Поршневые двигатели устанавливаются на дозвуковых самолетах, т. к. винт работает с высокой эффективностью до чисел Маха М=0,5…0,6. Небольшие самолеты (спортивные, тренировочные и т. п. при потребной мощности менее 500 л.с.) обычно оборудуются ПД во многом благодаря меньшей стоимости единицы мощности.
Рассмотрим цикл работы четырехтактного ПД (рис. 11, где ВМГ – верхняя мертвая точка, НМТ - нижняя мертвая точка).
1. В процессе такта всасывания всасывающий клапан открыт и смесь (карбюраторный двигатель) или воздух (двигатель непосредственного впрыска) поступают через топливовоздушный входной патрубок в цилиндр.
2. В процессе такта сжатия топливовоздушная смесь сжимается в соответствии с политропической, зависимостью pV = const. Кроме давления на входе, конечное давление определяется коэффициентом сжатия, т.е. отношением объемов цилиндра над поршнем в начале и конце сжатия.
Сжатая газовая смесь воспламеняется и сгорает в конце хода сжатия практически при постоянном объеме. Температура и давление при сгорании очень высокие, что делает тепловой КПД цикла достаточно высоким.
3. В процессе рабочего такта сгорающий и расширяющийся газ передает мощность поршню. Эта мощность при помощи кривошипа и коленчатого вала сообщается винту. Процесс опять протекает в соответствии с политропической зависимостью pV = const.
4. После открытия клапана выпуска в процессе такта выхлопа, протекающего практически при постоянном объеме, газ поступает в выхлопной патрубок.
В авиационных двигателях в настоящее время применяются почти исключительно топлива нефтяного происхождения. Их принято делить на авиабензины и авиакеросины. Горение топлива - физико-химический процесс окисления углерода и водорода кислородом воздуха. Количество действительно подведенного воздуха, как правило, отличается от теоретически необходимого для полного сгорания единицы шасси топлива. Их отношение называется коэффициентом избытка воздуха, который меняется в широких пределах (0,65.... 1,1).
Все ПД, предназначенные для использования на самолетах, в настоящее время имеют воздушное охлаждение. Типовые схемы ПД представлены на рис. 12.
Наиболее распространенной является схема ПД с горизонтальными противолежащими цилиндрами, (рис. 12 а). Это плоский хорошо сбалансированный двигатель с относительно небольшим миделевым сечением. Эффективность воздушного охлаждения сохраняется при расположении до четырех цилиндров на каждой стороне V-образный двигатель (рис.12 б) имеет меньшую площадь, чем у двигателя первого варианта. Рядный двигатель, установленный в гондолах на крыле, оказывает наименьшее неблагоприятное влияние на сопротивление и подъемную силу.
Звездообразный ПД имеет наибольшее миделево сечение с большим сопротивлением, но создает прекрасные условия для охлаждения, что делает его пригодным для нескоростных ЛА с длительным временем полета (вертолеты, сельскохозяйственные самолеты).
