Авіамодельні двигуни. Способи одерження тяги для польоту моделі. Повітряний гвинт, як рушій. Гвинтомоторні групи.
Повітряний гвинт
Для того, щоб модель літака робила рух, до неї необхідно додати силу, яка називається силою тяги. Сила тяги утворюється з допомогою повітряного гвинта, який, обертаючись, своїми лопатями відкидає потік повітря у протилежну польоту сторону. По 3 закону Ньютона - кожному дії відповідає рівну і протилежну спрямовану протидію - потік повітря прагне відштовхнути повітряний гвинт у зворотний бік - у бік польоту. Піднімальна сила, що виникає, піднімає модель у повітря.
Основні поняття про повітряний гвинт
Повітряний гвинт – це частина простого гвинта. Можна це уявити так, - перетворимо різьблення простого гвинта на дуже високі гребені і відріжемо від зазначеного гвинта шматок; отримаємо подібність повітряного гвинта.
А-коло, що описується площиною гвинта;
А1-її розгортка на площині;
Б-гвинтова лінія лопаті;
Б1-е розгортка на поверхні;
Н-теоретичний крок гвинта;
Основні геометричні параметри повітряного гвинта
1. Діаметр повітряного гвинта D – це діаметр кола, що описується кінцями повітряного гвинта; половина діаметра – це радіус R повітряного гвинта.
2. Крок повітряного гвинта H – відстань, що проходить гвинт уздовж осі за один оберт, або відстань між сусідніми витками гвинтової лінії (в однозахідному гвинті) та через виток – у двозахідному. Крок повітряного гвинта може бути постійним або змінним.
Поняття геометричного кроку виводиться із припущення, що гвинт обертається у твердому тілі (для спрощення виведення); насправді ж повітряний гвинт обертається у повітрі і шлях, що проходить гвинтом за один оборот, буде меншим. Справжній крок відрізняється від геометричного кроку на величину, що називається ковзанням. Справжній крок отримав найменування ходу гвинта – це відстань, яку літак чи модель літака пролітає за оборот повітряного гвинта.
Отже, хода гвинта – це окреме від розподілу швидкості моделі число оборотів повітряного гвинта: Н = v/n.
Відносна хода – це окреме від розподілу поступи на діаметр гвинта: λ = H/D.
Повітряний гвинт, що встановлюється попереду моделі, називається гвинтом, що тягне. У деяких випадках гвинти встановлюють позаду крила; такий гвинт називається штовхаючим.
3. Профіль повітряного гвинта – це переріз лопаті гвинта з його робочої частини. Передня частина профілю називається носом, а протилежна частина хвостовиком. Відстань між найбільш віддаленими точками носа та хвостовика називається шириною профілю, а лінія, що з'єднує ці точки, називається хордою профілю. Найбільша відстань, перпендикулярна до хорду профілю, називається товщиною профілю.
Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ)
Настав час більш детально поговорити про «серце», яке б'ється у грудях більшості RC-моделей, чи то літак, гелікоптерів, катерів чи автомобілів. Йтиметься про двигуни внутрішнього згоряння, їх типи та різновиди, технічні характеристики, особливості конструкції та експлуатації, про паливо та способи «живлення».
Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) - механічний пристрій, всередині якого відбувається перетворення енергії палива, що згорає, в механічну енергію.
У моделізме використовуються, в основному, такі типи поршневих двигунів: дизельні (їх прийнято називати компресійними), а також двигуни з іскровим запаленням. Основна принципова відмінність компресійних двигунів від калільних і іскрових полягає в тому, що у перших, самозаймання паливної суміші відбувається в результаті її сильного стиснення при русі поршня всередині циліндра, а у останніх двох типів двигунів для займання вже стиснутої суміші потрібна додаткова енергія. , або іскрового розряду.
Компресійні модельні двигуни бувають лише двотактними, калільні та іскрові двигуни бувають як дво-, так і чотиритактні.
Конструкція модельних двигунів
Конструктивно будь-який двигун складається з декількох основних елементів. Насамперед, це циліндр, всередині якого здійснює зворотно-поступальні рухи поршень. З одного боку циліндр закритий кришкою (головкою), у нижній частині якої сформована порожнина камери згоряння. У головці циліндра, крім того, можуть бути: контрпоршень з регулювальним гвинтом (у компресійних двигунів), свічка запалювання (у калільних та іскрових двигунів) і клапанна коробка (у чотиритактних двигунів).
Камера згоряння, внутрішня утворює гільзи циліндра (дзеркало) і верхня стінка поршня, що рухається (донце) утворюють замкнутий простір з періодично змінюваним об'ємом, в якому і відбуваються всі газо-і термодинамічні процеси.
Поршень шарнірно з'єднаний з шатуном, який, у свою чергу, так само шарнірно з'єднаний з кривошипом (мотилем) колінчастого валу, що обертається. Поршень і кривошипно-шатунний механізм дозволяють перетворити потенційну енергію згоряючого палива в механічну кінетичну енергію колінчастого валу, що обертається, необхідну для того, щоб привести модель в рух.
Гільза циліндра, головка циліндра та кривошипно-шатунний механізм (КШМ) монтуються у корпусі, який називається картером. Крім цього, всередині картера і його зовнішніх стінках можуть бути встановлені додаткові конструктивні елементи: підшипники, сальники, глушник, карбюратор, паливний бак, паливна помпа, механічний стартер, штуцери відбору тиску, різні датчики і т.д. Сам картер кріпиться на шасі моделі або на мотора фюзеляжу за допомогою кріпильних лапок, як правило, розташованих з двох сторін картера паралельно осі колінчастого валу. Двигуни малих кубатур іноді кріплять моделі безпосередньо за задню стінку (кришку) картера.
Авіа- та автомодельні двигуни зазвичай бувають з повітряним охолодженням, для чого верхня зовнішня частина картера, в якій встановлена гільза циліндра, і зовнішня поверхня головки циліндра мають розвинені ребра, необхідні для ефективної тепловіддачі, та підтримки теплового балансу двигуна в оптимальному режимі. Суднові двигуни замість оребрення зазвичай мають спеціальну сорочку, що охолоджується проточною забортною водою.
Як правило, у моделізмі застосовуються одноциліндрові мотори, хоча деякі виробники випускають і багатоциліндрові конструкції, найчастіше двоциліндрові опозитні. Такі двигуни мають один колінвал з двома кривошипами, а поршні ходять кожен у своєму циліндрі, протифазно і назустріч один одному (тому їх ще іноді називають "боксерами").
Зустрічаються двигуни з рядним розташуванням циліндрів, а також багатоциліндрові двигуни, виконані за схемою «зірка» або «рядні», у яких кілька циліндрів розташовують один за одним.
Окрема категорія - це модельні двигуни роторні Ванкель, але ми про них говорити не будемо.