Теория двигателей внутреннего сгорания Дьяченко В.Г.

Артикул: 00-01019867

в желания В наличии

Автор: Дьяченко В.Г.

Место издания: Харьков

ISBN: 978-966-303-247-4

Год: 2009

Формат: 60×84/16

Переплет: Твердая обложка

Страниц: 500

Вес: 701 г

С этим товаром покупают

Рассмотрены основные определения в двигателях внутреннего сгорания, термодинамические и реальные циклы двигателей, их показатели, характеристики топлив и рабочего тела, принципы организации и математическое моделирование рабочих процессов, методы оценки технико-экономических показателей, выбор параметров рабочих процессов и конструкции двигателя.
Предназначен для студентов специальности «Двигатели внутреннего сгорания»

Оглавление
Введение
Глава 1. Общие сведение о двигателях внутреннего сгорания
§1. Основные определения
§2. Термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания

§3. Действительные циклы четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания
§4. Действительные циклы двухтактных двигателей внутреннего сгорания
§5. Краткая история развития двигателей внутреннего сгорания
§6. Классификация двигателей внутреннего сгорания
Глава 2. Топливо для двигателей внутреннего сгорания
§1. Сырьевые ресурсы моторного топлива
§2. Состав нефти и нефтепродуктов
§3. Основные характеристики моторных топлив
§4. Марки моторных топлив
Глава 3. Рабочее тело в двигателях внутреннего сгорания и его свойства
§1. Основные определения
§2. Состав и основные характеристики свежего заряда
§3. Состав продуктов сгорания при полном сгорании топлива
§4. Состав продуктов сгорания при неполном сгорании топлива
§5. Токсичность отработавших газов
§6. Теплоемкость рабочего тела
Глава 4. Дифференциальные уравнения процессов в рабочей полости двигателей внутреннего сгорания
§1. Уравнение объемного баланса Н.М. Глаголева
§2. Дифференциальные уравнения процессов массообмена и теплообмена в надпоршневой полости
§3. Теплообмен между рабочим телом и стенками надпоршневой полости
Глава 5. Течение рабочего тела через органы газораспределения двигателей внутреннего сгорания
§1. Площадь проходных сечений клапанов
§2. Площадь проходных сечений окон в стенке цилиндра
§3. Истечение газа через органы газораспределения
§4. Эффективная площадь проходных сечений органов газораспределения
Глава 6. Процессы газообмена в четырёхтактных двигателях внутреннего сгорания
§1. Особенности организации процессов газообмена в четырёхтактных двигателях
§2. Показатели процессов газообмена
§3. Приближенная оценка показателей газообмена четырёхтактного двигателя
§4. Расчет процесса выпуска
§5. Расчет процессов в надпоршневой полости на участке перекрытия клапанов
§6. Расчет процесса впуска
§7. Возможности использования численного моделирования процессов газообмена четырёхтактных двигателей для решения практических инженерных задач
Глава 7. Процессы газообмена в двухтактных двигателях внутреннего сгорания
§1. Особенности организации процессов газообмена в двухтактных двигателях
§2. Расчет процессов газообмена в двухтактных двигателях с нагнетателем
§3. Расчет процессов газообмена в двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой
Глава 8. Газодинамические процессы в газовоздушных каналах двигателей внутреннего сгорания
§1. Методы моделирования газодинамических процессов в газовоздушных каналах двигателей
§2. Основные посылки моделирования неустановившегося течения газа в газовоздушных каналах двигателей
§3. Процессы разгона газа в газовоздушных каналах двигателей
§4. Процессы торможения газа в газовоздушных каналах двигателей
§5. Влияние газодинамических процессов во впускной и выпускной системах на процессы газообмена в надпоршневой полости
Глава 9. Процесс сжатия
§1. Процессы, происходящие в надпоршневой полости при сжатии рабочего тела
§2. Моделирование процесса сжатия в двигателях с неразделенными (полуразделенными) камерами сгорания
§3. Моделирование процесса сжатия в двигателях с разделенными камерами сгорания
Глава10. Процессы смесеобразования, сгорания и расширения в двигателях с искровым зажиганием
§1. Процессы смесеобразования
§2. Зажигание топливовоздушных смесей от искры электрического разряда
§3. Процессы сгорания топливовоздушных смесей
§4. Методы расчета процессов сгорания и расширения
Глава11. Процессы смесеобразования, воспламенения, сгорания и расширения в двигателях с воспламенением топлива от сжатия

§1. Системы подачи топлива в камеру сгорания дизеля
§2. Процессы смесеобразования
§3. Процессы воспламенения, сгорания и расширения
§4. Методы расчета процессов сгорания и расширения в двигателях с воспламенением топлива от сжатия
Глава12. Технико-экономические показатели двигателей внутреннего сгорания
§1. Индикаторные показатели
§2. Механические потери
§3. Эффективные показатели
§4. Составляющие теплового баланса
Глава13. Характеристики двигателей внутреннего сгорания
§1. Режимы работы
§2. Регулировочные характеристики
§3. Эксплуатационные характеристики
§4. Специальные характеристики
Глава14. Выбор основных параметров конструкции и рабочих процессов двигателя внутреннего сгорания
§1. Требования, предъявляемые к двигателю
§2. Частота вращения коленчатого вала
§3. Ход поршня и отношение хода поршня к диаметру цилиндра
§4. Число и расположение цилиндров
§5. Пример выбора основных параметров конструкции и рабочих процессов двигателя

Двигатель внутреннего сгорания. ДВС :: Avto.Tatar

Устанавливаемые на автомобили двигатели внутреннего сгорания различаются по нескольким характеристикам:

• По методу создания топливной смеси. Состав может образовываться как вне двигателя (карбюраторные, газовые и инжекторные), так и внутри (дизельные).
• По виду используемого горючего — бензиновые, газовые и дизельные.
• По принципу охлаждения — воздушного или водяного.
• По способу размещения цилиндров — рядные или V-образные моторы.
• По типу зажигания топливной смеси — с принудительным воспламенением под воздействием электрической искры (инжекторные и карбюраторные) и самовозгорающиеся (дизельные).

Бензиновые двигатели в качестве топлива используют, понятно, бензин, который зажигается принудительно. Топливовоздушная смесь образуется в карбюраторе, вынесенном за пределы двигателя, и поступает уже готовой через карбюраторную или инжекторную систему. Воспламенение происходит при завершении такта сжатия, принудительно.

В дизельном двигателе рабочая смесь образуется в самом цилиндре, куда подается первым воздух, а потом топливо. Возгорание осуществляется самостоятельно под воздействием большой температуры, возникающей при сжатии воздуха.

Газовые двигатели используют смесь пропана и бутана, которая зажигается в цилиндре принудительно. Смешение газов с воздухом осуществляется также за пределами двигателя, в этом принцип функционирования газовых и бензиновых моторов сходен. Именно поэтому автомобиль с бензиновым двигателем несложно переделать на использование газа.

В любом двигателе внутреннего сгорания (ДВС) присутствуют следующие узлы:

---

Устройство ДВС

Достаточно понять, как работает одноцилиндровый двигатель, чтобы получить начальное представление о принципе работы и конструкции всех ДВС.

В цилиндре, также являющемся камерой сгорания горючего, возвратно-поступательно движется поршень, связанный с коленвалом шатуном. Такое соединение позволяет поступательные перемещения поршня в цилиндре преобразовать во вращение коленвала. Чтобы он вращался равномерно, на одном из концов находится маховик. Верхняя часть цилиндра накрывается головкой, она содержит впускной и выпускной клапаны. Открытие и закрытие клапанов в нужный момент осуществляется при помощи кулачков распредвала, вращение которому передается от коленвала при помощи шестеренок.

Чтобы двигатель работал, в цилиндры должна подаваться топливовоздушная смесь (для бензиновых и газовых двигателей) или определенное количество горючего (для дизельных).

Для снижения потерь энергии при взаимодействии трущихся частей и продления срока их эксплуатации необходима непрерывная смазка. Для этого в бензиновых двигателях используется масло, а в дизельных – дизтопливо.

---

---

Работа ДВС

Во время функционирования двигателя поршень возвратно-поступательно движется вместе с верхней частью шатуна, а коленвал и нижняя часть шатуна при этом вращаются. В большинстве двигателей вращение происходит по часовой стрелке, если наблюдать коленвал со стороны шкива. За два хода поршня (вверх и вниз) коленвал совершает оборот на 360°.  

Теория взаиморасположения зубцово- пазовых структур линейного асинхронного двигателя плунжерного насоса для наклонно направленных и горизонтальных скважин | Семенов

Калинин А. Г., Никитин Б. А., Солодкий А. М., Султанов Б. З. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. — М.: Недра, 1997. — 648 с.

Авт. свид. СССР № 491793, кл. F 04В 47 / 00. Глубинный поршневой бесштанговый насос двойного действия. Авторы: Семенов В. В., Локшин Л. И., Чазов Г. А. Номер заявки 1601978, заяв- лено 30.11.70, опубликовано 15.11.75 в БИ № 42.

Авт. свид. СССР № 538153, кл. F 01В 47 / 00. Глубинный насосный агрегат. Авторы: Гнеев Е. М., Смердов Г. Г., Локшин Л. И., Чазов Г. А., Сюр А. Н., Опалев В. А., Семенов В. В. Номер заявки 1941873, заявлено 02.07.73, опубликовано 05.12.76 в БИ № 45.

Авт. свид. СССР № 597051, кл. Н 02К 41 / 04. Электропривод. Авторы: Семенов В. В., Локшин Л. И., Севастьянов В. А., Смердов Г. Г., Чазов Г. А. Номер заявки 2138293 / 24?07, заяв- лено 29.05.75, опубликовано 05.03.78 в БИ № 9.

Авт. свид. СССР № 1080694, кл. Н 02К 41 / 025. Линейный асинхронный двигатель возвратно-поступательного движения. Авторы: Семенов В. В., Резин М. Г., Васев Ю. А. Номер заявки 2621362, заяв- лено 01.06.78, опубликовано 10.04.2000 в БИ № 10.

Семенов В. В. Закономерности расхождения между продольными осями, проходящими через зубцы статора и вторичного элемента линейного электродвигателя. / / Геология, разработка, бурение и эксплуатация нефтяных месторождений Пермского Приуралья: сб. науч. тр. / ИГиРГИ. — Вып. 17. — М., 1979. — С. 103?109.

Семенов В. В., Сарапулов Ф. Н. Взаимное расположение элементов зубцово-пазовой структуры индуктора и вторичного тела АЛД. — В сб.: Геология, разработка, бурение и эксплуатация нефтяных месторождений Пермского Приуралья, — М.: ИГиРГИ, 1980. — С.67?70.

Алексеев М. М. Машинные генераторы повышенной частоты. — Л.: Энергия, 1967. — 344 с.

Свечарник Д. В. Линейный электропривод. — М.: Энергия, 1979. — 153 с

Тюнинг двигателя. Теория и практика.

Любая реконструкция двигателя с целью улучшения его характеристик – работа комплексная, основанная на четком представлении о том, что мы хотим получить, как это сделать, и можно ли это сделать вообще. Здесь без знания рабочих процессов, протекающих в двигателе, никак не обойтись. Также необходимо понимать, что в двигателе все взаимосвязано: изменение в одном узле ведет к перемене всего рабочего процесса- от воздухозаборника до среза выхлопной трубы. Причем на разных режимах любое вмешательство оказывает различное воздействие: что хорошо на одном режиме, может оказаться плохо на другом.

К основным характеристикам двигателя мы обычно относим крутящий момент и мощность. Именно их и стремятся увеличить, проводя тюнинг мотора. Осуществить это можно с помощью двух основных способов. Первый способ – увеличение крутящего момента на коленчатом вале. Второй – не трогая величину крутящего момента, переместить его в зону высоких оборотов.

Содержание статьи

Увеличение вращающего момента

Набор для тюнинга двигателя

Крутящий момент практически не зависит от частоты вращения коленвала, а определяется лишь объемом двигателя и давлением в цилиндре. С объемом все понятно – чем больше, насколько позволяет конструкция двигателя, тем лучше. Давление можно повысить, увеличив степень сжатия. Правда, резервов тут немного – возможности этого способа ограничены детонацией. Можно подойти и с другой стороны. Чем больше топливовоздушной смеси мы “загоним” в двигатель, тем, очевидно, больше тепла выделится при ее сгорании в цилиндре и тем выше будет давление в нем. Это справедливо для атмосферных моторов.

Второй вариант применим к семейству наддувных двигателей. Изменив характеристику блока управления, можно несколько увеличить величину наддува, благодаря чему удастся снять больший момент с коленчатого вала.

И третий вариант – добиться лучшего наполнения цилиндров, улучшив газодинамику, – самый распространенный и самый… негарантированный. Идея в том, что нужно сделать нечто с каналами и камерой сгорания… Но все по порядку.

Рабочий объем. Один из основных вариантов – увеличение рабочего объема цилиндров настолько, на сколько это
возможно. В разумных пределах, конечно. Для дорожного автомобиля этот подход наиболее правильный, потому что, увеличив
объем, при этом не изменяя распредвал, т.е. оставив моментную кривую в том же диапазоне оборотов, в котором она и была,
водителю не нужно будет переучиваться манере вождения. А на выходе получим искомое – более динамичный автомобиль.

Рабочий объем можно увеличить двумя способами – заменив стандартный коленвал на коленвал с большим эксцентриситетом или расточив цилиндры под поршни большего диаметра. Логично поинтересоваться – что более эффективно и что менее затратно. Ведь что такое объем двигателя: это есть произведение площади поршня на его ход. Увеличив, условно говоря, в два раза диаметр, мы в четыре раза увеличиваем площадь. Потому что в квадрате.

А увеличив в два раза ход, мы лишь в два раза увеличиваем объем. Вот такая математика. Теперь об экономике вопроса. На первый взгляд кажется, что замена кривошипного механизма менее затратна, нежели расточка блока в больший размер. Нюанс в том, что коленвал с большим эксцентриситетом еще найти надо. Делают их на заказ редкие фирмы, производство дорогостоящее и сложное. Разумно в этом случае уповать на стандартизацию производителя. Поэтому логично купить серийное изделие, в нашем случае коленвал, и уже под него подбирать поршневую группу. Конечно, понадобятся другие поршни и шатуны.

Это сложно, но подобрать можно. Вопрос в другом. Конструктивно такой ход закладывает дополнительные механические потери в работе двигателя, виновниками которых станут более короткие шатуны. Это аксиома- поставив коленвал с большим эксцентриситетом, придется поставить более короткие шатуны, ведь нарастить блок мы не сможем. В чем их минус? Чем короче шатун, тем с большим углом он “переламывается”, тем с большим усилием он прижимает поршень к стенке цилиндра. А чем больше усилие прижима, при том же коэффициенте трения, тем больше величина сопротивления движения. И этот фактор следует рассматривать не только с точки зрения механических потерь, но и с точки зрения надежности, т.к. короткие шатуны подвергаются большим нагрузкам.

В тюнинге, как правило, такими “мелочами” пренебрегают. Когда нельзя, но очень хочется, то можно. Очевидный выигрыш в плане минимизации затрат – увеличение рабочего объема за счет увеличения диаметра цилиндра. Как правило, все двигатели имеют достаточно толстую стенку цилиндра, запас по прочности. Если, скажем, на два миллиметра увеличить диаметр, то можно получить дополнительный объем. При толщине стенки 7-8 мм одним миллиметром можно пожертвовать. И достаточно часто можно обойтись серийными поршнями. Правда, однозначно заявлять, что увеличение диаметра цилиндров дешевле, нежели замена коленчатого вала, нельзя. Каждый из этих двух способов разумно рассматривать в ракурсе специфики отдельно взятого двигателя.

Наддувные технологии. Семейство турбированных двигателей интересно для тюнинга своими конструктивными особенностями, серьезно упрощающими настройку мотора. В нашем случае можно получить больший момент, опять-таки не трогая ни моментную кривую, ни объем и даже не разбирая двигатель, лишь незначительно изменив величину наддува.

В чем особенность конструкции наддувных двигателей? Прежде всего в особенностях управления компрессором, будь то турбина или механический компрессор. Давление наддува и первого, и второго зависит от количества оборотов двигателя. Чем больше оборотов, тем выше давление. Но увеличивать его можно только до определенной величины. За этим следит блок управления, стравливая лишнее давление. Изменив его характеристику, т.е. слегка подняв планку этого самого стравливания, мы увеличим давление, с которым топливо-воздушная смесь “забивается” в объем цилиндра. И забивает реально больший объем, нежели в случае “щадящих” параметров у серийного двигателя.

Работы по увеличению давления не безболезненны – у серийных двигателей есть определенный запас по механическим и тепловым нагрузкам, по детонационной стойкости. В разумных пределах увеличить наддув возможно. Но если перешагнуть, то чтобы не сломать двигатель, придется прибегнуть к дополнительным переделкам – увеличить объем камеры сгорания, изменить систему охлаждения, установить дополнительный радиатор, воздухозаборники, промежуточный охладитель воздуха. Наверное придется чугунный коленчатый вал заменить на стальной, подобрать более прочные поршни и обеспечить им охлаждение.

Изменения в газодинамике. Суть понятна – для того чтобы получить больший момент, надо увеличить заряд топливо-воздушной смеси. Что можно сделать? Можно взять инструмент и убрать дефекты серийной сборки – сделать впускные и выпускные каналы более гладкими и ровными, ликвидировать уступы и острые углы в местах стыка деталей, убрать в камере сгорания непродуваемые зоны, заменить клапана и седла. Работы много, но гарантии нет. Почему?

Аэродинамика – вещь непростая. Математически описать процессы, проистекающие в двигателе, сложно. Взять ручку, бумагу и сделать вычисления и исходя из результатов что-то подрезать, отрезать, загнуть – тяжело… Или “кинуть глазом” и сказать, где тут лишнее… Порой результат прямо противоположный ожидаемому или никакой. Ради справедливости надо сказать, что в аэродинамике есть резервы. Но извлечь их гарантированно можно, только выполнив ряд экспериментов, продувая пластилиновые макеты впускных каналов на специальной установке, подбирая их форму и сечение в соответствии с требованиями новых условий работы двигателя. Маловероятно, что это можно сделать “на коленке”.

Увеличение мощности

Спортивные распредвалы

Что такое мощность? Это произведение крутящего момента на скорость вращения двигателя. Таким образом, сместив стандартную характеристику момента в зону высоких оборотов, мы получим искомую прибавку мощности. Минус- на низах мотор плохо “едет”.

Любой газораспределительный механизм (без механизма изменяемых фаз) позволяет хорошо наполнять цилиндры только в своем
диапазоне оборотов. И как только мы перемещаем вращающий момент в область более высоких оборотов, мы тут же потеряем его внизу. На низких цилиндры будут плохо продуваться, а для обычного дорожного автомобиля это плохо – давим на газ, а он не
едет. Водитель должен держать стрелку в зоне высоких оборотов. Трогаться с места – сцепление жечь. Поэтому все серийные двигатели имеют максимальный момент где-то в области разумных 2-3 тысяч, чтобы внизу ничего не провалилось.

Конечно, современные двигатели с изменяемыми фазами газораспределения такими провалами не страдают. На низких оборотах с помощью регулирующего механизма фазы становятся узкими, перекрытие (длительность одновременного открытия впускных и выпускных клапанов) маленьким, и на низких оборотах происходит хорошее наполнение цилиндров.

Как только этот двигатель забирается в зону высоких оборотов, фазы расширяются, перекрытие увеличивается , цилиндры начинают хорошо продуваться на высоких оборотах, и мы имеем хороший вращающий момент.

Итак, если у нас традиционный мотор (без изменяемых фаз), мы можем сказать себе: плевать нам на низкие обороты, ставим широкофазный распредвал в двигатель, тем самым позволяем иметь хорошее наполнение в зоне высоких оборотов. Правда,
маловероятно, что мы получим большой вращающий момент, скорее всего, мы его по абсолютной величине получим такой же, как у серийного, только в зоне высоких оборотов.

Но произведение его на обороты, на которых он достигается, будет существенно больше, чем у серийного мотора, следовательно, и мощность выше. Двигатель будет иметь ярко выраженный спортивный характер. Использовать таким образом полученную мощность можно, только подогнав передаточные числа в трансмиссии. Это тот путь, который применяется в спорте.

Еще одним путем увеличения мощности двигателя является уменьшение механических потерь. Можно снизить потери на преодоление сил трения в цилиндропоршневой группе целым рядом мероприятий: снижением массы поршней и шатунов, уменьшением
размера юбки поршней и толщины поршневых колец, переносом места фиксации шатуна от осевого смещения в бобышки поршня и др.

Кроме того, имеет значение и снижение разбрызгивания масла коленвалом путем специального направления масла, сливаемого из головки блока, установки маслоотражающих экранов и т.д. Правда, эти мероприятия, в основном, эффективны
на высоких оборотах, когда потери на преодоление трения особенно велики.

От теории к практике

Итак, основные принципы мы выяснили. Попробуем теперь выбрать схему, по которой можно форсировать двигатель. Очевидно, первое, что надо решить, – насколько необходимо увеличить объем цилиндров. Если поставлена цель – достичь
максимального эффекта при форсировании, то объемом пренебрегать нельзя, даже если в нашем распоряжении не так много возможностей: повышение мощности и момента прямо пропорционально объему цилиндров. Следующее по значимости – это фазы газораспределения.

Необходимо сделать выбор: “строим” ли мы “скоростной” двигатель, который будет “раскручиваться” на высоких оборотах, или “моментный”, для работы на средних оборотах. Это, без сомнения, зависит от темперамента водителя и стиля езды. На этом этапе предстоит выбор распределительного вала для нашего мотора – именно параметры вала определяют характер изменения момента и мощности по частоте вращения коленвала. Все тюнинговые распредвалы можно условно разделить
на две группы: низовые и верховые. Исходя из названия, первые увеличивают момент в области низких оборотов двигателя, а вторые – в области высоких. Достигается это изменением высоты подъема и профиля кулачков, а также фазами открытия/закрытия
клапанов.

Низовые валы имеют небольшую высоту подъема и отсутствие зоны перекрытия клапанов, что предотвращает выбрасывание рабочей смеси обратно во впуск на низких оборотах. Уменьшение высоты подъема влечет за собой неизбежную потерю наполнения на высоких оборотах, что приводит к уменьшению макимальной мощности двигателя. Однако это не столь важно, так как основная область их применения – езда по городу. Основное достоинство таких валов – повышение крутящего момента на низах, что позволяет заметно быстрее ускоряться со светофора и лишний раз не включать пониженную передачу.

Верховые валы, напротив, имеют широкие фазы, высокие подъемы и довольно большую зону перекрытия клапанов. Это позволяет увеличить наполнение на верхах, как по причине увеличения проходного сечения в зоне клапана, так и за счет использования эффекта инерционного наддува. При этом почти всегда повышается мощность двигателя, а пик крутящего момента смещается в зону более высоких оборотов. Широкие фазы приводят к обратному выталкиванию смеси во впускной коллектор на низких частотах вращения, что вызывает снижение наполнения и провал на низах. Чем более “верховой” распредвал – тем сильнее этот эффект.

Разрезная шестерня

Рекомендуется также и установка так называемой разрезной шестерни – шкива Вернера, который позволяет, не меняя
натяжения ремня, смещать фазы газораспределения, то есть моменты открывания и закрывания впускных и выпускных клапанов с высокой точностью, в то время как стандартная шестерня позволяет делать это с точностью в один зуб, чего недостаточно для получения хорошего результата.

Затем все узлы и детали двигателя “настраиваются” на объем двигателя, но главное, на соответствие выбранному распределительному валу. Другими словами, весь клапанный механизм, каналы впуска и выпуска, цилиндропоршневая группа – все “подстраивается” под характеристики распределительного вала. Какой бы мотор ни получился в результате – это будет уже новый, другой мотор. И им надо по-другому управлять. То есть по-иному, но точно регулировать состав топливно-воздушной смеси и угол опережения зажигания. Поэтому следующий этап работы – настройка системы управления двигателем (чип-тюнинг). Без этого новый двигатель не только не “выдаст” всех своих возможностей, но может проиграть своему стандартному аналогу. Особенно это касается двигателей с электронными системами впрыска топлива. (Подробнее о чип-тюнинге).

Кроме того, настройка мотора неизбежно повлечет за собой целый ряд мероприятий, таких, как работа с трансмиссией, с подвеской, с тормозами. Теоретически, да и практически, мощность двигателя можно увеличить весьма существенно, но вопрос в разумности этого мероприятия, т.к. рано или поздно сам автомобиль конструктивно перестанет соответствовать своему силовому агрегату. Есть некий предел, который ограничивает развесовка автомобиля, коэффициент сцепления его шин с дорогой. Смысла “накрутить” двигатель и в результате попросту палить сцепление, жечь резину и крошить ШРУСы – просто нет.

Закись азота

Комплект для установки закиси азота

В случаях, когда прирост мощности и момента требуется только на короткий срок, используется более простая альтернатива
механическому тюнингу – закись азота N2О (нитрос). Нитрос- лучший выбор для тех, кто не хочет тратить много денег, но
при этом хочет добиться существенного увеличения мощности двигателя.

Механический тюнинг подразумевает непосредственное механическое вмешательство в работу двигателя, переделку его узлов и агрегатов. Это, в свою очередь, снижает ресурс двигателя, либо ведет к очень дорогостоящим заменам таких частей, как блоки цилиндров, поршни, шатуны, коленчатый и распредвалы, клапаны и т.д. Нитрооксидная система (НОС) включается по желанию водителя, а все остальное время двигатель работает в своем обычном режиме без дополнительных нагрузок и расхода топлива.

Откуда же берется прибавка мощности? Плотность закиси азота примерно на 50% больше плотности воздуха. Кислорода в ней порядка 36% (против 21% в атмосфере). Т. е. при разложении закиси выделяется в 1,7 раза больше кислорода, чем его находится в том же объеме воздуха. Чтобы подать необходимую для мгновенного ускорения порцию закиси в цилиндры, не нужна турбина или приводной компрессор – достаточно пустить сжиженый газ из баллона во впускной коллектор. Что и делают при разгоне, открывая клапан газовой магистрали посредством дистанционного привода.

Попав в двигатель, молекулы закиси азота под действием высоких температур распадаются на азот и кислород, и этот самый высвободившийся кислород позволяет бензину сгорать эффективнее. Давление в цилиндре повышается, и как результат- повышение мощности. А высвободившийся азот работает как антидетонатор, не давая процессу горения идти лавинообразно.

Закись азота также увеличивают плотность топливно-воздушной смеси. Подающаяся в состав смеси в виде сжиженного газа, закись азота приводит к ее немедленному охлаждению, т.к. температура испаряющегося сжиженного газа всегда на несколько
порядков ниже температуры окружающей среды. А как известно, более холодная и более плотная смесь лучше горит и производит больше мощности.

Типы систем закиси азота

Существуют три типа систем закиси азота – так называемые: “сухая”, “мокрая”, и система прямого впрыска (direct port).

• “Сухая” система является самой дешёвой и простой, закись подаётся одной форсункой в коллектор. Система неуправляема, её можно только включить и выключить. Под карбюратор или в коллектор за воздушным фильтром (у впрысковых моторов) врезается дополнительная форсунка для подачи закиси. Впрыск топлива осуществляется как обычно. Вот в этом-то и проблема. При подаче закиси азота нужно подать и больше горючего. Иначе смесь обеднится, и возникнет нежелательная детонация, которая вполне может привести к поломке двигателя. А поскольку впрыском управляет бортовой компьютер, то приходится либо перенастраивать его, увеличивая продолжительность открытия форсунок, либо повышать давление в топливной магистрали.
• “Мокрая” нитрос-система – более продвинутое устройство. Закись подаётся также как в «сухой», но дополнительно происходит подача топлива с помощью отдельной форсунки, что позволяет избегать появления детонации и достичь максимальных показателей для этого типа впрыска. Объем закиси азота и топлива выверяется компьютером нитрос-системы, что делает это устройство более самостоятельным и удобным в управлении. Единственная сложность в том, что к такой системе приходится проводить дополнительную топливную магистраль. Такие системы особо подходят для наддувных моторов.
• Третий тип систем впрыска закиси азота – это системы прямого впрыска. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена отдельная форсунка, которая по команде распределительного блока смешивает и отмеряет необходимое количество закиси азота и топлива. Таким образом существует возможность контролировать соотношение закись азота/топливо для каждого цилиндра индивидуально. Это самый мощный и один из самых точных типов систем. Системы прямого впрыска являются еще и самыми сложными в установке. В связи с этим, а также с их высокой мощностью, эти системы применяются в основном на гоночных автомобилях.

Все эти радости омрачаются некоторым риском. Все страшные истории про оплавившиеся поршни и сгоревшие движки подкреплены фактами. Пока вы устанавливаете относительно не мощную НОС (нитрооксидная система) , опасаться нечего. Главное выбрать правильный комплект для данного двигателя. 4-х цилиндровые двигатели позволяют получить дополнительные 40-60 л.с., 6 цилиндровые двигатели позволяют получить прибавку в диапазоне 75-100 л.с., малый блок V8 – до 140 л.с., большой блок V8 – 200 л.с. Эта рекомендуемая прибавка мощности, позволяющая оставить механику двигателя без доработки.

Если же это слишком мало для вас, то вам понадобится довольно сильно тюнинговать мотор. Сначала – замена шатунно-поршневой группы. Необходимо использовать кованые поршни вместо штатных из-за возросшей нагрузки на двигатель. Далее следует замена коленвала и настройка системы зажигания. Также необходимо использовать качественное топливо или специальный гоночный бензин. Часто требуется установка более мощного топливного насоса и более холодных свечей зажигания.

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова | Структура | Факультеты | Судомеханический

Фото	ФИО, должность, ученая степень, ученое звание	Направление подготовки специальность по образованию, общий стаж работы, в т.ч. научно-педагогический	Преподаваемые дисциплины	Сведения о повышении квалификации
	Жуков Владимир Анатольевич, заведующий кафедрой Теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания, д.т.н, ученое звание доцент	Высшее, специалитет. Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) Инженер-механик. 36 лет / 32 года	1. Теплотехника 2. Основы теплотехники 3. Силовые агрегаты транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования 4. Теплообменное оборудование 5. Судовые парогенераторы 6.Судовые энергетические установки	Курсы повышения квалификации «Актуальные проблемы морской энергетики. Технические, экономические и экологические аспекты», 2019. «Создание электронного курса в системе дистанционного обучения «ФАРВАТЕР»», 2020.
	Безюков Олег Константинович , профессор кафедры Теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания, д.т.н., ученое звание профессор	Высшее, специалитет. Турбиностроение 49 лет / 44 года	1. Судовые турбомашины 2. Организация инновационной деятельности 3. История и методология науки и техники 4. Энергетические установки перспективных судов 5. Современные тенденции развития морского и речного флота 6. Инновационный инжиниринг 7. Судовое вспомогательное энергетическое оборудование 8. Методология научных исследований, патентоведение и защита авторских прав	Курсы повышения квалификации по программе «Практическое использование компонентов электронной информационно-образовательной среды в образовательном процессе», 2017 год, ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова
	Мельник Олеся Владимировна, доцент кафедры Теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания, к.т.н., ученое звание доцент	Высшее, специалитет. Судовые энергетический установки и их элементы (главные и вспомогательные) Морской инженер. 14 лет / 12 лет	1. Химмотология 2. Эксплуатационные материалы 3. Парогенераторы	Курсы повышения квалификации : «Создание электронного курса в системе дистанционного обучения «ФАРВАТЕР»», 2020.
	Петров Александр Павлович, доцент кафедры Теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания, к.т.н., ученое звание доцент	Высшее, специалитет. Автоматика и телемеханика Инженер-механик. 50 лет / 44 года	1. Автоматизация СЭУ	Курсы повышения квалификации по программе «Практическое использование компонентов электронной информационно-образовательной среды в образовательном процессе», 2017 год, ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова
	Гаврилов Владимир Васильевич, профессор кафедры Теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания, д.т.н., ученое звание профессор	Высшее, специалитет. Судовые силовые установки 45 лет / 45 лет	1. Судовое главное энергетическое оборудование 2. Судовые системы и устройства 3. Конструкция и расчет СДВС 4. Дизель в судовом пропульсивном комплексе 5. Испытания судовых двигателей внутреннего сгорания	Курсы повышения квалификации: «Практическое использование компонентов электронной информационно-образовательной среды в образовательном процессе», 2017 «Создание электронного курса в системе дистанционного обучения «ФАРВАТЕР»», 2020.
	Ерофеев Валентин Леонидович , профессор кафедры Теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания, д.т.н., ученое звание профессор	Высшее, специалитет. Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) Инженер-механик 59 лет / 56 лет	1. Энергетический менеджмент 2. История развития энергетики 3. История судовой энергетики 4. Теплотехника 5. Общая энергетика 6. Энергоэффективность объектов морской техники	Курсы повышения квалификации: «Практическое использование компонентов электронной информационно-образовательной среды в образовательном процессе», 2017 «Создание электронного курса в системе дистанционного обучения «ФАРВАТЕР»», 2020.
	Макарьев Евгений Васильевич, к.т.н., ученое звание отсутствуют	Высшее, специалитет. Судовые энергетический установки и их элементы (главные и вспомогательные) Инженер-механик. 10 лет / 6 лет	1. Судовые энергетические установки 2. Испытания судовых ДВС
	Афанасьев Михаил Петрович, доцент кафедры Теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания, ученая степень отсутствует, ученое звание отсутствуют	Высшее, специалитет. Прикладная математика 27 лет / 26 лет	1. Компьютерная графика и 3D моделирование 2. Персональный компьютер в профессиональной деятельности 3. Судовые электроэнергетические комплексы 4. Информационные технологии в жизненном цикле морской техники 5. Моделирование процессов создания и эксплуатации морской техники 6. Проектирование судовых двигателей	Курсы повышения квалификации: программе «Система электронной информационно-образовательной среды в БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова», 2018. «Технология обработки Больших Данных», 2020. «Цифровая грамотность современного преподавателя», 2020. «Создание электронного курса в системе дистанционного обучения «ФАРВАТЕР»», 2020.

Теория смазывания — mol34

Трение является одной из самых главных причин процесса изнашивания. Изнашивается наша одежда из-за носки и стирки (вещи трутся друг об друга в барабане стиральной машины), становятся ветхими страницы журналов и книг, которые мы часто перечитываем. Совершенно логично, что также изнашиваются детали машин и механизов.
Для снижения трения применяются смазочные материалы, которые наносят на поверхности трения. Одной из основных функций любого смазочного материала является смазывание сопряженный поверхностей деталей для снижения трения и износа.
Если наполнить емкость моторным маслом, а затем наклонить ее, то масло будет вытекать из емкости с какой-то скоростью. Чем гуще масло, тем медленне оно будет вытекать из емкости. Таким образом, вязкость характеризует текучесть масла. Чем масло гуще, тем вязкость масла будет больше. И наоборот, чем масло более жидкое, тем его вязкость ниже.
Вязкость является свойством жидкости или газа оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Жидкостное трение (внутреннее трение) является единственным источником трения между двумя твердыми поверхностями (например, деталей), разделенными слоем/пленкой жидкости.
Благодаря внутреннему трению образуется масляный клин вследствие нагнетания масла в зазор между валом и корпусом подшипника. Чем выше вязкость масла, тем гуще и плотнее масляная пленка, тем надежней смазывание, однако тем больше потери мощности двигателя на преодоление внутреннего трения внутри жидкости.

Многие автоваледельцы знакомы с эффектом густого масла в двигателе после длинной морозной ночи, а также знают, что после прогрева двигателя масло легко стекает со щупа и становится более подвижным. При повышении температуры выше 0ºС масло начинает разжижаться, а при понижении температуры ниже 0ºС масло начинает загустевать и становится более вязким.
Диапазон рабочих температур моторного масла очень широк: от -40 до+300 ºС.

Для правильного подбора масла необходимой вязкости необходим прицип. Данный принцип описан международной классификацией моторных масел по вязкости SAE (Society of Automotive Engineers) в стандарте J300 DEC99.

Классификация SAE содержит 11 классов: из них 6 – зимние масла (SAE 0W,5W,10W,15W,20W,25W) и 5 – летние (SAE 20,30,40,50,60). Всесезонные масла имеют двойное обозначение, причем класс, указываемый первым, как например 0W-40, 5w-30 дает зимнюю характеристику и указывает на зимний класс вязкости, а второй – летнюю SAE 0W-40; SAE 10W-40; SAE 20W-50 и указывает на летний класс вязкости.
Характеристику зимних масел определяют два максимальных значения низкотемпературной вязкости и нижний предел кинематической вязкости при 100°С. Летние масла характеризуются пределами кинематической вязкости при 100°С, а также минимальными значениями динамической вязкости при 150°С и градиенте скорости сдвига 106 с-1
Чем ниже действительные значения низкотемпературной вязкости, тем большим запасом низкотемпературных свойств обладает масло, тем более легким запуском и легкой работой будет обеспечен двигатель при низких температурах.
Всесезонные масла отвечают требованиям к одному из зимних и к одному из летних масел, то есть имеют очень пологую зависимость вязкости от температуры (высокий индекс вязкости). Индекс вязкости – это безразмерная величина, рассчитываемая по значениям кинематической вязкости при 40°С и 100°С. Для сезонных (зимних и летних) масел, полученных из нефти благоприятного состава путем глубокой очистки масляных фракций, характерные значения индекса вязкости составляют порядка 85-100. Всесезонные загущенные масла, содержащие присадки-модификаторы вязкости, имеют индекс вязкости 130-160 и более.
На рисунке показаны вязкостно-температурные зависимости двух сезонных и всесезонного масла.

Летнее масло имеет достаточную вязкость, чтобы обеспечить надежное смазывание при высокой температуре, но при температурах ниже 0°С оно становится слишком вязким.
Зимнее масло обеспечит холодный пуск при низкой температуре, но для летней эксплуатации, когда температура масла в картере достигнет 90-100°С, оно явно непригодно.
А вот всесезонное масло 5w-30, получаемое загущением маловязкого базового масла до вязкости при 100°С, типичной для летнего масла, работоспособно во всем диапазоне.
Почему классификация SAE предусматривает два метода измерения вязкости масел и при двух разных отрицательных температурах для одного и того же класса?
В первой слева колонке таблицы дается результат измерения вязкости на приборе, имитирующем поведение масла в смазываемых узлах при холодном пуске двигателя от стартера (CCS) .
Во второй слева колонке – на приборе, имитирующем поведение масла в картере и маслоприемнике после длительного охлаждения двигателя (MRV). Эта характеристика прокачиваемости масла по смазочной системе гарантия того, что при пуске не будет падения давления масла и сухого трения. Именно поэтому характеристику прокачиваемости определяют при более низкой температуре (на 5°С для каждого класса).
Диапазоны температуры окружающей среды, в которых применимы масла тех или иных классов SAE, зависят от конструкции двигателей, устройства и гидравлических характеристик смазочных систем, мощности пусковых агрегатов и других факторов.
Применение излишне вязких масел (5w-50; 10w-60; 20w-50) увеличивает потери на трение, повышает расход топлива, затрудняет холодный пуск двигателя. Применение недостаточно вязких масел увеличивает износ трущихся деталей и расход масла на угар, затрудняет выполнение норм по токсичным выбросам с отработавшими газами.
Поэтому, при выборе моторных масел для конкретных марок автомобилей, работающих в данных климатических условиях, следует руководствоваться рекомендациями изготовителей техники, учитывая однако, что некоторые модели автомобилей разработаны с учетом требований рынков, отличающихся мягкими климатическими условиями, как например рынок Австралии, Америки или рынков Азии, и в рекомендациях вполне может отсутствовать класс вязкости, способствующий запуску двигателя при температурах ниже минус 30 °С.

Теория аккреции — двигатель астрофизики

Р. А. Сюняев

Р. А. Сюняев, академик РАН, директор Института астрофизики Общества Макса Планка, гл. науч. сотр. ИКИ РАН

Не знаю почему, но, когда спрашивают о ком-нибудь из моих друзей или хороших знакомых, этот человек встает у меня перед глазами таким, каким я его встретил в первый раз или в момент, когда он произвел на меня самое большое впечатление. И Николая Ивановича (Колю) Шакуру я и сейчас вижу студентом, приехавшим из белорусской деревни, с горящими глазами, быстрым и в движениях, и в ответах на любой вопрос (ведь не зря в те времена он бегал стометровку, участвуя в первенстве МГУ). Помню его в общежитии МГУ со старшим сыном (который давно уже сам отец) на руках, помню наши споры в начале 1970-х, когда мы интенсивно работали вместе и писали статьи, которыми гордимся до сих пор, наши встречи в его первой своей комнате (выбитой Яковом Борисовичем Зельдовичем одновременно с пропиской в Москве) в коммунальной квартире в доме преподавателей МГУ напротив кинотеатра «Прогресс», которого давно нет. Чайники чая, выпитые попеременно у него и у меня сначала в комнатке на Профсоюзной, а потом уже в кооперативе на Юго-Западной, долгие ночные звонки. Помню Колю на вершине вулкана Этна и выступающим на знаменитом семинаре под руководством Зельдовича, В. Л. Гинзбурга и И. С. Шкловского в ГАИШ при МГУ. Помнится и то, как ЯБ (Зельдович) сказал мне, что у него в ГАИШ появился новый студент и что было бы неплохо, если бы мы поработали вместе. ЯБ очень интересовала теория аккреции на черные дыры и нейтронные звезды, и до конца его жизни лучшим собеседником по этой теме был для него дипломник, потом аспирант и сотрудник Н. И. Шакура. Замечательно, что Коля и сейчас руководит отделом релятивистской астрофизики ГАИШ, который основал и которым многие годы руководил ЯБ.

Мне нравится фото с Колей у доски в конференц-зале ГАИШ, сделанное почти 40 лет назад в 1970-е годы, когда мы много работали вместе. Этот снимок напоминает годы, когда у нас с Колей были интересные результаты, но не было ни времени, ни денег на регулярное посещение парикмахерской.

Работа в тандеме. Н. И. Шакура и Р. А. Сюняев, 1979 год.
Фото из архива фотолаборатории ГАИШ МГУСтудент Н. И. Шакура (1964). Из семейного архива

Коле, как и большинству учеников ЯБ в области космологии и релятивистской астрофизики, необычайно сильно повезло. Он встретился с ЯБ (бесспорно, одним из наиболее ярких физиков, решивших после успешной работы над оружием начать работать в астрофизике, далекой от каких-либо земных приложений) в эпоху «штурма и натиска» в этой науке, когда буквально каждый год приносил грандиозные по своим следствиям наблюдательные открытия. А Коле удалось то, что удается мало кому: он является автором «Стандартной теории дисковой аккреции на черные дыры и нейтронные звезды», самой цитируемой статьи [1] в мировой теоретической астрофизике (в последние годы более чем по ссылке в день), подробно изложенной в десятках обзоров, книг и учебников. Последние годы более трети ссылок на эту работу приходится на статьи по протопланетным дискам в молодых звездных системах. А за спиной у Коли первая в мире и широко цитируемая модель сферической аккреции газа на нейтронную звезду со слабым магнитным полем (написанная совместно с ЯБ [2]), статья о тепловой неустойчивости радиационно-доминированных аккреционных дисков [3]; публикация идей оттока вещества от аккреционных дисков со сверхэддингтоновской светимостью, наблюдаемой сейчас во многих квазарах, и прогрева внешних областей дисков жестким излучением его центральной зоны, столь ярко проявляющего себя в дисках вокруг молодых звезд; и многое, многое другое.

70 лет — это серьезный порог. Но мир науки знает немало людей, которые оставались продуктивными и после 70. Меня радует, что Коля в последние годы написал в соавторстве с К. А. Постновым, П. К. Аболмасовым и другими еще более молодыми коллегами ряд красивейших работ по теории аккреции и интерпретации наблюдательных данных. Эти работы уже признаны и широко цитируются. Мне хочется пожелать Коле продолжать активно работать, выступать на конференциях с новыми идеями и блестящими обзорами и продолжать приводить в изумление молодых студентов и студенток, считающих, что «динозавры» с таким гигантским вкладом в науку, как у Николая Ивановича, могли существовать только в далеком прошлом.

Г. С. Бисноватый-Коган

Г. С. Бисноватый-Коган,
докт. физ.-мат. наук, гл. науч. сотр. ИКИ РАН

Вскоре после поступления в аспирантуру мой шеф, Я. Б. Зельдович, велел прийти на его лекцию по астрофизике, курс которой он читал на физфаке МГУ. После лекции слушались отчеты студентов о проделанной работе, слушать которые ЯБ тоже меня оставил. Там я впервые увидел Колю Шакуру, который толково что-то рассказывал, в то время как остальные студенты мямлили довольно невразумительно.

В 1967 году на съезде Международного астрономического союза в Праге ЯБ рассказывал об исследовании про аккрецию на нейтронную звезду, которую они делали вместе с Колей, о падении вещества на нейтронную звезду без магнитного поля. По возвращении домой я предложил Алику Фридману рассмотреть аналогичную задачу при наличии сильного магнитного поля нейтронной звезды. Там нужно было учитывать различные плазменные эффекты, которыми занимался Алик. К концу 1967 года работа вчерне была закончена, я рассказал про нее ЯБ, который воспринял это без энтузиазма. Он велел нам обосновать некоторые утверждения, кроме того, холодно отнесся к идее сильного магнитного поля нейтронной звезды. Всё это остудило наш пыл, и работа была отставлена. Весной 1968 года было объявлено об открытии пульсаров, и ЯБ сразу велел работу публиковать в первоначальном виде. Интересно, что наша статья [4] поступила в редакцию «Астрономического журнала» 19 августа 1968 года, одновременно со статьей ЯБ и Коли об аккреции на звезду без магнитного поля [2]. После блестящей защиты диплома Коля поступил в аспирантуру, где под руководством ЯБ занялся теорией дисковой аккреции вещества с большим угловым моментом на черные дыры. Дисковая аккреция рассматривалась раньше в связи с образованием планет, а в работе Д. Линден-Белла в 1969 году [5] была предложена модель квазара, или ядра активной галактики, в виде сверхмассивной черной дыры с аккреционным диском. Тогда эта модель была пионерской, а сейчас стала общепринятой, подтвержденной наблюдениями.

Основная трудность модели заключалась в необходимости учета турбулентной вязкости, которая нужна для создания потока вещества в черную дыру для поддержки наблюдаемой светимости. В работе Коли, опубликованной в «Астрономическом журнале» в 1972 году [6] и посланной в печать годом раньше, впервые была предложена простая феноменологическая формула для главной компоненты вязких натяжений, которая определяет поток массы из аккреционного диска в черную дыру:

где Р — давление, а α — численный коэффициент меньше единицы, оцениваемый из наблюдений. Простота и наглядность этой формулы сделали ее очень популярной во всех областях астрофизики, где встречаются аккреционные диски, в протопланетных и двойных системах, в ядрах галактик.

Однако огромное число ссылок на эту формулу приходится не на оригинальную работу в «Астрономическом журнале», а на последующую статью Шакуры совместно с Р. А. Сюняевым, опубликованную в 1973 году в европейском журнале Astronomy and Astrophysics [1]. Помимо очевидно большей популярности этого журнала по сравнению с «Астрономическим журналом», в этой статье теория аккреции изложена гораздо подробнее и доступнее. Кроме того, в ней содержится больше астрофизических приложений. Работа над статьей 1973 года потребовала от Коли огромного напряжения сил. Я помню, как он совершенно измотанный приходил к нам в комнату в Институте прикладной математики и сидел с отрешенным взглядом без слов и движений. Такое поведение было для меня довольно загадочным, так как работа над этой статьей проводилась без обсуждений на семинарах. Видимо, ЯБ был одним из немногих, а может быть, единственным человеком, который был в курсе этой работы, и, как всегда, давал ценные советы, замечания и указания.

Следует отметить, что уже в статье Линден-Белла 1969 года [5] можно найти неявные следы этой формулы (1). Линден-Белл предполагал, что вязкость определяется хаотическим магнитным полем, которое в условиях используемого им равнораспределения тепловой и магнитной энергии как раз сводится к формуле (1). В работе Прингла и Риса 1972 года [7] рассматривалось несколько другое феноменологическое описание турбулентной вязкости, которое не обладало простотой и наглядностью формулы (1) и потому не получило распространения.

У меня с Колей вышло несколько работ, которые сами по себе, может, и неплохие, но не идут ни в какое сравнение с формулой (1), которую по праву можно считать основной феноменологической формулой в теории дисковой аккреции.

А. М. Черепащук

А. М. Черепащук, академик РАН, директор ГАИШ МГУ

С Колей Шакурой мы учились вместе на астрономическом отделении физфака МГУ. Когда я был уже аспирантом, Коля (под руководством академика Я. Б. Зельдовича) завершал свою дипломную работу, посвященную расчету рентгеновского спектра при сферической аккреции вещества на одиночную нейтронную звезду без магнитного поля. Эта работа была опубликована им совместно с Я. Б. Зельдовичем в «Астрономическом журнале» в 1969 году [2].

Фото О. С. Бартунова

Позднее, уже будучи аспирантом, Коля опубликовал, также в «Астрономическом журнале», свою первую работу по дисковой аккреции вещества на релятивистский объект в тесной двойной системе [6]. Я был свидетелем того, как Коля просиживал многие дни и недели в библиотеке ГАИШ, испытывая «муки творчества» при выполнении этой замечательной работы и написании соответствующей статьи. Затем последовала публикация ныне знаменитой статьи Н. И. Шакуры и Р. А. Сюняева по дисковой аккреции на черные дыры, где были учтены эффекты комптонизации спектра рентгеновского излучения и построена модель сверхкритической аккреции [1]. Выход этой работы совпал по времени с началом систематических рентгеновских наблюдений неба с борта американской орбитальной специализированной рентгеновской обсерватории UHURU. Благодаря работе Н. И. Шакуры и Р. А. Сюняева природу открытых этой обсерваторией многочисленных компактных рентгеновских источников удалось быстро понять. Был сделан вывод об открытии рентгеновских двойных систем, состоящих из нормальной оптической звезды и аккрецирующего релятивистского объекта. В 1972 году в международном экспресс-издании IBVS была опубликована статья группы авторов (А. М. Че-репащук, Ю.Н. Ефремов, Н. Е. Курочкин, Н. И. Шакура, Р. А. Сюняев) [8], посвященная интерпретации оптической переменности одной из первых открытых затменных рентгеновских двойных систем — системы HZ Геркулеса. Опираясь на выводы теории дисковой аккреции, авторы показали, что главная причина оптической переменности этой системы — эффект отражения, точнее, эффект прогрева поверхности оптической звезды мощным рентгеновским излучением аккрецирующей нейтронной звезды. Сейчас исследование оптических проявлений рентгеновских двойных систем выросло в отдельное направление астрофизики, где получен ряд важных результатов. В частности, измерены массы около трех десятков звездных черных дыр.

В настоящее время Н. И. Шакура возглавляет созданный в ГАИШ по инициативе Я. Б. Зельдовича отдел релятивистской астрофизики. Институт гордится наличием в своем составе такого блестящего ученого. Я очень дорожу многолетней дружбой с Колей и сердечно поздравляю его с 70-летием.

1. Шакура Н. И., Сюняев Р. А. Black holes in binary systems. Observational appearance // Astronomy and Astrophysics, 1973. V. 24. P. 337–355.

2. Зельдович Я. Б., Шакура Н. И. Рентгеновское излучение при аккреции газа на нейтронную звезду // Астрономический журнал, 1969. Т. 46. С.  225–236.

3. Шакура Н. И., Сюняев Р. А. A theory of the instability of disk accretion on to black holes and the variability of binary X-ray sources, galactic nuclei and quasars // MNRAS, 1976. V. 175. P. 613–632.

4. Бисноватый-Коган Г. С., Фридман А. М. О механизме рентгеновского излучения нейтронной звезды // Астрономический журнал, 1969. Т. 46. С. 721–724.

5. Lynden-Bell D. Galactic Nuclei as Collapsed Old Quasars // Nature, 1969. V. 223. P. 690–694.

6. Шакура Н. И. Дисковая модель аккреции газа релятивистской звездой в тесной двойной системе, Астрономический журнал, 1972. Т. 49. С. 921–929.

7. Pringle J. E., Rees M. J. Accretion Disc Models for Compact X-Ray Sources, Astronomy and Astrophysics, 1972. V. 21. P. 1–9.

8. Cherepashchuk A. M., Efremov Yu. N., Kurochkin N. E., Shakura N. I., Sunyaev R. A. On the Nature of the Optical Variations of HZ Her = Her X1 // Information Bulletin on Variable Stars, 1972. V. 720. P. 1.

За работу над фотографиями выражаем благодарность
Т. А. Бируле и О. С. Бартунову

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

См. также:

Как работают автомобильные двигатели внутреннего сгорания

АВТО ТЕОРИЯ

Что такое двигатель?

Проще говоря, двигатель — это группа связанных частей, которые собраны таким образом, чтобы преобразовывать энергию в движение, которое, в свою очередь, можно использовать для выполнения работы. Бензиновые двигатели — это устройства внутреннего сгорания, в которых в качестве источника энергии используется бензин. Давайте построим один.

Если бы мы взяли прочную жестяную банку и брызнули в нее немного бензина, затем накрыли ее крышкой и зажгли через какое-нибудь отверстие сбоку, то взрыв поднял бы крышку довольно высоко в воздух.Причина в том, что пары бензина смешались с воздухом и образовали очень взрывоопасную смесь, которая, в свою очередь, создала чрезвычайно горячие газы, которые необходимо было выпустить. В этом случае верх снесло.

Теперь, когда мы знаем, что можем сдвинуть что-то с помощью взрыва, почему бы не создать механическое устройство, которое может выполнять некоторую работу? Следовательно, если мы зацепим крышку банки за стержень, который другим концом соединен с коленчатым валом — устройство, которое использует эксцентриковые шейки для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение, — а затем перевернем банку и жестко ее поддержим, то взрыв мы generate будет толкать крышку и ее шток вниз, вращая коленчатый вал.

Не вдаваясь в очевидные недостатки приведенной выше конструкции, перейдем к тому, как устроены бензиновые двигатели.

Блок

Вместо банки нам нужен прочный жесткий цилиндр, который просверливается в еще более прочном куске металла, обычно в тяжелой отливке из железа или алюминия, обычно называемой блоком цилиндров.

Поскольку мы отливаем блок, почему бы не спроектировать в отливке несколько каналов, которые можно заполнить водой, чтобы поддерживать постоянную температуру при работающем двигателе? Кроме того, давайте спроектируем некоторые другие каналы, чтобы можно было перекачивать масло для смазки движущихся частей.

Мы можем обработать блок после литья для создания однородного цилиндра известного размера. Кроме того, мы можем просверлить и проткнуть различные отверстия в блоке, чтобы разместить крепеж, который в конечном итоге будет удерживать детали двигателя вместе.

Время на запчасти!

Поршень Деталь, которую мы собираемся перемещать при взрыве топлива, — это поршень. Хотя в старых автомобилях использовались железные поршни, все поршни после Второй мировой войны сделаны из литого или кованого алюминия и имеют размер примерно на 10 тысячных дюйма меньше, чем размер цилиндра, чтобы учесть тепловое расширение.Поршни должны быть достаточно высокими, чтобы избежать опрокидывания вбок при движении вверх и вниз по цилиндру. Они также должны быть легкими, чтобы уменьшить инерционные силы, которым они подвергаются, поэтому все современные поршни полые.

Поршень, описанный выше, будет довольно хорошо перемещаться по каналу цилиндра, но значительная взрывная сила будет «просачиваться» мимо его боковых сторон. Чтобы ограничить эту проблему, поршни имеют канавки по окружности с несколькими разнесенными друг от друга каналами. В эти каналы помещены кольца из пружинной стали или железа, которые постоянно оказывают давление на стенку цилиндра, изолируя большую часть дымовых газов.Большинство поршней имеют два компрессионных кольца и одно масляное кольцо.

Примерно на полпути вниз в поршне просверливается отверстие точного размера по диаметру, чтобы удерживать палец на запястье или поршневой палец.

Шток Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Это сверхмощное высококачественное устройство, которое толкается поршнем вниз. На другом конце находится круговой фиксатор подшипника, который перемещается по коленчатому валу, когда он движется по эксцентрической окружности.Шток соединен с поршнем через поршневой палец.

Зачем поршню шпилька? Что ж, если вы думаете об этом, поршень движется прямо вверх и вниз, но шток качается вперед и назад вслед за коленчатым валом. Следовательно, шток должен иметь возможность перемещаться там, где он прикреплен к поршню, а штифт допускает это маятниковое движение.

Коленчатый вал Сердцем двигателя является коленчатый вал. Он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать огромную силу движущегося стержня вместе с другими нагрузками, которые он выдерживает.На его переднем конце есть шкив, который приводит в движение вспомогательное оборудование двигателя, а на заднем конце — маховик, который приводит в движение трансмиссию и оставшуюся трансмиссию. В блоке двигателя отлиты точки, на которых вращается коленчатый вал, называемые шейками. В одноцилиндровом двигателе коленчатый вал должен поддерживаться, по крайней мере, двумя шейками, поскольку силы, создаваемые взрывами, должны распределяться во всех направлениях одинаково, без смещения центральной линии коленчатого вала.

Подшипники Очевидно, что любая движущаяся часть, такая как коленчатый вал, шатун, штифты и т. Д.должен быть спроектирован так, чтобы создавать как можно меньшее трение, иначе все это будет царапаться, истираться и нагреваться настолько, что части будут свариваться друг с другом. Для этого производители используют подшипниковые материалы и масло. Цапфы коленчатого вала и шатуна содержат вкладыши подшипников из молибдена и других специальных материалов, между которыми проходят тонкие масляные пленки под давлением. Подробнее об этом позже …

Теперь у нас есть двигатель, верно?

Нет, не знаем. Пока что у нас есть блок, коленчатый вал, поршень и шток в сборе, которые будут вращаться, но у нас нет никакого способа герметизировать цилиндр вверху, чтобы взрыв мог толкнуть поршень вниз.Не хватает и некоторых других вещей, таких как подача топлива, выброс выхлопных газов и источник воспламенения, но мы доберемся до этого вовремя. Во-первых, нам нужно создать камеру сгорания, чтобы было место для воспламенения топливно-воздушной смеси.

Чтобы сделать это в простейшей форме, все, что нам действительно нужно сделать, это прикрутить плоский кусок тяжелого металла к верхней части цилиндра, оставляя пространство между ним и верхней частью поршня. Назовем это головкой блока цилиндров. Головка блока цилиндров, конечно, съемная, но мы не можем снять ее и впрыснуть немного топлива, а затем снова включить и зажечь топливо каждый раз, когда нам нужен рабочий ход поршня, не так ли? Нам нужен какой-то порт для впуска топлива и другой порт для выпуска отработавших газов.

Клапаны Хорошо, мы обработали пару отверстий в головке цилиндров, одно для впуска топлива / воздуха, а другое для выпуска выхлопных газов, но если наш двигатель будет работать, нам нужно найти способ чтобы запечатать их в нужное время. Это делается с помощью клапанов, которые представляют собой прочные металлические объекты, состоящие из стержня и широкой конической головки. Нам нужны впускные и выпускные клапаны. Угол конуса на головке клапана повторяется в его «седле» в отверстии головки цилиндров, обеспечивая таким образом уплотнительную поверхность.

Для того, чтобы клапаны правильно закрывали отверстия в головке блока цилиндров, нам необходимо разместить пружины вокруг штоков и прикрепить их с помощью зажима определенного типа, обычно называемого «держателем».

Мы приближаемся к работающему двигателю, но нам нужно найти способ открывать и закрывать клапаны в нужное время. Мы обсудим это в ближайшее время, но сначала нам нужно рассмотреть различные циклы, которые должен пройти двигатель, обычно называемые тактами.

Типовой клапан в сборе для двигателя с плоской головкой.

Все, что нам нужно сделать сейчас, это повернуть распределительный вал и синхронизировать открытие клапана с правильным ходом. Поскольку коленчатый вал вращается, почему бы не соединить его с распределительным валом с помощью системы шестерен или цепи? Именно это и делают производители, и компоненты обрабатываются и маркируются таким образом, чтобы во время сборки сохранялось правильное соотношение между ходом поршня и открытием клапана, синхронизацией клапана.

Однако важно помнить, что частота вращения распределительного вала составляет половину частоты вращения коленчатого вала.В четырехтактном двигателе каждый клапан открывается только через каждый второй оборот, поэтому распределительный вал поворачивается на один оборот за каждые два оборота коленчатого вала.

Масса маховика помогает сгладить движение коленчатого вала.

Масса маховика используется для поглощения вибраций двигателя и удержания коленчатого вала во время следующих трех ходов, что обеспечивает плавную работу двигателя.

Маховик

Двигатель, который мы собрали выше, будет довольно сильно вибрировать, поскольку есть один большой рабочий ход и четыре смены направления поршня каждые два оборота.Нам нужно что-то, чтобы гасить вибрации. Кроме того, нам нужно что-то тяжелое, прикрепленное к коленчатому валу, чтобы помочь инерционным силам удерживать коленчатый вал достаточно долго, чтобы пройти все четыре хода. Кроме того, нам нужно что-то прикрепленное к коленчатому валу, на котором мы можем прикрепить необходимые детали для передачи мощности двигателя, не говоря уже о его запуске в первую очередь.

Все эти проблемы можно решить с помощью маховика, большого тяжелого диска, который прикручивается к задней части коленчатого вала.По окружности маховика мы можем установить зубчатый венец, который может включаться электростартером. Поверхность маховика может быть обработана и нарезана резьба для установки узла сцепления или, в случае автоматических трансмиссий, сам маховик может иметь более легкую конструкцию (так называемый гибкий диск), дополненный преобразователем крутящего момента трансмиссии.

Еще одна вещь

Поскольку коленчатый вал имеет маховик на одном конце, его масса будет иметь тенденцию создавать силы, которые заставляют коленчатый вал немного скручиваться на другом конце, вызывая вибрацию.Чтобы противодействовать этой вибрации, производители используют специально разработанный уравновешивающий диск, который прикрепляется к переднему концу коленчатого вала и называется гармоническим балансиром. Этот диск обычно состоит из двух отдельных частей, залитых резиной или синтетическим компаундом. Резина поглощает дифференциальное движение двух частей. Размер и вес гармонического балансира зависят от конкретной конструкции двигателя.

Сводка

Независимо от размера (рабочего объема) двигателя, количества цилиндров, формы ряда цилиндров, мощности в лошадиных силах и т. Д., он будет содержать те же основные части, что и движок, который мы обсуждали здесь. Детали могут быть расположены по-разному и по-разному в двигателе / ​​на двигателе, но вы всегда найдете базовые детали, а их будет больше. У четырехцилиндрового двигателя будет четыре поршня, восемь клапанов (как минимум!), Восемь подъемников и так далее, и так далее …

Четырехтактный цикл

Бензин жидкость не горит, а вот ПАР бензина горит, да еще как! Нам нужно сделать все возможное, чтобы создать много пара, начиная со смешивания бензина с воздухом в идеальном соотношении — примерно 14 частей воздуха на 1 часть бензина.

Поскольку поршень (и его кольца) в двигателе образуют довольно хорошее уплотнение, топливно-воздушная смесь может сжиматься. При сжатии капли топлива распадаются на еще более мелкие частицы, и температура топливно-воздушной смеси повышается, что облегчает воспламенение. Таким образом, если мы введем топливо и воздух в цилиндр, когда поршень находится внизу внизу, а затем закроем впускной клапан, он сжимает смесь до максимальной степени.

Эй! Если поршень может сжимать смесь, это означает, что когда он движется вниз по цилиндру, он может создавать вакуум, верно? Это верно, и мы можем использовать этот вакуум для всасывания топливно-воздушной смеси, открыв впускной клапан до того, как поршень начнет опускаться.

Вот мы уже кое-что добились. Предполагая, что мы проворачиваем двигатель стартером, первый ход, с которым мы столкнемся, — это такт впуска. Маховик поворачивает коленчатый вал, опуская шток и поршень. Одновременно мы открыли впускной клапан, впуская в себя топливно-воздушную смесь, всасываемую вакуумом. Поршень достигает дна цилиндра и мы закрываем впускной клапан.

Поршень поднимается, сжимая смесь и завершая такт сжатия.Когда он достигнет вершины, мы можем зажечь смесь. Смесь бензина и воздуха взрывается с фронтом пламени (скорость, с которой происходит взрыв) 2500 футов / сек, примерно такой же взрывной скоростью, как у динамита.

Этот взрыв заставляет поршень опускаться в рабочем такте. Теперь двигатель работает сам. Когда поршень достигает нижней части цилиндра, инерция коленчатого вала и силы маховика продолжают вращение. Если мы открываем выпускной клапан в этот момент, движение поршня вверх выталкивает сгоревшие газы наружу, создавая такт выпуска.

Вот и стандартный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Четыре такта — впускной, компрессионный, мощный и выпускной — составляют половину оборота коленчатого вала. Интересно отметить, что четыре хода совершают два полных оборота коленчатого вала, во время которых двигатель создает мощность только в одной четвертой части времени.

Как открываются клапаны?

На данный момент должно быть очевидно, что мы не изобрели способ открывать и закрывать клапаны.Ясно, что мы хотим, чтобы коленчатый вал выполнял эту работу, а не пытался вручную открывать и закрывать их. Конструкторы двигателей давно решили эту проблему.

Если мы обработаем круглый вал, который находится под штоком клапана, и установим его концы в подшипники, у нас будет начало чего-то, что сделает эту работу за нас. Путем обработки выступа на валу, называемого выступом кулачка, можно использовать выступ, чтобы подтолкнуть шток вверх по мере вращения вала. Размер выпуклости определяет величину подъема и, следовательно, время открытия клапана.Этот вал называется распределительным валом.

Из соображений экономии мы не хотим обрабатывать два распределительных вала, один для впускных клапанов, а другой для выпускных клапанов. Вместо этого мы можем разместить один распределительный вал в центре, и на этом валу мы можем обработать впускные и выпускные кулачки на своих местах. Поскольку мы не хотим выдвигать шток клапана или изгибать его, чтобы перейти к распределительному валу, мы можем изготовить круглый стержневой узел, который будет следовать за выступом кулачка и, в свою очередь, толкать шток клапана. Это устройство называется подъемником клапана.Если мы добавим какой-то механизм регулировки длины (рисунок на стр. 17) между подъемником и штоком, то теперь мы получим клапанный механизм, состоящий из распределительного вала, подъемника, регулятора, штока, пружины и держателя.

data-matched-content-ui-type = «image_card_stacked» data-matched-content-rows-num = «3» data-matched-content-columns-num = «1» data-ad-format = «autorelaxed»>

Как работает 4-тактный двигатель

Чтобы привести ваше оборудование в действие, двигатель с верхним расположением клапана выполняет повторяющийся четырехэтапный процесс, описанный ниже.

Элемент, обеспечивающий работу двигателей внутреннего сгорания

• Воздух
• Топливо
• Сжатие
• Искра

Шаг 1: Ход всасывания

Воздух и топливо попадают в небольшой двигатель через карбюратор. Работа карбюратора состоит в том, чтобы подавать смесь воздуха и топлива, которая обеспечивает правильное сгорание. Во время такта впуска открывается впускной клапан между карбюратором и камерой сгорания.Это позволяет атмосферному давлению нагнетать топливовоздушную смесь в канал цилиндра, когда поршень движется вниз.

>> Проблемы с производительностью? Узнайте, как устранить неполадки при ремонте карбюратора и очистить / обслужить карбюраторы двигателя малого объема.

Шаг 2: Ход сжатия

Сразу после того, как поршень переместится в нижнюю точку своего хода (нижняя мертвая точка), в отверстии цилиндра находится максимально возможная воздушно-топливная смесь. Впускной клапан закрывается, и поршень возвращается обратно в отверстие цилиндра.Это называется тактом сжатия процесса 4-тактного двигателя. Топливно-воздушная смесь сжимается между поршнем и головкой блока цилиндров.

Шаг 3: Рабочий ход

Когда поршень достигает максимума своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке для воспламенения топлива и получения максимальной мощности для вашего внешнего силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение. Свеча зажигания обеспечивает сброс этого высокого напряжения в камеру сгорания.Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газы, создавая быстро расширяющиеся перегретые газы, которые заставляют поршень возвращаться в отверстие цилиндра. Это называется рабочим ходом .

Шаг 4: ход выпуска

Когда поршень снова достигает нижней мертвой точки, выпускной клапан открывается. По мере того, как поршень движется обратно по каналу цилиндра, он выталкивает отработавшие газы сгорания через выпускной клапан и из систем выпуска. Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и процесс 4-тактного двигателя повторяется.

Постоянное повторение цикла требует двух полных оборотов коленчатого вала, в то время как двигатель создает мощность только во время одного из четырех тактов. Чтобы машина продолжала работать, ей нужен маховик небольшого двигателя. Рабочий такт создает импульс, который толкает маховик, инерция удерживает его и коленчатый вал во время тактов выпуска, впуска и сжатия.

ТЕОРИЯ ДВИГАТЕЛЯ

ТЕОРИЯ ДВИГАТЕЛЯ & nbsp: ЭКСПЛУАТАЦИЯ Реактивные двигатели предназначены для создания газовых струй с высокой скоростью. .Двигатель запускается вращением компрессора стартером, наружный воздух попадает в двигатель. Компрессор работает с этим поступающим воздухом и подает его в секцию сгорания или горелки с давлением, в 12 или более раз превышающим давление воздуха спереди. У горелки или В секции сгорания зажигание — это воспламенение смеси топлива и воздуха в камере сгорания с помощью одного или нескольких воспламенителей, что отчасти похоже на автомобильные свечи зажигания.Когда двигатель запущен и его компрессор вращается при достаточной скорости стартер и воспламенители выключаются. После этого двигатель будет работать без дополнительной помощи, пока топливо и воздух в надлежащих пропорциях продолжают поступать в камеру сгорания. Только 25% воздуха принимает участие в собственно процесс горения. Остальной воздух смешивается с продуктами сгорания для охлаждения перед тем, как газы попадают в турбинное колесо.Турбина извлекает большую часть энергии из газового потока и использует эту энергию. повернуть компрессор и аксессуары. Тяга двигателя возникает из-за того, что большая масса воздуха попадает вперед и выбрасывается с гораздо большей скоростью, чем при входе в компрессор. УПОР, ТОГДА, ЕСТЬ РАВНО МАССОВОЙ СКОРОСТИ ВРЕМЕНА ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ. Чем больше воздуха может сжимать и использовать двигатель, тем большую мощность или тягу он может создать.Примерно 75% энергии, производимой внутри для привода компрессора используется реактивный двигатель. Только то, что осталось, доступно для создания тяги, необходимой для движения самолета. УРАВНЕНИЕ РЕДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Поскольку поток топлива добавляет некоторую массу к воздуху, проходящему через двигатель, это должно быть добавлено к основному уравнению тяги. Некоторые формулы не учитывают влияние расхода топлива, когда расчет тяги, потому что вес утечки воздуха приблизительно равен весу добавленного топлива.Следующая формула применяется, когда форсунка двигателя «забита», давление такое, что газы поднимаются. через него со скоростью звука и не может быть ускорен дальше. Любое повышение внутреннего давления в двигателе будет проходить через сопло в виде давления. Даже эта энергия давления не может превратиться в энергию скорости но это не потеряно. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УПОРУ Реактивный двигатель гораздо более чувствителен к рабочим переменным.Таковы: 1.) Обороты двигателя. 2.) Размер сопла. 3.) Масса расход топлива. 4.) Количество воздуха, удаленного из компрессора. 5.) Температура на входе в турбину. 6.) Скорость самолета (рост давления плашки). 7.) Температура воздуха. 8.) Давление воздуха 9.) Величина влажности. Примечание; п. 8,9 — плотность воздуха. ОБОЗНАЧЕНИЯ СТАНЦИЙ ДВИГАТЕЛЯ Обозначения станций присваиваются различным секциям газотурбинных двигателей, чтобы можно было легко и точно идентифицировать определенные места внутри двигателя.Номера станций совпадают с положением от передней части к задней части двигателя и используются в качестве индексов при обозначении различных температур и давлений спереди, сзади или внутри двигателя. Для конфигураций двигателя, отличных от изображения ниже, следует обращаться к руководствам, опубликованным производителем двигателя. N = Скорость (об / мин или процент) N1 = Низкая скорость компрессора N2 = Высокая скорость компрессора N3 = Скорость свободной турбины P = Давление T = Температура t = Всего EGT = Температура выхлопных газов EPR = Двигатель Коэффициент давления (тяга двигателя с точки зрения EPR).Pt7 / Pt2 Пример: Pt 2 = полное давление на станции 2 (вход компрессора низкого давления) Pt 7 = полное давление на станции 7 (полное давление на выходе турбины) © 2001 Thai Technics.Com Все права защищены

Двигатель внутреннего сгорания — Energy Education

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах.Они названы так потому, что топливо воспламеняется для выполнения работы внутри двигателя. ^[1] В качестве выхлопных газов выбрасывается та же смесь топлива и воздуха. Это можно сделать с помощью поршня (так называемого поршневого двигателя) или турбины.

Закон идеального газа

Тепловые двигатели внутреннего сгорания работают по принципу закона идеального газа: [math] pV = nRT [/ math]. Повышение температуры газа увеличивает давление, которое заставляет газ расширяться. ^[1] Двигатель внутреннего сгорания имеет камеру, в которую добавлено топливо, которое воспламеняется для повышения температуры газа.

Когда в систему добавляется тепло, это заставляет внутренний газ расширяться. В поршневом двигателе это заставляет поршень подниматься (см. Рисунок 2), а в газовой турбине горячий воздух нагнетается в камеру турбины, вращая турбину (рисунок 1). Присоединяя поршень или турбину к распределительному валу, двигатель может преобразовывать часть энергии, поступающей в систему, в полезную работу. ^[2] Для сжатия поршня в двигателе прерывистого внутреннего сгорания двигатель выпускает газ.Затем используется радиатор, чтобы система работала при постоянной температуре. Газовая турбина, которая использует непрерывное горение, просто выбрасывает свой газ непрерывно, а не по циклу.

Поршни и турбины

Рисунок 1. Схема газотурбинного двигателя. ^[3]

Двигатель, в котором используется поршень , называется двигателем внутреннего сгорания прерывистого действия , тогда как двигатель, в котором используется турбина , называется двигателем непрерывного внутреннего сгорания .Разница в механике очевидна из-за названий, но разница в использовании менее очевидна.

Поршневой двигатель чрезвычайно отзывчив по сравнению с турбиной, а также более экономичен при низкой мощности. Это делает их идеальными для использования в транспортных средствах, так как они также запускаются быстрее. И наоборот, турбина имеет превосходное отношение мощности к массе по сравнению с поршневым двигателем, а ее конструкция более надежна для продолжительной работы с высокой выходной мощностью. Турбина также работает лучше, чем поршневой двигатель без наддува, на больших высотах и ​​при низких температурах.Его легкий вес, надежность и возможность работы на большой высоте делают турбины предпочтительным двигателем для самолетов. Турбины также широко используются на электростанциях для выработки электроэнергии.

Двигатель четырехтактный

главная страница

Рис. 2. 4-тактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа сделана), 4: выхлоп. ^[4]

Хотя существует множество типов двигателей внутреннего сгорания, четырехтактный поршневой двигатель (рис. 2) является одним из самых распространенных.Он используется в различных автомобилях (которые, в частности, используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы. Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня. Справа есть анимация четырехтактного двигателя и дальнейшее объяснение процесса ниже.

1. Топливо впрыскивается в камеру.
2. Топливо загорается (в дизельном двигателе это происходит иначе, чем в бензиновом).
3. Этот огонь толкает поршень, что является полезным движением.
4. Отходы химикатов, по объему (или массе) это в основном водяной пар и углекислый газ. Могут быть загрязнители, а также окись углерода от неполного сгорания.

Двухтактный двигатель

главная страница

Рис. 3. 2-тактный двигатель внутреннего сгорания ^[5]

Как следует из названия, системе требуется всего два движения поршня для выработки энергии. Основным отличительным фактором, который позволяет двухтактному двигателю работать только с двумя движениями поршня, является то, что выпуск и впуск газа происходят одновременно, ^[6] , как показано на рисунке 3.Сам поршень используется в качестве клапана системы вместе с коленчатым валом для направления потока газов. Кроме того, из-за частого контакта с движущимися компонентами топливо смешивается с маслом для добавления смазки, что обеспечивает более плавный ход. В целом двухтактный двигатель содержит два процесса:

1. Воздушно-топливная смесь добавляется, и поршень движется вверх (сжатие). Впускной канал открывается из-за положения поршня, и топливовоздушная смесь поступает в удерживающую камеру.Свеча зажигания воспламеняет сжатое топливо и начинает рабочий такт.
2. Нагретый газ оказывает высокое давление на поршень, поршень движется вниз (расширение), отходящее тепло отводится.

Роторный двигатель (Ванкеля)

главная

Рисунок 4. Цикл роторного двигателя. Он всасывает воздух / топливо, сжимает его, воспламеняется, обеспечивая полезную работу, а затем выпускает газ. ^[7]

В двигателе этого типа имеется ротор (внутренний круг обозначен буквой «B» на рисунке 4), который заключен в корпус овальной формы.Он выполняет стандартные этапы четырехтактного цикла (впуск, сжатие, зажигание, выпуск), однако эти этапы выполняются 3 раза за один оборот ротора — создавая трех тактов мощности за один оборот .

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1.1} Р. Д. Найт, «Тепловые двигатели и холодильники» в журнале Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 3-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, гл.19, сек 2, с. 530
2. ↑ Р. А. Хинрихс и М. Кляйнбах, «Тепло и работа», в Энергия: ее использование и окружающая среда , 5-е изд. Торонто, Онтарио. Канада: Брукс / Коул, 2013, глава 4, стр.93-122
3. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
5. ↑ «Файл: Двухтактный двигатель.gif — Wikimedia Commons «, Commons.wikimedia.org, 2018. [Online]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif.[ Доступно: 17 мая 2018 г.].
6. ↑ С. Ву, Термодинамика и тепловые циклы. Нью-Йорк: Nova Science Publishers, 2007.
7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Wankel_Cycle_anim_en.gif

Термодинамическая теория идеального двигателя Стирлинга

Двигатели

Стирлинга — одно из тех устройств, которые очаровывали многих инженеров (включая меня) на протяжении многих лет, особенно когда мы молоды и впечатлительны, прежде чем мы стали слишком циничными по отношению к миру.Кроме того, это одна из тех технологий, которые не получили широкого распространения, несмотря на призывы пользователей YouTube к «бесплатной энергии», поэтому очевидно, что это не идеальное решение для многих проблем, но для некоторых приложений они действительно являются отличным движком.

Команда Midé недавно потратила много времени на запуск нового проекта Стирлинга для морской пехоты США. Я выбрал для этого случая двигатель цикла Стирлинга из-за его естественного высокого КПД и из-за того, что это двигатель внешнего сгорания.Чтобы поддержать этот проект, мне нужно было провести значительный объем исследований по теории двигателей Стирлинга, чтобы мы могли лучше разработать решение для наших военных. В этом посте я поделюсь с вами некоторыми основами, которые я изучил, и предоставлю инструмент, который поможет визуализировать цикл Стирлинга. Надеюсь, этот инструмент поможет вам дважды проверить некоторые из основных вычислений, которые вы, возможно, захотите выполнить, а также предоставит удобный способ построения некоторых свойств для идеального цикла Стирлинга. Вы можете найти калькулятор на этой странице: Калькулятор идеального цикла Стирлинга

Рис. 1. Первый прототип двигателя Стирлинга, изготовленный в Миде в рамках проекта для морской пехоты.

---

Обзор

Двигатель Стирлинга — это особая разновидность теплового двигателя, сформулированная Робертом Стирлингом в 1816 году; это означает, что он может преобразовывать поток тепла в механическую работу (например, вращение коленчатого вала). Ключевой термин — «поток тепла»; должны быть два «резервуара», которые разделены, и эти резервуары должны иметь разную температуру, чтобы поток между ними имел место. Если вы поместите теплопроводник между двумя резервуарами со временем, они оба достигнут одинаковой температуры, что указывает на то, что энергия «течет» от горячего резервуара к холодному резервуару.

Двигатель Стирлинга использует этот поток энергии от горячей к холодной и откачивает часть ее в виде механической работы. Двигателю Стирлинга необходимы горячая и холодная секции, изолированные друг от друга, а продуманный способ направления рабочей жидкости между двумя секциями позволяет двигателю производить механическую работу. Тепло передается от горячей секции к двигателю, часть энергии покидает двигатель в виде полезной механической работы, а часть ее уходит в качестве передачи тепла в холодную секцию.Помните, что энергия никогда не может быть уничтожена, поэтому, если вы сложите всю энергию, покидающую двигатель (т.е. полезная работа + передача тепла в холодную часть), она должна равняться количеству энергии, поступающей в двигатель в качестве передачи тепла из горячей части. Этот энергетический баланс является первым законом термодинамики и всегда соблюдается.

Рисунок 2: Термодинамическая диаграмма теплового двигателя

Уравнение 1: Первый закон термодинамики для двигателя Стирлинга, первый закон — это просто энергетический баланс системы

---

Комментарии к термической эффективности

Отношение полезной работы к теплопередаче в двигатель называется тепловым КПД.Думайте об этом как о соотношении того, что вы хотите (полезная механическая работа), деленное на затраты (передача тепла в двигатель).

Уравнение 2: Расчет теплового КПД для Stirling

КПД никогда не может быть выше 1. КПД, равный 1, будет означать, что вся передача тепла в двигатель становится полезной работой, а передача тепла в холодную часть отсутствует вообще. Коэффициент полезного действия, равный 0, означает, что полезная работа не производится и вся передача тепла от горячей секции просто покидает двигатель в виде передачи тепла в холодную секцию.Если вы поместите два кирпича рядом друг с другом, один горячий и один холодный, в идеально изолированную коробку и оставите их там на некоторое время, вы вернетесь и найдете два теплых кирпича. Технически это тепловой двигатель с КПД 0; тепло передавалось от горячего кирпича к холодному в соотношении 1: 1, не производя полезной работы в процессе.

Оказывается, КПД тоже никогда не может равняться единице; извините за это, второй закон термодинамики — настоящая ползучесть. Выведение отношения, которое ограничивает физически возможные уровни эффективности, — это совершенно другая тема, но она называется эффективностью Карно в честь Николя Леонара Сади Карно.Он смог постулировать максимальную эффективность, которую можно было ожидать, не нарушая второй закон термодинамики. Можно рассчитать КПД Карно, зная только температуры горячей и холодной частей, между которыми работает данная тепловая машина. Это означает, что у вас никогда не будет теплового двигателя, который не отводит хотя бы немного тепла в холодную часть.

Уравнение 3: КПД Карно ограничивает реалистичные характеристики двигателя

Рисунок 3: Пример зависимости теплового КПД Карно или Стирлинга оттемпература горячей секции

Если построить график возможного КПД Карно с учетом температуры горячей секции, можно увидеть, что чем больше разница температур между горячей и холодной сторонами, тем выше возможный КПД. Не все двигатели даже теоретически (не говоря уже о реальности) могут достичь эффективности Карно. Например, идеальный дизельный двигатель никогда, даже в идеальном мире, не может сравниться по эффективности с теоретическим тепловым двигателем Карно. Некоторые другие типы тепловых двигателей могут сравниться с двигателем Карно по теоретическим характеристикам.Двигатель Стирлинга — один из примеров этого. Следовательно, КПД Карно при заданной температуре горячего и холодного участков равен КПД Стирлинга между теми же горячими и холодными участками.

Уравнение 4: Идеальный тепловой КПД Стирлинга равен КПД Карно

Для непрерывной работы Стирлинга необходимо иметь горячую секцию, которая постоянно нагревается каким-либо источником, и холодную секцию, которая каким-либо образом охлаждается. Без постоянного нагрева горячей секции и охлаждения холодной в конечном итоге между ними будет передаваться достаточно тепла, так что в итоге вы получите две теплые секции.Как только это произойдет, у вас больше не будет этой разницы температур между секциями, эффективность упадет до 0, и тепло не будет передаваться через двигатель, поскольку разницы температур не существует.

В двигателе Midé горячая часть нагревается за счет сжигания биомассы, а холодная часть охлаждается водой, которая затем проходит через радиатор. Это позволяет поддерживать температуру горячей секции около 900 K, а холодной секции — около температуры кипящей воды (373 K). Если вы сделаете математику для расчета КПД Карно (и, следовательно, КПД Стирлинга), эти температуры означают, что никогда нельзя ожидать получения КПД выше нуля.58 без взрыва Вселенной. К сожалению, сразу почти половина энергии, которую вы вкладываете в наш двигатель, ГАРАНТИРУЕТСЯ для передачи тепла в холодную часть. Прямо сейчас мы говорим об абсолютно совершенных двигателях, и это все, что будет обсуждаться в этом посте, но в реальном мире существует множество других факторов, которые делают невозможным достижение уровня эффективности Карно. Вы суперзвезда, если сможете получить половину Карно.

---

Двигатель Стирлинга как цикл

Тепловые двигатели являются циклическими, и это относится к двигателю Стирлинга.В случае поршневого двигателя, подобного тому, что мы создали, между секцией удержания и холодной секцией происходит процесс, который повторяется с определенной частотой. Тепло поглощается двигателем импульсами, а затем отводится в холодную часть и работает импульсами. Обычно к двигателю добавляют маховик, чтобы сглаживать эти импульсы и поддерживать вращение механизма. Тепло от горячей секции передается в холодную через какой-либо тип рабочего тела (воздух, гелий, водород, азот или любой другой тип газа, некоторые из них лучше, чем другие).Для Стирлинга можно описать термодинамический цикл в четырех частях.

Рисунок 4: Идеальный цикл Стирлинга

Состояние с 1 по 2

В состоянии 1 рабочая жидкость находится в максимальном объеме, минимальной температуре и минимальном давлении. Из состояния 1 в состояние 2 силовой поршень сжимает рабочую жидкость, в то время как тепло передается из системы, которая поддерживает постоянную низкую температуру рабочей жидкости. Когда двигатель находится в состоянии 2, рабочая жидкость находится в сжатом состоянии (высокое давление и малый объем), но остается при той же температуре, что и состояние 1.Работа, которая требовалась для сжатия объема, обеспечивается накопленной энергией в маховике двигателя.

Состояние с 2 по 3

В состоянии 2 рабочая жидкость имеет минимальный объем, минимальную температуру и среднее давление. Между состояниями 2 и 3 объем поддерживается постоянным, в то время как горячая секция добавляет тепло для повышения температуры.

Состояние от 3 до 4

В состоянии 3 рабочая жидкость достигла максимальной температуры, максимального давления и минимального объема.В состоянии с 3 по 4 рабочему телу позволяют расширяться, выполняя при этом полезную работу. В процессе расширения добавляется больше тепла, чтобы поддерживать постоянную температуру в системе. Энергия, полученная во время этого расширения, превышает энергию, которая потребовалась для сжатия объема между состояниями 1 и 2, обеспечивая чистую положительную работу.

Состояние с 4 по 1

Для возврата двигателя в состояние 1, в котором он начал работать, тепло от рабочей жидкости отводится при постоянном объеме.

Рисунок 5: Цикл, показывающий соотношение между давлением и объемом во время цикла двигателя Стирлинга, с каждым состоянием, обозначенным как

.

---

Сводка уравнений

Можно рассчитать свойства жидкости во всех этих различных состояниях по следующим формулам:

Кроме того, полезная произведенная работа может быть рассчитана по следующей формуле. CR означает «Степень сжатия» (максимальный объем двигателя, деленный на минимальный объем двигателя).Обратите внимание, что эта формула дает количество работы на единицу массы рабочего тела на один оборот двигателя Стирлинга. Температуры также должны быть в абсолютной шкале (например, по шкале Ренкина или Кельвина).

Уравнение 5: Работа идеального двигателя Стирлинга на единицу массы рабочего тела за один оборот (цикл)

Важно помнить, что все представленные числа относятся к идеальному циклу Стирлинга, которого никогда не будет в реальной жизни, все настоящие двигатели являются приближениями к идеальным термодинамическим циклам.Знание, как изменить эти идеальные отношения, чтобы они отражали реальный мир, — это совершенно другая тема, которую можно будет обсудить в будущей статье!

---

Реальные конфигурации Стирлинга

Для того, чтобы контролировать, когда тепло передается к рабочему телу или от него, большинство двигателей Стирлинга имеют так называемый «вытеснительный» поршень, который просто предотвращает контакт между рабочим телом и горячей или холодной секцией, в зависимости от ее положения. Для изменения объема системы обычно используется какой-либо тип силового поршня, который совершает возвратно-поступательное движение в отверстии цилиндра, часто этот поршень соединен с коленчатым валом для сбора полезной работы.

Существует много способов, которыми инженер может решить механически связать силовой поршень, поршень буйка и теплообменники для получения эффектов, необходимых во время цикла Стирлинга. Никакой механизм не имитирует необходимые движения, поэтому в реальных двигателях Стирлинга одним из источников потерь является «приближение» цикла, которое необходимо для создания реальной машины. Два наиболее распространенных типа конфигураций двигателя — это бета-тип и альфа-тип. Двигатель Midé Stirling — это бета-версия.

Рисунок 6. Настоящий двигатель Стирлинга, альфа-конфигурация (Источник анимации: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAlpha_Stirling.gif)

Рис. 7. Настоящий движок Стирлинга, бета-конфигурация (Источник анимации: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AStirling_Animation.gif)

---

Теория производительности и приложения — CarTechBooks

Практический воздушный поток двигателя: теория производительности и приложения — CarTechBooks

Современные методы проектирования двигателей: практическое руководство по созданию двигателей точного двигателя

Высокопроизводительные автомобильные системы охлаждения

Вот что говорят эксперты…

Если вы создаете двигатель с использованием ранее использованных деталей, хотите создать двигатель с сопоставлением чисел, сэкономить деньги на перепрофилировании заводских деталей или просто хотите узнать, какие детали работают вместе, CarTech Books предлагает отличный ресурс для экономичных строитель.

Chevy Хардкор

Формат серии

CarTech Workbench проведет вас шаг за шагом через весь процесс восстановления, от идентификации и выбора, разборки, очистки, анализа и оценки деталей, рекомендаций механического цеха, выбора запасных частей, методов повторной сборки и запуска / запуска. взломать.Также есть советы по повышению производительности, поиск неисправностей, необходимые специальные инструменты и советы разработчика.

Мустанг 360

Сначала я был склонен сказать, что большинство опытных энтузиастов и профессиональных строителей выходит за рамки этой книги. Но я видел то, что часто считается традиционным или правильным по времени, и в свете этого я искренне рекомендую это, особенно тем, кто убедился, что они все это знают.

Журнал Hot Rod

9900

4900

долларов США

Бесплатная доставка при заказе от XX Вы получили право на бесплатную доставку Потратьте x долларов, чтобы получить бесплатную доставку Вы получили бесплатную доставку Вы получили бесплатную доставку

теория походки человека

From: ДВИЖЕНИЕ, СТАБИЛЬНОСТЬ И НИЗКАЯ БОЛЬ В СПИНЕ.Существенная роль таза

А. Влиминг, В. Муни, Т. Дорман, К. Снайдерс, Р. Стоккарт, (редакторы) 1997, Черчилль Ливингстон

ED 003b

Chapter 20

СВЯЗЬ СПИНАЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С НОГИ

Теория человеческой походки

С.А. Граковецкий, доктор философии

ВВЕДЕНИЕ

Человеческая походка уникальна с эволюционной точки зрения, хотя ее причины и преимущества, которые она принесла

, все еще остаются предметом предположений.Механизм, объясняющий, как позвоночник человека эволюционировал от наших

предков рыб, был предложен в 1985 году. Эта ранняя теория спинного двигателя не описывала специфических

взаимодействий позвоночника с ногами. Целью данной статьи является обзор и обобщение теории

слияния позвоночника и ног в единую машину, которая обеспечивает то, что называется походкой человека.

Ловетт (1903) обнаружил, что лордозный позвоночник при сгибании в обе стороны вызывает осевой крутящий момент, явление

, получившее название «связанное движение» и подробно изученное Панджаби и Уайтом (1971).Nachemson

(1963) проанализировал условия, при которых поясничный диск мог быть поврежден чрезмерным сжатием

. Фарфан (1973) утверждал, что чрезмерный перекрут является причиной патологии диска. После

этих отведений значительный объем экспериментальных и теоретических работ установил, что повреждение диска

является результатом сочетания сжатия и кручения, причем кручение, возможно, является наиболее повреждающим элементом

.Поскольку травмы поясницы относятся к неопасным для жизни заболеваниям, представляющим собой наибольшее социальное и экономическое бремя для

, многие быстро интерпретировали экспериментальные данные, чтобы получить

, что означает, что действительно следует избегать сжатия и скручивания на рабочем месте. Однако административные рекомендации

, предложенные NIOSH (1981) для учета этих результатов, не привели к какому-либо снижению или замедлению частоты травм нижней части спины на

.

И если перекрут действительно был основным источником патологии диска, почему мы приобрели позвоночник, который допускает

для высоких уровней перекрута? Если это так, то 33 позвонка, предрасположенных к заболеванию диска, должны были быть заменены

путем эволюции более сильными компонентами. Тот факт, что мы не развивались таким образом, предполагает

, что высокая частота торсионных травм должна быть компенсирована некоторым принципиально важным преимуществом

для нашего вида.

Было необходимо иметь доступ к более точным описаниям спинной и крестцовой мускулатуры, чтобы

связал движения позвоночника и движения ног. К началу 1980-х Богдук и Туми (1987) разработали

, уточнив описание мускулатуры позвоночника Греем до такой степени, что стало возможным реалистично проанализировать

спинальных движений с помощью математического моделирования. Мы предположили, что свойства движения позвоночника

должны определяться необходимостью выживания, то есть выполнять задачи таким образом, чтобы напряжение в пределах

всех структур было минимизировано и уравновешено.Эта, казалось бы, широкая гипотеза привела нас к пониманию того, что концепция позвоночника как жесткого «столба»

больше не является приемлемой, и что человеческий позвоночник

не только способен к скручиванию и сжатию, но и что эти свойства позвоночника являются фундаментальными для его роли в перемещении

.

Теория «спинного двигателя» (Граковецкий, 1988) включает эти идеи. По сути, мы предположили, что эволюционное давление для эффективного передвижения на суше вынудило позвоночник наших предков рыб

эволюционировать в наш изогнутый позвоночник.Лордотический позвоночник преобразует примитивный боковой изгиб рыбы

в осевой крутящий момент, приводящий в движение таз. Эта теория четко объяснила необходимость компрессии позвоночника и скручивания

при передвижении. Это также проясняет центральную роль, которую гравитационное поле Земли играет в ходьбе и беге

, и предполагает, что человеческий вид использует постоянство этого поля для перемещения в любую точку планеты

с минимальными затратами энергии. Согласно предсказанию теории, ноги были просто

после движения таза.Это предположение было встречено со значительным скептицизмом в сообществе исследователей походки

, которое считало туловище пассивной единицей, которую переносят ноги.