двигатель внешнего сгорания, двигатель с внешним подводом и регенерацией тепловой энергии, преобразуемой в полезную механическую работу. С. д. назван по имени английского изобретателя Р. Стирлинга (R. Stirling; 1790-1878), который в 1816-40 создал двигатель с незамкнутым циклом, работавший на подогреваемом воздухе. Двигатель имел несовершенный регенератор (теплообменник), был громоздким и тяжёлым, вследствие чего не нашёл применения. Современый С. д. работает по замкнутому регенеративному циклу (циклу Стирлинга), состоящему из последовательно чередующихся двух изотермических и двух изохорических процессов. Рабочее тело С. д. - гелий или водород под давлением 10-14 Мн/м² (100-140 кгс/см²) - находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется, а лишь изменяет объём при нагревании и охлаждении. Регенератор как бы разделяет это пространство на верхнюю (горячую) и нижнюю (холодную) полости (рис. 1). К верхней полости тепло подводится от нагревателя, от нижней отводится охладителем, в котором циркулирует вода. В цилиндре С. д. находятся 2 поршня - рабочий и вытеснитель. Горячая и холодная полости соединяются между собой каналами, проходящими через нагреватель, регенератор и охладитель. Рабочий цикл С. д. осуществляется за 4 такта (рис. 2). В 1-м такте вытеснитель неподвижен, а рабочий поршень перемещается вверх и сжимает холодное рабочее тело в нижней полости. В конце сжатия рабочий поршень останавливается, а вытеснитель движется вниз, холодное сжатое рабочее тело перетекает из нижней полости в верхнюю, подогреваясь сначала в регенераторе, а затем в нагревателе - 2-й такт. 3-й такт - рабочий ход, в течение которого рабочее тело, расширяясь в верхней полости, совершает полезную работу. Во время рабочего хода оба поршня совместно движутся вниз. В 4-м такте рабочий поршень остаётся неподвижным, а вытеснитель движется вверх; рабочее тело из верхней полости поступает в нижнюю, отдавая сначала часть теплоты регенератору, а затем окончательно охлаждаясь в охладителе. Теоретически кпд С. д. вследствие регенерации теплоты может быть равен кпд двигателя внутреннего сгорания, работающего по Карно циклу, в действительности же только приближается к кпд дизеля (См. Дизель). Преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение осуществляется ромбическим механизмом (см. рис. 1).

Разработан многоцилиндровый рядный или V-образный С. д. двойного действия, в каждом цилиндре которого находится только 1 поршень, обеспечивающий сжатие, расширение и вытеснение рабочего тела. Рабочий процесс осуществляется одновременно в двух полостях, расположенных по обеим сторонам поршня. Рабочий поршень каждого цилиндра одновременно является вытеснителем для соседнего цилиндра. Полный рабочий цикл осуществляется за один оборот кривошипа, как в двухтактном двигателе внутреннего сгорания. Такие С. д. обладают уменьшенными габаритами и массой.

В С. д. топливо сжигается в форсунках (горелках), пламя которых направлено на трубки нагревателя. Горение происходит с большим избытком воздуха, вследствие чего в продуктах сгорания содержится: значительно меньше токсичных веществ, чем в продуктах сгорания поршневых двигателей внутреннего сгорания. С. д. может работать на любом топливе, включая ядерное.

Работа С. д. отличается бесшумностью, мягкостью (из-за отсутствия взрывного сгорания), высокой надёжностью и экономичностью (удельный расход топлива приближается к удельному расходу топлива дизеля). Основные недостатки С. д.: большие габариты и масса, высокая стоимость по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания, трудность повышения быстроходности, сложность регулирования и управления, конструктивная сложность уплотнений, которые должны выдерживать большие давления рабочего тела.

Работы по совершенствованию С. д. направлены на уменьшение массы и габаритов, применение более дешёвых жаростойких материалов и рациональных методов производства, на повышение мощности и экономичности. Наиболее отработаны С. д. для грузовых автомобилей и судов.

Лит.: Смирнов Г. В., Двигатели внешнего сгорания, М., 1967; Белов П. М., Бурячко В. Р., Акатов Е. И., Двигатели армейских машин, ч. 1, М., 1971.

Н. Ф. Кайдаш

Рис. 1. Схема двигателя внешнего сгорания: 1 - горячая полость; 2 - нагреватель; 3 - поршень-вытеснитель; 4 - регенератор; 5 - охладитель; 6 - холодная полость; 7 - рабочий поршень; 8 - наружное уплотнение; 9 - зубчатые колеса, синхронизирующие работу поршней; 10 - ромбический механизм.

Рис. 2. Схема работы двигателя Стирлинга: I - такт сжатия; II - такт нагревания; III - рабочий ход; IV - такт охлаждения; 1 - рабочий поршень; 2 - холодная полость; 3 - регенератор; 4 - форсунки (горелки); 5 - поршень-вытеснитель; 6 - горячая полость; 7 - охладитель.

двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия сгорающих газов преобразуется в механическую с помощью ротора, выполняющего и функцию поршня. См. Роторный двигатель.

роторно-поршневой Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), конструкция которого разработана в 1957 инженером Ф. Ванкелем (F. Wankel, ФРГ). Особенность двигателя - применение вращающегося ротора (поршня), размещенного внутри цилиндра, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (см. Трохоида). Установленный на валу ротор жестко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг шестерни. Его грани при этом скользят по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре (рис., а). Такая конструкция позволяет осуществить 4-тактный цикл без применения спец. механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого ДВС.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: r: R = 2: 3 (рис., б), которые устанавливают на автомобилях, лодках и т.п.

Масса и габариты В. д. в 2-3 раза меньше соответствующих им по мощности ДВС обычной схемы. Серийный выпуск двигателей осуществляется в ФРГ, Японии, США.

В. В. Кулешов.

Двигатель Ванкеля: а - схема в положении выхлопа; б - зубчатое зацепление; 1 - ротор; 2 - вал; 3 - водяное охлаждеиие; 4 - корпус; 5 - свеча зажигания; 6 - шестерня; 7 - зубчатое колесо; 8 - цилиндр.

ракетный двигатель, в котором тяга создаётся за счёт энергии, выделяющейся при радиоактивном распаде или ядерной реакции. Соответственно типу происходящей в ЯРД ядерной реакции выделяют Радиоизотопный ракетный двигатель, Термоядерный ракетный двигатель и собственно ЯРД (используется энергия деления ядер). ЯРД состоит из реактора, реактивного сопла, турбонасосного агрегата (ТНА) для подачи рабочего тела в реактор из бака двигательной установки (где оно хранится в жидком состоянии), управляющих агрегатов и других элементов. В ядерном реакторе (См. Ядерный реактор) рабочее тело превращается в высокотемпературный газ, при истечении которого создаётся тяга. Газ для привода ТНА можно получить нагревом основного рабочего тела в реакторе. Сопло ТНА и многие другие агрегаты ЯРД аналогичны соответствующим элементам жидкостных ракетных двигателей (См. Жидкостный ракетный двигатель) (ЖРД). Принципиальное отличие ЯРД от ЖРД - в наличии ядерного реактора вместо камеры сгорания (разложения). Достоинство ЯРД - в их высоком удельном импульсе благодаря большой скорости истечения рабочего тела, достигающей 50 км/сек и более. По удельному импульсу ЯРД значительно превосходят химические ракетные двигатели (См. Химический ракетный двигатель), у которых скорость истечения рабочего тела не превышает 4,5 км/сек. В стадии технической разработки (1977) экспериментальный американский ЯРД "Нерва-I" ("Nerva-1"); при массе 11 т развивает тягу свыше 300 кн при удельном импульсе 8,1 км/сек. К 1978 созданы экспериментальные образцы радиоизотопных ЯРД с тягой до нескольких н. Использование всех типов ЯРД предусматривается только в космосе.

Лит.: Бассард Р. В., Де-Лауэр Р. Д., Ракета с атомным двигателем, пер. с англ., М., 1960; их же. Ядерные двигатели для самолётов и ракет, пер. с англ., М., 1967.