Почему у двигателя Piper Cherokee (PA-28-140) такая малая мощность при очень большом рабочем объеме?

Авиационные двигатели работают почти на максимальных оборотах на протяжении всего полета. С другой стороны, автомобиль не использует полный спектр оборотов, за исключением всплесков. ¹

Если автомобильный двигатель эксплуатировать так же, как авиационный, он не прослужит долго.

Таким образом, авиационный двигатель прочнее , тяжелее и слабее (л.с.) при том же рабочем объеме, но также обеспечивает более высокий крутящий момент (большие цилиндры). ²

Двигатели Формулы-1 имеют небольшой рабочий объем, очень легкий вес, но при этом развивают мощность около 1000 л.с. Но они тоже недолговечны. Что-то около 15 часов гонок и тренировок.

Дополнительная литература: Делают ли автомобильные двигатели хорошие двигатели для самолетов?

¹ _{Поршневые самолеты работают на почти максимальных оборотах, потому что у них нет редукторов , и они им не нужны .}

² _{Сплавы и технологии той же эпохи .}

Одна из причин заключается не столько в том, что вы можете построить поршневой двигатель с большей мощностью или большей эффективностью , сколько в том, сможете ли вы сделать это с очень высокой надежностью в течение продолжительных периодов времени . Большинство автомобильных двигателей работают в среднем на мощности 20 % с очень кратковременной более высокой выходной мощностью, в то время как авиационные двигатели обычно работают на мощности 65-85 %, и ожидается, что среднее время между капитальными ремонтами при этих настройках мощности будет составлять около 2000 часов. Для этого большинство авиационных двигателей работают на более низких скоростях и имеют гораздо больший рабочий объем, чем традиционные автомобильные двигатели.

Пропеллер современного самолета должен быть спроектирован таким образом, чтобы его скорость была меньше сверхзвуковой, чтобы избежать проблем с шумом и производительностью. Пропеллеры большинства небольших самолетов имеют диаметр около 6 футов и, таким образом, их скорость ограничена примерно 2700 об/мин. Таким образом, разработчик двигателя может соединить коленчатый вал непосредственно с гребным винтом и ограничить скорость двигателя примерно до 2700 об / мин или использовать промежуточную коробку передач, чтобы обеспечить более высокие скорости коленчатого вала.

Поскольку гребной винт имеет очень высокую инерцию вращения и должен вращаться с постоянной скоростью, в то время как двигатель подает мощность несколькими импульсами во время каждого оборота, износ редуктора может быть весьма значительным. В результате высокоскоростной двигатель плюс надежная коробка передач часто не стоят дополнительной сложности по сравнению с более простым решением с прямым приводом. (см. «Continental Tiara» и «Porsche PFM 3200»)

Конечно, поскольку мощность двигателя пропорциональна произведению крутящего момента и скорости вращения, двигатель с более медленным вращением производит меньшую мощность для данного рабочего объема. Но опыт показал, что агрегаты с прямым приводом с более медленным вращением часто бывают такими же легкими и долговечными для данной выходной мощности по сравнению с агрегатами с редуктором.

Об/мин, об/мин, об/мин. Если вы хотите 1000 л.с. из 1,5 л, вы запускаете его на 10 000 об/мин. В более раннем постере упоминалась скорость наконечника винта как ограничивающий фактор — правда. Однако существуют авиационные двигатели с редуктором, которые позволяют двигателю работать на более высоких оборотах без превышения скорости винта. У них такой же рабочий объем, как и у их собратьев без редуктора, но они производят больше лошадиных сил по той простой причине, что они сжигают больше топлива/воздуха и выделяют больше тепла. Они также дороже в обслуживании и встречаются на более крупных близнецах, где они остаются дешевле, чем добавление еще одного двигателя.

Не связано напрямую с мощностью, но конструкция двигателей переменного тока имеет большее отношение диаметра цилиндра к ходу поршня, чем у автомобильных двигателей - обычно 4:3, в то время как у автомобильных двигателей они ближе к квадратным или с еще более длинным ходом.