Имя:
Пароль:
запомнить меня


Наши новости:

Поступили в продажу самолёты и планеры от Nine Eagles
Дата: 05.07.2014

Поступление на склад запчастей для WL-V912 Sky Dancer
Дата: 04.07.2014

Модели HPI Racing в продаже
Дата: 16.06.2014
HPI Racing

Модели HPI Maverick в продаже
Дата: 16.06.2014

Заголовок хорошей новости
Дата: 30.04.2014
Наша машинка монстр-трак Himoto Raider E8MTL. Эта машинка разгоняется…
подробнее »

Заголовок хорошей новости
Дата: 30.04.2014
Наша машинка монстр-трак Himoto Raider E8MTL. Эта машинка разгоняется…
подробнее »


Модельные двигатели. В.П. Зуев, Н.И. Камышев, М.В. Качурин, Ю.А. Голубев



ВВЕДЕНИЕ



Моделизм в нашей стране получил широкое распространение. Он пользуется большим успехом среди школьников. Во многих школах работают авиамодельные, судомодельные и автомодельные кружки. Проводятся соревнования - городские, республиканские и всесоюзные.
Достижения в области моделирования связаны с развитием и совершенствованием двигателей и умелой их эксплуатацией. Имеющиеся типы двигателей весьма разнообразны: здесь поршневые и реактивные двигатели, электрические и резиновые. Наиболее сложные модели имеют целый комплекс, состоящий из двигателя внутреннего сгорания, системы электрических двигателей, радиоаппаратуры.
Широкое использование различных типов двигателей и изучение оптимальных возможностей в моделизме диктует необходимость подробного их рассмотрения. Имеющейся по этому вопросу литературы, особенно по конструкции двигателей, пока недостаточно, да и та, которая ранее выпущена, сейчас в значительной степени устарела. За последние годы улучшились технические показатели модельных двигателей, особенно двигателей внутреннего сгорания.
Развитие модельных двигателей внутреннего сгорания и их использование на различных моделях привело к специализации двигателей по применению. Это можно наблюдать на микродвигателях, используемых на авиационных моделях, Если при появлении первого модельного двигателя он успешно использовался на всех типах моделей, то в настоящее время для каждого класса моделей имеется свой определенный тип двигателя, имеющий конструктивные отличия. Например, специальный двигатель, построенный для пилотажных моделей самолета, не удовлетворяет требованиям скоростной модели. Taк двигатель «Полет» нерационально устанавливать на скоростные модели самолетов. Все шире используются двигатели с дроссельной заслонкой, позволяющей двигателю работать на различных оборотах.
Электрические двигатели используются на авиационных моделях в качестве вспомогательных. С их помощью осуществляется привод рулей управления моделей, производится уборка шасси на моделях-копиях самолетов и др. На моделях судов электрические двигатели используются в качестве основных.
Резиновые двигатели широко используются на многих видах авиа- и судомоделей. Резиновые двигатели совершенствуются одновременно с совершенствованием самих моделей. Например, раньше модели самолетов при массе около 290 г имели резиномотор массой более 120 г и совершали полет немногим более минуты. В настоящее время на модели почти той же массы используется резиномотор всего в 40 г, а полеты при отсутствии восходящих тепловых потоков модели совершают в течение трех и более минут.



ПЕРВЫЙ РАЗДЕЛ



ПОРШНЕВЫЕ И РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ



Для приведения в движение моделей самолетов применяют различные двигатели. Наибольшее распространение получили поршневые двигатели. Широкое использование их вызвано тем, что они универсальны, имеют относительно невысокую стоимость и просты в эксплуатации. На некоторые типы летающих моделей могут устанавливаться и реактивные двигатели. До настоящего времени из воздушно-реактивных двигателей использовался лишь пульсирующий. В последние годы проводятся успешные попытки создания модельного турбореактивного двигателя. Выбор типа двигателя зависит от назначения модели. Реактивные двигатели целесообразно использовать для моделей с большими скоростями движения; они могут быть также установлены на моделях-копиях реактивных самолетов. Достоинством поршневых двигателей является простота их конструкции, а также способность выдерживать большие динамические перегрузки, возникающие при эксплуатации. Характерной чертой этого типа двигателей является устойчивая работа на неполной мощности, их малая удельная масса и т. д.


Глава I

РАБОТА И ВИДЫ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ

1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ



Всякий двигатель, будь то двигатель внутреннего сгорания или электрический, преобразует энергию топлива или электрическую энергию в механическую.
Двигателем внутреннего сгорания можно назвать любой двигатель, у которого процесс сгорания топлива происходит внутри рабочего цилиндра.
Двигатели, используемые в авиационных, морских и автомобильных моделях, относятся к микролитражным; они работают на жидком топливе и составляют группу так называемых карбюраторных двигателей. Карбюраторными их называют потому, что горючая смесь у них образуется в специальной части - карбюраторе.
Микролитражный модельный двигатель состоит из поршневой группы, включающей поршень и цилиндр; кривошипного механизма, состоящего из коленчатого вала и шатуна, которые преобразуют поступательное движение поршня во вращательное движение вала. Все эти детали монтируются в корпусе, называемом картером.
Рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания состоит из четырех процессов: впуска горючей смеси, ее сжатия, сгорания рабочей смеси, выпуска продуктов сгорания.
Двигатели внутреннего сгорания бывают четырехтактные и двухтактные.
Для авиамоделей, моделей автомобилей и морских моделей применяются двигатели внутреннего сгорания, которые работают по двухтактному циклу.



Рассмотрим цикл работы двухтактного двигателя (рис. 1). При перемещении поршня 1 в верхнее крайнее положение, называемое верхней мертвой точкой (сокращенно В. М. Т.), в полости 2 под поршнем создается разрежение. Создаваемая таким образом разность давлений способствует наполнению партерной полости горючей смесью.
При движении поршня вниз рабочая смесь сжимается и по перепускному каналу 3 проходит через перепускное окно гильзы, в цилиндр над поршнем, где испытывает дальнейшее сжатие движущимся вверх поршнем 1. Сжатая рабочая смесь воспламеняется калильной свечой 5.
Сгоревшие газы, расширяясь, с силой давят на поршень 1 и заставляют его двигаться вниз. Так происходит рабочий ход поршня. Во время движения поршня 1 вниз сначала открывается выпускное окно 7, а затем перепускное или продувочное окно 4. Отработавшие газы выходят через выпускное окно 7, а через продувочное окно 4 рабочая смесь под давлением движущегося поршня устремляется в рабочий объем над поршнем и помогает выходу отработавших газов.
Поскольку выпускное и продувочное окна открываются почти одновременно, рабочая смесь может выйти в атмосферу. Чтобы этого не произошло, на поршне делается отражательный козырек, называемый дефлектором. Дефлектор служит для направления потока рабочей смеси в цилиндр и для лучшего его заполнения. Одновременно он препятствует перепуску рабочей смеси из перепускного окна в выпускное.
В некоторых двигателях внутреннего сгорания двухтактного цикла происходит самовоспламенение рабочей смеси при достижении определенной степени сжатия (а не при помощи свечей), которая регулируется специальным контрпоршнем.
Таким образом, в двухтактном двигателе в течение одного такта, т. е. при переходе поршня от Н. М. Т. к В. М. Т., лад поршнем происходит сжатие рабочей смеси, под поршнем всасывание горючей смеси в картер двигателя. В течение другого такта, т, е. при ходе поршня от В. М. Т. к Н. М. Т., над поршнем происходит рабочий ход и продувка, под поршнем предварительное сжатие рабочей смеси.



Индикаторная диаграмма двухтактного карбюраторного двигателя представлена на рисунке 2. Участок аr показывает увеличение давления в цилиндре при ходе поршня от Н. М. Т. к В. М. Т. Воспламенение рабочей смеси происходит в точке т; отрезок rz соответствует периоду быстрого нарастания давления; участок zb соответствует уменьшению давления из-за увеличения объема над поршнем при его ходе от В. М. Т. к Н. М. Т., в отрезок ba показывает дальнейшее уменьшение давления при открытии выпускного окна и продувке.

2. КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ
По кодексу Международной Авиационной Федерации (ФАИ) все двигатели внутреннего сгорания, устанавливаемые на авиационные модели, делятся на три категории:
1. Двигатели с рабочим объемом 2,5 см3.
2. Двигатели с рабочим объемом 5 см3.
3. Двигатели с рабочим объемом 10 см3 (для морских моделей допускаются двигатели с рабочим объемом до 30 см3, для автомоделей имеется категория двигателей с рабочим объемом до 1,5 см3).
Это разделение двигателей на категории необходимо для сравнения максимальных достижений моделей.
Рабочий объем указан в паспорте на двигатель.
В случае отсутствия паспорта на двигатель его рабочий объем можно определить, замерив ход поршня и его диаметр. Рабочий объем цилиндра - это объем, освобождаемый поршнем при его движении от В. М. Т. (верхняя мертвая точка) к Н. М. Т. (нижняя мертвая точка). Он определяется по формуле:



где D - диаметр поршня, s - ход поршня. Величина nD2 - представляет собой площадь сечения цилиндра.
Модельные двигатели по принципу назначения можно разбить на следующие виды:
1. Двигатели для скоростных моделей. Эти двигатели должны иметь максимальную литровую мощность; применяются для скоростных моделей и выпускаются с рабочим объемом 1,5 см3; 2,5 см3; 5 см3; 10 см3.
2. Двигатели для таймерных модели самолетов. Требования те же, что и к двигателям для скоростных моделей, но рабочий объем не должен превышать 2,5 см3. Не допускается применение резонансных труб.
3. Двигатели для гоночных моделей самолетов. Эти двигатели должны иметь максимальную литровую мощность при минимальном расходе топлива, хорошие пусковые качества, большой ресурс; рабочий объем не превышает 2,5 см3.
4. Двигатели для пилотажных моделей самолетов. Эти двигатели должны устойчиво работать при различных режимах. Они должны иметь малую удельную массу.
5. Двигатели для радиоуправляемых моделей. Двигатели данного типа должны иметь устройства, изменяющие мощность двигателя в диапазоне от холостого хода до максимальной мощности. Рабочий объем двигателей не должен превышать 10 см3.
6. Двигатели для кордовых моделей-копий самолетов. Требования те же, что и к двигателям для радиоуправляемых моделей, но рабочий объем расширен до 20 см3.
7. Двигатели для моделей, предназначенных для воздушного боя. Требования те же, что и для двигателей таймерных моделей, но они должны обладать более прочной конструкцией, способной выдерживать удары о землю при неудачной посадке.
8. Двигатели общего назначения. Данные двигатели отличаются универсальностью использования, имеют хорошие эксплуатационные характеристики. Рабочий объем разнообразен.
9. Двигатели для морских моделей. Применяются авиамодельные двигатели, снабженные в некоторых случаях водяным охлаждением, вместо воздушного винта у них маховик, от которого вращение передастся гребному винту.
10. Двигатели для автомоделей. Применяются авиамодельные двигатели, но вместо воздушного винта устанавливается маховик, от которого вращение при помощи трансмиссии передастся колесам модели автомобиля.
11. Двигатели специальные. К специальным относят двигатели, имеющие конструктивные особенности или отличительный принцип действия. К таким двигателям относятся, например, модельные газотурбинные двигатели.
По способу зажигания рабочей смеси современные авиамодельные двигатели делятся на три группы:
1. Двигатели компрессионные с самовоспламенением топливной смеси от сжатия.
2. Двигатели с калильным зажиганием.
3. Двигатели с искровым зажиганием.
К первой группе относится двигатель типа МК-12В. К двигателям второй группы относятся отечественные серийные двигатели марок МД-5 «Комета», МД-2,5 «Метеор» и другие, в которых рабочая смесь воспламеняется с помощью калильной свечи (подробнее описание дано далее).
Перейдем к рассмотрению конструктивного оформления каждого из образцов двигателей для авиамоделей, выпускаемых серийно нашей промышленностью. Двигатели с искровым зажиганием ввиду их незначительного применения в модельном деле в данной главе не рассматриваются.

3. КАЛИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ



К данному типу двигателей относится микродвигатель МД-2,5 «Метеор». Этот микродвигатель одноцилиндровый с калильным зажиганием.
Схема работы двигателя. К штуцеру подводится топливо, дозируемое регулировочной иглой. Топливо распыляется воздухом, поступающим через диффузор.
В распыленном состоянии топливо в смеси с воздухом - рабочая смесь - поступает через окно коленчатого вала в полость картера. Всасывание происходит вследствие разрежения, создаваемого в полости картера при движении поршня к В. М. Т. Рабочая смесь, заполняющая картер, при движении поршня к Н. М. Т. сначала сжимается, а затем перепускается по каналу в камеру сгорания. При этом происходит очистка цилиндра от продуктов сгорания рабочей смеси (продувка) и заполнение его свежей рабочей смесью. Во время последующего движения поршня вверх рабочая смесь, поступившая в цилиндр через окна, сжимается и, когда поршень достигает В. М. Т., воспламеняется калильной свечой. Газы, образовавшиеся в результате сгорания рабочей смеси, расширяются, и поршень под действием газов движется к Н. М. Т., совершая рабочий ход.
Выпуск отработавших газов происходит в конце рабочего хода, когда поршень открывает выпускные окна.
Зажигание смеси производится при помощи калильной свечи, питающейся от батареи постоянного тока напряжением до 3 в. После запуска микродвигателя батарея отключается.
Запуск и регулировка двигателя. Двигатель должен быть надежно прикреплен к модели. Чтобы запустить двигатель, необходимо:
1) залить топливо в расходный бачок, причем уровень топлива при залитом баке не должен превышать уровня жиклера двигателя (бачок соединить с жиклером двигателя эластичной трубкой);
2) установить воздушный винт таким образом, чтобы вначале фазы сжатия смеси он находился в горизонтальном положении;
3) открыть иглу жиклера на 3-4 оборота от положения полного закрытия;
4) закрыть пальцем левой руки диффузор и повернуть воздушный винт на 3-4 оборота против часовой стрелки (если смотреть спереди);
5) впрыснуть в цилиндр несколько капель рабочей смеси;
6) подключить батарею напряжением 3в к калильной свече;
7) сделать несколько быстрых нажимов на воздушный винт в направлении против часовой стрелки (запуск двигателя с маховиком производится шнуром).
Если двигатель хорошо отрегулирован, он немедленно заработает, и останется только отрегулировать обороты, открывая или закрывая иглу жиклера. Если же он не запускается, значит, мала подача топлива, нужно повторить операцию 4 при более открытой игле жиклера.
Когда двигатель дает вспышку, но не запускается, это означает, что подача топлива слишком обильна (заливает свечу); нужно прикрыть иглу жиклера и быстро вращать воздушный винт, пока двигатель не запустится.
Для питания калильной свечи необходимо один провод подключить к двигателю (на массу), а второй - к центральному электроду калильной свечи с помощью зажима радиотехнического типа.
Перед запуском двигателя необходимо убедиться в исправности калильной свечи. Для этого вывернуть калильную свечу из двигателя и подвести к ней напряжение таким образом, чтобы одни из полюсов был замкнут на корпус свечи, а другой - на центральный электрод.
При правильно подобранном напряжении спираль должна светиться светло-красным цветом.
При пользовании двигателем следят, чтобы в него не попадали посторонние частицы.
В случае необходимости двигатель надо тщательно промыть внутри смесью минерального масла с бензином (калильная свеча при этом должна быть вывернута).
Перед установкой двигателя на модель его необходимо предварительно обкатать, т. е. дать поработать 20-30 минут на смеси с повышенным содержанием масла.
При установке двигателя на моделях глиссеров, автомобилей и т. п. и эксплуатации его с маховиком, который устанавливается вместо воздушного винта, он не должен работать более 1-2 минут без обдува.
Не рекомендуется без необходимости производить разборку двигателя.
Условия работы двигателя в полете иные, чем на стенде: меняется охлаждение, число оборотов, наддув бачка и карбюратора, давление топлива в жиклере.
Регулировку двигателя модели на земле следует производить с расчетом на те изменения, которые происходят в полете. Так, если двигатель в полете работает неравномерно - то снижает, то повышает число оборотов, это свидетельствует о недостатке топлива. На земле перед вылетом надо обогатить смесь.
Если двигатель в полете переходит на рокочущий режим со снижением числа оборотов, появляется дым в отработавших газах, это указывает на избыток топлива; надо убавить подачу топлива.

4. КОМПРЕССИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ



К данному типу двигателей относятся двигатель МК-12В, одноцилиндровый. Ознакомимся со схемой работы двигателя МК-12В, запуском и регулировкой его, а также возможными неисправностями и способами их устранения.
Схема работы двигателя. При вращении вала двигателя поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, в результате чего в полости картера под поршнем создается разрежение. Так как впускное отверстие золотника открыто, в разреженное пространство в картере устремляется из карбюратора горючая смесь. В это же время рабочая смесь, поступившая по продувочным окнам в полость над поршнем, подвергается сжатию. Сжатая до определенных пределов, рабочая смесь самовоспламеняется, а образовавшиеся при этом газы с силой давят на поршень и заставляют его перемещаться вниз. Так происходит рабочий ход двигателя.
Во время движения вниз поршень открывает выпускные окна, и отработавшие газы выходят через них в атмосферу. Затем, поднимаясь вверх, поршень открывает боковые каналы в гильзе двигателя и сжатая в картере рабочая смесь устремляется в полость над поршнем. Движущийся вверх поршень перекрывает перепускные и выпускные окна, и цикл работы двигателя повторяется вновь.
Запуск и регулировка двигателя. Двигатель должен надежно прикрепляться к модели. Бачок для питания двигателя не следует укреплять слишком высоко или низко по отношению к двигателю. Лучше всего бачок располагать вблизи жиклера. Если конструкция двигателя предусматривает подачу горючего под давлением, то регулировка двигателя будет более «острая», т. е. даже при небольшом изменении положения иглы режим работы двигателя будет значительно изменяться.
Для того чтобы запустить двигатель, необходимо:
1) залить топливо в бачок (бачок соединить с карбюратором эластичной трубкой);
2) установить воздушный винт в горизонтальном положении (при этом положение поршня должно соответствовать начальной фазе сжатия);
3) открыть иглу жиклера на 3-4 оборота от положения полного закрытия;
4) регулировочным винтом установить контрпоршень в такое положение, когда при вращении вала ощущались бы легкие толчки;
5) закрыть пальцем левой руки диффузор карбюратора и провернуть воздушный винт 3-4 раза против часовой стрелки (если смотреть со стороны воздушного винта);
6) сделать несколько резких ударов по лопасти воздушного винта в сторону вращения вала; если двигатель хорошо отрегулирован, то он сразу заработает - останется только, увеличивая и уменьшая подачу топлива, отрегулировать обороты.
Если двигатель не запускается, то необходимо уменьшить степень сжатия за счет перемещения контрпоршня относительно поршня. Это можно осуществить регулировочным винтом.
Возможные неисправности в работе двигателя указаны в табл. 1:



Глава II

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ



Основными техническими характеристиками двигателя являются мощность, расход топлива, литровая мощность, литровая масса, удельная масса.
Мощность понимается как способность двигатели совершать полезную работу в единицу времени. Мощность модельных двигателей измеряется в ваттах или лошадиных силах. Мощность в 1 Вт эквивалентна совершению работы в 1 Дж. в течение 1 сек. У модельных двигателей мощность бывает от нескольких ватт до сотен ватт.
Расход топлива - характеристика, важная при проектировании моделей, рассчитанных на определенное время полета с работающим двигателем. Зная расход топлива, можно определить время полета модели. На большинстве классов моделей расход топлива служит для расчета объема топливного бака. Для гоночных моделей самолетов более важным является удельный расход топлива, который показывает количество топлива в килограммах, расходуемое двигателем на 1 кВт в течение одного часа. Модельные двигатели по сравнению с обычными имеют повышенный расход топлива, составляющий 1,0 - 3,6 кг/кВтч. Первая цифра относится к двигателям с воспламенением от сжатия. Более высокий расход топлива модельными двигателями вызван их малыми размерами, при которых затруднительно обеспечить полное сгорание рабочей смеси.
Литровая мощность - характеризует мощность, приходящуюся на 1 литр рабочего объема цилиндра. Для большинства модельных двигателей она составляет более 75 кВт/ч. Специальные двигатели развивают литровую мощность свыше 150 кВт/ч, при максимальной - в 300 кВт/ч.
Литровая масса (кг/л) - величина, характеризующая массу конструкции двигателя, приходящуюся на литр рабочего объема. Для модельных двигателей литровая масса составляет 35 - 160 кг/л. Большие значения литровой массы характерны для двигателей большей литровой мощности я с зажиганием от сжатия рабочей смеси, меньшие значения - для двигателей с калильным зажиганием.
Удельная масса двигателя - величина, показывающая, какая масса двигателя приходится на единицу развиваемой мощности: mуд = mд /Nэ. Модельные двигатели имеют малую удельную массу, достигающую в настоящее время значений, меньших 0,25 кг/кВт. Малые значения удельной массы двигателей важны для пилотажных, радиоуправляемых и кордовых рекордных моделей самолетов.

5. ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА



Внешняя скоростная характеристика показывает зависимость максимальной эффективной мощности, крутящего момента и расхода топлива от числа оборотов при полностью открытом дроссельном золотнике.
Для модельных двигателей наибольший интерес представляет зависимость мощности и крутящего момента от числа оборотов. Другие зависимости внешней скоростной характеристики имеют второстепенное значение к ими при эксплуатации двигателей не пользуются. Например, расход топлива для одной и той же конструкции двигателя может меняться в широких пределах для различных образцов, и данными испытанного на стенде образца нельзя пользоваться дня других двигателей этого же типа. Определяют расход топлива для каждого двигателя.
Если менять нагрузку на двигатель, устанавливая на него различные винты, и добиваться путем регулировки двигателя максимальной мощности на каждом из винтов, получают ряд точек, образующих кривую внешней характеристики двигателя.
На рисунке 3 представлена зависимость эффективной мощности типичного модельного двигателя от числа оборотов. Как видно из рисунка, кривая эффективной мощности вначале круто поднимается вверх, а затем, по мере увеличения числа оборотов, растет медленнее и, достигнув максимального значения (при nN ), начинает идти вниз.
Важными точками скоростной внешней характеристики являются точки, соответствующие nNэmin и nNэmax



nNэmin - минимальное число оборотов, при котором двигатель способен работать. Модельный двигатель не может воспринять нагрузку при меньших числах оборотов коленчатого вала. Это происходит потому, что при очень малых оборотах усиленная отдача теплоты и несоответствие фаз газораспределения не позволяют осуществить рабочий цикл.



nNэmax - число оборотов, при котором достигается максимальная мощность двигателя. Эксплуатация большинства моделей (скоростные модели самолетов, модели воздушного боя, таймерные модели самолетов, скоростные модели судов и автомобилей и т. д.) осуществляется на максимальной мощности. Максимальная мощность достигается на определенных числах оборотов nNэmax Знание числа оборотов nNэmax необходимо для расчета воздушного и гребного винта и нахождения передаточного отношения для трансмиссии модели.
Среди двигателей внутреннего сгорания авиамодельные двигатели имеют самые большие числа оборотов. Число оборотов некоторых специальных скоростных двигателей достигает 30 000 об/мин, а это означает, что все газодинамические и термические процессы происходят за очень малый промежуток времени (порядка 1/500 сек). Изучение таких быстротекущих процессов представляет сложную техническую задачу. Это обстоятельство заставляет прогнозировать продувки с дальнейшей экспериментальной проверкой.
В последнее время на скоростных моделях самолетов стали устанавливать особо мощные двигатели, снабженные резонансными выпускными устройствами, настроенными на частоты, соответствующие определенному числу оборотов. Как показала практика, эксплуатация таких двигателей значительно сложнее и требует более высокой квалификации моделистов.
Внешняя характеристика таких двигателей значительно отличается от характеристик обычных двигателей. Как видно из рисунка 4, внешняя характеристика их более крутая. Большая крутизна внешней скоростной характеристики (форма которой зависит от многих причин) говорит о более сложной эксплуатации таких двигателей

6. ДРОССЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ



Внешние скоростные характеристики при любом частичном открытии дроссельного золотника называют дроссельными характеристиками или частичными внешними скоростными характеристиками.
Регулирование мощности модельных двигателей производят либо плавно, либо дискретно. Первый способ используется на двигателях, которые устанавливаются на радиоуправляемые модели и модели-копии самолетов. К ним предъявляется требование глубокого дросселирования (изменение диапазона) мощности, так как это определяет технические возможности модели. Второй способ используется на моделях, где требуется небольшое изменение мощности, но за счет этого достигается изменение других характеристик. Например, небольшое снижение мощности уменьшает расход топлива и делает более устойчивой работу двигателя. Дросселирование в этом случае осуществляется за счет изменения проходного сечения на впускном патрубке. Технически это осуществляется сменой диффузоров во впускном патрубке. Дискретное дросселирование применяется на двигателях, которые устанавливают на гоночные и пилотажные модели самолетов.
Плавное регулирование мощности на модельных двигателях осуществляется несколько иначе, чем на обычных двигателях внутреннего сгорания, у которых дроссельный золотник установлен на впускном патрубке. Двигатели радиоуправляемых моделей имеют в большинстве случаев калильное зажигание; снижение числа оборотов у них приводит к уменьшению поступающего на спираль калильной свечи тепла. В результате спираль свечи остывает и не способна поджигать свежую рабочую смесь. Двигатель останавливается. Чтобы этого не произошло, необходимо сохранять высокую температуру спирали при уменьшении числа оборотов.
Поддержание температуры в цилиндре при снижении числа оборотов достигается установкой на выпускном патрубке дроссельного золотника, синхронизированного с дроссельным золотником на впуске. В этом случае прикрывают впускное отверстие и одновременно выпуск. Сопротивление на выпуске увеличивается, к часть отработавших газов остается в цилиндре. Чем больше дросселирование, тем большее количество раскаленных отработавших газов, которые подогревают спираль свечи, остается в цилиндре; рабочий диапазон изменения мощности такого двигателя расширяется.
Более совершенные дроссели впуска не только уменьшают проходное сечение, но и одновременно изменяют качественный состав рабочей смеси. Некоторое обеднение рабочей смеси при дросселировании повышает температуру отработавших газов. С помощью такой системы можно добиться более глубокого дросселирования мощности двигателя.
На модельных двигателях часто в качестве нагрузки используют винт. Зависимость мощности двигателя, нагруженного воздушным или гребным винтом, от числа оборотов происходит по кубической параболе. Изменение мощности при дросселировании будет происходить по такому же закону. Поэтому в случае, когда в качестве нагрузки используется винт, дроссельная характеристика совпадает с винтовой. Иногда дроссельные характеристики модельных двигателей называют винтовыми.

7. РЕСУРС ДВИГАТЕЛЯ



Ресурс - время, в течение которого двигатель надежно работает и запускается. Ресурс модельных двигателей составляет от долей часа до нескольких десятков часов в зависимости от назначения двигателя и условий его эксплуатации. Наименьшим ресурсом обладают скоростные двигатели, для которых важнейшим параметром является мощность; за счет сокращения ресурса в некоторых случаях поднимают мощность (в таких двигателях не применяют поршневые кольца и износостойкие втулки на нижних головках шатуна).



Резко сокращает ресурс двигателя работа в пыльной атмосфере. Частицы пыли быстро выводят из строя поршневую группу двигателя. В случае посадки модели на вспаханную землю необходимо тщательно удалить попавшую в двигатель землю, промыв его в бензине или спирте.
В процессе работы мощность двигателя меняется. На рисунке 5 приведена типичная зависимость изменений мощности двигателя от времени его работы. На форму этой кривой влияет большое число факторов; к ним относятся конструкция двигателя, его назначение, состав топлива, используемые материалы и многое другое. Условно эту кривую можно разбить на участки. На первом участке двигатель развивает недостаточную мощность, которая увеличивается по мере приработки деталей. Этот участок (I) называется приработкой двигателя. Начальную приработку проводят на испытательном стенде и оканчивают на модели. После приработки мощность двигателя продолжает увеличиваться (II участок) за счет окончательной приработки. При дальнейшей работе двигателя достигается максимальная мощность (III участок), которая сохраняется постоянной некоторое время. На этом участке двигатель целесообразно использовать для достижения максимальных результатов (спортивных или рекордных).
Дальнейшая эксплуатация двигателя приводит к понижению мощности, что является следствием износа деталей, образования нагара и т. п. (IV участок). На этом участке двигатель имеет худшие пусковые качества, но может быть использован для неответственных запусков.
При дальнейшей эксплуатации и появлении неудовлетворительных пусковых качеств двигателя требуется произвести его ремонт.

8. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ



При испытаниях двигателей наибольший интерес представляет измерение его мощности. Мощность двигателя (кВт) подсчитывается по формуле:



Из формулы видно, что, чем больше момент (при постоянном числе оборотов), тем соответственно большую мощность развивает двигатель. То же можно сказать и об оборотах двигателя. Использование формулы мощности наиболее удобно при испытаниях двигателей, так как величины, входящие в ее состав, легко поддаются измерениям.
Измерение крутящего момента может быть выполнено различными способами, но в моделизме имеет наибольшее распространение измерение его на балансирном станке (подробнее о работе станка будет сказано в следующем параграфе).
В качестве нагрузки для двигателей у большинства моделей используются воздушные винты. Винт воспринимает всю мощность, развиваемую двигателем. Одновременно винт служит вентилятором для охлаждения двигателя.
Винт, вращаясь, испытывает сопротивление воздуха, на преодоление которого тратится мощность, развиваемая двигателем.
В аэродинамике используется следующее выражение, характеризующее мощность, потребляемую воздушным винтом:



Как видно из формулы, мощность, необходимая для вращения винта, зависит от пятой степени его диаметра и представляется кубической параболой в функции числа оборотов.
При эксплуатации двигателя, например на скоростной модели, угол атаки лопастей винта предварительно рассчитывается. Практическое регулирование оборотов, при которых достигается максимальная мощность двигателя, осуществляется подрезанием концов лопастей воздушного винта. Подрезают лопасти либо ножом, либо напильником с последующим зашкуриванием острых кромок.
Испытания двигателей можно проводить различными способами. Одним из самых простых является метод тарированного винта. Как видно из рисунка 3, каждый двигатель, нагруженный определенным винтом, имеет конкретную характеристику, которая зависит от его формы. Устанавливая на вал винт с определенной характеристикой, можно определить мощность испытываемого двигателя. Достоинством данного метода является то, что для определения мощности двигателей требуется только наличие тахометра, с помощью которого определяется число оборотов вала. Однако этот способ не является точным, так как мощность зависит от многих причин - влияние окружающих предметов, температура, состояние поверхности лопастей и т. д. С помощью этого метода можно производить лишь приближенную оценку мощности двигателей. Рекомендуется пользоваться им для сравнительной оценки разных модельных двигателей, при этом, очевидно, чем большее количество оборотов зарегистрировано, тем большую мощность имеет двигатель.
Тарированный винт должен иметь достаточно жесткие лопасти, которые не допускали бы возникновения вибрации.
Более точные данные по определению мощности можно получить, измеряя крутящий момент при установке двигателя в балансирный станок. При этих испытаниях крутящий момент измеряется непосредственно во время работы двигателя.
Однако и этот метод не свободен от недостатков. Воздушный винт создает тягу отбрасыванием воздуха в сторону. Отброшенный воздух имеет большую скорость. Двигаясь, он встречается с выступающими элементами стенда и взаимодействует с ними. (Выступающими частями, препятствующими течению потока, могут быть цилиндр двигателя, моторная рама и т. п.) Одновременно поток воздуха за винтом закручивается. В отдельных случаях погрешность, вызываемая нежелательными аэродинамическими сопротивлениями, может превышать 15%, поэтому для снижения ее рекомендуется работать на балансирном станке, устанавливая за винтом спрямляющую радиальную решетку.
Приборы для измерения числа оборотов. При испытании двигателя необходимо измерять число оборотов коленчатого вала двигателя для определения его мощности.
Для измерения числа оборотов в единицу времени служат приборы, называемые тахометрами. Принцип действия их может быть разный. От этого зависит и их конструкция.
Тахометры могут быть контактные и бесконтактные. Контактные тахометры подразделяются на электродинамические, хронометрические, жидкостные, центробежные.
Электродинамические - те, в которых величина отклонения стрелки пропорциональна скорости вращения рамки в магнитном иоле. Рамка соединяется с коленчатым валом двигателя, и по наводимой в ней электродвижущей силе определяется количество оборотов.
Хронометрические -- тахометры, которыми замеряют число оборотов коленчатого вала двигателя как среднее за некоторый промежуток времени, используя при этом часовой механизм. Эти тахометры более точны, но устройство их сложнее.
Жидкостные - тахометры, в которых высота столба жидкости поддерживается вращением диска; работают как центробежный насос; высота столба жидкости пропорциональна числу оборотов коленчатого вяла.
Центробежные, в которых величина отклонения грузиков соответствует тем или иным оборотам двигателя.
Бесконтактные тахометры не отбирают мощности для привода их в действие, что очень важно при испытании двигателей, имеющих малые абсолютные мощности. К бесконтактным относятся строботахометры, фототахометры и звуковые тахометры.
Строботахометры используют принцип замера числа оборотов, который основан на совпадении частоты вращения коленчатого вала и частоты вспышек неоновой лампы. Точность приборов этого типа довольна высока (погрешность не более 1,5%).
Фототахометры работают по принципу замера частоты прерываний луча света, попадающего на фотодиод; в качестве прерывателя источника света может быть воздушный винт.
Звуковой тахометр - прибор, позволяющий замерить число оборотов вала движущейся модели. Основан на принципе сравнения звуковых частот двигателя и звукового генератора. Точность замера числа оборотов при помощи этого тахометра невысока вследствие того, что дискретная составляющая аэродинамического шума вращения винта, определяющая число оборотов вала, маскируется вихревым шумом; последний вызывается срывом вихрей с кромок лопастей винта и шумом выпуска двигателя.
Резонансный тахометр, или частотомер Фрама, представляет собой семейство упругих пластинок разной длины с присоединенными на концах разновеликими по массе телами (пластинками). Каждая пластинка - это колебательная система с собственной дискретной частотой. При возникновении резонанса с возмущающей периодической силой пластинка, настроенная на идентичную частоту, приходит в колебание. Размах колебаний лимитируется наличием внутренних потерь в системе. Под каждой пластинкой обозначена частота ее собственных колебаний. Чем больше набор пластинок-резонаторов, тем точнее показания прибора.
Тахометр ИО-30 - наиболее часто используемый в практике испытания двигателей магнитоэлектрический тахометр. Этот тахометр имеет три шкалы замера: первая 30 - 300 об/мин, вторая 300 - 3000 об/мин и третья шкала, наиболее пригодная для замера оборотов модельных двигателей, имеет диапазон от 3000 до 30000 об/мин. Переключаются диапазоны поворотом втулки так, чтобы указанные на втулке пределы измерения располагались против фиксирующей отметки. Для соединения тахометра с вращающимся механизмом используется ряд вставок. С помощью арретира фиксируют стрелку после замера числа оборотов. Арретир приводится в действие стопорной кнопкой.
Строботахометр СТ-МЭИ - наиболее удобен при стендовых испытаниях модельных двигателей, имеющих относительно небольшую мощность; всякий дополнительный отбор мощности каким-либо измерительным прибором приводит к значительной погрешности измерения. Стробоскопические тахометры основаны на использовании особенностей человеческого глаза на некоторое время удерживать изображение предмета, исчезнувшего из поля зрения. На этом принципе основано действие киноаппарата. В строботахометрах вращающийся винт освещается световыми импульсами безинерционной газосветной лампы. Частоты вспышек регулируются и замеряются. При частоте вспышек, равной числу оборотов винта или кратной ему, винт кажется неподвижным. Достоинством этого прибора является то, что он позволяет изучать процессы, происходящие в двигателе во время его работы.



Внешний вид прибора показан на рисунке 6. Строботахометр СТ-МЭИ имеет пределы измерения от 300 до 30 000 об/мин. Для регистрации более высоких чисел оборотов можно использовать тот же прибор, но при этом следует провести дополнительные пересчеты.
Познакомимся с работой этого типа тахометра подробней. Основная погрешность прибора при номинальном напряжении сети при условии проверки в контрольных точках по вибратору составляет не более 1 % от числа измеряемых оборотов двигателя. Если числа оборотов известны в определенном интервале, то погрешность итогов регистрации можно снизить до 0,5%, для чего нужно провести соответствующую подстройку прибора.
Включают прибор в сеть поворотом левой ручки. Процесс его прогревания длится 3 минуты, после чего поворотом той же ручки можно включить импульсную лампу.
Перед началом измерения оборотов двигателя необходимо проверить градуировку всех трех шкал прибора. Проверка проводится так: импульсной лампой освещают окно вибратора и убеждаются в неподвижности язычка вибратора в следующих точках шкал: на первой шкале на отметке 1000 об/мин должно быть одно изображение вибратора, то же на второй шкале при 3000 об/мин.
На третьей шкале при отметке 12 000 об/мин должно быть два неподвижных изображения вибратора. Если неподвижных изображений нет, то, открыв крышку прибора, >с помощью потенциометров производят его настройку, добиваясь создания описанных выше условий.
После настройки прибора импульсною лампу направляют так, чтобы она освещала лопасть винта. Настройку частоты вспышек импульсной лампы производят рукояткой грубой, а затем тонкой подстройкой. Диапазон шкал устанавливается 'поворотом правой рукоятки.
Когда двигатель испытывается впервые и нет сведений о предполагаемых числах оборотов, которые .он может развить, измерения начинают л самой высокой частоты; если при этом возникает двойное, тройное изображение, то это означает, что частота вспышек в два-три раза выше скорости вращения.
Если начать измерения с низких частот, то можно получить значительные погрешности в оценке количества оборотов вала, несущего винт. Одно (одинаковое) изображение будет при частотах вспышки в 1/2, 1/3, 1/4 и т. д. от числа оборотов винта, что может значительно затруднить определение действительного числа оборотов

9. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Конструкция стенда



Испытания двигателя проводятся с целью определения его основных характеристик. Определяют мощность двигателя; удельный расход топлива; обороты, на которых достигается максимальная мощность; влияние различных топлив на мощность, расходные данные двигателя и, наконец, изменение ресурса двигателя и мощности его в процессе работы (а также ряд побочных менее значимых характеристик). Все эти характеристики могут быть получены в процессе стендовых испытании на различных стендовых устройствах, выбираемых в соответствии с назначением двигателя.
Стендовое оборудование состоит из нестандартных измерительных устройств, стандартных устройств, топливной системы, системы зажигания, системы запуска двигателя и предохранительных устройств.
Нестандартные измерительные устройства. К нестандартным измерительным устройствам относятся балансирный станок со спрямляющей решеткой и набор воздушных винтов.



Балансирный станок предназначен для замера крутящего момента. Он состоит из корпуса, к которому крепится угольник - моторама. На корпусе имеется фланец для крепления рейки, передающей усилие на весы, и демпфирующее приспособление с фиксатором. В корпусе установлены два шарикоподшипника, снижающие потери на трение при передаче крутящего момента двигателя. Подставка служит для установки балансирного станка на станине и закрепления его. Демпфирующее устройство представляет емкость, заполненную смесью трансформаторного масла с маслом MC-20, устанавливаемую на подставке балансирного станка. Период затухания колебаний должен составлять не более 3 сек. В этой емкости помещена пластина, связанная с рейкой, демпфирующая колебания. На другом конце рейки установлен шарикоподшипник, снижающий контактное трение с чашей весов.
Одна из конструкций балансирного станка показана на рисунке 7. Это балансирный станок, используемый для испытания модельных двигателей с рабочим объемом цилиндров до 25 см3. Для установки других типов двигателей на станке предусмотрена сменная моторная рама.
Схема испытательного стенда приведена на рисунке 8.



Для обкатки (приработки) и некоторых видов испытаний удобно использовать станок для закрепления двигателя, показанный на рисунке 9. Станок состоит из чугунного основания, на котором устанавливаются две стойки - одна неподвижная, другая подвижная. На стопках имеются выступы, предотвращающие возможность перемещения двигателя вперед под действием тяги воздушного винта (в случае ослабления стандартного запрещения его во время работы). Прижим осуществляется винтами, позволяющими перемещать одну из стоек (в зависимости от размеров двигателя). Крепят станок с помощью болтов в основании. Станок позволяет закреплять двигатель для обкатки. На нем также можно проводить сравнительные испытания двигателей с помощью тарированного винта.



Спрямляющая решетка уменьшает влияние закрученной струп от воздушного винта на точность замера мощности. Спрямляющая решетка состоит из двух частей и крепится к станине. Спрямляющая решетка выполнена из стальных полос, сваренных между собой аргонодуговой сваркой.



Воздушные винты служат в качестве нагрузки двигателя при его испытании. С их помощью замеряют максимальные крутящие моменты, развиваемые двигателем при различной скорости вращения. Для этого двигатель испытывают с различными винтами, доводя число оборотов до предельно возможного. Рекомендуется испытание двигателя начинать с винтом, развивающим наименьшее число оборотов. На рисунке 10 представлена серия винтов для испытания двигателя МАИ-25. Воздушные винты имеют следующие параметры: винт №1, диаметр D = 275 мм, шаг Н = 400 мм: винт № 2, D = 300 мм, Н = 400 мм; винт № 3, D = 330 мм, Н = 400 мм; винт № 4, D = 350 мм, Н = 400 мм; винт № 5, D = 380 мм. Н = 400 мм; винт № 6, D = 400 мм и Н = 200 мм. Винты сделаны из твердых пород древесины (бука), тщательно отбалансированы. Поверхность винтов для предупреждения ее разрушения активными компонентами топлив, каковыми являются метанол и нитрометан, покрыты слоем эпоксидной смолы ЭД-5.
Стандартное измерительное оборудование. На стенде используются следующие измерительные приборы: строботахометр СТ-МЭИ (26) (см. рис. 8), служащий для бесконтактного замера числа оборотов вала двигателя; хронометрический тахометр СК-751 (рис. 11) для грубого определения диапазона чисел оборотов, что необходимо при работе со строботахометром, а также замера чисел оборотов двигателя при ярком свете; весы ВНЦ-2 (на рис. 8) для фиксации крутящего момента двигателя.
Топливная система. Топливная система состоит из двух расходных емкостей 1 и 2 (см. рис. 8); топливного распределительного крана 4; трубки расходомера 3; топливного крана 5; поплавковой камеры 6; резиновой трубки, соединяющей штуцер поплавковой камеры со штуцером жиклера двигателя.
Уровень топлива регулируется положением поплавковой камеры, которую устанавливают вертикально на рейке с делениями. Количественный расход топлива изменяется регулировочной иглой. Для удобства испытаний двигателей регулировка подачи топлива производится дистанционно. Дистанционное управление выполнено в виде гибкого валика (тросик от бормашины) с маховичком 21, который и вращает иглу подачи топлива 18.
Система зажигания. Система зажигания состоит из понижающего трансформатора 25; реостата 24; сигнальной лампы 23, показывающей готовность электрической цепи к работе; включателя для замыкания электрической цепи. С помощью реостата 24 перед запуском двигателя регулируется напряжение, подводимое к свече 9.
Система записка. Система запуска состоит из электрического стартера 13, установленного на подставке 14 и питаемого от выпрямителя ВСА-6М (27).
Электростартер (рис. 12) сделан на основе электродвигателя МУ-332. Для увеличения крутящего момента при запуске двигателей больших рабочих объемов на вал электродвигателя устанавливают маховик. Сцепление с коком двигателя происходит через резиновую муфту (вставку), выполненную, как показано на рисунке 13. Электростартер устанавливают на подставке, которая допускает возможность перемещения на направляющих вперед.
Уровень оси электростартера относительно оси обтекателя втулку винта двигателя устанавливается регулировочными гайками, расположенными на подставке. Пуск электростартера производится кнопкой включателя.



При работе модельного двигателя, развивающего большое число оборотов (20000-30000 об/мин), возникает опасность разрушения вращающихся деталей от инерционных сил. Для защиты испытателей на упругой подвеске устанавливают броневое органическое стекло толщиной до 25 мм. Отработавшие газы двигателя направляются в вытяжное устройство. При ручной регулировке двигателя со стороны винта нужно поставить защитную решетку 16 (см. рис. 8), которая не допустит попадания пальцев рук под вращающийся винт. Для снижения пожарной опасности, которая может возникнуть при запуске двигателей с калильным зажиганием, все детали и узлы стенда выполняются из металла. При запуске двигателя возможна утечка топлива, для сбора которого под рамой балансирного станка установлен поддон. Поскольку топливом для калильных двигателей являются спирты, в поддон наливают воду, которая снижает концентрацию спирта, делая смесь негорючей.

Работа стенда


Перед запуском двигателя проверяют работоспособность всех элементов стенда в отдельности: балансирного станка, измерительной аппаратуры, топливной системы, системы зажигания и системы запуска двигателя. Работа испытательного стенда (см. рис. 8) происходит следующим образом: двигатель 11, установленный на подмоторной раме 17 балансирного станка 39, проверяется на легкость вращения, а винт 10 устанавливается так, чтобы выпускное окно было открытым. Далее, к свече 9 подводится напряжение, которое контролируется вольтметром и визуально - по отсвету спирали свечи в выпускном окне. Открывают топливный кран 5. В выпускное окно впрыскивают несколько капель топливной смеси. Включая электростартер 13, подводят муфту сцепления к коку двигателя 12 и вводят в зацепление. После этого двигатель 11 запускается. Включают осветительную лампу 22 строботахометра 26 и замеряют число оборотов.
Крутящий момент определяют по числу делений шкалы весов. Расход топлива определяют путем переключения крана 4 на заполнение трубки расходомера 3, фиксирующего уровень топлива в мерной трубке; затем кран 4 переводится в положение режима работы двигателя (по показаниям трубки расходомера с помощью секундомера отмечают время потребления топлива).
Программу испытаний выбирают в зависимости от типам назначения двигателя. Каждый двигатель проходит приработку. Ее производят на малых оборотах и на смесях, содержащих повышенное количество масла. Во время обкатки сопряженные детали прирабатываются и механические потери уменьшаются. Приработку производят с воздушным винтом большого диаметра, создающим интенсивный воздушный потек, охлаждающий двигатель, так как во время приработки двигатель сильно нагревается за счет трения неприработанных деталей. Для лучшего внутреннего охлаждения двигателя увеличивают подачу топлива и двигатель работает на богатой смеси; заодно улучшается его смазка. Если во время приработки из выпускного окна выбрасывается темное масло, что можно обнаружить, приложив к выпускному патрубку чистый лист бумаги, то необходимо прекратить приработку. Потемнение масла обычно вызывается появлением мелких частичек металла, которые придают смазке темный цвет, увеличивая износ трущихся деталей. Необходимо выяснить причину повышенного износа, устранить ее и продолжить дальнейшую приработку.
После приработки измеряют мощность двигателя, предварительно проведя тарировку балансирного станка. Тарировку балансирного станка производят путем установки на валу двигателя тарированного приспособления, которое позволяет определить крутящий момент.
Тарировочное приспособленке представляет собой рейку с постоянным плечом, на конце которой подвешивается чашка весов, уравновешивающаяся грузом. На чашку кладут разновесы, начиная с малых. Показания контролируются визуально по положению стрелки весов. При этом чашки весов разгружают в обратной последовательности, отмечая положение стрелки весов. По среднеарифметическим значениям показаний строят тарировочный график, который действителен только для данного двигателя. Тарировка стенда позволяет учесть погрешности при определении крутящего момента, зависящего от установки двигателя, упругости топливных трубок, системы монтажа проводников тока и т. д.
После тарировки приступают к испытанию двигателя с целью получения скоростной внешней характеристики по мощности. Для получения точек характеристики устанавливают последовательно различные воздушные винты, начиная с наиболее тяжелого аэродинамического винта, и регулируют при этом подачу топлива так, чтобы получить максимальное число оборотов. На максимальных оборотах двигателя фиксируют положение стрелки весов. Одновременно со значениями измеряемой мощности двигателя регистрируют расход топлива. Перед началом измерений необходимо занести в протокол испытания метеорологические условия: давление, температуру, влажность воздуха.

10. ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ



Летные испытания обычно проводятся после стендовых, для того чтобы выявить особенности работы двигателя в различных условиях, встречающихся при эксплуатации моделей.
Мощность двигателя, установленного на модели, может оказаться меньшей, чем при испытании на стенде. Снижение мощности происходит по многим причинам, например потому, что изменяются условия охлаждения двигателя. Сказывается на значении мощности неудачное расположение диффузора двигателя, недоработки в системе питания и т. д.
В комплект стартового оборудования для запуска двигателя калильного зажигания входит источник электрического питании в виде аккумуляторных батареи или батарей сухих элементов, обеспечивающих напряжение питания в пределах 1,5; 2; 3,5 в, и приборы контроля напряжения (вольтметр) и силы тока (амперметр).
Регулирование силы тока и напряжения осуществляется с помощью реостата. Для удобства пользования амперметр, вольтметр и реостат могут быть скомпонованы в одном корпусе или на одном щитке. Проводники электрического тока должны иметь хорошую изоляцию и обеспечивать надежность подключения источников тона к калильной свече двигателя.
Электротехническая промышленность выпускает измерительные приборы различных классов, что следует учитывать при комплектовании стартового оборудования.
При выборе амперметра и вольтметра нужно помнить, что рабочее напряжение калильных свечей не превышает 3,5 в, а сила тока 4-5 а.
При отсутствии промышленных реостатов можно пользоваться самодельными. Самодельный реостат представляет собой несколько десятков витков нихромовой или константановой проволоки. Количество витков такого реостата зависит от материала и сечения проволоки и выбирается расчетным или практическим путем.
Новые правила проведения соревнований по авиамодельному спорту не разрешают в некоторых классах моделей использовать посторонние источники механической энергии - стартеры; тем не менее во всех других условиях пользоваться стартером удобно, так как время запуска двигателя значительно сокращается.
Обычно стартер представляет собой электродвигатель, развивающий 4500-9000 об/мин и имеющий специальный наконечник на валу (см. рис. 13). Передача вращающего момента осуществляется посредством резиновой муфты, прижимаемой к обтекателю двигателя.
Однако стартеры могут быть и механическими. Механические стартеры бывают нескольких видов.
В авиамодельной практике нередко пользуются механическим стартером ручного типа. Это стартер, состоящий из мультипликатора (редуктора) с большим передаточным отношением (1 : 50, 1 : 75 и т. д.); он позволяет получать большие обороты в момент запуска двигателя.
Для обеспечения запуска пользуются также стартерами, устанавливаемыми непосредственно на двигатель. Обычно это пружины из проволоки ОВС сечением от 1,5 до 2 мм или механизмы с применением спиральных пластинчатых пружин типа часовой пружины.
Выбор параметров пружины зависит в этом случае от компрессии двигателя и его рабочего объема. Пружина должна обладать достаточной упругостью, чтобы при запуске она обеспечивала прокрутку вала с воздушным винтом на несколько оборотов.
Для летных испытаний двигателя применяется оборудование в зависимости от задач, которые ставятся перед испытываемой моделью. Наиболее ответственные старты, например скоростных моделей, где успех соревнований зависит от хорошей работы двигателя, требуют специального оборудования.

Глава III

ТОПЛИВНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ МОДЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

11. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВ, МАСЕЛ И ПРИСАДОК



Топливные смеси для двигателей состоят из горючего, смазочных масел и присадок. От того, насколько рационально подобраны компоненты, входящие в состав топливной смеси, зависит надежная работа двигателя.
Наличие двух групп двигателей свидетельствует и о наличии двух групп топливных смесей: для калильных и для компрессионных двигателей.
Топливо входит в состав топливной смеси в качестве основного компонента. Для компрессионных двигателей - это керосин, для калильных - метиловый спирт (метанол). Количественное содержание метанола в смеси от 25 до 80%. Ввиду того что метанол весьма токсичен, для работы с калильными двигателями может быть рекомендован также этиловый спирт.
Смазочные масла, входящие в состав топливной смеси, обеспечивают качественную смазку трущихся деталей двигателя; они должны максимально сгорать при выделении наименьшего количества коксующихся веществ. Количественное содержание масел в смеси от 8 до 34%.
Присадки выполняют различную роль при составлении топливных смесей, и их можно разделить по назначению на 1) присадки, ускоряющие процесс горения, и 2) антидетонационные присадки.
Первые способствуют стабильной работе двигателей, облегчая запуск и регулировку двигателя во всем диапазоне регулирования. К этой группе относятся: амилнитрит, амилнитрат, этилнитрат и др. Эти присадки используют при составлении топлив для компрессионных двигателей, и их содержание находится в пределах 0,5 - 10% от объема составляемой смеси.
Ко второй группе относятся бензол, нитробензол и др. Они используются в топливных смесях калильных двигателей. Содержание их в топливной смеси колеблется в пределах 12%. Существует много и других присадок, здесь указаны только основные и наиболее употребляемые.
Составление топливной смеси является ответственным и сложным делом, которое требует большого внимания и определенных навыков. Наличие присадок, относящихся, как правило, к ядовитым веществам (нитрометан и др.), при неправильном пользовании ими делают процесс составления рабочей смеси опасным. Поэтому, прежде чем приступить к составлению рабочей смеси, нужно ознакомиться с физико-химическими свойствами возможных компонентов и строго соблюдать при этом правила техники безопасности. При составлении топливных смесей необходимо помнить - присадки всегда добавляют в топливную смесь в последнюю очередь. Ниже приводится характеристика и особенности входящих в состав топлива основных компонентов.
Касторовое масло - густая жидкость желтого или желтовато-коричневого цвета (лучшие сорта почти бесцветны). Плотность касторового масла 0,960-0,970 г/см3. На воздухе медленно густеет. Обладает большой вязкостью. Хорошо растворяется в спирте, эфире и является надежным смазывающим компонентом топливных смесей, так как обладает высокой адгезией (свойством сцепляемости); последняя способствует сохранению масляной пленки между трущимися поверхностями деталей.
Недостатком касторового масла является его высокая химическая активность (окислительная способность); поэтому двигатели, работающие на топливной смеси, содержащей касторовое масло, по окончании запусков должны быть тщательно промыты в спирте или бензине, высушены и смазаны жидким минеральным маслом, чтобы на стальных деталях не появилась коррозия. Касторовое масло применяется для приготовления топливных смесей калильных и компрессионных двигателей. При нагревании до 260-265°С касторовое масло дает полимеры, нерастворимые в спирте. Образование полимеров приводит к тому, что у длительно работающих двигателей с поршневыми кольцами теряется компрессия.
Метиловый спирт (метанол) - бесцветная, прозрачная, ядовитая жидкость, горит синеватым некоптящим пламенем. Плотность равна 0,796 г/см3. Температура кипения 64,5°С; температура замерзания – 98 °С. Удельная теплота сгорания 5300 ккал/кг.
Ацетон - при нормальных условиях легкоподвижная бесцветная жидкость с ароматическим запахом; плотность 0,79 г/см3, сильно летуч и очень огнеопасен, температура вспышки 16°С. Применяется для приготовления топливных смесей для двигателей с калильным зажиганием и является хорошим антидетонатором. Количество ацетона в топливной смеси обычно не превышает 10-12%. Смешивается во всех пропорциях со спиртом, эфиром.
Амилнитрит - бесцветная жидкость с резким запахом. Легко разлагается на свету, приобретая светло-желтую окраску. Плотность 0.87 г/см3. Содержание в топливной смеси не более 3--4%. Имеет температуру кипения 104 °С. Амилнитрит рекомендуется добавлять в топливную смесь непосредственно перед запуском двигателя. Топливная смесь, содержащая амилнитрит, не должна храниться длительное время, так как даже в плотно закрытой посуде она расслаивается и теряет свои свойства.
Нитро метан - бесцветная жидкость с запахом горького миндаля. На свету разлагается, приобретая темно-коричневый цвет. Плотность 1,14 г/см3. Используется как присадка к топливным смесям для двигателей калильного зажигания. В топливных смесях может составлять до 35-55%. Двигатель, работающий на топливной смеси с таким содержанием нитрометана. легко запускается и может иметь прирост мощности до 25 - 30%. Нитрометан является сильным ядом, действующим на центральную нервную систему. Допустимая концентрация нитрометана в воздухе 0,01%. При нагревании свыше 100 °С под давлением, особенно в присутствии окисляющих веществ, следует соблюдать осторожность, так как при этом может произойти взрыв. Температура воспламенения в нормальных условиях +44,4°С.
Этиловый (серный) эфир - подвижная бесцветная жидкость с приятным запахом. Плотность 0,79 г/см3. Температура кипения 35,6°С. Температура замерзания - 117,6 °С. Очень летуч и легко воспламеняется; огнеопасен - распространяясь в воздухе, образует взрывоопасные смеси; вдыхание паров вызывает сердцебиение, опьянение и полный наркоз. Этиловый эфир имеет низкие антидетонационные свойства и в чистом виде в качестве топлива не применяется.
Этиловый спирт (этанол) - бесцветная жидкость, обладающая запахом, легковоспламеняющаяся и горящая голубоватым слабосветящимся пламенем. Плотность 0,794 г/см3. Температура кипения чистого этилового спирта при нормальном давлении 73,9 °С. Удельная теплота сгорания 7100 ккал/кг. Этиловый спирт гигроскопичен, хорошо смешивается с диэтиловым эфиром, глицерином, бензолом и т. п. Хранят этиловый спирт в емкостях с плотно притертой пробкой.
Топлива и их компоненты хранят в несгораемых шкафах.

12. МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ СМЕСЕЙ



Составление топливных смесей требует определенной подготовительной работы и наличия необходимых условий. Подготовительная работа заключается в приготовлении чистой посуды, шприцев, воронок, мензурок, фильтров - всего того, что может понадобиться при смешивании топливных компонентов.
Всегда нужно помнить о том, что применяемые компоненты легко испаряются, могут быть ядовитыми и взрывоопасными и, следовательно, требуют осторожного обращения. При составлении топливной смеси необходимым условием является наличие герметичной и чистой посуды, лучше темного цвета, а также мензурок с делениями 1 см3.
В соответствии с имеющимся рецептом топливной смеси все компоненты смешиваются в одной емкости, после чего смесь фильтруют. Профильтрованную смесь хранят в темном помещении с нормальной температурой окружающей среды (+20÷25°С) и отстаивают в течение полутора-двух суток, после чего фильтрование повторяется. Рекомендуется топливную смесь взбалтывать в течение 1-1,5 часов с помощью специального приспособления или на вибростенде с частотой 100-150 Гц в закрытой герметичной посуде.
Для ответственных запусков применяют методику составления готовой смеси по способу, предложенному мастером спорта М. Е. Васильченко. Готовая смесь разводится в объеме два раза большем, чем требуется, а емкость посуды берется равной трем объемам требуемого количества смеси. После взбалтывания топливная смесь отстаивается в течение двух суток, после чего 75% этой смеси без перемешивания сливают в другую чистую емкость. Слитая топливная смесь обладает, как правило, высокими качествами, так как содержит в себе максимальное количество легких фракций и поэтому может быть использована для ответственных запусков.
Нужно помнить, что при составлении топливных смесей в горючем (керосине или метиловом спирте) в первую очередь растворяют масло, а затем уже добавляют присадки.
С целью соблюдения последовательности составления топливной смеси рекомендуется вести журнал записей с указанием выполненных операций и количества соединенных компонентов. Используемые для составления топливных смесей емкости должны иметь наклеенные этикетки с соответствующими надписями.

13. РЕЦЕПТЫ ТОПЛИВНЫХ СМЕСЕЙ



Топлива с высокой скоростью сгорания создают большое количество газов. Следовательно, чем больше их будет в одном и том же рабочем объеме, тем большего давления можно достичь. Для получения наибольшего количества энергии (от сгорания топлива) следует пользоваться топливными смесями, для сгорания которых требуется незначительное количество кислорода. Кроме того, следует учитывать требование к топливной смеси - во время рабочего процесса она должна охлаждать двигатель. Этим требованиям отвечает прежде всего метиловый спирт.
В процессе многолетней практики работы с двигателями установилась определенная рецептура топлив, рекомендованных для обкатки, зачетных полетов, полетов на установление рекордов. Ниже приводятся рецепты топлив, предложенные В. и М. Васильченко. Для компрессионных двигателей чаще всего применяются составы (рецепты № 1, 6, 7, 8, 9):



Максимальную мощность можно снять с двигателя, применяя следующие составы топливной смеси (рецепты № 10, 11, 12, 13):



Для двигателей с калильным зажиганием предлагается следующий состав топливной смеси (рецепт № 1), утвержденный ФАИ для спортивных соревнований:



Топливная смесь этого состава лучше всего может быть использована для обкатки двигателя, когда идет приработка деталей и требуется обильная смазка.
Топливная смесь по рецептам № 2,3,4,5 может быть использована при ответственных запусках. Применение нитрометана и амилнитрита повышает мощность двигателя и в данном случае является необходимым:



В случае, когда двигатель «пережат», т. е. имеет высокую степень сжатия, или когда запуск производится при неблагоприятных атмосферных условиях (например, при повышенной степени влажности воздуха), необходимо применять топливные смеси рецептов № 8, 9, 10:



Ответственные запуски, в том числе и на установление рекорда, могут производиться на топливных смесях следующего состава (рецепты № 6, 7, 11, 12, 13):



Кроме того, для компрессионных двигателей могут быть рекомендованы топливные смеси с учетом окружающей температуры.



Всем широко известен двигатель «Super Tigre»,- имеющий различные модификации. Этот двигатель хорошо зарекомендовал себя в работе, обладая большими преимуществами перед аналогичными двигателями многих стран. Для обкатки указанных двигателей с калильным зажиганием рекомендуется топливная смесь следующего состава:



Для ответственных запусков предлагается топливная смесь другого состава:



Для обкатки и ответственных запусков компрессионных двигателей «Super Tigre» предлагаются топливные смеси состава:



Следует обратить особое внимание на топливную смесь, изготовленную по рецепту № 2, которая содержит нитробензол. Содержание нитробензола в смеси сильно меняется от изменения атмосферных условий (влажности и температуры), поэтому рекомендуется добавлять нитробензол непосредственно перед запуском с учетом того, что в холодные и влажные дни следует увеличить количество нитробензола и уменьшить в составе смеси количество нитрометана.
Особую категорию двигателей составляют реактивные двигатели. Реактивные двигатели в качестве горючего используют бензин авиационный марки Б-70 или автомобильный. Двигатель не имеет трущихся частей, следовательно, и не требует смазки.

Глава IV

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

14. СХЕМЫ ПРОДУВОК



Продувкой называется процесс вытеснения и замены отработавших газов свежей рабочей смесью. От продувки двигателя во многом зависит его запуск, устойчивая работа, мощность, а также экономичность. Особенностью рассматриваемых продувок двухтактных модельных двигателей с кривошипно-камерной продувкой является наличие ограниченного количества рабочей смеси, используемой при газообмене.
Рассмотрим несколько типов продувок современных модельных двигателей.
Пересекающаяся или поперечная продувка (рис. 14). Для двигателей с этим типом продувки характерно взаимно противоположное размещение перепускного и продувочного окон в гильзе и наличие дефлектора (ребра) на поршне двигателя. Дефлектор служит для направления струи свежей рабочей смеси к головке двигателя и способствует снижению топливных потерь.
Двигатели с поперечной продувкой имеют такие недостатки: отсутствует равномерность горения рабочей смеси в камере сгорания из-за наличия дефлектора на поршне; неравномерно нагревается поршень, что вызывает его коробление.
Примером такого двигателя может служить двигатель «Полет».
Одним из вариантов рассматриваемой продувки является так называемая продувка ламинарного типа, используемая в известных двигателях «Super Tigre». Этот вид продувки характеризуется наличием скошенных под углом 30º к оси гильзы кромок перепускного окна, что способствует плавному течению рабочей смеси к головке двигателя. Поршень двигателя в этом случае без дефлектора, плоский. Примером для этого вида продувки может служить и отечественный двигатель МД-2,5 «Метеор».
Поперечно-петлевая продувка (рис. 14). Для данной продувки характерно одно перепускное и два выпускных окна. Через перепускное окно свежая рабочая смесь поступает в гильзу и, отклоняясь от противоположной перепускному окну стенки, совершает петлю и вытесняет сгоревшие газы в выпускные окна.
Продувка Шнюрле (рис. 14). Имеет несколько вариантов, но самые высокие результаты были получены при наличии в гильзе двух перепускных и одного выпускного окна.
С этим видом продувки было изготовлено несколько серий чехословацкого двигателя MVVS-2,5. Наиболее распространенным сейчас видом продувки Шнюрле является продувка с использованием дополнительного перепускного канала, расположенного напротив выпускного окна (рис. 14).
Для двигателя с такой продувкой характерны более высокая степень эффективности продувки и повышенная мощность в сравнении с двигателями аналогичного класса, но с иной схемой продувки.
Встречная продувка (рис. 14). Этот вид продувки иногда называют фонтанной. Она отличается тем, что перепускные и выпускные окна расположены по всему периметру гильзы цилиндра. Количество окон может быть различно (чаще три или четыре), но выпускные окна расположены над перепускными и разделены между собой перемычкой. Такая продувка обеспечивает хорошую работу двигателя, поэтому она находит широкое применение на массовых двигателях, например, на двигателях типа МК-12В, МК-16, Jena-2,5».
Перекрестная продувка (рис. 14). Характеризуется наличием двух перепускных и двух выпускных окон. Очень часто применяется на компрессионных и калильных двигателях («Super Tigren G30, «Сох Рее Vee», «Jena-2,5»).



15. КОНСТРУКЦИЯ ПОРШНЕВЫХ ГРУПП



Поршень. Поршень является важнейшей деталью двигателя и служит для всасывания и сжатия рабочей смеси, распределения рабочей смеси внутри цилиндра
двигателя, а также воспринимает давление газов в камере сгорания.

К поршню двигателя предъявляется ряд требований, к которым относятся: прочность и легкость; возможность получения высокой чистоты обработки; антифрикционность.
Поршня двигателя бывают с поршневыми кольцами и гладкие. В первом случае лучшим материалом для изготовления служат алюминиевые сплавы марок В95, АК4-1, Д16Т или литейные сплавы ЛЛ5, АЛ9. Для двигателей с гладким поршнем последний рекомендуется изготавливать из следующих марок материалов: чугун СЧ2140, чугун ХНВ, чугун МН и др. Поршни, изготовленные из этих материалов, максимально облегчаются и по наружной поверхности обрабатываются до чистоты V7, V& {из алюминиевых сплавов) и V9, V10 (из чугуна). Поршень должен обладать высокой теплопроводностью, т. е. быстро отводить тепло, не подвергаясь значительным деформациям, способным вызвать заклинивание в гильзе.
Антифрикционность определяется применяемым материалом. Материал поршня должен хорошо удерживать масляную пленку во время работы или содержать в большом количестве свободный графит, что значительно снижает механические потери на трение пары гильза-поршень. Поршни имеют различное конструктивное оформление, что определяется назначенном двигателя и типом его продувки.



Так, например, для двигателей с пересекающейся или поперечной продувкой используются поршни, показанные на рисунке 15. Это поршни с дефлекторами. В двигателях с петлевой продувкой или продувкой Шнюрле используются поршни со сферическими или плоскими днищами.
Гильза. Гильза совместно с поршнем составляет поршневую группу двигателя. Гильза, изготовленная с охлаждающими ребрами, называется цилиндром двигателя. Гильзу (или цилиндр) обычно изготовляют из стали марок ШХ15, ЗОХГСА, 38ХА, А12 и др. Поверхность ее имеет высокую чистоту обработки (V 10, V И) и подвергается термообработке до твердости HRC 50÷60 (по Роквеллу), иногда азотируется или хромируется в зависимости от применяемого материала; если гильза изготовлена из стали А12, то термообработке она не подлежит.
Высокая чистота обработки внутренней поверхности гильзы и минимальное отклонение от цилиндрической формы достигаются ручной притиркой, являющейся заключительной операцией обработки детали. Гильзы бывают со сквозными перепускными и выпускными окнами, а также с окнами, имеющими перемычки.
Первые применяются, как правило, на двигателях с гладким поршнем (рис. 16), вторые - на двигателях с поршневыми кольцами (рис. 17). Перепускные окна гильз могут быть самой разнообразной формы: круглые, овальные, прямоугольные и т. п., а также со скосами к обеим кромкам (ламинарная продувка) и без них.

16. СХЕМЫ ВПУСКОВ РАБОЧЕЙ СМЕСИ



На модельных двигателях применяются несколько видов впусков рабочей смеси:
впуск коленчатым валом,
впуск золотниковым диском,
впуск пластинчатым клапаном,
впуск задним золотниковым валом.
Впуск коленчатым валом (рис. 18) применяется наиболее часто. Рабочая смесь проходит в этом случае через карбюратор и попадает в распределительное окно вала. В зависимости от применяемых подшипников скольжения или качения длина пути, проходимого рабочей смесью, будет соответственно - изменяться. Впуск через заднюю крышку, как было указано ранее, может быть нескольких видов. Но все они отличаются от впуска рабочей смеси через коленчатый вал более коротким путем, следовательно, уменьшенным гидравлическим сопротивлением на входе в картер. Впуск коленчатым валом двигателя применяется на двигателях: «Метеор», «Комета» и др. Впуск через заднюю крышку применяется на двигателях: МVVS-5,6, MK-16 и др. Впуск двигателей показан на рисунках 18, а и б. Были попытки использовать наддув в картер двигателя с целью повышения его мощности на двигателях с впуском через заднюю крышку.

17. КОНСТРУКЦИЯ КАЛИЛЬНЫХ СВЕЧЕЙ



Калильная свеча, используемая на двигателях калильного зажигания, проста по устройству (рис. 19). Сердечник 2 изолирован от корпуса 1 миканитовыми (слюдяными) или поронитовыми (асбестарезиновыми) шайбами 3. Крепление спирали осуществляется зачеканкой одного из ее концов на корпус 1 (или точечной сваркой), другого - на сердечник 2, для чего на этих деталях имеются специальные прорези.
Работает калильная свеча следующим образом. В момент запуска двигателя к сердечнику 2 свечи и корпусу 1 подводится напряжение от источника тока. Обычно это спаренные сухие или аккумуляторные батареи. Напряжение, необходимое для нормальной работы свечи, находится в пределах 1,5- 3 в и должно обеспечивать накал спирали свечи до светло-красного цвета. Величина напряжения зависит от материала спирали и ее сечения.
Для самодельной свечи напряжение подбирается опытным путем, в остальных же случаях напряжение, необходимое для накаливания свечи, указывается в паспорте на двигатель. Нагрев спирали нужен только в момент запуска двигателя. После того как двигатель выйдет на определенный режим работы, накал свечи будет поддерживаться за счет высокой температуры рабочих газов в камере сгорания двигателя.
Рассмотрим материалы, используемые нашей промышленностью для изготовления калильной свечи. Корпус свечи - из стали A12, оксидированной, с размером шестигранника под ключ 8 мм и специальной резьбой М6.35 х 0,8 (1/4”). По резьбе свеча взаимозаменяема со свечами иностранных фирм. Сердечник изготовлен из латуни марки Л62. Изоляционные шайбы из миканита (сорт слюды) марки ФФ2. Уплотнительная шайба- из стали 10. Спираль - из жаропрочного материала ЭИ626 диаметром 0,4 мм.
Недостатком описанной свечи является неразборность конструкции, из-за чего она не может быть вторично использована в случае перегорания спирали. Однако этот недостаток может быть устранен путем некоторой доработки свечи, которая состоит в следующем: калильную свечу закрепляют в цанге или трех-кулачковом патроне любого токарного станка (рис. 20) и подрезают резцом со стороны развальцовки до полного удаления буртика, удерживающего уплотнительную стальную шайбу. Затем из свечи извлекают уплотнительную шайбу 4, изоляционные шайбы 3 и сердечник 2 со спиралью. После этого в корпусе 1 свечи нарезают внутреннюю резьбу М6 х 0,75 (рис. 21). Гайка, предназначенная для уплотнения шайб и закрепления сердечника, должна соответственно иметь резьбу М6 х 0,75 и быть изготовлена по приводимым чертежам (рис. 22 и 23). Ввиду того что из-за уплотнительной гайки и собранного пакета уплотнительных паронитовых или миканитовых шайб высота свечи будет больше, то прежний сердечник использовать уже нельзя.











Новый сердечник должен быть несколько длиннее и изготовлен по чертежу, представленному на рисунке 24. Крепят спираль к корпусу зачеканкой, для чего на торце корпуса прорезают новый паз, размеры которого зависят от вновь устанавливаемой спирали. Паз от ранее закрепленной спирали вторично использовать нельзя. Изоляционные шайбы, применяемые в разборной конструкции, необходимо по толщине уменьшить в 2 раза (по отношению к извлеченным из свечи), так как высота собранного пакета из двух шайб и сердечника получается слишком большой. Можно вторично применить извлеченные изоляционные шайбы, но если их состояние неудовлетворительное, то нужно сделать новые из миканита марки ФФ2 или паронита марки УВ-10.
При изготовлении изоляционных шайб нужно обратить особое внимание на возможное смещение внутреннего отверстия относительно наружного диаметра. Величина смешения не должна превышать 0,15 мм. Размеры изоляционных шайб приведены на чертеже (рис. 25). Общий вид двух вариантов разборной калильной свечи представлен на рисунке 26. Для изоляции и уплотнения сердечника нельзя применять жесткие материалы типа текстолита, так как их использование приводит к потере герметичности свечи. Герметичность же является очень важным фактором. При негерметичной свече двигатель обычно не запускается. Если двигатель все же удается запустить, то он работает очень нестабильно.
Проверить герметичность свечи можно, не выворачивая ее из крышки двигателя. Для этого на корпус свечи вокруг сердечника наносится несколько капель керосина или топливной смеси, после чего проворачивают вал двигателя. Негерметичность определяют по воздушным пузырькам, образующимся вокруг сердечника. Для устранения негерметичности иногда достаточно дополнительное обжатие буртика корпуса свечи, которое возможно лишь в условиях мастерской или при наличии обжимки (рис. 27). После этой операции свечу проверяют на накал, так как при обжимке случается соприкосновение сердечника с корпусом.





На заводе-изготовителе калильные свечи проверяют на герметичность в специальном приспособлении. Контроль осуществляется керосином, подводимым к приспособлению под давлением 30 дан/см2. Время выдержки - 10 мин. Течь между корпусом свечи и сердечником не допускается. Спирали калильных, свечей изготавливают из различных материалов: Константина, шифона марок XI5H60, Х20Н80, манганина, сплава ЭИ-625. Однако самые хорошие результаты получают при работе со свечами, имеющими спирали из платиноиридиевого сплава марок ПлИ-20, ПлИ-25, ПлИ-30 или платинородиевого сплава марок ПлРд-10, ПлРд-20, ПлРд-30 (цифра указывает на процентное содержание иридия или родия). Качественная работа двигателя со спиралями из перечисленных материалов объясняется тем. что платина является хорошим катализатором, способствующим лучшему горению рабочей смеси, кроме того, она допускает высокую температуру нагрева спирали и не окисляется.
В таблице 2 приводятся рекомендации по изготовлению калильных свечей из сплавов на основе платины.

Способы крепления спирали к корпусу свечи применяются следующие: штифтом, зачеканкой. точечной (контактной) сваркой (рис. 28). К сердечнику спираль крепится такими же способами.
Стандартные калильные свечи являются универсальными и не учитывают возможных частных условий работы двигателя. Известно, что правильный выбор опережения зажигания увеличивает мощность двигателя. Вместе с тем опыт показывает, что режим работы двигателей с калильным зажиганием зависит от атмосферных условий: в холодную и жаркую погоду работа двигателей с одной и той же калильной свечой неодинакова. В жаркую погоду температура двигателя выше, и поэтому вспышка наступает раньше, т. е. опережение зажигания увеличивается. В холодную погоду температура ниже и вспышка наступает позже. В первом случае двигатель будет недодавать обороты, и в обоих случаях его мощность будет меньше возможной.
У двигателей с калильным зажиганием можно изменить момент зажигания подбором тепловой характеристики калильной свечи (при неизменной степени сжатия). Тепловая характеристика свечи при выбранном типе спирали зависит от величины камеры зажигания, т. е. той полости в корпусе свеч», в которой помещается спираль. Так, например, при пониженных температурах целесообразно применять свечу с камерой зажигания, выполненной с размерами
Ø 2,6÷2,8 мм вместо Ø3,2 мм.
Если моделист хочет снять со своего двигателя наибольшую мощность, ему придется подобрать к нему свечи для жаркой и холодной погоды, для двух крайних температур, возможных на соревнованиях. Делать это нужно на воздушных винтах, с которыми моделист будет выступать на соревнованиях.




Для радиоуправляемых и пилотажных моделей может быть рекомендована калильная свеча, представленная на рисунке 29. От обычной стандартной калильной свечи она отличается наличием металлической пластинки (дефлектора), которая во время работы двигатели на богатой топливной смеси предохраняет спираль от заброса топливом. Ширина пластинки должна быть равна наружному диаметру спирали, ее толщина 0,2-1-0,3 мм. Материалом пластинки может служить латунь или сталь. Пластинку прикрепляют контактной сваркой или расклепыванием в пазах корпуса свечи. Эта свеча дает возможность двигателю работать на малых оборотах. Комплект необходимых свечей нужно проверить заранее на двигателе, чтобы была полная уверенность в надежности их работы.
Особую категорию калильных свечей составляют свечи, изготавливаемые иностранными фирмами для двигателей с малым рабочим объемом. К таким двигателям относятся, например, двигатели «Coх» с рабочими объемами 0,33 см3, 0,8 см3, 1,5 см3. На этих двигателях устанавливается укороченная свеча с очень маленькой камерой зажигания. Необходимость в такой свече обуславливается слишком малым рабочим объемом двигателя, на величину которого существенно влияет размер камеры зажигания свечи. Такие свечи выпускаются в двух конструктивных исполнениях: совместно с верхней головкой, навинчиваемой на цилиндр двигателя, или по типу ранее рассмотренных калильных свечей.

Глава V

КОНСТРУКЦИИ МОДЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

18. КОНСТРУКЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ



Мы рассматриваем сейчас модельные двигатели внутреннего сгорания. Выше уже отмечалось, что в моделизме широко используются два вида двигателей этого типа: с калильным зажиганием и воспламенением от сжатия рабочей смеси. Двигатели с калильным зажиганием часто для простоты называют калильными двигателями, реже - калоризаторными. Двигатели с зажиганием от сжатия рабочей смеси называют еще компрессионными или дизельными.
Существуют разнообразные конструкции модельных двигателей, но у всех двигателей имеются общие элементы, назначение которых раскрывается ниже.
На рисунке 30 показан типичный модельный двигатель калильного зажигания. Он состоит из деталей и узлов, которые имеют вполне определенное назначение.



Картер - корпус, который соединяет все детали двигателя в единое целое. Корпус двигателя подвергается воздействию различного вида нагрузок. На картере имеются элементы крепления двигателя к модели. В настоящее время почти все модельные двигатели имеют лапки для крепления и лишь на немногих двигателях встречаются ушки. Картер может состоять из нескольких деталей; несущей частью его является корпус, к которому присоединяется носок и задняя крышка. Последняя герметизирует картерную полость.
Цилиндр - служит для осуществления рабочего процесса. В нем рабочая смесь сжимается, воспламеняется, совершает полезную работу. Внутренняя поверхность цилиндра тщательно обрабатывается и называется зеркалом цилиндра. В цилиндре имеются окна, через которые осуществляется газообмен. Конструкции цилиндра часто выполняются составными. Наиболее распространены цилиндры, состоящие из гильзы и рубашки охлаждения, которая отливается заодно с картером. Головку цилиндра герметично присоединяют к гильзе.
Поршень - деталь двигателя, которая воспринимает действующие на нее силу давления газов и инерционные силы и участвует в газообмене двигателя. На большинстве модельных двигателей стенки поршня являются уплотняющим элементом, и лишь на немногих двигателях уплотнение происходит с помощью поршневых колец. Поршни модельных двигателей изготовляют в основном из чугуна. Встречаются комбинированные поршни из алюминиевого сплава, имеющие чугунный напрессованный стакан, и поршни из легких сплавов с поршневыми кольцами.
Поршневой палец - служит для передачи сил, действующих на поршень.
Шатун - воспринимает силы, действующие на поршневой палец, и передает их на палец коленчатого вала. Для уменьшения износа на некоторых двигателях в нижней головке шатуна устанавливают бронзовые втулки. Шатуны обычно изготовляются из алюминиевых сплавов.
Поршень, поршневой палец и шатун составляют поршневую группу.
Коленчатый вал - преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. Коленчатый вал - одна из наиболее нагруженных частей двигателя, воспринимающая изгибающие и крутящие моменты газовых и инерционных сил. Через шатун усилия передаются на палец коленчатого вала и далее через
коленчатый вал воздушному винту. На многих модельных двигателях коленчатый вал используется как золотниковый распределитель. Материалом коленчатых валов являются стали повышенной прочности.
Карбюратор - служит для приготовления рабочей смеси. Карбюраторы модельных двигателей имеют качественное регулирование, т. е. изменяют концентрацию топлива в рабочей смеси. На двигателях для радиоуправляемых моделей-копий самолетов используются качественное и количественное регулирование. Жиклер, являющийся деталью карбюратора, дозирует с помощью регулировочной иглы количество топлива. Диффузор также входит в состав карбюратора и служит для формирования воздушного потока перед смешиванием с топливом.
Подшипники - служат для снижения трения, возникающего при вращении коленчатого вала. На модельных двигателях используются как подшипники качения, так и подшипники скольжения. На двигателях повышенной литровой мощности используются только подшипники качения.
Опорная шайба - служит для крепления винта. На модельных двигателях, предназначенных для некоторых видов морских и автомоделей, опорная шайба заменяется маховиком.
Прижимная шайба - обеспечивает плотную посадку маховика или винта на вал двигателя.
Кок (обтекатель втулки воздушного винта) двигателя - используется на авиационных моделях для уменьшения аэродинамического сопротивления при движении модели самолета. Он также служит для удобства запуска двигателя с помощью стартера, одновременно являясь частью элемента крепления воздушного винта.
Калильная свеча - служит для воспламенения сжатой рабочей смеси. Воспламенение смеси происходит от раскаленной металлической спирали. Первоначальный нагрев осуществляется от внешнего источника электрического тока. После запуска двигателя нагрев спирали происходит за счет тепла, выделяемого при сгорании рабочей смеси, и внешний источник подогревания не требуется. Почти все калильные свечи имеют стандартную крепежную резьбу диаметром 1/4" с шагом 32 нитки на один дюйм или метрическую диаметром 6,35 х 0,8 мм и шестигранную головку под ключ 8 мм.
Глушитель - на модельных двигателях устанавливается на выпуске. Обычные глушители снижают мощность двигателя; в последнее время разработаны специальные конструкции резонансных глушителей, которые увеличивают мощность. В глушителях, предназначенных для радиоуправляемых моделей, устанавливается дроссельная заслонка.
Компрессионные двигатели (рис. 31) в отличие от двигателей с калильным зажиганием имеют переменную степень сжатия. Изменение степени сжатия происходит за счет перемещения контрпоршня.
Контрпоршень - позволяет изменять степень сжатия в компрессионных двигателях. Это плотно подогнанный к гильзе цилиндра поршень, изготовленный обычно из чугуна. Для удобства сборки внутри контрпоршня нарезается резьба. При перемещении контрпоршня вниз используется винт, называемый винтом контрпоршня. Для предотвращения самоотвинчивания во время работы двигателя винт контрпоршня часто контрится гайкой.
В таблице 3 подробно рассматриваются - двигатели серийные, массовые и специальные советского и зарубежного производства. В следующем параграфе подробно рассматриваются наиболее распространенные из них спортивные двигатели.

19. СПОРТИВНЫЕ МИКРОДВИГАТЕЛИ



Двигатель МК-16 (рис. 32 и 33)
Микродвигатель МК-16 имеет самый малый рабочий объем из серийных отечественных двигателей, составляющий 1,48 см3. Конструкция этого двигателя разработана старейшим советским авиамоделистом, мастером спорта, неоднократным чемпионом СССР В. И. Петуховым. Двигатель МК-16 компрессионный, прост в эксплуатации. Он имеет широкое распространение как среди автомоделистов, так и среди начинающих заниматься авиамодельным спортом. Устанавливают его обычно на кордовые тренировочные, таймерные модели самолетов, а также на кордовые модели-копии самолетов.
Двигатель имеет относительно простую конструкцию. Он состоит из следующих деталей и узлов: картера, носка картера, задней золотниковой крышки, гильзы цилиндра, поршневой группы, контрпоршня, рубашки охлаждения, жиклера, карбюратора, коленчатого вала.







Корпус из алюминиевого сплава АЛ4 отлит в кокиль. На корпусе имеются отверстия для крепления носка двигателя, задней крышки и рубашки охлаждения. Крепление этих деталей осуществляется посредством винтов М 2,5 х 0,35.
Перепускные каналы образуются между стенками картера и гильзой цилиндра. Продувка цилиндра в этом двигателе фонтанного типа.
Задняя золотниковая крышка отлита в кокиль. Материал крышки - алюминиевый сплав АЛ4. В крышке имеется диффузор, в который ввинчивается жиклер. По внутренней торцовой поверхности крышки вращается дисковый золотник, сделанный из текстолита. На последних модификациях двигателя золотник изготавливается из алюминиевого сплава Д16Т. Золотник вращается на стальной оси.
Стальная гильза цилиндра имеет три выпускных и три перепускных окна, выполненных дисковой фрезой. Перепускные окна сделаны под уплотняющим буртиком гильзы. Центрируется гильза в картере по наружному диаметру буртика. Внутренняя поверхность гильзы шлифуется и притирается. Чистота обработки внутренней поверхности 10.
Поршневая группа состоит из поршня, поршневого пальца и шатуна. Поршень сделан из чугуна; днище с целью улучшения продувки выполнено коническим - такая форма увеличивает его жесткость. На поверхности поршня сделаны три смазочные канавки. Перпендикулярно оси поршня имеется отверстие для поршневого пальца. Поршневой палец диаметром 3 мм изготовлен из стали. Сверлений для облегчения не имеет. Штампованный шатун сделан из алюминиевого сплава Д16Т; на его верхней и нижней головках профрезерованы для смазки прорези.
Контрпоршень выполнен из чугуна марки СЧ21 - 40. Днище контрпоршня также сделано коническим. Угол конуса такой же, как и у поршня (5°).
Рубашка охлаждения сделана из алюминиевого сплава Д16Т. Она имеет шесть ребер охлаждения. Крепление ее к картеру осуществляется при помощи трех винтов М2,5, проходящих через ребра охлаждения. Головки винтов упираются в нижнее ребро охлаждения, которое для увеличения жесткости сделано большей ширины (2,5 мм). В головку рубашки охлаждения ввинчивают цанговую резьбовую втулку, называемую футоркой, препятствующую самоотвинчиванию контрпоршня. Винт контрпоршня с резьбой М4 имеет поперечное сверление для запрессовки 2-миллпметровой проволоки.
Стальной коленчатый вал термообработан, диаметр пальца коленчатого вала 3,5 мм.
Жиклер двигателя поворотный. Игла жиклера соединяется с рукояткой пружиной, припаянной к ним, что позволяет не подвергать иглу жиклера чрезмерным изгибающим силам при регулировке двигателя во время его работы.










Двигатель МК-12В (рис. 34 и 35)

Двигатель МК-12В предназначен для широкого круга моделистов. Основные требования к нему: достаточная мощность, хороший запуск. Класс двигателя 2,5 см3 позволяет его применять на большинстве спортивных моделей.
Двигатель МК-12В выпускается промышленностью с 1956 года. В течение ряда лет в его конструкцию вносились изменения, улучшавшие эксплуатационные качества двигателя. Последняя модификация имеет увеличенную поверхность охлаждения цилиндра и более прочный жиклер карбюратора.
Двигатель устанавливают на таймерные, пилотажные, скоростные модели я на модели воздушного боя. Двигатель МК-12В выпускается большими сериями и является самым массовым модельным двигателем в нашей стране. Он имеет фонтанную продувку.
Конструкция двигателя довольно проста и технологична. Картер из алюминиевого сплава ЛЛ2 отлит в кокиль, с последующей механической обработкой. В верхней части картера нарезана резьба М22 х 1, на которую навертывается гильза цилиндра. В передней и задней части имеются посадочные места для установки носка и задней крышки двигателя, закрепляемых посредством четырех винтов М2,5 с каждой стороны. Носок отливается в кокиль из того же сплава, что и картер. В нем монтируют два шарикоподшипника П17 с размерами 7 х 19 х 6мм, на которых устанавливается коленчатый пал. Носок имеет четыре ребра жесткости.
Конструкция коленчатого вала не предусматривает балансировки. На коленчатом валу для установки опорной шайбы сделан конус, что упрощает конструкцию опорной шайбы. Задняя крышка отлита из алюминиевого сплава АЛ2, она является одновременно и частью распределительного устройства впуска рабочей смеси. На ней монтируется жиклер карбюратора и дисковый золотник. Золотник изготовлен из алюминиевого сплава. Он вращается на стальной оси, запрессованной и завальцованной в задней крышке.
Гильза цилиндра сделана из закаленной стали 38Х А, так же как на двигателе МК-16. Гильза имеет буртик, в котором дисковой фрезой (шириной 1,5 мм) профрезерованы три выпускных окна; восемь перепускных каналов расположены по всему периметру гильзы на ее внутренней стороне. Каждый канал представляет собой цилиндрическую поверхность диаметром 5 мм, углубленную в стенку гильзы на 2 мм. Такая конструкция каналов технологична и снижает потерн на трение поршня в нижней части цилиндра (из-за уменьшения поверхности касания).





Поршень - чугунный, притертый к цилиндру. Днище поршня коническое, типичное для двигателя с фонтанной продувкой. Поршневой палец диаметром 4 мм имеет с торцов засверловки. После сборки поршневой группы поршневой палец развальцовывается.
Шатун двигателя круглого сечения, штампованный из алюминиевого сплава Д1Т. В нижней и верхней шейках шатуна имеются отверстия для смазки.
Рубашка охлаждения выполнена из алюминиевого сплава Д16Т с одиннадцатью ребрами охлаждения. Внутри рубашки нарезана резьбаМ20х 1. Рубашку навинчивают на гильзу цилиндра. Поверхность рубашки охлаждения анодирована в красный цвет. В верхней части головки имеется резьба для винта М4 контрпоршня. Там же имеются два отверстия 3,1 мм для монтирования рубашки.

Двигатель МД-2,5 «Метеор» (рис. 36 и 37)

Двигатель МД-2,5 «Метеор» - наиболее распространенный двигатель с калильным зажиганием. Он имеет рабочий объем 2,5 см3 и предназначен для использования на скоростных, таймерных моделях самолетов, моделях воздушного боя, скоростных моделях судов, автомобилей. Двигатель по схеме отличается от ранее рассмотренных. Впуск рабочей смеси осуществляется через коленчатый вал. Продувка двигателя поперечная, что позволяет применить бездефлекторный поршень. Двигатель МД-2,5 имеет значительно меньшую степень сжатия, чем компрессионные двигатели, что уменьшает силы, действующие на кривошипно-шатунный механизм.
Преимуществом двигателей с калильным зажиганием является и то, что обороты двигателя регулируются лишь подачей топлива, а это упрощает его эксплуатацию.
Меньшая степень сжатия требует меньшего момента инерции воздушного винта, что важно при использовании двигателей на скоростных моделях, пилотажных и радиоуправляемых моделях. Картер двигателя МД-2,5 «Метеор» моноблочный, корпус отлит заодно с носком и ребрами охлаждения. Такая сложная отливка получена литьем под давлением. Применение литья под давлением позволяет получить отливки с хорошим внешним видом и с минимальными припусками на механическую обработку. Поверхность картера обрабатывается пескоструйным аппаратом.
Коленчатый вал имеет диаметр 10 мм; выбор большого диаметра связан с тем, что вал не должен быть ослаблен впускным отверстием.
Поскольку двигатель работает на больших оборотах, коленчатый вал сбалансирован. Для увеличения сечения впускное окно выполняется прямоугольной формы. Материал коленчатого вала - термообработанная сталь ЗЗХА.
Основное конструктивное отличие этого двигателя от компрессионного в том, что головка цилиндра выполнена из алюминиевого сплава и в ней установлена калильная свеча. Изменение степени сжатия достигается установкой или снятием прокладок под головкой двигателя. Крепят головку цилиндра четырьмя винтами с резьбой МЗ.



Карбюратор двигателя МД-2,5 «Метеор» имеет существенные отличия от ранее рассмотренных. Диффузор карбюратора устанавливается на двигатель отдельно, что позволяет подобрать при эксплуатации оптимальное проходное сечение. Жиклер также выполнен несколько иначе, чем ранее известные. На регулировочной игле нарезана резьба. Игла контрится гайкой, которую навинчивают на жиклер, имеющий на конце продольную прорезь. Прорезь при навинчивании гайки сужается и жиклер зажимает регулировочную иглу. Эта конструкция жиклера обеспечивает надежное фиксирование иглы на любом режиме работы двигателя.
Картер имеет выпускной патрубок, что позволяет направленно выбрасывать отработавшие газы и упрощает дросселирование двигателя, например на радиоуправляемых моделях.

Двигатель ЦСКАМ-1 (рис. 38 и 39)

Микродвигатель ЦСКАМ-1 разработан к построен в Центральном спортивном клубе авиационного моделизма (ЦСКАМ). Основное назначение этого микродвигателя - установка и эксплуатация на гоночных моделях. Но он может использоваться и на других моделях.
Двигатель ЦСКАМ-1 компрессионный. Применение на гоночных моделях компрессионных двигателей вызвано рядом требований, которые предъявляются к гоночным моделям. Были попытки использовать на гоночных моделях двигатели с калильным зажиганием, которые имеют значительно большую мощность. Но из-за чрезмерного расхода топлива (бак гоночной модели имеет ограниченный объем), приводящего к частым посадкам и дозаправкам, модели с этими двигателями показывали худшие результаты, чем гоночные модели, оснащенные компрессионными двигателями.
Конструкция двигателя аналогична конструкции двигателя МД-2,5 «Метеор». Отличие заключается в следующем. Картер отлит в кокиль. Носок двигателя объемный и крепится четырьмя винтами. Коленчатый вал имеет балансировочные фрезеровки для уменьшения гидравлических потерь.
Впускное распределительное окно коленчатого вала имеет овальную, а не прямоугольную форму, как на двигателе МД-2,5 «Метеор». Такая форма повышает прочность коленчатого вала.
Нагрузка на коленчатый вал у компрессионных двигателей значительно выше, чем у двигателей с калильным зажиганием.
Продувка двигателя такая же, как и у двигателя МД-2,5 «Метеор», но перепускное наклонное окно выполнено без перемычки. Гильза имеет большую длину. Это вызвано тем, что в верхней части размещается контрпоршень. Буртик Гильзы имеет значительную высоту и является посадочным местом для головки двигателя.






Двигатель MVVS-2,5 RL (рис. 40 и 41)

Чехословацкие двигатели марки MVVS давно известны в нашей стране. Одной из наиболее поздних моделей является двигатель MVVS-2,5 RL. Этот двигатель успешно эксплуатируется на самых различных моделях. Особенностью этого двигателя является заднее направление выпуска и применение современной двухканальной продувки. Заднее расположение выпуска позволяет использовать в работе энергию отработавших газов для создания дополнительной тяги. Двигатель MVVS-2,5 RL выпускается в двух вариантах: в калильном (см. рис. 40) и компрессионном (рис. 42).
Впуск рабочей смеси у этих двигателей осуществляется через коленчатый вал. Передний носок имеет большую длину, чем более ранние модели двигателей этой модификации, что позволило упростить капотирование двигателя на модели.
Картер двигателя выполнен из алюминиевого сплава, отлитого в песчаную форму. Такой способ литья позволил создать ребра охлаждения без последующей механической обработки. В передней части картера имеется отверстие для диффузора и два отверстия для центрального и бокового жиклеров. В передней части корпуса картера имеются приливы, которые при соответствующей доработке можно использовать для крепления отъемного носка. У картера имеются лапки для крепления двигателя к модели.
Заднее расположение выпускного окна позволяет довольно просто производить сборку поршневой группы (у двигателя МД-2,5 «Метеор» он значительно сложнее); через выпускное окно поршневой палец с заглушками вставляют в поршень, затем устанавливают гильзу цилиндра. Картер имеет посадочные места для двух подшипников: переднего с размерами 7 х 14 х 5 мм и заднего с размерами 9,5 х 24 х 6 мм. Наружная поверхность картера обработана пескоструйным аппаратом - шероховатая поверхность делает теплообмен более интенсивным.
Коленчатый вал двигателя изготовлен из термообработанной стали высокой твердости. Углы впускного окна для снижения концентрации напряжений скруглены радиусами R = 3,5 мм. Балансировка коленчатого вала обеспечивается двумя радиусными фрезеровками. С целью уменьшения длины коленчатого вала внутри него нарезана резьба М5.
Шатун - из алюминиевого сплава Д16Т с бронзовой втулкой в его нижней головке.
Гильза цилиндра выполнена из закаленной стали. Выпускное окно имеет перемычку, которая фиксирует осевое перемещение поршневого пальца (в направлении выпускного окна). С другой стороны поршневой палец фиксируется перемычкой, образующейся между наклонными перепускными окнами.
Головка цилиндра из алюминиевого сплава Д13Т имеет ребра охлаждения.





Двигатель компрессионного типа имеет некоторые конструктивные отличия, которые заключаются в усилении коленчатого вала, шатуна, поршня, а также несколько измененной конструкции перепускных окон, в наличии контрпоршня и измененной форме головки цилиндра.
Жиклер двигателя этого типа устанавливается в центре диффузора На рисунке 43 приведена внешняя характеристика двигателя MVTS-2,5 RL.



Двигатель МД-5 «Комета» (рис. 44 и 45)

Двигатель МД-5 «Комета» имеет достаточно большой рабочий объем цилиндра - около 5 см3. Это позволяет использовать его для установки на скоростные модели судов и автомобилей, а также на пилотажные и радиоуправляемые модели самолетов.
Картер двигатели МД-5 «Комета» малогабаритный, с отъемным носком. Изготовлен он из алюминиевого сплава АЛ4 литьем под давлением в металлическую пресс-форму. Выпускной патрубок и перепускной канал не требуют механической обработки. Верхняя часть картера имеет ребра, образующие рубашку охлаждения цилиндра.
В отъемном воске картера имеются подшипники коленчатого вала: передний 7 х 19 х 6 мм к задний 12 х 28 х 7 мм. Посадка вала в обоих подшипниках скользящая.
Распределение впуска осуществляется коленчатым валом через впускной патрубок. Коленчатый вал выполнен из стали 38ХА, обладающей высокими механическими свойствами.
Шатун - штампованный из алюминиевого сплава АК6 с последующей механической обработкой. Головки шатуна имеют поперечные прорези шириной 0,8 мм, необходимые для смазки обеих головок.
Особенностью поршня, изготовленного литьем под давлением из алюминиевого сплава АЛ4, является сложная конфигурация дефлектора. Поршень соединен с шатуном при помощи пустотелого пальца плавающего типа, который относительно поршня не фиксируется. На поршне устанавливаются поршневые кольца.
Поршневые кольца изготовлены из высоколегированного чугуна марки ХНВ. Незначительная ширина продувочных и выпускных окон и малый зазор в замках колеи позволяет применять поршневые кольца плавающего типа.
Гильза двигателя имеет высокую чистоту обработки зеркала (У 10). Головка двигателя, закрывающая гильзу сверху, имеет ребра; внутренняя конфигурация головки соответствует конфигурации дефлектора поршня. Резьбовое отверстие под калильную свечу расположено эксцентрично и находится над дефлектором поршня. Крепится головка к картеру шестью винтами.
Стержень сжатия двигателя регулируют шайбами из алюминиевой фольги разной толщины. Шайбы ставят между головками и буртиком гильзы, которая находится в строго определенном положении относительно выпускных и продувочных окон двигателя.
Карбюратор состоит из диффузора, жиклера и иглы. Диффузор сменный. Отверстие жиклера диаметром 1 мм перекрывается иглой. Специальной фиксации иглы относительно жиклера у двигателя нет.





Двигатель «Полет» (рис. 46 и 47)

Двигатель «Полет» имеет рабочий объем цилиндра больший, чем двигатель МД-5 «Комета», и составляет 5,6 см3. Он устанавливается на пилотажные модели самолетов. Кроме того, двигатель используется на моделях-копиях самолетов и на радиоуправляемых моделях. В последнем случае двигатель должен быть дополнительно оборудован приспособлениями, которые позволяют регулировать мощность. К ним относятся: дроссельная заслонка, устанавливаемая на выпускном окне, и дополнительный карбюратор.
Хорошие пусковые качества двигателя обеспечиваются высокой компрессией. Использование подшипников скольжений на валу позволяет снизить массу двигателя и одновременно уменьшить объем картерного пространства.
Диаметр диффузора имеет относительно малый размер и обеспечивает качественное приготовление смеси, что важно для устойчивой работы двигателя на различных режимах.




Коленчатый вал является одновременно распределительным элементом. Впускное окно имеет прямоугольную форму.

Двигатель МАИ-10 (рис. 48 и 49)

Двигатель МАИ-10 предназначен для установки на кордовую скоростную модель. Двигатель экспонировался на ВДНХ, где отмечен серебряной медалью. Он разработан, спроектирован, построен и испытан в студенческом конструкторском бюро факультета № 2 (СКБ-2) МАИ. Его эксплуатация возможна как на авиационных, так и на морских скоростных моделях и на моделях автомобилей. Как все двигатели большого рабочего объема двигатель МАИ-10 имеет калильное зажигание.
Картер из алюминиевого сплава АЛ5 отлит в земляную форму с последующей термической обработкой. Он моноблочного типа. К задней его части четырьмя винтами МЗ х 0,5 прикреплена золотниковая крышка. Для сборки поршневой группы в картере сделано отверстие. В носке картера запрессованы два шариковых подшипника размерами 10 х 22 х 6 мм, на которые устанавливается коленчатый вал.
Коленчатый вал изготовлен из хромоникелевой стали 18ХНВА. Поверхность коленчатого вала цементируется на глубину 0.4 мм и затем термообрабатывается до твердости HRC - 56-60.
В гильзе имеются выпускные и перепускные окна. Они имеют перемычки, которые при необходимости позволяют использовать поршень, снабженный поршневыми кольцами.
Конструкция поршня имеет свои особенности: днище его сделано из чугуна марки СЧ21-40, стакан из дюралюминия AK4-1. Поршень притерт к гильзе с зазором 4-7 мкм. В стакане поршни сделаны отверстия для поршневого пальца и кольцевые проточки для фиксирующих замков и предохранения пальца от осевого перемещения. Стакан соединен с днищем развальцовкой.
Поршневой палец пустотелый, изготовлен из термообработанной И цементированной стали 18ХНВА. От продольного перемещения он фиксируется стопорными упругими замками.
Головка двигателя устанавливается в гильзе цилиндра с уплотнительной алюминиевой прокладкой и крепится к корпусу восемью винтами МЗ х 0,5.
Задняя крышка является частью золотникового впуска. Дисковый текстолитовый золотник распределяет впуск рабочей смеси. Золотник вращается на стальной оси. Крышка имеет сменные втулки для регулирования смесеобразования при различных условиях работы двигателя. На диффузоре снизу установлен жиклер.
Зажигание обеспечивается калильной свечой от источника питания постоянного тока напряжением 1,5 в.





Двигатель МАИ-25 (рис. 50 и 51)

Двигатель МАИ-25 предназначен для эксплуатации на сравнительно тяжелых моделях летательных аппаратов и на спортивных моделях судов. Рабочий о&ьем его цилиндров до 30 см3 (рис. 51).
Двигатель имеет одноканальную продувку. На двигателе предусмотрена установка глушителя и дросселя газа.
Картер двигателя - наиболее сложная его деталь; отлита точным литьем на алюминиевого сплава АЛ5 с последующей термической обработкой. Для уменьшения массы картер выполнен моноблочным. К задней части его четырьмя винтами М4 х 0,7 крепится золотниковый распределительный узел. В картер запрессованы два шариковых подшипника с размерами 12 х 28 х 7 мм и 15 х 35 х 11 мм, на которые устанавливается коленчатый вал.
Кривошипно-шатунный механизм состоит из коленчатого вала и шатуна. Коленчатый вал изготовлен из стали 18ХНВА, цементирован и термообработан. Шатун выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава В95.
Гильза цилиндра поршневой группы изготовлена из стали ШХ15, термообработанной до твердости HRC = 56-60. В ней имеются выпускные и перепускные окна с перемычками. Поршень изготовлен из чугуна марки СЧ21-40 и притерт к гильзе цилиндра с зазором около 6-10 мкм. В поршне сделаны отверстия для поршневого пальца и кольцевые проточки для фиксирующих замков поршневого пальца. Поршневой палец пустотелый, изготовлен из термообработанной стали 18ХНВА.




Система зажигания состоит из калильной свечи и источника постоянного тока с напряжением 1,6 в. Калильная свеча разборная, корпус свечи стальной. В качестве изолятора использован паронит. Спираль свечи изготовлена из платино-родиевой проволоки, диаметром 0,3 мм.

20. 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.

Миниатюрный турбореактивный двигатель

До последнего времени о миниатюрных турбореактивных двигателях сведений не было. В чехословацком журнале «Моделярж» № 1 за 1965 год появилось сообщение о том, что американская фирма «Турбокрафт Инженеринг корпорэйшн» в штате Северная Каролина создала миниатюрный турбореактивный двигатель «Turbokraft» U/22 (рис. 66).
Длина двигателя составляет 300 мм, диаметр 70 мм. Сгорание рабочей смеси происходит в восьми отдельных камерах сгорания, в каждой из которых установлена калильная свеча. Ротор имеет одноступенчатую осевую турбину и одну ступень центробежного компрессора.
Смазка подшипников, работающих при высокой скорости, временно осуществляется добавлением в топливо нескольких процентов масла.
Топливо распыляется воздухом перед входом в компрессор. Для снижения температуры в камере сгорания подается избыток спиртовой смеси, которая при испарении отбирает часть тепла и снижает температуру газов, поступающих на турбину.
Сухая масса двигателя - 0,625 кг. Статическая тяга этого двигателя составляет 3,6 дан. При включении форсажной камеры сгорания его тяга па стенде составляет 4,5 дан. Удельная масса двигателя «Turbokraft» U/22 - 0,174 кг/дан при форсаже - 0,139 кг/дан
Запуск двигателя осуществляют электростартером, который раскручивает ротор двигателя до 10 000 об/мин. Далее ротор вращается со скоростью до 32 000 об/мин. Работает двигатель на спиртовой смеси. Минимальные обороты составляют 9750 об/мин. При 9000 об/мин двигатель глохнет.
Температура на выходе из сопла составляет 540 ºС.
На форсажном режиме двигатель запускается при 10 000 об/мин; максимальные обороты на этом режиме составляют 48000 об/мин. Обороты холостого хода - 9000 об/мин. Двигатель останавливается при 8260 об/мин. Расход топлива- 150 г/мин.

Глаза VI

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ФОРСИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ


Выпускаемые промышленностью двигатели, в силу того что они изготавливаются в больших количествах, не отвечают требованиям, предъявляемым к двигателям, используемым для достижения наивысших результатов. Как правило, серийный двигатель - это технологичный двигатель, изготовление которого не вызывает особых трудностей в условиях завода. Этот двигатель собирается из взаимозаменяемых деталей, и индивидуальная подгонка деталей
здесь отсутствует. Однако серийный двигатель изготавливается с достаточно большим запасом прочности в может быть доработан или форсирован для получения максимальной мощности, правда, в ущерб его долговечности.



Форсирование двигателя - это доработка его отдельных деталей н узлов, их тщательная индивидуальная пригонка, направленная на обеспечение стабильной работы и на получение максимальной мощности. Форсирование двигателя производится в нескольких направлениях:
- облегчение шатунно-поршневой группы,
- уменьшение гидравлических потерь по пути рабочей смеси,
- выбор оптимальной степени сжатия,
- корректировка диаграммы фаз газораспределения,
- использование резонансных явлений на выпуске,
- снижение механических потерь на трение,
- использование высокоэффективных топливных смесей и др.
Рассмотрим некоторые из них.

23. ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ

Мощность двигателя и его экономичность во многом зависят от степени сжатия. Чем больше степень сжатия, тем больше мощность. Возрастание мощности происходит за счет повышения температуры рабочей снеси в конце такта сжатия, а также за счет повышения давления. Степень сжатия определяется по формуле:



Степень сжатия калильных двигателей колеблется в пределах 8-10, компрессионных-12-20.
Регулирование степени сжатия компрессионных двигателей затруднений не вызывает, ввиду того что изменение степени сжатия происходит с помощью контрпоршня и регулировочного винта. С калильными двигателями все обстоит намного сложнее из-за неудобства регулирования. Выбор степени сжатия двигателя зависит от нескольких факторов, таких, например, как влажность воздуха. Очень часто отрегулированный и испытанный двигатель «не хочет» работать в условиях другого города, местности. Поэтому для калильных двигателей очень важно подобрать такую степень сжатия, которая позволила бы двигателю работать без преждевременной вспышки. Для подбора степени сжатия калильного двигателя необходимо иметь комплект прокладок из алюминиевой или медной фольги толщиной 0,1; 0,15; 0,2 мм.
Степень сжатия подбирается конкретно для каждого двигателя при условиях, близких к соревнованиям с учетом применяемого топлива путем изменения количества прокладок.
Подбор производится опытным путем. Мощность двигателя определяется по внешним характеристикам, построенным на основании работы двигателя с различными степенями сжатия. Отсюда выбирается оптимальная, т. е. наилучшая, степень сжатия для данного двигателя. Головка калильного двигателя с регулировочными прокладками представлена на рисунке 67. Некоторые погрешности при подборе степени сжатия двигателей могут быть компенсированы применением в составе топливной смеси нитрометана. Такая топливная смесь требует для своего воспламенения меньшую степень сжатия.

24. ВЛИЯНИЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПА МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

Выбор оптимальных величин фаз газораспределения имеет большое значение, так как от этого зависят обороты двигателя, расход топлива, пусковые качества и, самое главное, мощность двигателя.
Влияние газораспределения на мощность двигателя рассмотрим на примере экспериментального двигателя, выполненного на базе серийного двигателя МД-2,5 «Метеор».
Двигатель имеет поперечную продувку, и его особенностью является равная по величине продолжительность выпуска и перепуска (МОС поворота коленчатого вала). Конструкция двигателя позволяет изменить продолжительность выпуска и перепуска и начало впуска рабочей смеси, определяемое углом ПКВ (поворот коленчатого вала).
Протекание процесса газораспределения при этой продувке можно представить следующим образом: в момент открытия выпускных и перепускных окон давление газов в цилиндре составляет примерно 4 ата, а давление рабочей смеси в картере двигателя около 1,3 ата, поэтому в начальный момент отработавшие газы устремляются как в выпускные, так и в перепускные окна. Давление в цилиндре быстро падает, начинается интенсивная продувка цилиндра сначала отработавшими газами, а затем свежей рабочей смесью.




В результате проведения экспериментальных работ было установлено, что влияние начала впуска рабочей СМРСИ на мощность двигателя несущественно. Результаты испытаний приведены на графике (рис. 68), где по оси абсцисс отложены углы начала впуска рабочей смеси (в углах поворота коленчатого вала), а по оси ординат мощность двигателя в л.с. Из графика видно, что максимальная мощность достигается в том случае, когда угол начала впуска составляет 30º относительно нижней мертвой точки двигателя.
Влияние фаз газораспределения выпуска, продувки и перепуска на мощность двигателя производилось увеличением высоты выпускного окна, а также установкой прокладок между буртиком гильзы и картером при сохранении неизменной степени сжатия. Степень сжатия можно сохранить, если из-под головки двигателя убрать прокладку, равную по толщине прокладке, установленной под буртиком гильзы.
На графике зависимости мощности двигателя от продолжительности фаз выпуска при постоянстве фаз перепуска (138º) видно, что мощность существенно изменяется при незначительном изменении фаз выпуска (рис. 69). Значительное снижение мощности имеет место в том случае, когда фаза выпуска становится меньше фазы перепуска. Это объясняется попаданием большого количества отработавших газов в картер двигателя при открытии перепускных и еще закрытых выпускных окон.




На рисунке 70 представлен график зависимости мощности двигателя от совместного изменения продолжительности фаз выпуска и перепуска. Из этого графика следует, что незначительное изменение фаз выпуска и перепуска существенно влияют на изменение
мощности двигателя, при этом оптимальные углы совместной продолжительности фаз выпуска и перепуска находятся в пределах 142 - 145° поворота коленчатого вала (по выпуску).

25. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПА ВЫПУСКЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ

В последние годы среди моделистов получила распространение модернизация старых модельных двигателей или изготовление новых с применением так называемых резонансных труб (рис. 71). Резонансная выпускная труба представляет разновидность выпускной трубы с переменным сечением по длине. Резонансное явление сводится к следующему: при работе обычного двухтактного двигателя отработавшие газы через выпускное окно устремляются в атмосферу. Если установить на выпускном окне двигателя трубу веретенообразной формы, то при выпуске внутри нее образуются волны, которые изменяют давление и движение газов в цилиндре. Там, где сечение уменьшено, волны, отразившись от стенок трубы, возвращаются к выпускному окну двигателя. Часть рабочей смеси, вышедшей из цилиндра в результате продувки, под действием давления, образовавшегося внутри резонансной трубы, возвращается обратно в цилиндр двигателя, увеличивая плотность рабочей смеси. В случае если колебание давления соответствует частоте выпусков, то возникнет явление резонанса. Это явление способствует повышению мощности двигателя и его экономичности. Экономичность двигателя повышается примерно на 10%.
Модель с резонансной выпускной трубой представлена на рисунке 72. Изготовление такой трубы трудоемко, и положительные результаты могут быть достигнуты только после длительных опытных работ. Резонансные выпускные трубы устанавливают на скоростные авиационные модели, а также на авто- и судомодели.
Эксплуатации двигателей с резонансной трубой сложнее эксплуатации двигателей обычного типа и требует от спортсменов высокой квалификации.

26. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПЛАВОВ

Форсирование, или доводка двигателя, заключается не только в доработке имеющегося двигателя, но и часто в изготовлении новых деталей. Изготовление же новых деталей требует знания характеристики материала и его особенностей. Ниже приводится перечень материалов, рекомендуемых для изготовления отдельных деталей двигателя.




Высокопрочный сплав В95. Сплав хорошо обрабатывается резанием. Детали из этого сплава должны иметь форму, обеспечивающую минимальную концентрацию напряжений, т. е. большую плавность всех переходов. Сплав применяется чаще всего для изготовления шатунов двигателей. Сплав может быть термообработан для получения повышенных механических свойств. Термообработка - закалка при t = 465-475ºС с последующим охлаждением в воде. Плотность сплава В95- 2,85 г/см3. Деталь, выполненная из термообработанной заготовки, может иметь чистоту поверхности 8, 9.
Механические свойства сплава: предел прочности при растяжении σ = 56 * 107 н/м2 = 56 кгс/мм2;относительное удлинение δ в % = 10; твердость (по Бринелю) НВ - 150.
Бериллиевые бронзы. Бывают марок БрБ2; БрБНТ1,9; БрБНТ1,7 и др. Обладают антифрикционными свойствами, хорошо свариваются, паяются и удовлетворительно обрабатываются резанием. После закалки в воде при нагревании до t = 760±10ºC бронза БрБ2 становится очень пластичной. Бериллиевая бронза используется для изготовления подшипников скольжения, коленчатого вала и шатуна.
Бериллиевая бронза имеет более низкие антифрикционные свойства, чем фосфористые бронзы, но она обладает другим положительным свойством - имеет высокую стойкость к истиранию.
Титановые сплавы. Наиболее широкое распространение в промышленности получили титановые сплавы марок ВТЗ; ВТ6; ВТ8. Характерным для них являются сочетания малой плотности (4,507 г/см3) с высокой прочностью и отличной антикоррозийной стойкостью во многих агрессивных средах. Недостатком титана является низкая теплопроводность. Для избежания концентрации напряжений и последующей поломки деталей, выполненных из титановых сплавов, необходимо предусмотреть плавные переходы при сопряжении различных поверхностен.
Для деталей, изготовленных из перечисленных сплавов, предусматривается термическая обработка в виде отжига при t = 750°С и охлаждения на воздухе (ВТЗ) или закалки при t = 880°С с последующим старением при t = 480÷500°C (BT6, ВТ8). Но даже не термообработанная деталь обладает высокой прочностью.
В таблице 4 показаны свойства титановых сплавов (в отожженном состоянии, при 20ºС).



Эти сплавы используют при изготовлении шатунов двигателей. При использовании титана в качестве конструкционного материала для шатуна необходимо в нижней и верхней головках шатуна установить бронзовые втулки, так как титан имеет плохие антифрикционные свойства.
Высокопрочный чугун марки МН. Чугун марки МН является разновидностью высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и в промышленности используется как конструкционный материал, служащий для изготовления поршней. Отливки из указанной марки чугуна должны пройти процесс естественного пли искусственного старения.
Предел прочности при растяжении: σ = 50 * 107 н/м2 = 50 кгс/мм2; относительное удлинение δ в % = 2; твердость (по Бринелю) НВ - 170÷320.

27. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ДОРАБОТКИ

Двигатель МД-5 «Комета»


Технологические и конструктивные доработки рассмотрим на примере доработки двигателя МД-5 «Комета». Он выпускается крупными сериями и является многоцелевым, т. е. приспособленным к установке на модели различных классов. Чтобы упростить технологию изготовления двигателя и снизить стоимость его производства, допускают отступления от доведенного индивидуальной подгонкой опытного образца. Эксплуатация серийного двигателя рассчитана на моделистов невысокой квалификации. За счет снижения мощности по сравнению с возможностями, заложенными в конструкции, добились улучшения пусковых качеств и долговечности его. Все это при желании позволяет моделисту дорабатывать серийный двигатель, опираясь на его возможности, так, чтоб» эго характеристики наиболее удачно подходили к выбранному спортсменом классу модели. Чаще всего спортсменов интересуют возможности увеличения мощности, их двигателя. Поэтому ниже приведен ряд проверенных практикой доработок, которые при их тщательном выполнении заметно повышают мощность серийного двигателя.
Для доработки двигатель разбирают и каждую деталь в отдельности осматривают. Зятем проверяют соответствие действительных фаз газораспределения приведенным в паспорте двигателя. Делается это так: на вал двигателя укрепляют градуированный диск с ценой деления одни градус; при этом нулевое деление диска совмещается с вертикальной осью поршня, находящегося в нижней мертвой точке. Вынимают из всасывающего патрубка двигателя диффузор и жиклер, чтобы лучше видеть окно вала. Затем начинают поворачивать вал по направлению его вращения, наблюдая за ним через патрубок. В момент, когда передняя (по направлению вращения) кромка окна вала совместится с правой - если смотреть с носка вала - кромкой всасывающего патрубка (рис. 73), на градуированном диске отмечают деление, совпадающее с вертикальной осью двигателя. На листе бумаги проводят окружность. От вертикальной оси в нижнем секторе окружности, по направлению вращения двигателя, откладывают отмеченный угол. Это будет началом фазы впуска.




Далее, поворачивая вал, совмещают заднюю (по направлению вращения) кромку окна вала с левой кромкой впускного патрубка и откладывают соответствующий угол по окружности – это будет концом фазы впуска. Аналогичным образом определяют фазы продувки и выпуска и наносят их на диаграмму. Для этого, начиная от верхней мертвой точки, вал поворачивают по направлению вращения до совмещения верхней кромки поршня с верхними кромками соответственно выпускных (рис.74), а потом продувочных окон. Это будет началом фаз выпуска и продувки. Поворачивая вал далее, замечают углы, соответствующие, совмещению верхней кромки поршня с верхними кромками соответственно продувочных, а потом выпускных окон уже при движении поршня к верхней мертвой точке. Это будет окончанием фаз продувки и выпуска. Так как движение начинается с верхней мертвой точки, то и углы фаз выпуска и продувки нужно откладывать от вертикали в верхней части диаграммы, по направлению вращения. Сравнивая полученную диаграмму с указанной в паспорте двигателя, можно сказать, насколько необходимо исправлять существующие фазы двигателя. Фазы впуска, продувки и выпуска двигателя исправляют изменением площади распределительного окна коленчатого вала, для чего необходимо острые кромки окна распилить, как указано на рисунке 75;
изменением положения гильзы, т, е. ее выпускных и продувочных окон относительно картера, что осуществляется за счет уменьшения толщины буртика гильзы или прокладок, устанавливаемых под буртик гильзы.



Изменение или уточнение диаграммы фаз газораспределения не исчерпывает возможностей доводки двигателя, поэтому остальные мероприятия по доводке можно свести к следующим направлениям:
- доработке и облегчению деталей двигателя и повышению частоты обработанных поверхностей;
- уменьшению объема картера;
- подбору оптимальной степени сжатия для данного двигателя;
- выбору калильных свечей (для двигателей калильного зажигания);
- выбору воздушного винта (маховика) для доработанного двигателя;
- подбору топливной смеси и др,
Форсирование двигателя может быть оправдано только в том случае, когда двигатель готовится к ответственным (рекордным) запускам, так как различного рода доработки существенно снижают ресурс двигателя.
Доработка гильзы двигателя заключается в том, что острые углы прямоугольных окон скругляются круглым надфилем, после чего увеличивается высота окон. Высоту окон не следует изменять более чем на 0,7 мм. Изменение высоты окон даже на эту величину изменяет диаграмму фаз двигателя, поэтому после окончательной доработки всех необходимых деталей фазы двигателя обязательно проверяются. Форма доработанного окна гильзы показана на рисунке 76.



Измененная форма окон улучшает течение рабочей смеси и уменьшает возможность зацепления гильзы замком поршневых колец при работе двигателя. Несмотря на то, что замки поршневых колец при сборке устанавливают напротив перемычек между перепускными и продувочными окнами, не исключена возможность поворота замков, так как относительно поршня кольца не зафиксированы. Правильное расположение замков представлено на рисунке 77, Для увеличения ресурса - времени работы двигателя гильзу внутри рекомендуется хромировать. Если между гильзой и картером существует большой зазор, что чувствуется при разборке двигателя, то его можно легко устранить с помощью наружного хромирования гильзы. Доработка такой важной детали, как поршень, очень трудоемка и требует большого внимания и осторожности. Прежде чем приступить к доработке поршня, нужно ознакомиться с его конструктивными особенностями. Изготовленный из алюминиевого сплава АЛ5 поршень не должен подвергаться ударам и деформациям. Доводка поршня сводится к полировке дефлектора весьма сложной конфигурации и облегчению за счет внутренней расточки. Полировка дефлектора осуществляется несколькими видами наждачной бумаги, после чего деталь промывают в бензине. Верхняя кромка поршня должна быть сохранена острой без завалов и забоин. При доработке поршня двигателя нельзя нарушать его геометрических форм; овальность, огранка могут сделать двигатель неработоспособным, так как он потеряет компрессию. Наличие же поршневых колец этих дефектов не устраняет. Облегченный поршень представлен на рисунке 78.



Поршневой палец двигателя пустотелый. Чтобы исключить повреждение поверхности гильзы поршневым пальцем, из него следует с двух сторон установить дюралюминиевые или латунные заглушки. Установка их влечет за собой необходимость уменьшения общей длины пальца до 15,5 мм. Конструкция и размеры заглушек представлены на рисунке 79.
Шатун двигателя массивен и обладает большим запасом прочности. Материал шатуна - алюминиевый сплав АК6. При облегчения шатуну лучше всего придать овальную форму или выбрать излишен металла пальцевой фрезой, как показано на рисунке 80. После этого наружную поверхность шатуна необходимо отполировать. Переход головки шатуна к стержню должен быть плавным. Незначительная подрезка стержня может привести к поломке шатуна.