Перейти к содержимому
2

81. Поршневые ДВС: 2-такт, 4-такт #

Поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — основной тип установки для крылатых БПЛА массой 3–50 кг: час-два полёта, десятки ватт-киловатт мощности, топливо в 60–80 раз «плотнее» батареи (статья 79). Здесь — как устроены 2-тактные и 4-тактные малые ДВС, чем они различаются (мощность, расход, ресурс), как готовится смесь, подбирается редуктор под винт и считается расход топлива. Статья — практик: после неё можно собрать топливную установку из каталога и знать, что проверять на первом вылете.

Содержание

1. Цели статьи

Справочник по малым поршневым ДВС для БПЛА: устройство 2-тактных и 4-тактных двигателей, смеси, расход, редуктор, обслуживание. Материал рассчитан на инженера, который ставит ДВС на крылатый БПЛА (0,3–50 кВт) и должен правильно подобрать двигатель, топливо и винт, а также понимать, что и когда обслуживать.

  • Отличить двухтактный двигатель от четырёхтактного и знать, где каждый из них выигрывает (мощность/масса, расход, ресурс).
  • Готовить смесь (25:1–50:1) и не перепутать масло (2-тактное, не автомобильное).
  • Подобрать редуктор: \(i = \frac{n_{двигателя}}{n_{винта}} \).
  • Считать расход: \(m_{топлива} = c\cdot P\cdot t \) и объём бака.
  • Знать регламент: прогрев, обеднённая/богатая смесь, зима, ресурс 50–500 моточасов.
Позиция в категории 8. 79 — рамка выбора (ДВС — на 1–8 ч), 80 — электрика (для сравнения), 81 (здесь) — поршень, 82–83 — турбины, 84 — топлива (бензин Jet-A подробно), 85 — масла.
↑ К оглавлению

2. Глоссарий величин

Полный перечень величин с единицами измерения.

ВеличинаОбозначениеЕдиницыТипичные значения
МощностьPкВт0,3–50
Удельный расход топливаcг/(кВт·ч)2-такт 180–250; 4-такт 200–300
Частота вращения двигателяn_двоб/мин2-такт 8000–14000; 4-такт 5000–9000
Передаточное число редуктораiбезразмерный4–10
Частота вращения винтаn_винтоб/мин1500–4000
Масса топлива на полётm_топкг (г)m_топ = c·P·t
Объём бакаVбакл0,3–20
Соотношение смеси (2-такт)—топливо:масло25:1 – 50:1
Ресурс—моточасы2-такт 50–150; 4-такт 200–500
↑ К оглавлению

3. Двухтактный двигатель против четырёхтактного

Поршневые ДВС для БПЛА — двух типов. [Поршневой двигатель — Piston_engine (рисунок — Wikipedia) / Поршневой двигатель внутреннего сгорания] Разница — в цикле: 2-такт совершает рабочий ход каждый оборот коленвала, 4-такт — через два оборота.

Параметр2-такт4-такт
Мощность/массавысокая (рабочий ход каждый оборот)ниже (на 30–40 % при той же мощности)
Удельный расход c180–250 г/(кВт·ч)200–300 г/(кВт·ч)
Обороты8000–14000 об/мин (узкая полоса)5000–9000 об/мин (широкая полоса)
Смазкамасло в топливе (смесь)отдельная система (масляный картер)
Ресурс50–150 моточасов200–500 моточасов
Запусксвеча накаливания (glow plug), легкоискровой (CDI) или свеча накаливания
Топливобензин 92–95 + масло 2T (смесь)бензин 92–95 (иногда авиационный, Avgas)
Гделёгкие крылатые 0,3–5 кВт, FPV-«дальнолеты»крылатые 1–50 кВт, доставка, наука

Коротко: 2-такт — легче и мощнее на грамм, но расходует больше топлива и живёт меньше; 4-такт — тяжелее, но экономичнее и дольше. Для полётов меньше 1 часа и массы двигателя до 1 кг — часто 2-такт; для 2+ часов и обслуживания по регламенту — 4-такт.

↑ К оглавлению

4. 2-тактные двигатели

Цикл за два хода поршня (один оборот): такт сжатия+взрыв и такт выхлопа+всас. [Двухтактный двигатель — Two-stroke_engine / Двухтактный двигатель] Смазка — только топливом: в бензин добавляется масло для 2-тактных двигателей (2T, синтетика). [Карбюратор — Carburettor / Карбюратор] Запуск — свечой накаливания: [Свеча накаливания — Glow_plug / Свеча накаливания] нагревательный элемент, двигатель «раскачивает» сам себя (низкий порог запуска, нет искры).

Смесь. Соотношение топливо:масло по каталогу двигателя — 25:1 (много масла, «богаче», для новых/жары) до 50:1 (экономия, для обкатанных). Правила:

  • Масло — только 2T (специальное, для сгорания в цилиндре). Автомобильное масло — осадок, нагар, смерть двигателя.
  • Смешивать в отдельной ёмкости, перемешать; хранить смесь меньше 1–2 месяцев (бензин стареет, масло расслаивается).
  • Расчёт: Vмасла = Vтоплива/соотношение (задача 2).

Режимы. У 2-тактной установки узкая «полоса» рабочих оборотов: вне её — провал тяги, расход растёт. Настройка карбюратора (иглы: низкие/высокие обороты) — под конкретный винт и высоту. Прогрев 10–30 секунд, затем полёт; не летать на «полубогатой» смеси долго (нагар).

↑ К оглавлению

5. 4-тактные двигатели

Цикл за два оборота: впуск — сжатие — рабочий — выхлоп. [Четырёхтактный двигатель — Four-stroke_engine / Четырёхтактный двигатель] Есть клапаны (или десмодовик), отдельная смазка (масляный картер, иногда мокрая картерная). Запуск — искровым зажиганием (CDI — электронный блок) или свечой накаливания (у некоторых «авиационных» 4-тактных).

Особенности:

  • Топливо без масла — обычный бензин 92–95 (для полётов на высоте — авиационный Avgas 100LL с детонационной стойкостью, статья 84). Картерное масло — отдельная заправка (10W-30/40 или по каталогу).
  • Широкая полоса оборотов — ровнее тяга в диапазоне, проще подстроить винт.
  • Масса: при той же мощности на 30–40 % тяжелее 2-такта (головка, клапаны, редукция часто встроенная).
  • Ресурс: 200–500 моточасов (с обслуживанием: свеча, фильтры, масло). Регламент — каждые 10–25 моточасов (свеча/фильтр), 50–100 (масло/обзор).
  • Запуск: CDI + стартер/ручной пуск; зимой — свечи накаливания (glow plug) на впуске.
↑ К оглавлению

6. Топливная система, редуктор, обслуживание

Топливная система: бак → топливопровод (силикон/металл) → фильтр → карбюратор → цилиндр. Бак (вентиляция, защита от перелива), кран/задвижка. Объём бака: \(V_{бак} = \frac{m_{топлива}}{\rho_{бензина}}\ \text{с} \) запасом 10–20 % (задача 1).

Редуктор. Двигатель вращается на 8000–14000 об/мин — винту нужно 1500–4000. Передающее число: \(i = \frac{n_{дв}}{n_{винт}} \) (задача 3). Типы: шестерённый (КПД 90–95 %, шум), ременной (КПД 95–98 %, тихо, растяжение), цепной (КПД 97–99 %, обслуживание). В малых установках редуктор часто встроен в двигатель (planetary, коаксиальный).

Расход. \(m_{топлива} = c\cdot P\cdot t \) (задача 5). Для расчёта времени: \(t = V_{бак}\cdot \frac{\rho}{\frac{c}{P}} \). Запас на посадку и манёвры — 15–20 %.

Обслуживание и зима:

  • Первый вылет нового двигателя — после обкатки 2–5 моточасов (2-такт: обкатка в земле/на стенде, 4-такт: по регламенту производителя).
  • После каждого вылета — заглушить, 3–5 проходов газа до максимума на холостом (промыть карбюратор), либо слить топливо из карбюратора (долгое хранение).
  • Зима: топливо с антиобледенителем (авиационный), прогрев на земле 1–2 мин, не работать на обеднённой смеси ниже +5 °C (обледенение карбюратора).
  • Ресурс: 2-такт 50–150 моточасов (капремонт: поршень/гильза), 4-такт 200–500 (клапаны, кольца). Ведите журнал моточасов — это «стаж» двигателя.
↑ К оглавлению

7. Практика: типовые задачи

Задача 1. Топливо на 2 часа

Задача. 4-тактный \(ДВС P = 1\ \text{кВт} \), \(c = 250 \frac{\text{г}}{\text{кВт·ч}} \). Полёт 2 часа. Определить массу и объём топлива, объём бака (запас 20 %).

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
P1 кВт
c250 г/(кВт·ч)
t2 ч
ρ бензина730 г/л
Запас бака20 %

Искомые параметры: mтоп (г); Vтоп (л); Vбак (л).

Решение.

  1. m_топ = c·P·t = 250·1·2 = 500 г.
  2. Vтоп = 500/730 = 0,68 л.
  3. Vбак = 0,68·1,2 = 0,82 л → бак 0,8–1,0 л.
Ответ: 500 г топлива (0,68 л); бак 0,8–1,0 л.

Вывод. 2 часа полёта на 1 кВт — пол-килограмма бензина: на 60–80 раз меньше «энергомассы», чем у батареи (статья 79, задача 3). Бак 1 л — стандарт для этого класса.

Задача 2. Смесь 30:1

Задача. 2-тактный ДВС, соотношение смеси 30:1 (топливо:масло). Бак 1 л. Определить объём масла.

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
Соотношение30:1
Vтоплива1 л

Искомые параметры: Vмасла (мл).

Решение.

  1. Vмасла = Vтоплива/30 = 1000/30 = 33 мл.
  2. (Общий объём смеси: \(1\ \text{л} + 33\ \text{мл} \approx 1{,}03\ \text{л} \) — бак на 1,1 л или залить 0,97 л топлива.)
Ответ: 33 мл масла на 1 л топлива (смесь 30:1).

Вывод. Смесь готовить мерным шприцем/емкостью: «на глаз» — перелив масла (нагар) или нехватка (износ). 25:\(1 = 40\ \text{мл/л} \); 50:\(1 = 20\ \text{мл/л} \) — таблица на крышке канистры.

Задача 3. Редуктор под винт

Задача. Двигатель \(n_{дв} = 9000\ \text{об/мин} \). Рабочая полоса винта — 1500 об/мин. Определить передаточное число редуктора.

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
n_дв9000 об/мин
n_винт1500 об/мин

Искомые параметры: i.

Решение.

  1. i = nдв/nвинт = 9000/1500 = 6.
Ответ: i = 6 (редуктор 1:6, например, planetary 6,0:1).

Вывод. Винт на 1500 об/мин — тихий и КПД-ный; мотор на 9000 — в рабочем режиме. Стандартные числа: 4:1, 5:1, 6:1, 8:1 — подбирайте под пару «мотор-винт» из каталога, а не «по ближайшему».

Задача 4. Мощность под БПЛА

Задача. Крылатый БПЛА: \(m = 10\ \text{кг} \), \(\frac{L}{D} = 10 \), \(V = 25\ \text{м/с} \). Определить среднюю мощность и требуемую мощность установки (запас 1,4), подобрать класс ДВС.

Заданные параметры:

ПараметрЗначение
Масса10 кг
L/D10
V25 м/с
Запас1,4

Искомые параметры: D (Н); Pср (Вт); Pустановки (кВт).

Решение.

  1. D = m·g/(L/D) = 98,1/10 = 9,81 Н.
  2. Pср = D·V = 9,81·25 = 245 Вт.
  3. Pустановки = 1,4·245 = 343 Вт = 0,34 кВт.
Ответ: \(P_{ср} = 245\ \text{Вт} \); установка 0,35–0,5 кВт — минимальный 2-тактный ДВС (0,5 кВт) или 4-такт 0,5–0,6 кВт.

Вывод. 10-килограммовый крылатый на 25 м/с — это 250 Вт: зона «малых» ДВС (0,3–1 кВт). Больше L/D (12–15) — мощность падает до 180–200 Вт, можно ставить 0,3 кВт и экономить топливо/массу.

Задача 5. Расход топлива: двухтактный двигатель против четырёхтактного

Задача. \(ДВС P = 2\ \text{кВт} \), полёт 1 час. 2-такт: \(c = 200 \frac{\text{г}}{\text{кВт·ч}} \); 4-такт: \(c = 280 \frac{\text{г}}{\text{кВт·ч}} \). Сравнить расход топлива.

Заданные параметры:

Параметр2-такт4-такт
P, t2 кВт × 1 ч
c200 г/(кВт·ч)280 г/(кВт·ч)

Искомые параметры: mтоп (г) для каждого; разница.

Решение.

  1. 2-такт: \(200\cdot 2\cdot 1 = 400\ \text{г} \).
  2. 4-такт: \(280\cdot 2\cdot 1 = 560\ \text{г} \).
  3. Разница: 160 г (400/560 = 0,71 — 2-такт на 29 % экономичнее в этом примере).
Ответ: 2-такт 400 г, 4-такт 560 г; 2-такт расходует на 29 % меньше (при заданных c).

Вывод. Разница 20–30 % — не критична для 1 часа (160 г), но за 4–8 часов полёта складывается в сотни граммов — литры бака. Реальное сравнение — по конкретным двигателям из каталога (c зависит от режима, высоты, настройки).

↑ К оглавлению

8. Чек-лист самопроверки знаний

Отметьте пункты, которые вы действительно понимаете и можете применить без подсказок.

✓НавыкПроверка
2-тактлегче/мощнее, c 180–250, ресурс 50–150 ч, смесь 25:1–50:1.
4-такттяжелее (30–40 %), c 200–300, ресурс 200–500 ч, отдельная смазка.
Маслотолько 2T; смесь мерить шприцем; хранить меньше 1–2 мес.
i = nдв/nвинт; стандартные 41–8:1.
m_топ = c·P·tбак +20 %.
Журнал моточасовсвеча/фильтр 10–25 ч, масло 50–100 ч.
↑ К оглавлению

9. Источники

  1. Wikipedia, «Piston engine» — поршневые двигатели. en.wikipedia.org/wiki/Piston_engine / ru.wikipedia.org/wiki/Поршневой_двигатель_внутреннего_сгорания (Поршневой двигатель внутреннего сгорания) Reciprocating_engine / Поршневой двигатель внутреннего сгорания / ru.wikipedia.org/wiki/Поршневой_двигатель_внутреннего_сгорания (Поршневой двигатель внутреннего сгорания)
  2. Wikipedia, «Two-stroke engine» — 2-тактные. en.wikipedia.org/wiki/Two-stroke_engine / ru.wikipedia.org/wiki/Двухтактный_двигатель (Двухтактный двигатель)
  3. Wikipedia, «Four-stroke engine» — 4-тактные. en.wikipedia.org/wiki/Four-stroke_engine / ru.wikipedia.org/wiki/Четырёхтактный_двигатель (Четырёхтактный двигатель)
  4. Wikipedia, «Glow plug» — свечи накаливания. en.wikipedia.org/wiki/Glow_plug / ru.wikipedia.org/wiki/Свеча_накаливания (Свеча накаливания)
  5. Wikipedia, «Carburettor» — карбюраторы. en.wikipedia.org/wiki/Carburettor / ru.wikipedia.org/wiki/Карбюратор (Карбюратор) Carburetor

Проверено: 05.09.2026.

↑ К оглавлению
  • мод. : Воскресенье, 13 сентября 2026