ДВУХТАКТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ В АВИАЦИИ

Генеральный директор ООО “Мотив”

Совсем недавно, когда заходила речь о двухтактных двигателях, перед мысленным взором возникал какой-нибудь мотоцикл, с треском проезжающий по пыльной дороге. Ныне это может быть современная чудо-машина на двух колесах, или глиссер с подвесным мотором, или эффектный гидроцикл. Поднялись эти двигатели и в небо. Но вот вопрос: обладают ли мотоциклетные, по сути, моторы такими свойствами, которые позволили бы ставить их на пилотируемые летательные аппараты?

На этот теоретический вопрос уже готов практический ответ. Благодаря энтузиастам-дельтапланеристам в конце 70-х гг. двухтактные "гадкие утята", преодолев невероятные препятствия, проложили себе путь в небо.

Основные технические характеристики авиационных "двухтактников" сегодня не очень сильно отличаются от их мотоциклетных родственников. К достоинствам двухтактных моторов по сравнению с четырехтактными можно отнести:

— меньшую удельную массу;
— невысокую стоимость;
— малые габариты;
— простоту обслуживания.

Недостатками "двухтактников" являются: большой удельный расход топлива, незначительный ресурс и меньшая надежность.

Нормы летной годности допускают применение двухтактных двигателей на пилотируемых летательных аппаратах (ЛА). По мнению специалистов, двухтактные двигатели целесообразно применять, например, на мотодельтапланах и ультралегких самолетах с маломощной силовой установкой (до 80 л.с.) и небольшим временем полета (до 2 часов). Считается желательным, чтобы такой ЛА мог планировать и осуществлять безопасную посадку с выключенным мотором. Вместе с тем, известны случаи установки двухтактных двигателей на таких "энергетически нагруженных" объектах, какими являются пилотируемые вертолеты.

Современные авиационные двухтактники имеют от 2 до 8 цилиндров, расположенных в один ряд или напротив друг друга (оппозитно), реже в виде звезды (3- или 4-цилиндровые). Большинство из них имеют кривошипно-камерную продувку. Схема продувки цилиндра, как правило, петлевая многоканальная. Система охлаждения двигателя — принудительная воздушная или жидкостная.

В качестве топлива чаще всего используются высокооктановые автомобильные бензины. Система смазки — совмещенная, т. е. все трущиеся элементы смазываются топливомасляной смесью, в которой специальное масло содержится в пропорции 1:40. Этот "древний" способ смазки имеет серьезные преимущества. В частности, он позволяет двигателю работать длительное время в любом положении. Топливная система включает насос мембранного типа, фильтр и карбюратор. На входном патрубке карбюратора устанавливают воздушный фильтр. Карбюраторы поплавкового типа с цилиндрическим дросселем постепенно вытесняются беспоплавковыми, позволяющими двигателю работать в перевернутом полете. Мотор может быть снабжен несколькими карбюраторами. Системы непосредственного впрыска топлива обычно не применяются из-за своей сложности и специфики рабочего процесса в двухтактном двигателе.

Запуск осуществляется вручную или электростартером. Система зажигания, как правило, дублируется для повышения надежности. В частности, на каждый цилиндр устанавливается по две свечи зажигания. Это одновременно улучшает и процесс сгорания топлива. Источником электропитания служит небольшой генератор, совмещенный конструктивно с магнето.

Двигатель крепится к мотораме на специальных амортизаторах, снижающих уровень вибраций. Дроссельная заслонка карбюратора управляется при помощи троса-боудена. Установленный на ЛА мотор оснащается следующими агрегатами: воздушным винтом, редуктором, демпфером, резонансной системой выхлопа и шумоглушения. Обычно используются двух- или трехлопастные винты постоянного шага, выполненные из дерева или современных композиционных материалов. Правильный подбор винта для конкретной силовой установки является очень важной задачей. Учитывая существенную неравномерность вращения вала двигателя, в особенности на малых оборотах, для снижения нагрузок на детали редуктора и мотора все чаще применяются демпферы крутильных колебаний. Как правило, передаточные отношения редукторов составляют от 1/2 до 1/4. Резонансная труба необходима не только для снижения шума, но и для организации рабочего процесса в двигателе. Настроенная выхлопная система, хотя и выглядит довольно громоздко, способствует повышению мощности современных "двухтактников" на 40 %.

Технологические решения при производстве авиационных двухтактных моторов аналогичны используемым для "наземных" двигателей, однако существенно усилены все виды контроля и признана обязательной "настройка" каждого образца при обкатке и испытаниях. Для двигателей воздушного охлаждения широкое распространение получили безгильзовые цилиндры с хромированными, никосиловыми и многослойными металлокерамическими покрытиями. Чем больше рабочий объем цилиндра, тем сложнее добиться высокого качества и стойкости покрытий. Между тем, их износ определяет ресурс двигателя, который пока относительно невелик и составляет 50...300 моточасов. Коленчатые валы изготавливаются неразборными с использованием запрессованных элементов. Особое внимание обращается на качество сборки подшипников нижней головки шатуна. Чаще всего здесь применяются игольчатые подшипники.

Сегодня разнообразные двухтактные двигатели выпускаются ведущими зарубежными фирмами. Авиационные варианты моторов дополняют номенклатуру их "земных" собратьев, существенно увеличивая бюджеты предприятий-изготовителей. Спрос на такие двигатели за рубежом довольно стабилен.

Несколько лет назад австралийская фирма "Орбитал" заявила, что ей удалось осуществить давнюю мечту мотористов: создать двухтактный двигатель, способный конкурировать по расходу топлива с четырехтактным. Он имеет оригинальную систему впрыска топлива, подаваемого непосредственно в цилиндр вместе со струей воздуха. Дозировкой топлива и воздуха управляет компьютер. На основе технических решений, разработанных этой фирмой, серийно выпускаются автомобильный трехцилиндровый двигатель и шестицилиндровый подвесной лодочный мотор. Говорить о широком внедрении этих двигателей пока рано, однако они имеют неплохие перспективы.

Таким образом, "двухтактникам" удалось потеснить другие виды маломощных двигателей на "авиационном поле". Постепенно эта зона расширяется, в первую очередь за счет "четырехтактников" в нижней части мощностного ряда. Если будут найдены новые решения, улучшающие продувку и уменьшающие расход топлива при сохранении конструктивной простоты, то зона применения двухтактных моторов резко возрастет. Наша промышленность совершенно не осваивает этот рынок, хотя богатые зарубежные конкуренты не брезгуют "мелочевкой" и относятся к авиационным "двухтактникам" очень серьезно. Быть может, стоит все же составить им конкуренцию — ведь технологические возможности у нас есть, а денег нужно не так уж много?

Digest

TWO-STROKE ENGINES IN AVIATION INDUSTRY

Owing to enthusiasts — deltaplane builders in the early 70s, two-stroke engines, by overcoming mistrust, found a way to the sky. The advantages of two-stroke engines could be attributed to small specific weight, low cost, small dimensions and easy-maintenance. "Two-strokers" have won the field from "four-strokers" in aviation industry. Step-by-step this field will expand, displacing four-stroke engines from low-power positions. Foreign market of two-stroke engines is rather stable, they are produced by leading companies, while the domestic market is still under formation.