2          Особенности оценки эффективности технических средств в области двигателестроения

Современное двигателестроения несмотря на предрекаемый многими произведениями научной фантастики гигантский рывок к новым рубежам, по-прежнему развивается в русле формирования запаса в «накопителе» потенциальной в самом широком смысле этого слова энергии и преобразования ее в макрокинетическую энергию объекта, чаще всего, транспортного средства. Пока что в роли «накопителями» служат химические вещества, способные окисляться кислородом воздуха – горючее. Это нефтепродукты и некоторые другие жидкости и газы. Даже аккумуляторы в электромобилях не минуют указанные используют химические процессы, хотя они и компактны, но также содержат в себе и «горючее» и окислитель. Характерной особенностью самых популярных двигателей – двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является дискретное (порционное) сжигание топлива путём его поджига или самовоспламенения.

Распространенными модификациями ДВС являются: однотопливные четырёхтактные поршневые ДВС, дизельные двигатели, двухтопливные поршневые ДВС, газопоршневые двигатели.

Непрерывное сжигание топлива,  которое  было реализовано ещё в первых паровых машинах, в наше время реализовано в паротурбинных (ПТУ) и газотурбинных (ГТУ) установках, а также в  газотурбинных двигателях (ГТД).

Также следует отметить и двигатели внешнего горения, типичным представителем которых может быть двигатель Стирлинга.

Важнейшей проблемой конструирования двигателей является проблема их коэффициента полезного действия. Для того чтобы оценить, насколько полно и выгодно используется в в двигателе энергия, полученная, например, от сжигания топлива, обычно пользуются отношением количества тепла, которое использовано на работу по перемещению транспортного средства (то есть полезно использованного тепла), к количеству тепла, которым располагало топливо, использованное двигателем. КПД современного двигателя пока еще невелико и лежит в диапазоне 25?50%. Остальные проценты буквально «вылетают в трубу», то есть для полезной работы не используются.

Второй по важности после проблемы повышения КПД в конструировании тепловых двигателей является проблема уменьшения их веса (повышения удельной мощности). Лёгкие мощные двигатели нужны в лёгкомоторной авиации, в качестве лодочных двигателей, а также везде, где вес двигателя составляет существенную часть веса агрегата (например, в устройствах малой механизации), по сути дела, это всё то же повышение КПД, но КПД всего устройства в целом). В таких случаях, кроме того, обычно требуются сравнительно невысокие скорости вращения[1].

Известны различные пути решения проблемы повышения КПД в конструировании тепловых двигателей. Технологические пути состоят в применении везде, где возможно, более легких материалов. Особую востребованность и популярность в настоящее время приобретают композиционные материалы, состоящие как минимум из двух разнородных материалов (компонентов) с четкой границей раздела фаз между ними (отдельных волокон или других армирующих составляющих и связующей матрицы), обладающие специфическими свойствами, отличающимися от свойств компонентов[2].

Конструктивный путь роста КПД двигателя состоит в снижении размеров элементов конструкции, двигателей, как это сделано в популярной конструкции звездообразного или V-образного двигателя.

Энергетический  путь роста КПД двигателя состоит в повышении энергосодержания цикла путем повышения термодинамически показателей или увеличения количество циклов в единицу времени, т. е. повышении скорости вращения.

[1] Коноваленко В.А. Двигатели высокой удельной мощности / Под редакцией С.И. Маркова URL: http://att-vesti.narod.ru/DVIGATEL.PDF

[2] Бобович Б. Б. Неметаллические конструкционные материалы: Учеб. пособие. — М.: МГИУ, 2009. С. 24.