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LA MODÉLISATION
Modèle de moteur Stirling. Conseils pour un modéliste
Annuaire / Équipement de radiocommande Le moteur Stirling est un moteur à combustion externe dans lequel l'énergie thermique est fournie au fluide de travail (dans notre cas, à l'air) de l'extérieur - à travers la paroi du cylindre. Son principe de fonctionnement est basé sur une loi physique bien connue - la dilatation et la contraction de l'air pendant le chauffage et le refroidissement. Par conséquent, Stirling est également appelé moteur thermique à air. Pour comprendre le fonctionnement du moteur, développé par Stirling en 1816, nous serons aidés par le modèle décrit dans le livre de S. Baranov "Modèles de travail des moteurs thermiques" (publié en 1936). Tout d'abord, sur le fonctionnement du modèle de Stirling. Il est assemblé à partir de quatre parties principales : deux cylindres communicants - échange de chaleur 6 et travail 3, une chambre de chauffe - appelons-la foyer 4 - et un réservoir d'eau froide (il n'est pas représenté sur les schémas I-III, voir sur le général vue du moteur).
Dans la partie supérieure du cylindre d'échange de chaleur 6, une chambre 7 pour l'eau est soudée hermétiquement. Sa tâche est de refroidir l'air chauffé. Traverse cette chambre par la tige piston-plongeur 5. Le plongeur est installé dans le cylindre 6 avec un entrefer, sans toucher les parois. Le piston de travail 2, au contraire, est solidaire du cylindre 3 et se déplace le long de celui-ci pratiquement sans jeu. Entre eux, le déplaceur 5 et le piston de travail 2 sont reliés par un mécanisme à manivelle, et la manivelle et l'excentrique sont installés l'un par rapport à l'autre avec un déphasage de 90°. Les cylindres sont reliés entre eux par un tube, et donc l'air peut facilement passer de l'échangeur de chaleur au cylindre de travail, et vice versa. Le mécanisme à manivelle se compose d'une manivelle avec une bielle et un axe (nœud 8), un excentrique 1 et un volant 9. Le diamètre du volant est de 80 mm et la distance entre l'axe et l'axe excentrique est de 14 mm. Supposons donc que nous mettions la lampe à alcool dans le four 4 et que nous commencions à chauffer le fond du cylindre 6. Au bout d'un moment, l'air sous le piston du plongeur va chauffer (et donc se dilater) et se précipiter vers le haut (rappel : il y a un espace entre le plongeur et la paroi du cylindre). Déplaçons le volant 9 du point mort, et le piston-plongeur 5 commencera à monter, tout en déplaçant l'air froid de haut en bas. Le piston de travail 2 se mettra également lentement en mouvement, l'air froid, en contact avec le fond chaud du cylindre 6, s'échauffera, la pression augmentera et l'air passera par le tube dans le cylindre de travail 3. Piston 2 commencera son coup de travail sous son influence. Le piston monte et, entre-temps, le plongeur a déjà commencé à descendre, car, comme déjà mentionné, leurs phases sont décalées de 90 °. Le piston a pris la position haute et, sous l'influence de l'inertie du volant 9, commence à descendre, déplaçant l'air évacué qui a perdu sa chaleur d'origine dans le cylindre 6. Une fois dans la partie supérieure du cylindre d'échange de chaleur, il se refroidit encore plus et diminue de volume. Le plongeur, sur la course inverse du piston de travail, commence à monter encore et encore distille de l'air froid de haut en bas. Au contact du fond chaud du cylindre 6, l'air froid s'échauffe, se détend et le cycle se répète. L'essentiel dans le fonctionnement d'un tel moteur est le refroidissement par air. Dans notre modèle, cela se fait par de l'eau provenant d'un réservoir installé à côté du moteur. Dès que l'eau de la chambre 7 est chauffée par l'air chaud, elle se précipite dans le tuyau et pénètre dans le réservoir. Et à sa place, déjà par le tuyau inférieur, l'eau froide provient du réservoir. En physique, ce phénomène est appelé convection thermique. Maintenant, comment faire un modèle du moteur.
Les deux cylindres 3 et 6, la chambre de combustion 4 sont les plus faciles à souder à partir d'étain. Tout d'abord, découpez une ébauche pour le cylindre 6 (sa largeur est d'environ 223 mm), percez-y des trous d'un diamètre de 4,2 mm pour l'axe, puis pliez-la sur une ébauche ronde. Souder le cylindre. Des côtés extérieurs de ses oreilles, soudez des bagues d'un diamètre intérieur d'au moins 4,2 mm - elles agissent comme des roulements. Procéder ensuite à la fabrication de la chambre à eau 7. Selon le diamètre du cylindre obtenu, découpez deux cercles dans l'étain. Au centre d'eux, percez des trous pour un tube d'un diamètre intérieur d'environ 3 mm (sa longueur est de 32 mm). Soudez le tube en cercles de sorte que la distance entre eux soit de 30 mm. Fixez la pièce résultante en soudant à l'intérieur du cylindre, en partant de son bord inférieur de 35 mm. Essayez d'effectuer cette opération le plus soigneusement possible, la chambre 7 doit être étanche et l'eau ne doit pas s'infiltrer à travers les parois. Le déplaceur 5 est assemblé à partir d'un cylindre en bois léger dont le diamètre est inférieur d'environ 2,5 mm au diamètre intérieur du cylindre 6 (sa hauteur est choisie expérimentalement) et d'une tige constituée d'un rayon d'un diamètre de 2,8 mm. Couvrir le cylindre avec des cercles d'étain des deux côtés. Percez un trou au centre du cylindre en fonction du diamètre de la tige et insérez-y fermement la tige. Et pour qu'il ne saute pas du chauffage, soudez-le à des cercles d'étain. La tige doit se déplacer librement le long du tube de chambre 7, sans frottement excessif. Percez un trou pour l'axe de la bielle dans le haut de la tige. Portez une attention particulière au cylindre 3 et au piston 2. Le fonctionnement de l'ensemble du modèle dépend de leur qualité. Le cylindre peut être fabriqué à partir d'un morceau de tube de cuivre de 40 mm de long et de 18-20 mm de diamètre, en le soudant par le bas avec un cercle en laiton. Dans le cylindre fini, n'oubliez pas de percer un trou pour le faire communiquer avec un gros cylindre. sur un tour. La tige est fixée dans la partie supérieure du piston de manière pivotante. La pièce du four 4 doit également être pliée sur une ébauche ronde, après y avoir fait des trous pour l'air et les vis de fixation. Il est souhaitable de le souder directement sur le cylindre fini 6. Il faut maintenant assembler le modèle: souder le cylindre 3, y monter le piston 2, souder un tube dans les cylindres pour communiquer entre eux, monter le mécanisme à manivelle, souder le bas du cylindre 6. Installez le boîtier du moteur fini sur le four 4 et fixez-le par soudure. Le réservoir de refroidissement par eau est une boîte de conserve avec des tuyaux soudés en bas et en haut, sur lesquels sont posés des tuyaux en caoutchouc. Le réservoir est fixé à côté du moteur sur un support en bois. En résumé, on constate que le moteur Stirling fonctionne sur un tel phénomène physique : le travail effectué par l'air chaud lors de la détente est supérieur au travail qui doit être consacré à sa compression. Par conséquent, essayez de mieux déboguer la cinématique du modèle afin de minimiser les frottements dans les nœuds en mouvement. Quelques mots sur les Stirlings modernes. Des moteurs à combustion externe sont construits même maintenant et, à certains égards, ils sont en avance sur les autres moteurs. Aujourd'hui, ils ne sont plus aussi volumineux qu'ils l'étaient au siècle dernier. Ils utilisent un gaz léger comme fluide de travail : l'hélium ou l'hydrogène (l'air utilisé par Robert Stirling). Le travail d'un Stirling moderne n'est pas affecté par l'environnement extérieur: le gaz pompé dans le récipient sous pression se trouve dans un volume fermé. Par conséquent, les Stirlings modernes peuvent être utilisés presque partout: dans l'eau, sous terre et dans l'espace, c'est-à-dire là où les moteurs conventionnels ne peuvent pas fonctionner. Auteur : V. Gorstkov
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