Кіріспе

Дизель принципі бойынша жұмыс істейтін ұшақ қозғалтқышы

Ұшақ дизельді қозғалтқышы немесе аэро дизель – дизель отынымен жұмыс істейтін ұшақ қозғалтқышы. Олар 1920-ші және 1930-шы жылдардың соңында дирижабльдерде қолданылды және ұшақтарда сынақтан өтті, бірақ соңғы кезде ғана кеңінен қолданыла бастады. Олардың басты артықшылықтары – өте жақсы нақты отын шығыны, отынның төмен тұтанғыштығы және біршама жоғары тығыздығы. Алайда, бензин немесе турбовинтті қозғалтқыштармен салыстырғандағы кемшіліктері бұл артықшылықтарды басып тастады. Авиабензиннің (АВГАЗ) бағасының үнемі өсуі және оның болашақта қолжетімділігіне қатысты күмәндер 2010 жылдардың басында ұшақ дизельді қозғалтқыштарын қайта өндіруге түрткіс болды. Ұшақтарда дизельді қозғалтқыштарды пайдалану қоршаған ортаны және адам денсаулығын қорғау тұрғысынан да тиімді, себебі авиабензиннің тетраэтилқорғасын қоспасының зияндылығы және қоршаған ортаны ластауы көптен белгілі.

Дизельді ұшақтардың алғашқы үлгілері

1920-1930 жылдары бірқатар өндірушілер дизельдік авиациялық қозғалтқыштар құрды; ең танымалдары – ауамен салқындатылған Packard радиалдық және орташа табысқа жеткен Junkers Jumo 205, бірақ ол Екінші дүниежүзілік соғыста жауынгерлік қолдануға жарамсыз болып шықты. Blohm & Voss BV 138 тримоторлы теңіздік патрульдік ұшақ, алайда, жетілдірілген Junkers Jumo 207 қозғалтқышымен жабдықталды және дизельдік Jumo 207 үштігімен сәтті болды, ол Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде салынған BV 138-дің шамамен 300 данасына 2,100 км (1,300 миль) жауынгерлік радиусты қамтамасыз етті. 1928-1929 жылдардағы Packard DR 980 радиалды дизелі – әуе кемелері үшін жасалған алғашқы табысты дизельдік қозғалтқыш, ол танымал ауамен салқындатылған радиалды форматта жасалған, Wright және Pratt & Whitney үлгілеріне ұқсас және R101 дирижаблінде қолданылған Beardmore Tornado-мен бір замандас болды. Дизельді отынның таңдалуы оның өрт қаупінің төмендігімен байланысты болды. Дизельдік қозғалтқыштағы ұшақтың алғашқы сәтті ұшуы 1928 жылдың 18 қыркүйегінде Stinson SM 1DX Detroiter (тіркеу нөмірі X7654) үлгісінде жасалды. 1936 жылға қарай, ауыррақ болғанымен, аз отын жұмсайтын дизельдік қозғалтқыштар ұшу уақыты 6-7 сағаттан аспаған жағдайда бензиндік қозғалтқыштардан артықшылыққа ие болды. 1930 жылдардың басында пайдалануға берілген екі тактілі Junkers Jumo 205 қарсы поршеньді қозғалтқышы бұрынғы аэродизельдерге қарағанда әлдеқайда кеңінен қолданылды. Ол Blohm & Voss Ha 139 ұшағында және одан да көп әуе кемелерінде сәтті пайдаланылды. Ұлыбританияда Napier & Son компаниясы үлкен Junkers Jumo 204 қозғалтқышын Napier Culverin лицензиясымен шығарды, бірақ ол осы түрінде өндіріске енгізілген жоқ. Daimler Benz дизельдік қозғалтқышы Zeppelins-те, соның ішінде тағдыры трагикалық аяқталған LZ 129 Hindenburg-те де қолданылды. Бұл қозғалтқыш әскери мақсаттарға жарамсыз болып шықты, ал кейіннен неміс авиациялық қозғалтқыштарының дамуы бензиндік және реактивтік қозғалтқыштарға бағытталды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде төрт қозғалтқышпен жабдықталған стратегиялық бомбалаушы Petlyakov Pe 8 Charomskiy ACh 30 дизельдік қозғалтқыштарымен жасалды; бірақ соғыс аяқталғаннан кейін, оның дизельдік және бензинмен жұмыс істейтін Mikulin V12 желілік қозғалтқыштары, Pe 8 ұшақтарының қалған бөлігінде тиімділік мәселелеріне байланысты Швецов жобалаған радиалды бензиндік қозғалтқыштармен ауыстырылды. Yermolaev Yer 2 ұзын қашықтыққа ұшатын орташа бомбалаушы да Charomskiy дизельдік қозғалтқыштарымен жасалды. Бұл кезеңде басқа өндірушілер де дизельдік қозғалтқыштармен тәжірибе жүргізді, мысалы, француздық Bloch (кейін Dassault Aviation), оның MB203 бомбалаушы прототипі радиалды конструкциядағы Clerget дизельдерін қолданды. 1932 жылы Корольдік әуе құрылысы Rolls Royce Condor қозғалтқышының компрессиялық тұтану (дизельдік) эксперименталды нұсқасын әзірледі және оны Hawker Horsley ұшағында сынақ мақсатында ұшырды.

Соғыстан кейінгі даму

Соғыстан кейінгі кезеңде дизельді қозғалтқыштарға деген қызығушылық сирек болды. Дизельдің қуат-салмақ қатынасының төмендігі, әсіресе турбовинтті қозғалтқыштармен салыстырғанда, дизельдік қозғалтқыштарға тиімсіздік келтірді. Арзан жанар-жағармайдың болуы және жоғары жылдамдықты лайнерлік ұшақтарға арналған турбовинтті және реактивті қозғалтқыштарға зерттеулердің басымдығы дизельдік ұшақтарды дерлік жойды. 1990 жылдардағы жалпы авиация нарығының дағдарысы кез келген жаңа ұшақ қозғалтқыштарын дамытудың күрт азаюына әкелді. Ұлыбританиядағы Napier & Son компаниясы Екінші дүниежүзілік соғыстан бұрын Junkers Jumo 205 негізінде Napier Culverin-ді жасады және 1950 жылдары әуе дизельді қозғалтқыштарымен қайта айналысты. Британдық Әуе министрлігі поршеньді және турбовинтті қозғалтқыштардың комбинациясы болған Napier Nomad-тың дамуын қолдады, ол бұрылыс моментіне шаққандағы отын тұтынуы бойынша өте тиімді болды, бірақ тым ауыр және күрделі деп танылды және 1955 жылы жоба тоқтатылды.

Қазіргі заманғы даму

Бұл теңдеуді өзгертетін бірнеше фактор пайда болды. Біріншіден, жаңа үлгілерді әзірлеумен айналысатын, көптеген жаңа авиациялық ұшақ өндірушілері пайда болды. Екіншіден, әсіресе Еуропада, авиациялық бензин (авгаз) өте қымбатқа түсті. Үшіншіден, бірнеше (әсіресе шалғай) жерлерде авгазды дизель отынына қарағанда алу қиын. Соңғы жылдары автомобиль дизель технологиялары үлкен жетістіктерге жетті, ұшақтарға қолайлы, жоғары қуатты салмақ қатынасын ұсынады. Қазіргі уақытта сертификатталған дизельді жеңіл ұшақтар бар, және бірқатар компаниялар осы мақсатта жаңа қозғалтқыш және ұшақ дизайндарын әзірлеуде. Олардың көпшілігі кеңінен қолжетімді реактивті отынмен (керосинмен) немесе дәстүрлі автомобиль дизелімен жұмыс істейді. Модельдеулер көрсеткендей, ауыр қозғалтқышқа байланысты максималды жүк көлемі төмендейді, бірақ орташа жүк көлемінде ұшу қашықтығы артады.

Әуе кемелері

LZ 129 Hindenburg және LZ 130 Graf Zeppelin II дизельдік қозғалтқыштармен қозғалды. Жұмыс бағыты кәмшадағы тісті дөңгелектерді ауыстыру арқылы өзгертілді. Толық қуатпен алға қарай қозғалтқыштар 60 секундтан кем уақыт ішінде тоқтатылып, айналдырылып, кері бағытта толық қуатқа жеткізілуі мүмкін еді. Невил Шут Норвегия R100 дирижаблінің демонстрациялық рейсі Үндістаннан Канадаға ауыстырылды деп жазды, «өйткені ол бензиндік қозғалтқыштарға ие болған кезде, тропиктерге бензинмен ұшу тым қауіпті болады деп есептелді. Егер жиырма жылдан астам уақыт өткен соң сол кезде (шамамен 1929 жылы) бензиннен қаншалықты қорқып жатқанын еске түсіру қызық, себебі содан бері бензиндік қозғалтқыштармен жабдықталған ұшақтар тропиктерде көптеген сағаттар бойы ұшып, әр рейсте өртке түспеді. Менің ойымша, шындық сол, сол кезде барлығы дизельдік ойлауға бейім болды; ұшақтарға арналған дизельдік қозғалтқыш көз алдыда болды, үлкен отын үнемдеуге уәде берді». Сондықтан 1930 жылы апатқа ұшыраған R101 дизельдік қозғалтқышы Үндістанға ұшуға тиіс еді, бірақ оның дизельдік қозғалтқыштары бензиндік іске қосу қозғалтқыштарымен жабдықталған, ал оның біреуін дизельдік іске қосу қозғалтқышымен ауыстыруға уақыт жеткен жоқ. R101 Beardmore Tornado әуе дизельдік қозғалтқышын пайдаланды, оның бесеуінің екеуі кәмшаны реттеу арқылы кері айналдырылатын. Бұл қозғалтқыш теміржол вагондарында қолданылатын қозғалтқыштан жасалған.

Тильер

Тельерт, Германияның Лихтенштейн, Саксония қаласында орналасқан, 1.7 Mercedes A класының турбодизеліне негізделген, дизель және A 1 реактивті отынымен жұмыс істейтін бастапқы TC иегері болды. Ол Cessna 172 және Piper Cherokee ұшақтарына қайта жабдықтауға сертификатталған, Lycoming O 320 Avgas қозғалтқышын алмастырды. 1.7 қозғалтқышының қуаты O 320-ға ұқсас, бірақ оның орын ауыстыруы үштен бірінен кем және ол 2700-дің орнына 2300 айналым/мин (RPM) жылдамдығында ең жоғары қуатқа жетеді. Австриялық ұшақ өндіруші Diamond Aircraft Industries компаниясы бір қозғалтқышты Diamond DA40 TDI Star ұшағымен, ал екі қозғалтқышты Diamond DA42 Twin Star ұшағымен ұсынды, бұл аз жанармай тұтынуды қамтамасыз етті. Robin Aircraft компаниясы да Thielert қозғалтқышымен жабдықталған DR400 Ecoflyer ұшағын ұсынды. 2008 жылдың мамыр айында Тельерт банкротқа ұшырады. Тельерттің банкроттық әкімшісі Бруно М. Кублер 2009 жылдың қаңтар айында компанияның "қаржылық жағдайы жақсарған және толық қуатпен жұмыс істеп жатқандығын" хабарлағанмен, сол кезде Cessna кейбір модельдерге Thielert қозғалтқыштарын орнату жоспарларынан бас тарды, ал Diamond Aircraft қазір өз дизельдік қозғалтқышын – Austro Engine E4-ті әзірледі. Бірнеше жүз Thielert қозғалтқышымен жабдықталған ұшақтар қазірде ұшып жүр.

SMA қозғалтқыштары

SMA Engines, Францияның Бурж қаласында орналасқан, SMA SR305 230 қозғалтқышын жасады: тікелей жетекті, төрт тактілі, ауа және маймен салқындатылатын, төрт көлденең орналасқан цилиндрлі турбодизель, электронды басқарылатын механикалық сорғы арқылы отын құю жүйесімен жабдықталған. 2001 жылғы 20 сәуірде 2200 айналымда EASA сертификатын алды, салмағы . SR305 230 2002 жылдың шілдесінде АҚШ FAA сертификатын алды. Қазір ол Еуропа мен АҚШ-тағы бірнеше Cessna 182 модельдеріне ретрофит ретінде сертификатталған, ал Maule M 9 230 сертификаттау үшін жұмыс істеп жатыр. SMA инженерлік тобы Renault Sport (Formula 1) компаниясынан келді және оны бастапқыдан жобалады. SMA алты цилиндрлі SR460 нұсқасын әзірлеуде. AERO Friedrichshafen 2016 көрмесінде SMA жоғары қуат тығыздығы бар қозғалтқыш демонстраторын таныстырды: 135 а.к. (100 кВт), 38 куб дюйм (0,62 литр) бір цилиндрлі төрт тактілі, литріне 215 а.к. (160 кВт) қуатты, 1.5 а.к./фунттан (2,5 кВт/кг) дейін қуат тығыздығын арттыруға болатын, ал отынның сағаттық тұтынуы 0,35 фунт/а.к./сағ (210 г/кВт/сағ) құрайды.

Австро қозғалтқышы

Austro Engine GmbH, Австрияның Винер-Нойштадт қаласында орналасқан, 2009 жылдың 28 қаңтарында EASA ұйымы E4 қозғалтқышын сертификаттады. Бұл 4 цилиндрлі, 1991 см³ көлемді төрт тактілі қозғалтқыш, ортақ рельсті тікелей шашырату, турбокомпрессор, 1:1.69 қатынастағы редуктор және электрондық қозғалтқышты басқару блогынан тұрады. Ол ұшып тұрғанда және үздіксіз түрде, 2300 пропеллер айналымында бірдей салмақта қуатты қамтамасыз етеді. E4P 2015 жылдың 26 наурызында ұшып тұрғанда бірдей жылдамдықта және үздіксіз 2200 пропеллер айналымында сертификатталды. 2011 жылы Austro Engine компаниясы Steyr Motors компаниясымен бірлесіп, Diamond DA50 ұшағында пайдалануға арналған 6 цилиндрлі қозғалтқышты әзірледі.

Дизельжеттік

Дизельджет с.р.л. (Castel Maggiore, Италия) 11 маусым 2010 жылы TDA CR 1.9 8V EASA сертификатын алды: сұйық салқындатылған, 4 цилиндрлі, 4 тактты, 8 клапанды қозғалтқыш, турбокомпрессор және Common Rail инжекциясы, 1:0.644 қатынастағы азайту беріліс қоробкасы және екі FADEC жүйесімен жабдықталған. Ол ұшып көтерілгенде 118 кВт (160 а.к.) қуатты, ал 2450 пропеллер айналымында үздіксіз 107 кВт (146 а.к.) қуатты береді. 8 наурыз 2016 жылы сертификатталған TDA CR 2.0 16V – бұл 1:0.607 қатынастағы азайту коэффициенті бар және ұқсас конфигурациядағы 16 клапанды қозғалтқыш, ол 2306 пропеллер айналымында үздіксіз 142 кВт (193 а.к.) және ұшып көтерілгенде 160 кВт (217.5 а.к.) қуатты береді. 2016 жылы Дизельджет TDA CR 3.0 24V әзірлеуде болды.

Continental Motors компаниясының

2012 жылдың 19 желтоқсанында Алабама штатының Мобил қаласындағы Continental Motors, Inc. компаниясы өзінің Continental CD 230 қозғалтқышы үшін ресми TD 300 B белгісімен типтік сертификат алды: турбожүктегішті, төрт тактілі, тікелей жетекті, оппозиттік, ауамен салқындатылатын, тікелей отын инжекциясы және механикалық резервтік жүйесі бар электрондық басқару блогымен жабдықталған, 2200 айналымда 431 фунт (195,5 кг) құрғақ салмақта үздіксіз қуат беретін қозғалтқыш. Ол SMA SR305 230 моделінен дамытылған.

ҚҰЛЫҚ ұшақ

Германиядағы Аденау қаласындағы RED Aircraft GmbH компаниясы 2014 жылғы 19 желтоқсанда RED A03 V12 төрт тактілі, ортақ рельсті, турбокомпрессорлы, 1:1.88 қатынастағы редуктор және FADEC/EECS бір рычагты басқару жүйесімен, 2127 пропеллер айналымында ұшу кезінде 368 кВт (500 а.к.) және құрғақ режимде 1995 пропеллер айналымында үздіксіз 338 кВт (460 а.к.) қуатын шығаратын ЕАЭА типтік сертификатын алды. RED A05 – 3550 см³ көлемді V6 алдын ала жобасы, 2127 пропеллер айналымында ұшып көтерілгенде және 1995 пропеллер айналымында үздіксіз қуатты шығарады, ең тиімді тежегіштік отын тұтынумен сипатталады.

DeltaHawk қозғалтқыштары

DeltaHawk Engines, Inc., американдық компания, қазіргі уақытта 160, 180 және басқа да үш V4 қозғалтқыш дизайндарын әзірлеп жатыр, соңғы екі нұсқасы турбожүктегішпен жабдықталған. Портталған екі тактілі конструкцияны пайдаланып, олар қозғалтқыштың прототипін итеру конфигурациясында сынақтан өткізді. Velocity ұшақтары 2005 жылдан бері сертификатталмаған қозғалтқыштарды жеткізіп беруді талап етіп келеді және 2011 жылдың басында сертификат алуға үміттенеді. DeltaHawk қозғалтқыштарында құрғақ май картері бар, сондықтан оларды кез келген бағытта – тік, төңкерілген немесе тік осьпен орнатып жұмыс істеуге болады, майды шығару портының орналасуын өзгерту арқылы. Бұрынғы қозғалтқыш мәселесін болдырмау үшін оларды егіз қозғалтқыштарға қарсы айналумен орнатуға да болады. Сумен салқындатылған DeltaHawk қозғалтқышы Rotorway тікұшағына сәтті орнатылды, салмағы соған тең, ал қуаты 17 000 фут биіктікте сақталады. 180 а.к. DeltaHawk DH180 2023 жылдың мамырында FAA типтік сертификатын алды, алғашқы жеткізілімдер 2024 жылға жоспарланған.

Эксперименттік қозғалтқыштар

Қазіргі уақытта тағы бірнеше өндірушілер тәжірибелік дизельді қозғалтқыштарды жасап шығарып жатыр, олардың көпшілігі автомобильдік қозғалтқыштарды бейімдеудің орнына, әуе шараларына арналған ерекше конструкцияларды пайдалануда. Көптегендері екі тактілі конструкцияларды қолданады, ал кейбірлерінің қарама-қарсы поршеньдік схемалары түпнұсқа Junkers дизайнынан тікелей шабыттандырылған. Diesel Air Limited, Wilksch және Zoche компаниялары прототиптік жобаларын өндіріске енгізуде үлкен қиындықтарға тап болды, және кешігулер бірнеше жылға созылды. Diesel Air Limited қозғалтқышымен жабдықталған дирижабль енді Ұлыбританияның Азаматтық авиация басқармасында тіркелмеген.

Екі соққылы

Британдық Wilksch Airmotive компаниясы үш цилиндрлі екі тактылі дизельді (WAM 120) және төрт цилиндрлі (WAM 160) үлгілерін әзірлеп жатыр. 2007 жылы Wilksch компаниясы ASTM F 2538 стандартына сәйкес WAM 100 LSA-да бірнеше сынақтарды аяқтағанын мәлімдеді – WAM 100 LSA, WAM 120-ның қуаты төмендетілген нұсқасы. Wilksch бастапқыда үш және төрт цилиндрлі үлгілермен қатар екі цилиндрлі прототипті де көрсетті. 2008 жылдың сәуірінде IndUS Aviation компаниясы WAM 120 қозғалтқышы бар алғашқы дизельді жеңіл спорттық ұшағын таныстырды. Англиядағы Thorp T211 ұшағында соңғы төрт жылда 400 сағатқа жуық ұшқан. 2009 жылдың ортасына қарай шамамен 40 WAM 120 бірлігі сатылды, олардың шамамен жартысы қазірде пайдаланылуда. WAM 120 қозғалтқышы орнатылған VANS RV 9A ұшағының британдық иесі 1828.80 м биіктікте 15 литр/сағ Jet A 1 отынымен TAS жылдамдығына жеткенін хабарлады. Rutan LongEz канард түрткіш (G LEZE) ұшағы да WAM 120 қозғалтқышымен сынақтан өтті, сынақ ұшуларында 3352.80 м биіктікте 22 литр/сағ жылдамдық көрсетілді. 609.60 м биіктіктегі экономикалық круиз режимінде жанармай шығыны құрайды, бұл ұшу диапазонын анықтайды. GAP дизельді қозғалтқышы – NASA әзірлемесі. Zoche aero diesel таңбасымен, Мюнхендегі "Michael Zoche Antriebstechnik" компаниясы Германияда V-тәрізді, бір қатарлы крест 4 және екі қатарлы крест 8 конфигурациясында үш радиалды, ауамен салқындатылатын екі тактылі дизельді авиамоторлардың прототиптік қатарын жасады. Zoche қозғалтқышы жел тоннеліндегі сынақтарда сәтті жұмыс істеді. Zoche компаниясы өндіріске он жыл бұрынғыға қарағанда аз ғана жақын. Энди Хиггстің Advanced Component Engineering компаниясы PT6 сияқты төменгі деңгейдегі қозғалтқыштарды алмастыру үшін 665 фунт/302 кг салмақтағы, редукторлы қораппен жабдықталған V12 поршеньді қозғалтқышты, 5300 айналымнан 2300 айналымға дейін айналу жылдамдығын төмендету үшін 302 фунт/137 кг салмақтағы төрт цилиндрлі қозғалтқышты және 103 фунт/47 кг салмақтағы V4 қозғалтқышын жасады. V12 генераторларды, танктерді, қайықтарды немесе дирижабльдерді қуаттандыра алады, ал V4 және V8 нұсқаларын жасауға болады. Рассел Бурк (Petaluma, Калифорния) жасаған Бурк қозғалтқышы – жарылыс принципін қолданатын, қатаң байланысқан екі цилиндрлі конструкция.

Автомобиль өндірісі

Raptor Turbo Diesel LLC, американдық компания, қазіргі уақытта Raptor 105 дизельді қозғалтқышын әзірлеп жатыр. Бұл төрт тактілі, қатарлы турбо зарядталған қозғалтқыш. Бұрын Vulcan Aircraft Engines (қыркүйек 2007 жылға дейін) деп аталған. ECO Motors FADEC жүйесімен жабдықталған EM 80 және EM 4 тактілі 4 цилиндрлі дизельдік қозғалтқышты автомобильдік қозғалтқыш негізінде құрған, бірақ 2008 жылдан бері одан әрі дамыту тоқтатылды. FlyEco дизельдік қозғалтқышы – үш цилиндрлі, 80 а.к. / 58,8 кВт қуатты, 3800 айналымға дейін жұмыс істейтін және 1:1.50 қатынасымен 1.79-ға дейін азайтылған, Smart Car негізінде жасалған. Ол Siemens FlyEco Magnus eFusion гибридтік электрлік ұшағын қуатпен қамтамасыз етеді.

Teos/Austro AE440 қозғалтқышы

Green Rotorcraft European Clean Sky Joint Technology Initiative аясындағы 2011 жылы басталған экологиялық зерттеу бағдарламасы шеңберінде, 2015 жылдың 6 қарашасында реактивтік отынмен жұмыс істейтін HIPE AE440 жоғары сығылу дизельді қозғалтқышымен жабдықталған Airbus Helicopters H120 Colibri технологиялық үлгісі алғашқы ұшуын жасады. Ауа-ауа аралық салқындатқышы бар, беріліс қорабынсыз (құрғақ салмағы) және орнатылған қуат блогының салмағы ... құрайды. Оның тоқтап тұру кезіндегі нақты отын шығыны 200 г/кВт⋅сағатқа тең. Оны механикалық жобалау, қозғалтқыштың негізгі бөліктерін өндіру, құрастыру және сынау жұмыстарын Mecachrome және D2T (IFPEN тобы) бірлескен кәсіпорны Teos Powertrain Engineering, ал екі каналды FADEC және сымдар жиынтығы, отын жүйесі және ұшу қабілеттілігін Austro Engine өндіреді.