления опорной шайбы. Она фиксируется на коленчатом валу винтом. Для упора винта сделана лыска.
Наибольшие динамические и термические нагрузки при больших числах оборотов испытывает поршневая группа; величина нагрузок зависит в первую очередь от ее массы. Для двигателя TWA-15 оптимальная масса поршневой группы составляет 8,4 г: поршень - 5,9 г, поршневой палец - 0,8 г, шатун - 1,7 г.

Двигатель «Kosmic» К-15 (рис. 54, 55)

Двигатель выпускается итальянскими фирмами серийно и пользуется широкой популярностью. Двигатель по своей схеме напоминает двигатель TWA-15. Отличается он следующими конструктивными особенностями. Картер моноблочный с трехканальной продувкой. Каналы по форме значительно отличаются от каналов двигателя TWA-15. Своеобразно у него оформлена система выпуска.. Фланцевый переходник выполнен отдельно. Применение такой конструкции может быть оправдано стремлением снизить тепло-напряженность двигателя в районе выпуска. Передача тепла от отработавших газов картеру значительно уменьшается из-за большого термического сопротивления между фланцем и картером.
«Kosmic» К-15 имеет продувку Шнюрле с двумя прямоугольными перепускными каналами, расположенными сбоку от заднего выпускного патрубка и третьим каналом, расположенным напротив него. Открытие третьего канала происходит через 4° после открытия боковых перепускных каналов.
Головка цилиндра выполнена составной. В середине вставлена алюминиевая втулка, которая образует камеру сгорания; в нее ввинчивается стандартная калильная свеча.

Коленчатый вал сбалансирован (на щеке вала имеются фрезеровки для устранения дисбаланса, они закрываются снаружи металлическим кольцом).
Неметаллический дисковый золотник вращается в бронзовой втулке, вместе с которой он посажен на стальную закаленную ось диаметром 3,5 мм.
Поршневая группа имеет массу 8,0 г: поршень - 5,5 г, шатун - 1,7 г, поршневой палец - 0,8 г. Характеристики двигателя в печати не приводятся, только сообщается, что двигатель изготовлен для работы на стандартном топливе ФАИ (80%-метанола, 20% - касторового масла) и что если используется топливо с нитрометаном, то следует изменить степень сжатия и длину резонансной трубы.

Двигатель «Rossi» R-15 (рис. 56 и 57)

Этот двигатель в последние годы получил большое распространение в моделизме благодаря возможности достижения высокой мощности.
Существует мнение, что двигатели, использующие резонансные трубы, должны иметь впуск рабочей смеси через заднюю крышку, что увеличивает сжатие рабочей смеси в картере. Поскольку опыт применения резонансных труб имели конструкторы мотоциклетных гоночных двигателей, то и система впуска, которая там использовалась, а именно дисковые золотники, была перенесена и па модельные двигатели. Конструкторы этого двигателя братья Росси имели большой опыт по созданию авиамодельных двигателей. Работа над двигателем продолжалась около пяти лет. В результате двигатель, имеющий впуск через коленчатый вал, показал прекрасные результаты как в работе" с резонансной трубой, так и без нее.
Двигатель имеет продувку Шнюрле с выпуском назад, и его перепускные каналы заметно мельче, чем у двигателя «Kosmic» К-15, но их площадь несколько большая: три перепускных окна фактически соединяются на стенках гильзы цилиндра; открываются они одновременно.
На первых образцах двигатель имел общепринятую головку цилиндра. Но на новых вариантах головка выполнена с переходником сод свечу Сох (см. описание двигателя Сох Pee Vee).
Поршневая группа двигателя имеет массу 8,0 г: поршень - 5,2 г, поршневой палеи - 0,8 г, шатун - 2,0 г. «Ross/» K-35 с резонансной трубой развивает мощность 0,62 кВт (0,85 л. в.) при 28 000 об/мин (топливо стандартное). Модификация двигателя «Rossi» R-15 предположительно достигает мощности 0,736 кВт (1,00 л. с.) при 26 000 об/мин. Большая мощность при меньших оборотах, видимо, достигнута изменением кривизны внешней характеристики.

21. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛЯ

Двигатель Сох Рее Vее (рис. 58 и 59)

Особенностью этого типа двигателей, выпускаемого в США, является технологичность конструкции и вместе с тем ее легкость и компактность. Двигатель имеет высокие эксплуатационные данные. Двигатель Сох Pee Vee самый малый из серийных двигателей, имеющих калильное зажигание. Двигатели Сох, имеющие сравнительно большие рабочие объемы (1,5 и 2,5 см3), успешно эксплуатируются на спортивных моделях.
Картер двигателя штампованный, с последующей механической обработкой. С целью уменьшения внутренней полости картера для шатуна сделана кольцевая проточка. Соединение картера с цилиндром резьбовое. В торце картера резьбовое отверстие для крепления задней крышки двигателя и одновременно корпуса бака.

Цилиндр двигателя изготовлен из стали и имеет двухканальную продувку. Перепускные каналы выполнены внутри гильзы, как у двигателя MK-I2B. В цилиндре сделаны два выпускных окна и проточены ребра охлаждения; в верхней части цилиндра нарезана мелкая внутренняя резьба для закрепления головки.
Головка цилиндра изготовлена совместно с калильной свечой. Она сделана из дюралюминиевого сплава типа Д16Т; в верхней части ее завальцован стальной изолированный сердечник, к которому приварена спираль из платинового сплава (второй конец спирали зачеканивается на головке). Для более надежного крепления конца спирали в головке сделано сверление, в которое запрессован штифт из алюминиевого сплава, куда и зачеканивается второй конец спирали. Головка-свеча позволяет уменьшить размеры камеры сгорания и массу двигателя. На головке имеются ребра охлаждения, верхнее ребро усилено, и в нем сделаны две прорези для торцевого ключа.
Поршневая группа имеет необычную конструкцию, которая интересна тем, что верхняя головка стального шатуна выполнена в виде сферы и завальцована - соединение этих деталей неразборное. Поршень хромированный, точно подогнанный к цилиндру. Коленчатый вал изготовлен из каленой стали, поверхность его обработана с высокой чистотой. Средняя часть вала имеет проточку на глубину 0,15 мм, уменьшающую трение при вращении. Вал установлен в картер без бронзовых втулок и соответственно отбалансирован. Для уменьшения массы щека коленчатого вала выполнена с одной стороны конической. На конце вала сделана накатка, на которую устанавливается опорная шайба; для крепления воздушного винта внутри вала нарезана резьба.
Задняя крышка картера является одновременно и впускным узлом. Впуск рабочей смеси происходит следующим образом: рабочая смесь входит в картер через осевое отверстие диаметром 1,7 мм в крышке. Около этого отверстия установлена бронзовая пластинка толщиной 0,05 мм. Пластинка может колебаться между отверстием и стопорным кольцом, сделанным из пружинной проволоки. При повышении давления в картере пластинка прижимается к отверстию и закрывает выход рабочей смеси из внутренней полости картера. Задняя крышка одновременно является частью топливного бака, боковые стенки которого образуются корпусом.

Плита служит элементом крепления двигателя к модели, а также совместно с задней крышкой образует топливную емкость. На плите установлен карбюратор. В верхней части плиты запрессован жиклер с регулировочной иглой. Топливо в жиклер подается по нейлоновой трубке (внутри которой вставлена стальная спираль, не допускающая ее перегиба). В верхней части плиты имеются два штуцера: заправочный и дренажный.
Для облегчения запуска столь малого по размерам двигателя на некоторых модификациях используется пружинный стартер; некоторые же двигатели оборудованы и регулировкой подачи газов.
Двигатель может успешно использоваться на авиационных моделях для полета как в закрытых помещениях, так и на воздухе.

Двигатель Vankel (рис. 60-62)

В пятидесятых годах впервые на страницах прессы появились сообщения о новом типе двигателя внутреннего сгорания, отличающемся мощностью и компактностью в сравнении с обычными типами двигателей. Этот тип двигатели все шире используется в автомобилях. В нашей стране также ведутся работы по модификации этого двигателя. В последние годы был построен модельный вариант рассматриваемого двигателя, который стал использоваться на летающих моделях. Основные отличия его от обычных поршневых двигателей заключаются в отсутствии кривошипно-шатунного механизма, создающего большие инерционные силы при высоких оборотах вала двигателя. Кроме того, система имеет высокую уравновешенность, что ведет к уменьшению вибраций, возникающих при работе двигателя. Модельные двигатели Vankel строятся в ФРГ серийно фирмой NSU. Этот двигатель получил название роторно-поршневого.
На рисунке 63 показана схема роторно-поршневого двигателя Vankel, по принципу которого построены все модельные двигатели этого типа. Вал вращается в подшипниках, установленных в корпусе двигателя. На валу находится цилиндрический, жестко закрепленный эксцентрик, со свободно посаженным ротором-поршнем, способным вращаться относительно эксцентрика. На боковой стенке корпуса имеется шестерня с внешним зацеплением, установленная неподвижно; она входит в зацепление с зубчатым колесом, установленным на роторе-поршне и имеющим внутреннее зацепление.
Эксцентрик вместе с валом вращается в направлении, указанном стрелкой (рис. 64). Когда точка 1, лежащая на образующей эксцентрика, займет положение, занимаемое точкой 2, тогда ротор-поршень переместится в некоторое положение, которое определяется передаточным числом зубчатого зацепления - для модельных двигателей, равное 3:2, т. е. при трех оборотах эксцентрикового вала по часовой стрелке ротор-поршень совершит только два оборота. Поэтому относительно неподвижного корпуса ротор-поршень за это время совершит один оборот в том же направлении, что и вал.

Ротор-поршень разделяет внутреннюю полость статора на три объема, которые при его движении изменяются, причем в каждом из них происходят рабочие процессы цикла. Когда ротор-поршень занимает положение I, то в объеме происходит всасывание рабочей смеси; при дальнейшем движении поршня в этом же объеме происходит сжатие рабочей смеси и подготовка ее к сгоранию. Повернувшись на определенный угол, ротор-поршень займет положение III, при котором рабочая смесь, продолжая сжиматься, входит в зону действия калильной свечи. Из-за так называемого «периода запаздывания» воспламенение рабочей смеси произойдет за время передвижения ротора-поршня на некоторый угол поворота эксцентрикового вала. Далее происходит рабочий ход и выпуск (IV, V). Такие же процессы в той же последовательности имеют место и в других объемах, ограниченных гранями ротора-поршня. Таким образом, его полный оборот по своему действию аналогичен трехцилиндровому двухтактному двигателю. За полный цикл происходит три рабочих хода.
Газораспределение в двигателе Vankel осуществляется ротором-поршнем, который перекрывает впускные и выпускные каналы. В положении IV происходит перекрытие выпускных и впускных каналов.

22. РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Модельный пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

В послевоенное время в авиации началось широкое использование реактивной техники. Это нашло свое отражение и в авиамодельном деле: на моделях стали устанавливать реактивные двигатели. Первым реактивным двигателем, получившим широкое распространение, был пульсирующий воздушно-реактивный двигатель РАМ-1 (рис. 65). Конструкция его отличается простотой и технологичностью. Работает пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (Пу ВРД) следующим образом.

В камеру сгорания через клапанную решетку поступает рабочая смесь, приготовляемая в диффузоре, где создано наименьшее статическое давление. Рабочая смесь воспламеняется от искровой свечи. Образующиеся продукты сгорания создают повышенное давление в камере сгораний. Клапанная решетка под действием перепада давления закрывает впускные отверстия, и сгоревшие газы перемещаются к соплу. Истекая из сопла, они создают реактивную тягу, в результате чего и в камере сгорания давление снижается до атмосферного. Параметры выпускной системы должны быть определенными для каждого типа двигателя. Соответственно им подбирается клапанная система двигателя, собственная частота колебаний которой должна соответствовать частоте вспышек настроенной выпускной системы двигателя.
Высокая температура газов в камере сгорания и то, что небольшая часть газов все-таки протекает через клапанную решетку, нарушает работу клапанов. Под действием высокой температуры они со временем теряют упругие свойства и количество протекающих раскаленных газов возрастает. Резонансный режим делает устойчивой работу двигателя лишь в узком диапазоне частот. Без охлаждения стенки камеры разогреваются до температуры 700-900°С.
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели используются на кордовых моделях. Именно эти двигатели применяли для установления абсолютного мирового рекорда скорости моделей, составляющего в настоящее время 395,64 км/ч.
Основные требования, предъявляемые к этим двигателям, заключаются в ограничении массы (0,5 кг) и объема камеры (0,5 л).
Этот класс двигателей представляет интерес в основном для рекордных моделей. Спортивные соревнования по этому классу двигателей проводить затруднительно из-за повышенного шума при их работе, который значительно превышает допустимые нормы (80 дБ), а спортивные соревнования по кордовым моделям в основном проводятся вблизи густонаселенных районов. Шум пульсирующего двигателя составляет 120 дБ. Следовательно, удаленность места запуска должна составлять не менее одного километра от населенного района. Описанный двигатель был разработан заслуженным мастером спорта М. Е. Васильченко, Большую работу по доводке двигателя РАМ-1 проделал мастер спорта И. И. Иванников. Модель с этим двигателем установила несколько абсолютных мировых рекордов скорости.
Корпус двигателя сварен точечной сваркой из нержавеющей стали 1XI8H9. Головка сделана из алюминиевого сплава Д16Т, в которой под углом 30° просверлено 10 отверстий диаметром 9,5 мм. В головку ввинчивается латунный жиклер подачи топлива, в котором имеются два отверстия диаметром 0,7 мм. В двигателе имеется резьбовое отверстие для искровой свечи М10 X 0,8. Капот двигателя сделан из алюминиевого сплава АМЦ. Головка соединяется с корпусом при помощи резьбы М62 X 1.
Корпус состоит из пяти деталей: резьбового кольца, свечной втулки, камеры сгорания, конуса и резонансной трубы. Клапан изготовлен из стали ЭИ-100 толщиной 0,2 мм. Для предупреждения чрезмерной деформации клапана установлена предохранительная шайба (сталь марки 20). В резьбовую втулку ввинчивают искровую свечу зажигания. Напряжение на свечу при запуске двигателя подается от магнето. На большинстве двигателей, эксплуатируемых в последнее время, запуск производят от факела - ветоши, пропитанной бензином; на вход двигателя подают воздух, сжимаемый автомобильным насосом.
При запуске этого двигателя необходимо применять меры пожарной безопасности, т. е. вблизи двигателя должны находиться песок и огнетушители.

Дата добавления: 2015-12-08