ООО Авиагамма


Быстрый переход:

Авиационные двигатели:

   ROTAX 447 UL
   ROTAX 503 UL
   ROTAX 582 UL
   ROTAX 912 UL /A /F
   ROTAX 912 ULS /S
   ROTAX 915 iS /iSc
   ROTAX 912 iS /iSc Sport
   ROTAX 914 UL /F

Техническая информация:

   Документация ROTAX
и ООО Авиагамма

   Трёхмерные модели
двигателей и агрегатов

   Габаритно-установочные чертежи
двигателей и агрегатов

   Обмен опытом
   Наша фотогалерея.
Аппараты с авиационными двигателями ROTAX

Знакомьтесь, ROTAX!

Карты и двигатели для картинга ROTAX

Сервис


   Вы находитесь здесь: www.aviagamma.ru > Техническая информация >
   Обмен опытом > Силовые установки на базе Rotax 912 S

Перейти к версии для печати...   
Силовые установки на базе Rotax 912 S*
Обидно наступить на грабли, но еще обиднее наступить на детские грабли.
(Шутка)

Когда уже ничего не помогает — прочтите, наконец, инструкцию.
(Закон Мерфи)

Для просмотра иллюстраций щелкните по уменьшенной копии изображения.

 

Развитие легкой авиации в России обусловило широкое распространение четырехтактных двигателей. Однако переход на более совершенные двигатели приносит свои проблемы, связанные с отсутствием опыта проектирования и эксплуатации силовых установок на базе этих моторов. Мы считаем, что производители и эксплуатанты должны больше обмениваться опытом, чтобы быстрее преодолеть трудности переходного периода. Данная статья направлена на то, чтобы активизировать обмен мнениями по этому вопросу. С 1999 года специалистами СКБ ЛА СГАУ были отработаны силовые установки (СУ) для самолетов Че-25м, С-400 «Капитан», F-02 «Кречет», F32 «Ястреб». Основой этих СУ является двигатель Rotax 912S, который сегодня получает все большее распространение благодаря своей мощности, надежности и удобству в эксплуатации. Однако далеко не все эксплуатанты используют этот двигатель на все 100%. Если на вашем моторе нет ресивера, неправильно установлен глушитель, стоит не оптимальный винт, в карбюраторы забирается горячий воздух из подкапотного пространства, а система охлаждения не позволяет эксплуатировать мотор на больших оборотах, вы не сможете снять с мотора более 80% мощности, а значит, 20% стоимости двигателя вы выбросили на ветер, но самое обидное, что ваш самолет не выдает нормальных характеристик и покупатели уходят к конкурентам. За эти деньги можно было бы довести силовую установку.

В статье мы постарались собрать воедино наш опыт работы с «соткой» и надеемся, что кому-то он поможет избежать наших ошибок и сбережет время и деньги. Ниже в сжатой форме изложены вопросы, которые приходится решать при проектировании систем силовой установки. Рассмотрены варианты тянущего и толкающего расположения двигателя на примере наших самолетов «Ястреб» и «Капитан». С характеристиками самолетов можно познакомиться на нашем сайте www.aero.ssau.ru/fla/skb1. Вопросы можно задавать по телефону (8-462) 35-72-81 или по почте skb1@ssau.ru. Советуем также не забывать про общение с дистрибьютором. Адрес и телефоны «Авиагаммы»: e-mail: info@aviagamma.ru, телефоны: +7 (495) 514–53–51, +7 (926) 526–50–21. Главное отличие Rotax 912S от других двигателей — это большое количество систем, усложняющих компоновку силовой установки.

Выхлопная система

При проектировании необходимо уменьшать общее сопротивление выхлопных патрубков и разность сопротивлений патрубков. Разность сопротивлений ведет к разности температур выхлопных газов, особенно если неравномерно охлаждаются ребра цилиндров (дефлектор не установлен), что снижает ресурс зеркал цилиндров. При этом можно потерять до 5 л. с. Конечно, если двигатель расположен в передней части фюзеляжа, достаточно просто установить глушитель под двигателем, обеспечив одинаковый путь выхлопных газов. Если мотор установлен на крыле или в толкающем варианте, то выполнить это требование непросто. Иногда приходится искусственно увеличивать длину патрубков, чтобы достичь результата. Конечно, в этих случаях при отработке системы необходимо измерять температуры выхлопных газов и температуры стенок цилиндров. Подвеска глушителя в таких компоновках производится либо на резиновых амортизаторах, либо на металлических рессорах. Лучше всего подвешивать глушитель за середину, воспринимая только его вес и оставляя подвижность для прокачки мотора при увеличении тяги и крутильных колебаний при запуске. Большая длина выхлопных патрубков может привести к большим нагрузкам на их фланцы и трещинам. Спасение — дополнительные шарниры или сильфоны. Особое внимание необходимо обратить на подгонку труб, исключая перекосы и напряжения в соединениях. Дополнительные шарниры или сильфоны значительно упрощают данную задачу. Шарниры должны быть подвижны и смазаны высокотемпературной противозадирной антикоррозионной смазкой. Масса глушителя не должна нагружать трубы.

Обмотка глушителя асботканью в случае закапотированного двигателя приводит к быстрому прогоранию стенок глушителя.

 

Жидкостная система охлаждения

Конечно, необходимо следить за минимальным сопротивлением трубопроводов и за тем, чтобы они не проходили возле горячих частей двигателя. В качестве трубопроводов хорошо себя зарекомендовали трубки из АМГ и металлопластиковые трубы. Если водяная помпа, в которой есть сливная пробка, не является нижней точкой системы, то необходимо делать слив тосола отдельно.

Водяной радиатор отводит 25 кВт тепла, в то время как воздушное охлаждение — 6 кВт, маслорадиатор — 8 кВт, поэтому, сделав управляемую створку на водяном радиаторе, можно получить контроль за температурой двигателя на всех режимах полета. Например, на «Ястребе» к мотораме крепится стеклопластиковый канал, в котором через амортизаторы установлен радиатор и створка по типу дроссельной заслонки, управляемая из кабины. При этом охлаждение радиатора очень эффективное — из-за разности давлений и при полностью закрытой створке время прогрева сократилось почти в три раза. Полеты в жару до +35°С проводились при не полностью открытой створке даже с полным химбаком (230 л). Управляемая система охлаждения необходима для нормальной эксплуатации двигателя в тех случаях, когда с мотора снимается полная мощность, а также при наборе высоты и спуске, когда легко перегреть или переохладить мотор. Конечно, если самолет эксплуатируется в режиме аэродромных полетов до высоты 300 м и не возит более двух человек, целесообразность затрат на установку канала можно обсуждать. Не стоит использовать дешевый тосол, поскольку накипь от него нарастает в каналах головок цилиндров и повышает сопротивление, как результат — растет температура. Мы используем концентрат Manol, разбавляя его дистиллированной водой. Подвеска радиатора обязательно должна быть амортизированной. Крепить его к двигателю крайне нежелательно, поскольку вибрации при запуске очень большие. При эксплуатации на авиахимработах желательно защищать радиатор крупной нержавеющей сеткой.

Маслосистема

Главная проблема маслосистемы — это воздушные пробки. В основном они появляются при заправке двигателя маслом и при проворачивании вала редуктора в сторону обратного вращения. При заправке желательно подогреть масло, залить его в маслобак и продавить по магистрали до маслонасоса, отсоединив от него заборную магистраль.

Немаловажно использовать хорошие шланги и хомуты на всех системах. Не скупитесь на импортные шланги и нержавеющие профессиональные хомуты — это надежность. Крепление маслорадиатора также должно быть амортизировано. Для нормального охлаждения масла воздушный канал должен иметь сечение не менее 50 см2. Установка маслорадиатора должна обеспечить невозможность образования воздушных пробок во всасывающей магистрали (стекание масла из маслорадиатора в бак и двигатель).

Двигатель быстро выйдет из строя при высоком сопротивлении как всасывающей, так и возвратной магистралей. Проверив разряжение перед насосом и давление картерных газов, можно быстро определить и устранить ошибки, такие как большая длина шлангов, малый диаметр, перегибы неправильное расположение бака и маслорадиатора. Необходимо правильно организовать дренаж маслобака, защитив от обледенения и наддува. Вывод дренажа в воздушный фильтр одного карбюратора вызовет сильное рассогласование. При акробатических полетах может возникнуть необходимость установки приемного бачка в дренажную магистраль.

Циркуляция масла (производительность насоса) сильно зависит от компоновки маслосистемы, температурных режимов, типа масла, поэтому может потребоваться регулировка редукционного клапана. Принцип: на прогретом двигателе (температура масла +80…100°С) давление масла должно быть 3-3,5 бара. Экономить на масле для мотора стоимостью 15 тысяч долларов нельзя. Дистрибьютор рекомендует не автомобильное, а мотоциклетное масло Motul или Castrol superbike, поскольку они содержат присадки для смазки редуктора. Применение этилированного бензина быстро снижает качество масла вплоть до выпадения в маслобаке слизистого осадка. Поэтому при каждом опробовании необходимо записывать все параметры двигателя на всех режимах. Если через 30-40 часов при повторных гонках мотора вы заметите, что давление масла на тех же режимах уменьшилось, следует задуматься о замене масла. Нужно взять себе за правило — перед каждым запуском выполнять холодную прокрутку с целью убедиться в появлении давления масла.

Категорически запрещено крутить винт руками в противоположную сторону вращения более одного оборота.

Топливная система

Самая распространенная ошибка при монтаже 912-го мотора — это отсутствие обратной магистрали. Основное назначение обратки — постоянная циркуляция топлива и его охлаждение. Т. е. на режимах частичной нагрузки не образуются застойные зоны, где может перегреться и закипеть топливо, что вызывает перебои в работе двигателя. Жиклер подобран фирмой и имеет номер 35 (по международной системе Солекс). Эта цифра обозначает, что данный жиклер имеет такую же производительность, как жиклер Солекс с диаметром 0,35 мм и какой-то определенной длиной. Т. е. вы можете установить любой жиклер с номером 35, но не с клеймом 0,35!!!. Обратка также снижает нагрузку на иглу поплавкового механизма. Для открытой силовой установки обратка не является обязательной. Также необходимо устанавливать в топливной системе подкачивающий насос для заполнения и опрессовки поплавковых камер.

Ни одна техническая комиссия не пропустит бумажные топливные фильтры. Они впитывают воду и в мороз замерзают, закупоривая систему. Но не каждая комиссия обратит внимание на то, что на закапотированном моторе нельзя ставить фильтры над двигателем. При работе на земле и после останова в верхней части капота создается «баня» и пластиковый фильтр просто плавится. Топливные магистрали, проходящие в самолете, должны выполняться из трубок АМг, а переход на мотор — шлангом, который ни в коем случае не должен быт натянут. Общая трудность при капотировании моторов — это затирания всех трубопроводов и электропроводов. Они приводят к неожиданным и трудноконтролируемым дефектам в эксплуатации. Поэтому надо тщательно бандажировать все провода и шланги и при осмотрах двигателя особое внимание уделять магистралям. По сравнению с двухтактными «Ротаксами» и с восьмидесятисильной версией «сотка» имеет повышенную степень сжатия, поэтому требования к качеству топлива выше. Бензин должен удовлетворять требованиям ЕВРО 95, в то время как для «восьмидесятки» подходит бензин по ЕВРО 92. Далеко не каждый 95-й бензин с нашей заправки пройдет даже по ЕВРО 92, поэтому в нашей стране безопаснее эксплуатировать восьмидесятисильные двигатели.

Самый распространенный отказ четырехтактника при работе на фальсифицированном (некачественном) бензине — ДЕТОНАЦИЯ! Последствия — лопнувшие кольца, кольцевые перемычки, перегрев с переходом в калильное зажигание, оплавление поршня вплоть до сквозного. При любом разрушении поршня происходит повышение картерных газов и «выдавливание» сальников и уплотнений. Быстрая потеря масла приводит к масляному голоданию и… полному отказу.

Система управления

Поскольку двигатель имеет два карбюратора, их работа должна быть согласована. Для этого обычно ставится сумматор. Он должен быть выполнен очень качественно, желательно закрытым и стоять так, чтобы боудены к карбюраторам были одинаковой длины. Если установлен ресивер, то лучший вариант — синхронизация дроссельных заслонок жесткой тягой.

В случае установки моторов на крыле и длинной проводке управления трудно добиться малого трения в проводке. Этого можно достичь, если большую часть проводки делать жесткой с большими плечами качалок, но переход на двигатель все равно должен выполняться боуденом. При такой компоновке моторов иногда приходится устанавливать дополнительные пружины в сумматоре для преодоления трения в проводке. Установка ресивера дает ряд преимуществ:

  • Мощность мотора доходит до 100 л. с. (ресивер прибавляет 4 л. с.).
  • Ресивер жестко крепится к картеру двигателя и дает опору для карбюраторов. Это увеличивает ресурс резиновых фланцев карбюраторов и предохраняет карбюраторы от «выпадания» при остановке мотора.
  • К единому фильтру ресивера легко подвести забортный (холодный) воздух и решить проблему обледенения карбюраторов (подвести теплый воздух).

Огромная ошибка — в летнее время брать воздух в карбюраторы из-под капота! Это наблюдается практически на всех безресиверных версиях. Но некоторые и с ресивером не считают это большим грехом. При температуре воздуха на входе +40°С мощность падает на 8-10%. Ну если для кого-то это не страшно, то с ростом температуры воздуха на входе увеличивается склонность к детонации даже на правильном бензине.

Если нет ресивера — обязательна дополнительная поддержка карбюраторов для исключения консольного крепления и нерасчетных нагрузок на фланцы.

Настройка карбюраторов — отдельный разговор. Бывают случаи, когда плохо настроенный мотор недодает до 15% мощности. Вы даже можете не знать об этом, если у вас одномоторный самолет, но на двухмоторном разность работы двигателей хорошо заметна.

Наиболее надежный способ регулировки состоит в том, что заслонки карбюраторов выставляются по калибрам (например калиброванный пруток) в одинаковое положение и синхронизируются. Выставляются упоры холостого хода. После этого устанавливаем ресивер и заводим двигатель. Винтами качества смеси и упора холостого хода добиваемся отсутствия вибраций на режиме холостого хода, регулировкой натяжения тросов выполняем синхронизацию на рабочем режиме, так как на всех режимах этого вряд ли удастся добиться. Регулировку желательно проводить каждые 50 часов работы двигателя. Для регулировки можно использовать пневматический метод (равенство разрежений во впускных коллекторах) или температурный (равенство температур выхлопных газов).

Для облегчения запуска в зимнее время необходимо повысить эффективность обогатителя:

  • РУД при запуске поставить на упоре МГ.
  • Обогатитель включать во время запуска т. е. (включаются ВЗ, РУД на МГ, нажать на кнопку стартера и через 2-4 секунды включить обогатитель).
  • Установить пусковой жиклер с большей производительностью (95, 105).
  • Установить заливной шприц. (Заливной шприц должен иметь свой заборник из бака!).

После использования обогатителя необходимо прогазовать мотор на максимале, чтобы прожечь свечи, иначе на взлете возможно падение мощности.

Крепление мотора

Нежесткость моторамы, особенно по кручению, приводит к таким явлениям, как «отстрел» карбюраторов при запуске и глушении мотора, кроме того от вибраций сбиваются настройки карбюраторов, а также снижается ресурс всех агрегатов, установленных на двигателе. На наш взгляд, моторама, на которую двигатель ставится сверху, имеет преимущества перед стандартной моторамой, закрепленной за заднюю часть картера. Она дает возможность крепления водяного радиатора, глушителя и других агрегатов, за нее можно крепить капот и каналы радиаторов. При этом амортизаторы двигателя воспринимают нагрузку только от мотора и его момент инерции не увеличен навесными агрегатами. При подвеске глушителя под моторамой необходимо защищать мотораму и амортизаторы мотора от нагрева. Например, на «Ястребе» мы проверяли температуру моторамы в полете с помощью термопары. Она не превышала +100°С, что для дюралевой конструкции вполне допустимо. В случае крепления моторамы к стеклопластиковому фюзеляжу необходимо следить, чтобы узлы не нагревались, так как прочность пластика снижается при нагреве.

Вопросы расположения амортизаторов и их работы каждый решает по-своему. Желательно равноудаление амортизаторов от центра масс и правильное расположение с точки зрения приложения усилий. (Лорд работает на сжатие и сдвиг, сайлент-блок на сдвиг, подушка на сжатие).

Мы располагаем болты вертикально для удобства монтажа двигателя, но более правильно горизонтальное расположение осей болтов, чтобы амортизаторы работали на срез, так как это сделано на «Катане». Вообще, моторама «Катаны» — отличный образец продуманной и технологичной конструкции. Не экономьте на узлах навески моторамы. Они должны быть рассчитаны с дополнительным узловым коэффициентом. Нельзя забывать, что узлы навески двигателя и моторамы должны быть спроектированы так, чтобы при разрушении любого одного узла двигатель не отрывался.

 

Капот

Следует заметить, что установка двигателя в капоте значительно усложняет компоновку силовой установки. Особенно это сказывается, когда двигатель установлен на крыле, как на Че-25, или на пилоне, как, например, на нашем самолете «Капитан». При этом капот обычно обжимается по максимуму, агрегаты и проводка начинают мешать друг другу, растет температура в подкапотном пространстве, и возникают вопросы — за что крепить агрегаты и сам капот и как при этом добиться его легкосъемности. А в случае обжатого капота необходимо каждый летный день осматривать весь двигатель на предмет затираний трубопроводов и проводки. Мы решаем эту проблему, делая фланцы по краям капота. При этом возрастает жесткость капота и уменьшается количество крепежных винтов. Часть из них вообще можно заменить на штыри, вмонтированные в противопожарный шпангоут, как это сделано на «Ястребе». Крепить же капот приходится либо к мотораме, либо в крайнем случае делать опорные точки на моторе, но при этом они должны быть амортизированы. На классических компоновках все намного проще, капот просторный, и можно не снимать весь капот, а ограничиться большим люком для обслуживания, как это сделано на самолете STOL, переработанном в Таганроге Анатолием Водолазским.

На классических самолетах аэродинамическое сопротивление, создаваемое силовой установкой, составляет немалую долю сопротивления фюзеляжа. Обдув струей от винта увеличивает сопротивление капота. Кроме того, щели капота и выходные отверстия образуют вихри, которые увеличивают сопротивление фюзеляжа. Дополнительное сопротивление дает также перетекание воздуха в капоте и выход его через щели.

Поэтому, если вы хотите достичь высоких аэродинамических характеристик, необходимо очень ответственно подходить к аэродинамическому проектированию капота. Мы убедились, что использование кока винта большого диаметра может значительно улучшить обтекаемость всего капота. По продувкам ЦАГИ оптимальный диаметр кока — 0,2 диаметра винта. Вопрос балансировки кока можно обойти. Например, на «Ястребе» кок весит около 0,9 кг и имеет достаточно массивную дюралевую точеную планшайбу толщиной 5 мм. Поэтому балансировка не потребовалась.

Жесткие фланцы капота позволяют достичь хорошей герметичности. Нужно помнить, что воздух, входящий в капот, не только тормозится, но и нагревается, поэтому давление воздуха увеличивается и для выхода воздуха нужно организовывать большие отверстия. Площадь выходных отверстий должна быть не менее чем в 1,5 раза больше площади входных. Поэтому площадь входных отверстий надо минимизировать. Для этого делаются каналы, направляющие воздух непосредственно к охлаждаемым агрегатам. Желательно группировать входные отверстия в передней части капота, как это сделано на «Ястребе» и «Капитане». Это обеспечивает максимальную разность давлений и минимальное сопротивление. В капоте 912го должно быть 5 входных отверстий — для водяного и маслорадиатора, для дефлектора охлаждения цилиндров, для подачи воздуха к воздушному фильтру и для охлаждения глушителя. Через глушитель проводятся все 70 кВт мощности мотора. Кроме того, глушитель нагревает воздух в капоте, затрудняя охлаждение остальных источников тепла, и нагревает конструкцию, что критично для пластиковых самолетов. Поэтому желательно отделять глушитель от остального подкапотного пространства и охлаждать отдельно. Чтобы сэкономить ресурс агрегатов и шлангов, расположенных над двигателем, все капоты должны иметь специальные отверстия для отвода горячего воздуха при гонках на земле и после останова двигателя, когда происходит заброс температуры. Эти отверстия надо располагать в верхней точке капота в стояночном положении.

Охлаждение цилиндров набегающим потоком, без дефлектора, приводит к увеличению входных отверстий и переохлаждению передних цилиндров. В зимнее время прямая продувка верхнего подкапотного пространства вызывает переохлаждение корпусов карбюраторов, и если организована подача теплого воздуха в карбюраторы, то происходит отказ карбюратора из-за большого теплового перепада. (Подобные отказы зарегистрированы прошлой зимой — температура окружающего воздуха -30°С, а на входе +25°С).

Во всех компоновках надо стремиться обеспечить протекание воздуха сверху вниз через ребра цилиндров. При проектировании капотов для толкающих двигателей необходимо помнить, что заборные отверстия при гонках двигателя на земле не наддуваются, как в тянущем варианте. Нужно обеспечить интенсивный отсос воздуха через выходные отверстия. Так, например, на «Капитане» выходное отверстие имеет увеличенную площадь и минимальный зазор от винта, что позволяет протягивать воздух сквозь капот.

Винт

Требования к балансировке винта намного выше, чем для двухтактных двигателей. Поэтому чаще всего используют пластиковые, трехлопастные винты. К сожалению, они имеют маленький момент инерции и плохо выполняют функции маховика. Поэтому глушение мотора происходит с характерным ударом. Его можно избежать, если дать мотору остыть в течение полутора минут, а потом выключить контуры зажигания поочередно.

Снять полную мощность с двигателя можно только применяя ВИШ. Это дает прирост тяги примерно на 10%, соответственно улучшаются и характеристики самолета, повышается экономичность. ВИШ позволяет также выводить мотор на режим максимальных оборотов, обеспечивая равномерный износ зеркал цилиндров. Однако правильно настроить ВИШ можно лишь на хорошо отрегулированном двигателе. Особенно ярко это проявляется на двухмоторных самолетах. При установке ВИШ необходимо контролировать разрежение во впускном патрубке и поддерживать рекомендуемые значения, иначе легко получить обеднение смеси и оплавление поршня!

Электросистема и приборное оборудование

Электросистема и приборное оборудование не имеет значительных особенностей. Есть, конечно, небольшие тонкости. Например, электронные блоки прикреплены к двигателю через амортизаторы, поэтому нужно оставлять слабину в проводке зажигания. Датчики зажигания имеют открытые контакты, которые могут быть замкнуты посторонними предметами или оплеткой кабеля и спровоцировать плавающий дефект. Необходимо защищать предохранителями приборы контроля СУ. Это записано в инструкции, но далеко не все производители выполняют это требование. Также для подключения радиостанции совершенно необходимо устанавливать в электросистеме конденсатор емкостью 22000мкФ для сглаживания пульсаций напряжения однофазного генератора. Если вы хотите иметь хорошую радиосвязь, необходимо экранировать провода зажигания. При этом экран соединяется с массой только в одной точке на двигателе. В случае установки двигателей на крыле или на пилонах стартерные провода могут быть очень длинными, поскольку аккумулятором обычно исправляют центровку. В этом случае площадь проводов вычисляется по допустимому падению напряжения (0,5-1 В) при номинальном токе.

При отработке новой силовой установки необходимо снимать как можно больше информации с двигателя, поэтому на экспериментальных самолетах нужно ставить комплекcный прибор FLYDAT, а также контролировать в различных условиях эксплуатации следующие параметры:

  • температуры стенок цилиндров;
  • давление картерных газов;
  • разрежение в линии всасывания маслосистемы;
  • давление топлива;
  • разрежение во впускном коллекторе;
  • температура воздуха на входе в карбюраторы;
  • температура воздуха в зоне электронных блоков.

Скрупулезное фиксирование всей информации, касающейся винтомоторной группы, окажет неоценимую помощь в доводке силовой установки и снизит вероятность отказа двигателя в эксплуатации.

В завершение можно сказать, что мы не претендуем на полноту освещения всех проблем в этой статье, но готовы предоставить все наши материалы, вплоть до чертежей узлов, расчетов, протоколов испытаний, для использования другими производителями. И готовы выслушать критические замечания со стороны эксплуатантов, таких же фанатов «Сотки», какими стали мы, поработав с этим замечательным мотором.

Валентин Пятница,
Сергей Митекин
(СКБ ЛА СГАУ, Самара)
* Материал опубликован в журнале Авиация общего назначения
Разработка и поддержка сайта:
Алексей Бородуля
aleksey.borodulya@gmail.com
ООО Авиагамма © 2002—2017
Информация о правах и вебсайте
Яндекс.Метрика