Почему встроенные двигатели более обыкновенно использованы чем радиальные двигатели?

Большое преимущество радиалов в начале было их большой фронтальной областью, что означало, что они могли быть охлаждены воздухом . Встроенный двигатель с воздушным охлаждением может работать довольно жарко на заднем цилиндре. Чем больше двигатель, тем больше проблем с охлаждением. Есть некоторые огромные радиалы с воздушным охлаждением, размеры которых были бы немыслимы для рядного двигателя с воздушным охлаждением.

По мере развития технологий, все более сложные двигатели с водяным охлаждением стали более популярными . Однако воздушное охлаждение было все еще большим преимуществом в военных самолетах , из-за отсутствия тонкой системы охлаждения, которая могла быть повреждена, позволив радиалям сохраниться на этой арене. Конечно, в наши дни никому и в голову не придет поставить в истребитель поршневой двигатель.

В настоящее время жидкостное охлаждение является почти универсальным для поршневых двигателей в общем применении, при этом малые летательные аппараты являются одной из немногих областей, где воздушное охлаждение смогло продержаться до некоторой степени (см. ниже). В отсутствие военного применения, которое предпочитает воздушное охлаждение , большая фронтальная площадь стала падением радиального двигателя из-за большого аэродинамического сопротивления, которое он производит. Другая проблема заключается в том, что механизм клапана довольно сложен, что означает, что верхние распределительные валы и несколько впускных/выпускных клапанов на цилиндр непрактичны. Это делает коэффициент эффективности против силы утяжелить большую проблему следующим образом:

Чтобы двигатель имел хорошее соотношение мощности и веса, он должен работать на высоких оборотах. Для работы на высоких оборотах он должен эффективно дышать. Для этого с помощью всего двух клапанов они должны широко открываться. Чтобы остановить их столкновение с поршнем, степень сжатия должна быть низкой, что ограничивает эффективность. Поэтому большинство современных двигателей имеют более двух клапанов на цилиндр, чтобы обойти эту проблему.

Дальнейшее чтение

Pratt & Whitney R-2800 : 46l смещение, над 2000hp от двигателя охлаженного воздухом, ни в коем случае самое большое!

Превосходная анимация механизма клапана, который также имеет тенденцию иллюстрировать трудность размещения более 2 клапанов на цилиндре. Кроме того, много истории (очевидно.)

Во Второй мировой войне обе двойные Осы (46l air cooled radial) и Merlins (27L Water cooled V, лицензированные от Rolls Royce в Великобритании и построенные локально Packard) использовались американскими военными. Я когда-то читал очень хорошую аутентичную дискуссию Второй мировой войны о тактике, когда использовать радиальные истребители с воздушным охлаждением и когда использовать охлажденные водой. К сожалению, я не могу найти его. Вот одна из многочисленных дискуссий на эту тему. Обратите внимание, что у Merlin были верхние распределительные валы и 4 клапана на цилиндр, как и современные двигатели, тогда как двойная Оса, очевидно, этого не сделала.

Современные двигатели с воздушным охлаждением

Я больше парень с двигателем, чем с самолетом, но я только что смотрел на современные авиационные двигатели с воздушным охлаждением. Они доступны только в гораздо меньших размерах, чем типичные двигатели истребителей Второй мировой войны. Как правило, они имеют 4-6 цилиндров, слишком мало для радиального, но достаточно, чтобы вызвать проблемы с охлаждением на заднем цилиндре в ряд.

Компромисс представляет собой плоский (боксерский) двигатель с 2 или 3 цилиндрами на каждой стороне. Это также преодолевает 2 других проблемы с радиалями: верхние цилиндры мешая пилотный взгляд и масло собирая в более низком цилиндре останавливанный. У вас также есть по крайней мере одна из этих проблем с встроенным, в зависимости от того, монтируете ли вы его вертикально или перевернуто.

Небольшие авиационные двигатели могут быть охлаждены водой или воздухом. Дизайнер должен спросить: учитывая вопрос надежности в авиации, действительно ли в выходные пилоту нужен такой сложный двигатель, как в его машине, с водяным охлаждением, cambelts и управлением двигателем, все из которых могут пойти не так?

Двигатели с воздушным охлаждением, которые я видел (Lycoming), имеют только два клапана на цилиндр, все они приводятся в действие от общего распределительного вала. (Более простой выбор, чем кулачковое кольцо на радиальном) я не видел плоского двигателя с воздушным охлаждением с верхними кулачками и несколькими клапанами на цилиндр, но было бы легче достичь, чем делать то же самое на радиальном.

Радиалы, как правило, имеют большое отношение мощности к весу, но они по-прежнему тяжелы и сложны.

Еще одна большая проблема — их площадь. Сравните 300 л. с. радиальный 300 л. с. против 6-цилиндровый и вы увидите, что радиальный, вероятно, имеет 9 цилиндров и большой круглый кривошипный корпус, который должен сидеть вертикально, лицом в поток воздуха. Это вызывает много сопротивления. Противоположный двигатель, однако, может быть размещен внутри небольшого аэродинамического капота с отверстиями только для охлаждающего воздуха (или нет, если вы его охлаждаете водой).

Я думаю, что все это сводится к тому, что радиалы отлично подходят для производства лошадиных сил и крутящего момента. Вы можете сложить радиалы до примерно 50 цилиндров размером с авиационный двигатель, прежде чем трение приведет к уменьшению отдачи. Но какой самолет на рынке сегодня нуждается в 5000 л. с. и двухтонном двигателе? Радиалы, которые производят более низкий HP, могут быть заменены значительно меньшими противоположными двигателями, которые работают так же хорошо или лучше, и радиалы, которые производят большое количество HP, могут быть заменены турбинными двигателями, которые значительно превосходят их на более высоком конце.

Единственная реальная польза для нового радиального двигателя сегодня услышать сладостную музыку они производят.

Трудно найти общую картину в радиальных и встроенных двигателях в WW2. В каждой стране были производители двигателей, которые производили двигатели, в которых они были хороши. Важным соображением было то, как двигатель работает на высоте, что требовало сложных нагнетателей или турбокомпрессоров. В США радиальная была гораздо более развита. Единственным встроенным двигателем США, который видел много обслуживания, был Allison V1710, которому не хватало качественного нагнетателя. Турбированный V1710s приводил в действие P-38, делая его эффективным истребителем на высоте. Радиал Pratt и Whitney R2800 использовался в Hellcat, Corsair и P-47. Hellcat и Corsair были перегружены, а производительность упала выше 20 000 футов, что не проблема для Военно-морского истребителя. Р-47 был с турбонаддувом. Большой размер Thunderbolt был должен к дактировке турбонагнетателя водя от двигателя к intercooler и назад к двигателю. Турбонагнетатель позволил P-47 быть эффективным на большой высоте. P-51 переключился с Allison V1710 на Packard v1650, лицензию, построенную Rolls Royce Merlin. У V1650 был лучший нагнетатель для высоты.

В Великобритании Rolls Royce произвел превосходный Мерлин. Это было так хорошо, что самолет-носитель Seafire и Barracuda использовал его. По мере развития войны RR производил Griffon, Napier-inline Sabre, а Bristol-Hercules и Centaurus radials. Все эти двигатели были способны управлять высокоскоростным истребителем.

Германия переключила FW-190 от радиального к встроенному в модели D в поисках представления высоты по мере того как BMW radial нуждалось хорошем нагнетателе большой высоты. Оригинальный FW-190 обязан своим существованием не использованию ценных рядных двигателей, необходимых для Bf-109.

Япония и Италия никогда не развивали эффективные линии. Истребитель Ki-61 был посредственным с немецким дизайном в рядном исполнении и стал эффективным Ki-100 с радиальным. Они также переключили пикирующий бомбардировщик D4Y с рядного на радиальный.

В то время как линия была более обтекаемой, радиальная могла использовать воздушное охлаждение для создания тяги. Воздух поступает холодным и оставляет горячим (как струя). Радиальная экономия веса за счет исключения системы жидкостного охлаждения, но линейный может работать более интенсивно, потому что охлаждение двигателя было более эффективным, в результате чего меньшие двигатели для той же выходной мощности. Радиальное было более менее уязвимо и исключило снабжение жидкостного хладоагента. Кстати, около 50% охлаждения в радиальном происходит от масла, поэтому даже радиальное частично охлаждается жидкостью.

После войны каждый авиалайнер до jets использовал радиалы с одним исключением (я не могу вспомнить, какой), работающим от RR Merlin. Современные производители не нуждаются в мощной мощности при минимальном весе и объеме, поэтому они выбирают более простые конструкции.

Кажется, что авиаконструкторы использовали то, что у них было, и только переключались с радиального на линейный или наоборот, когда их заставляли. Компании, которые начали войну, продолжили создание линий, как и радиальные производители, в то время как авиаконструкторы использовали то, к чему они могли получить доступ.

Радиальные двигатели более лучшие от стойкости / точки зрения механиков: иметь радиально распределенные поршени распределяет нагрузки более лучше и вал будет усилен поровну от всех направлений.По причинам резонанса у вас (почти) всегда будет нечетное количество поршней.

Времена изменились, и методы манифестации улучшились*. Преимущества радиальной конструкции оправдывают отсутствие больше дополнительных сложности и усилия конструкции необходимы**, но даже после этого некоторые все еще произведены сегодня. Кроме того, в некоторых случаях двигатели-это просто автомобильные двигатели, адаптированные для самолета, что значительно снижает затраты на разработку.

Как упоминает храповик, у вас также ограниченное пространство для радиально расположенных поршней, что в линейном расположении ограничено только доступной длиной (и вы всегда можете переключиться на расположение H, чтобы удвоить количество поршней). Даже если некоторые многорядные радиалы существуют.

На wiki они также поднимают некоторые интересные моменты, касающиеся в основном системы охлаждения, а также размещения двигателя и пилотного поля зрения.

_{* : главным образом металлургия (лучшие материалы) и методы конструкции (меньше несовершенств в компонентах). Кроме того, лучшее понимание науки, лежащей в основе сгорания, привело к более эффективным конструкциям камер сгорания, которые вместе с топливом повысили общую эффективность двигателей.}

_{** : на радиальном двигателе у вас есть поршни вокруг (duh), и поэтому вам нужно иметь распределительную линию, которая достигает всех сторон двигателя (одна сторона только для стандартной линии) и систему впрыска, особенно для нижних поршней, которая не страдает от того, чтобы быть «перевернутой» все время. Что-то, о чем встроенный подход (обычно) не должен заботиться.}

нижние цилиндры могут получить масло, которое течет выше поршня после установки холостого хода. Если этим не управлять, то будет нанесен ущерб. Они прошли через опору вручную в старых самолетах Второй мировой войны, чтобы очистить это масло.