Актуальная тема

Судя по тому, что пытаются предложить на рынок малой авиации разработчики новой техники, нетрудно вообразить такой монолог конструктора: "Двигатели - газотурбинные и поршневые, поршневые и газотурбинные, неужели больше ничего нет? Что-нибудь новенькое, свеженькое, наука-то вперед ушла, а мы все летаем на каком-то старье. Давайте поищем, журнальчики технические полистаем, книжки умные, учебники есть, наконец. Что-нибудь да найдем, а то и сами придумаем: и чтобы вес был маленький (авиация все-таки), и чтобы топлива лишнего не ел (экономика должна быть на высоте), и чтобы изготавливался за одну операцию - хлоп - и готово". Такие настроения, похоже, вполне характерны для отечественных двигателистов. Моторов для авиации общего назначения (АОН) своих нет, а импортные - не по карману участникам нашего рынка. Ситуация усугубляется тем, что настоящая научная школа по малоразмерным двигателям внутреннего сгорания (ДВС) традиционной схемы у нас, к сожалению, уже утрачена.

Вот и растут как грибы после дождя в этом, теперь чистом поле "суперновые" экзотические проекты. Но ведь на самом деле многие из новомодных идей вовсе не новы и лишь подтверждают старую истину "все новое - хорошо забытое старое". Памятуя об этом, попытаемся быстренько пробежаться по наиболее интересным схемам, останавливаясь лишь на наиболее "продвинутых", а также на тех, которые, по нашему мнению, все-таки содержат рациональное зерно. Мы намеренно не будем останавливаться на конкретных разработках, дабы анализировать только общие тенденции.

Дизель - самый экономичный ДВС

Наземные транспортные средства привычно оснащаются современными быстроходными дизельными двигателями, которые на легковых автомобилях успешно конкурируют с бензиновыми моторами, а на грузовиках практически полностью вытеснили последние. Объяснить это нетрудно - повышенная степень сжатия обеспечивает более высокий КПД со всеми вытекающими последствиями, включая малый расход топлива, стоимость которого существенно ниже, чем у высокооктановых бензинов. Технический уровень современных дизельных моторов обеспечивает им очень большой ресурс, а значит и низкую стоимость перевозок, небольшие затраты на техническое обслуживание и ремонт.

В Германии и Советском Союзе в тридцатые-сороковые годы авиационные дизели специальной конструкции выпускались серийно и были доведены до стадии летной эксплуатации. Столкнувшись с рядом проблем, важнейшей из которых оказалась недостаточная надежность двигателей, авиаторы отступили. Известны попытки создания дизеля на базе классического бензинового авиадвигателя. Кроме того, разрабатывался опытный дизель со звездообразным расположением цилиндров, однако неизвестно, по каким причинам его доводка была прекращена.

Преимущества дизельного двигателя становятся более явными с увеличением дальности полета, но удастся ли дизелю потеснить бензиновые моторы в классе мощности до 400 л.с.? По крайней мере, поиск новых решений здесь возможен. Такие попытки делаются и в России, и за рубежом, однако в настоящее время авиадизели серийно не выпускаются. Стоит обратить внимание на то, что дизельные силовые установки могут оказаться весьма подходящими для дирижаблей, термопланов и других видов аэростатических ЛА.

"Ванкель" - он же РПД

ДВС без поршня, шатуна, пальцев - давно уже реальность. Почти треугольный в плане ротор, совершая сложное вращательное движение внутри статора, сечение которого, так называемая эпитрохоида, обеспечивает изменение объема в зазоре, позволяющее организовать почти нормальный четырехтактный рабочий цикл. Отсутствие возвратно-поступательного движения - основное преимущество этого двигателя. Эта схема у нас (и только у нас!) называется роторно-поршневой, несмотря на то, что поршня-то здесь как раз и нет. По всей видимости, это название возникло в те времена, когда не желали особенно вспоминать фамилию автора: ведь он же иностранец. РПД могут иметь одну, две или три секции. Ну, а недостатки? Их, конечно, тоже хватает: это неоптимальная форма камеры сгорания, сложная проблема уплотнений - торцевых и радиальных, неудобство смазки. По ресурсу и надежности современные "Ванкели", тем более - авиационные, пока уступают классическим "поршневикам".

Известны случаи экспериментальных полетов на самолетах с РПД, однако, на наш взгляд, пока их рационально применять на беспилотных ЛА или на пилотируемых ультралайтах, для которых характерны небольшая продолжительность полета и относительно малый общий ресурс (например, ЛА для одноразового применения). В этом случае использование воздушного охлаждения и открытой системы смазки (топливо плюс масло) обеспечивает простоту конструкции и достаточную степень надежности. Создание авиационных двигателей РПД вполне реально, но им надо подыскать оптимальные сферы применения.

"Бесшатунник" Баландина
Если мы не можем избавиться от возвратно-поступательного движения, то можно попробовать устранить хотя бы боковые силы, возникающие в кривошипно-шатунном механизме, ликвидировать недостатки, связанные с перекладкой поршня в мертвых точках, то есть попытаться по возможности оставить только линейные перемещения поршня. Один из наиболее рациональных вариантов решения этой задачи предложил инженер Баландин.

В результате были получены очень хорошие условия для работы поршня, резко увеличился ресурс пары трения "поршневое кольцо - гильза цилиндра", а вот механизм преобразования поступательного движения во вращательное оказался слабым местом, поскольку его надежность значительно уступает кривошипу. В разное время автор и его последователи разработали несколько экспериментальных образцов двигателей, но серийно они не выпускались. Однако достоинства конструкции, предложенной Баландиным, до сих пор тревожат умы разработчиков.

"Аксиально-поршневой" - мотор из револьверного барабана

Очень компактный мотор получается, если расположить цилиндры двигателя не в ряд и не "звездой", а вокруг выходного вала так, чтобы оси вала и цилиндров были параллельны. Тем более, что существуют и широко применяются плунжерные насосы, конструктивная схема которых аналогична. Возможны два механизма преобразования движения:

Первая схема была опробована еще в двадцатые годы (образец есть в музее ВВС в Монино), вторая реализована и опробована в НАМИ. В первом случае остались нерешенными вопросы прочности и жесткости роликовой дорожки профилированной шайбы: чересчур велики оказались циклические контактные напряжения. Во втором случае препятствием являются тяжелые условия работы сферических шарниров-подшипников. В принципе, могут быть использованы и обычные цилиндрические подшипники, но при этом нормально компонуются только два цилиндра, а для получения хороших показателей необходимо не менее пяти.

Резюмируя, отметим: для потребителей не имеет значения, по какой схеме выполнен мотор летательного аппарата - лишь бы он имел необходимую мощность, соответствовал современному техническому уровню и требованиям нормативов летной годности; желательно, чтобы и цена у него не была "заоблачной". Сложившиеся экономические условия диктуют производителю весьма прагматичную манеру поведения: сосредоточить все усилия и средства на разработке надежного и недорогого двигателя, на котором можно летать в нашем российском небе при нашем российском уровне сервиса. "Доводка до ума" любого из двигателей нетрадиционной схемы, на самом деле, требует вложения огромного количества денег, времени и сил. Относительно быстро и без особого риска практический результат можно получить, лишь взяв на вооружение... отработанные классические схемы двигателей и внедрить их в серийное производство. Только вслед за этим можно попытаться реализовать нечто принципиально новое.