"Ограничение линейной скорости поршня 10м/с названо верно. Только вот чем оно определяется?"
В метрах в секунду!
Сформулируйте вопрос иначе. Не понял что именно вас интересует.
Мы двигались от первоисточника, какие ошибки вы нашли у Баландина?
Первейшая и грубейшая: Все на борьбу с боковой силой! А вот доля потерь на трение от нее в хорошем моторе копеечная. Баландин, судя по его книжке, не был элементарно знаком с уровнем авиационного моторостроения начиная от 30-х годов, когда он начал свои работы (моторы ОМБ, МБ-4) и заканчивая концом 60-х. Тезис о прекращении серьезных инвестиций в разработку авиационных поршневых двигателей в 50-е годы в связи с переключением основного внимания на ГТД. В натсоящее время, как бы то ни было, порядка 80% всех гражданских ВС составляют самолеты АОН с одиним и двумя поршневыми двигателями. В свою очередь, основная часть этих поршневых самолетов зарегестрирована в США, где живут и здравствуют 700000 летающих на них пилотов.
Далее, Слон с ней, этой боковой силой, но что будем делать с силой трения колец о стенку цилиндра? Г-н Баландин забыл, какова ее доля во общих потерях на трение? Ответ: более 50%. Причем, эта сила в основном создается давлением газов, равномерно распирающих кольцо изнутри. Это называется "динамическое уплотнение", в отличие от статического, обеспечиваемого силой упругости колец. Таким образом, уплотнение поршней в цилиндрах зависит от давления газов и только таким образом обеспечивается противостояние огромному давлению, которое в максимуме достигает у безнаддувного бензинового двигателя 60бар и более, а у морского дизеля - до 200бар. В то же время, механические потери имеют приемлемую величину во всем диапазоне нагрузок, поскольку при дросселировании двигателя сила трения колец уменьшается вместе с давлением газов. В монографиях по ДВС, изданных в СССР в 30-е годы все это было написано. Там же и анализ динамики КШМ можно было найти. Баландин мог бы это прочитать.
Теперь, об ограничении оборотов и связанной с ними линейной скорости поршня. Авиационный поршневой двигатель должен быть способен всю свою жизнь проработать на 95-100% оборотов. Во всяком случае, для применения на современных самолетах АОН иначе он не будет иметь смысла.
Для этого необходимо на этих оборотах обеспечить не только высокий механический КПД и малый темп износа трущихся пар, но и высокоэфективный рабочий процесс, обеспечивающий малый удельтный расход топлива как на 100% мощности, так и на частичных нагрузках. Например, на высоте 2300-2500м 95-100% оборотов будет при 70-75% мощности безнаддувного двигателя, дроссель при этом будет открыт полностью.
Если любое из этих двух условий не будет выполнено, такой мотор никому не будет нужен.
Дялее, для организации высокоэфективного рабочего процесса, необходимо обеспечить максиальную степень расширения рабочего тела в сочетании с устойчивой работой на оптимально обедненной рабочей смеси.
Скорость сгорания смеси максимальна при коэффициенте избытка воздуха альфа=0.85 (приближенное). Такая смесь также легко воспламеняется. Однако удельный расход будет 230-240г/л.с.ч, что не есть хорошо. Как при обеднении, так и при обогащении смеси от этого значения, скорость горения понижается.
Даже при альфа=0.85 скорость распространения фронта пламени конечна и н асгорание основной части заряда уходит определенное время, тем большее, чем больше размеры камеры сгорания. Зажигание двумя свечами несколько сокращает это время, но эффект выражается процентами, а не разами.
В норме для эфективного преобразования тепловой энергии в механическую, требуется, чтобы смесь сгорала не более. как за 1/10 хода поршня, или 18 градусов поворота КВ. Более того, максимум давления в цилиндре должен соответствовать в среднем 15 градусам после ВМТ. Начиная с некоторого значения частоты вращения эти параметры все более и более отдаляются от оптимума. В частности, при линейной скорости поршня до 10 - 11м/с и обычных размерах цилиндра, эти условия можно выполнить вплоть до обеднения смеси до альфа = 1.2-1.25. С увеличением хода поршня и диаметра цилиндра в пределах оптимальных размерностей, этот порог немного повышается, с уменьшением - понижается, причем сильнее.
Ни один современный автомобильный двигатель жидкостного охлаждения не может выполнить вышеназванные условия даже на обогащенной смеси при работе на 5400-6000об/мин. Это ограничение принципиально. Литровая мощность продолжает расти при дальнейшем повышении оборотов сверх предела, определяемого вышеназванными значениями линейной скорости поршня, но этот рос сопровождается опережающим ростом механических потерь, темпа износа и выраженным падением индикаторного КПД. Поэтому постоянная работа двигателя в таком диапазоне оборотов не предполагается.
Таким образом, ясна причина принципиального ограничения максимальных оборотов авиационного двигателя. Те же самые сображения относятся ко всем остальным двигателям, расчитанным на тяжелый режим работы.
Отсюда нетрудно понять, почему бесшатунный механизм не может дать никаких существенных преимуществ авиационному двигателю, ни по каким параметрам.