Чем новый «чистый» поршневой двигатель General Aviation со всеми новейшими технологиями будет отличаться от существующих двигателей Continental/Lycoming?

Насколько я понимаю, современные поршневые двигатели GA от Continental и Lycoming основаны на конструкции 1960-х годов. Было много эволюционных улучшений, но только в рамках ограничений тех конструкций 1960-х годов. Они имеют большой рабочий объем (~ 1,5 л / цилиндр), работают на оборотах в диапазоне середины 2000-х годов, чтобы они могли вращать винт с оптимальной скоростью без использования коробки передач, и они имеют воздушное охлаждение для уменьшения веса и сложности жидкостного охлаждения. система.

Как бы сегодня выглядел совершенно новый, разработанный с нуля поршневой двигатель GA? Принимая во внимание огромные улучшения, которые были сделаны во всех типах двигателей за эти годы в неавиационных приложениях — для автомобилей, поездов, лодок, генераторов и т. д.

Будут ли они работать на таких низких оборотах? Да, надежность и долговечность по-прежнему являются серьезной проблемой, но производственные допуски сейчас во много раз меньше, чем в 1960-х годах (возможно, что позволяет обеспечить надежную работу при более высоких оборотах), и теперь они устанавливают фиксированные редукторы на турбинные двигатели коммерческих авиалайнеров, поэтому добавляют фиксированная коробка передач для поршневого двигателя GA должна быть тривиальной.

Будут ли они по-прежнему иметь воздушное охлаждение? Да, он по-прежнему может снизить вес, но, возможно, за счет дополнительного сопротивления охлаждения и, безусловно, за счет гораздо более сложной эксплуатации, которая требует от пилота тщательного контроля температуры двигателя на протяжении всего полета.

Будут ли они по-прежнему иметь плоское расположение двигателя (плоское 4, плоское 6 и т. Д.)? Я бы себе так представил, я не могу представить себе альтернативную компоновку поршневого двигателя с преимуществами гладкости, упаковки и масштабируемости плоской архитектуры. Прямолинейные двигатели становятся слишком длинными, а V-образные двигатели требуют гораздо большего количества изменений, чтобы увеличить или уменьшить количество поршней.

Будут ли они по-прежнему летать на топливе бензинового типа с искровым зажиганием или воспламенение от сжатия на основе реактивного топлива обеспечит требуемую удельную мощность и надежность? Я понимаю, что самым важным фактором в этой области может быть простая доступность (или ее отсутствие) топлива, но я говорю об этом исключительно с инженерной точки зрения. Предположим, мы говорим о Северной Америке, где широко доступны как Avgas, так и Jet A, какое топливо будет лучшим для летающих поршневых двигателей АОН?

Какие еще могут быть отличия, которые я не учел?

Низкие обороты - это не столько функция двигателя, сколько пропеллера. Наконечники гребных винтов должны быть ниже звуковых. В новых дизельных / JET-A поршнях, устанавливаемых на некоторые самолеты, используются чистые листы.
@RonBeyer Да, я обратился к аспекту уравнения скорости опоры, однако не могли бы они просто добавить фиксированную передачу, чтобы двигатель мог работать на гораздо более высоких оборотах? Согласно основным принципам конструкции двигателя, более высокие обороты должны обеспечивать более высокую удельную мощность... конечно, много потенциальных недостатков, некоторые из которых я упоминаю...
Я, конечно, не эксперт по авиационным двигателям, но мне кажется, что запуск двигателя на более высоких оборотах, а затем снижение мощности до того, что требуется для винта, - это просто рецепт сжигания большего количества топлива для преодоления того же расстояния. - не привлекательная перспектива. У моей машины 5 передач - при 2000 об/мин на 3-й я могу разогнаться до 55 миль в час, на 4-й - 65 миль в час, а на 5-й - 75 миль в час. Я могу переключать передачи, чтобы двигаться быстрее при том же расходе топлива в час, но это не работает в винтовом самолете. Во всяком случае, вы бы хотели, чтобы двигатель вращался медленнее, чем винт, для экономии топлива (остальные соображения в сторону).
@FreeMan: Разница в том, что на скоростях по шоссе двигатель вашего автомобиля выдает лишь небольшую часть своей номинальной мощности (все, что необходимо для преодоления трения о воздух и сопротивления качению). Большая часть потенциальной мощности используется как раз для ускорения. (Именно поэтому гибриды расходуют больше миль на галлон.) Двигатель самолета все время работает на значительной доле максимальной мощности.
Дизайн с чистого листа — это реактивный двигатель, не так ли? Tbh, если у вас 100 фунтов лишнего веса, то реальная экономия средств прямо у вас под носом.

Ответы (4)

У него будет коробка передач между коленчатым валом и гребным винтом. Это точно.

Другими весьма вероятными подробностями могут быть:

  • верхние распределительные валы
  • четыре клапана на цилиндр
  • водяное охлаждение по крайней мере для головок цилиндров
  • электронное зажигание
  • однорычажное управление

Это позволило бы ему постоянно работать со скоростью около 4000 об / мин и создавать такую ​​​​же мощность при меньшем рабочем объеме. Следствием этого станет более компактный и легкий основной двигатель. По сравнению с автомобильным двигателем система охлаждения была бы более производительной, поэтому вес все равно был бы выше, чем у автомобильного двигателя с той же номинальной мощностью на валу. Но он должен быть легче и иметь более аэродинамический капот, чем нынешние поршневые авиадвигатели.

Летающий мотор Porsche (PFM 3200) был таким, и не без причины. Да, по массе он не превосходил старые двигатели, но был заметно менее шумным. Отталкиваясь от устаревшей конструкции шестицилиндрового оппозитного двигателя, инженеры не смогли полностью оптимизировать двигатель по прямому назначению.

После установки редуктора имеет смысл уменьшить скорость вращения гребного винта, поэтому диаметр гребного винта, установленного на этом двигателе, будет немного больше, чем у сопоставимого гребного винта на обычном двигателе.

Как только Jet-A станет широко доступен на аэродромах GA, очень вероятно, что дизельная версия также станет доступна. Обратите внимание, однако, что вес системы поршневого двигателя (двигатель + аксессуары + топливная система + топливо) будет выше для дизеля на коротких дистанциях.

Спасибо за эти подробности. Упомянутые вами изменения — верхние распределительные валы, четыре клапана на цилиндр, электронное зажигание, однорычажное управление — невозможно ли интегрировать в качестве эволюционных изменений в существующие конструкции Continental/Lycoming? Что касается 4000 об/мин, это только текущий предел для надежной долговременной работы?
@ Charles847: Верхние распределительные валы и четыре клапана на цилиндр уже использовались в авиационных двигателях времен Второй мировой войны, поэтому их интеграция не составит труда. Единственным препятствием является отсутствие конкуренции. Электронное зажигание и однорычажное управление были бы легкой задачей для любого приличного конструктора двигателей - та же проблема. Действующие лица защищены массивной стеной регулирования, что делает их ленивыми. 4000 об/мин — это консервативный компромисс между сроком службы двигателя и производительностью, но не фиксированный предел.
Почему Jet-A, а не старый автомобильный дизель?
@jamesqf: Jet-A имеет определенное качество. Пожалуйста, прочитайте этот ответ для деталей. Я не мог объяснить это и наполовину.
@PeterKämpf Из того, что я видел в этом месте, если вы говорите, что не можете объяснить это лучше, это должен быть очень хороший ответ.
@Peter Kämpf: Эта ссылка на самом деле не объясняет, почему вы запускаете Jet-A на дизеле GA. Цитируя саму ссылку, «нет причин сжигать топливо с более строгими характеристиками (и, следовательно, более дорогое), когда доступно менее дорогое». Очевидно, что старый добрый дизель довольно хорошо работает в автомобильных дизелях: почему бы ему не работать так же хорошо в (правильно спроектированном) дизельном двигателе GA? Проблемы с октановым числом, которые относятся к некоторым старым бензиновым двигателям, не применимы к дизелю новой конструкции.
Этот ответ должен объяснить, почему для каждого из пунктов. Вода замерзает, расширяется и движется во время полета. Клапаны предназначены для дыхания и действительно блестят на высоких оборотах, даже удвоение клапанов не означает удвоение потока воздуха. OHC Я тоже не понимаю, почему это важно. Зачем вообще иметь кулачок и использовать только электрический или пневматический привод?
@Mr.DemetriusMichael хорошо, некоторые подробности. Замерзание воды в системе охлаждения не должно быть проблемой во время работы, когда температура охлаждающей воды обычно превышает 90°C. как и в случае с автомобилями, это может стать проблемой при парковке в очень холодных условиях (<-20°C). OHC для более точных фаз газораспределения при использовании зрелых технологий - кроме того, да, почему бы и не электрический или пневматический. Дело в том, что технологическая зрелость часто измеряется тысячами килочасов (кОм) полевого опыта. Я не знаю, где мы с электрическим или пневматическим (F1 .. несколько часов ..)

Это будет выглядеть почти идентично, главным образом потому, что двигатели предназначены для использования, а не для чисто инженерных целей. Вы можете увидеть некоторые другие варианты выбора материалов, некоторые изменения в конструкции труб и головок, поскольку наше понимание этих тем улучшилось, а наши производственные возможности прошли долгий путь, но в конечном итоге мало что изменилось.

Вы должны прочитать ответы здесь и здесь . Они почти дубликаты, но больше сосредоточены на том, почему современные автомобильные двигатели не используются в авиации. Хотя в некоторых случаях они есть .

Поршневые двигатели GA с редуктором были опробованы в 80-х годах на Mooney M20 PFM , в конечном итоге проект потерпел неудачу, которую Муни заплатил за замену всех двигателей на континентальные.

Как упоминает @RonBeyer в комментариях, низкие обороты — это функция пропеллера, а не двигателя.

Просто авиационные двигатели имеют другой вариант использования, чем автомобильные двигатели, что делает их более простыми на протяжении многих лет. Стоимость сертификации (огромный фактор в авиации) также сдерживает стремительные инновации.

или может ли воспламенение от сжатия на основе реактивного топлива обеспечить требуемую плотность мощности и надежность

Некоторые современные поршневые дизели уже сертифицированы для работы на Jet A.

Эта статья говорит об этом настолько хорошо, насколько я могу, и ее стоит прочитать .

Что, возможно, упускается из виду, так это то, что авиационные двигатели не подпадают под действие тех же правил, что и автомобильные двигатели. Как таковые, в некоторых случаях они даже более эффективны. Одной из основных вещей, влияющих на эффективность автомобильных двигателей, являются каталитические нейтрализаторы и глушители, которых на самом деле нет в самолетах GA. Таким образом, никогда не было причин компенсировать потерю производительности в результате нормативных требований.

Вы также упомянули «более надежные», двигатели GA достаточно надежны , и FAA / NTSB сообщило, что количество аварий, связанных с механикой, имеет тенденцию к снижению, если мы оглянемся на историю. Современные методы механической обработки и промышленные методы могут быть использованы для изготовления старых двигателей более надежным и последовательным образом.

Одним из основных способов повышения эффективности, реализованных на земле, является турбонаддув. Несмотря на то, что существует множество самолетов с турбонаддувом, в авиации преобладает стремление к простоте. Меньше деталей означает меньше отказов, поэтому рынок авиационных двигателей с турбонаддувом просто меньше. Дело не в том, что технология является загадкой для производителей или потребителей, это просто нежелательная сложность.

Я только что закончил читать увлекательную статью о двигателе, используемом в упомянутом вами Mooney M20 PFM, и я признаю все эти недостатки, но они кажутся недостатками, присущими применению двигателей, оптимизированных для автомобилей, в авиации, а не недостатками, присущими применению. от современных технологий поршневых двигателей до авиационных двигателей специального назначения. Разве достижения в нашем технологическом уровне не должны позволять создавать авиационные двигатели, которые меньше, легче, надежнее и эффективнее при той же мощности, точно так же, как наши технические достижения позволили получить такие преимущества для автомобильных, морских и стационарных двигателей?
В связанных ответах упоминаются все нетехнологические причины различий двигателей, но явно подразумевается, что новый дизайн будет, по крайней мере, использовать более высокие обороты. Также, вероятно , использовалось бы все компьютерное управление, которое сейчас хорошо опробовано в автомобильной эксплуатации.
Это не ответ на вопрос. речь идет не об использовании автомобильного двигателя в ГА. Речь идет о сравнении прогресса, достигнутого в автомобильном секторе (который огромен), по сравнению с тем, что произошло в секторе GA.
Утверждать, что они будут выглядеть одинаково, все равно что утверждать, что современные автомобильные двигатели выглядят так же, как автомобильные двигатели 60-х годов, только потому, что уже тогда они были разработаны для использования в автомобиле.

Из польского источникаИсточник изображения

Это будет выглядеть как уже находящийся в производстве современный двигатель GA, Austro AE300 :

  • на основе автомобильного двигателя, в случае АЕ300 дизель Мерседес.
  • Водяное охлаждение.
  • редуктор 1:1,69.
  • работающий на дизельном топливе или керосине (Jet A1).
Не уверен в этом. Мое (сильное) предположение заключается в том, что они используют AE300 в качестве базы, потому что тогда они могут сэкономить половину инженерных разработок и испытаний, полагаясь на проверенные детали, в качестве компромисса для снижения затрат на разработку, особенно на рынке с небольшим объемом, где разработка затраты играют большую роль, чем на рынке массового производства, такого как автомобильная промышленность. Я предполагаю, что если бы у вас был спонсор, готовый заплатить что угодно, вы бы получили другой дизайн.

Rotax производит современные двигатели АОН даже для сертифицированного применения. Но они не так сильно отличаются, как автомобильные двигатели от авиационных, работой и другими требованиями. https://www.flyrotax.com/produkte/detail/rotax-915-is-isc.html

Чем новый «чистый» поршневой двигатель General Aviation со всеми новейшими технологиями будет отличаться от существующих двигателей Continental/Lycoming?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v