Технические характеристики авиационного двигателя

ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННЫХ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Общие сведения о характеристиках

Для правильной эксплуатации двигателя необходимо знать изменение его эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива в зависимости от условий работы. Значения мощности и расхода топлива при различных условиях работы двигателя определяются по его характеристикам.

Характеристиками двигателя принято называть зависимости его эффективной мощности Ne и эффективного расхода топлива Сe, от какой-либо величины, по изменению которой в условиях эксплуатации мы устанавливаем или контролируем режим работы двигателя.

Мощность, развиваемая двигателем, и удельный расход топлива зависят, в основном, от частоты вращения коленвала, давления наддува и от давления и температуры атмосферного воздуха, т. Е. от высоты полета. Эти же величины удобнее всего поддаются измерению и контролю в условиях эксплуатации. Поэтому изменение мощности и удельного расхода топлива двигателя при­нято определять в зависимости от числа оборотов, давления наддува и высоты полета.

Характеристики двигателя представляются обычно в форме графиков, в которых по оси ординат откладываются значения эффективной мощности Ne исоответствующего ей удельного эффективного расхода топлива (иногда откладываются дополнительно и другие величины, характеризующие работу двигателя, например часовой расход топлива, давление наддува и т. Д.), а по оси абсцисс — та величина, от которой дается зависимость этих величин, т. Е. частота вращения коленвала, давление наддува, высота полета и пр.

Характеристики двигателя могут быть получены путем расчета или по результатам испытания двигателей на стенде. Основными характеристиками, имеющими наибольшее практическое значение, являются характеристики по частоте вращения коленвала — внешняя и винтовая, а также характеристики в зависимости от высоты полета — высотные характеристики.

Внешняя характеристика двигателя

Внешней характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя на земле и при полном открытии дроссельной заслонки.

При работе двигателя по внешней характеристике состав смеси на всех оборотах поддерживается постоянным и отрегулированным на максимальную мощность. Опережение зажигания устанавливают наивыгоднейшее, т. Е. такое, которое обеспечивает получение максимальной мощности и отсутствие детонации.

Изменение частоты вращения коленвала при снятии внешней характеристики достигается изменением внешней нагрузки на вал двигателя за счет применения гидравлических тормозов или изменения шага винта (см. приложение 1).

Внешняя характеристика двигателя АШ-62ИР при полностью открытых дроссельных заслонках показана на рис.3 (кривые 1 и 3). Как видно из рисунка, эффективная мощность Ne и эффективный удельный расход топлива Се с увеличением числа оборотов непрерывно растут.

Увеличение эффективной мощности происходит в результате увеличения числа циклов в единицу времени и среднего эффективного давления ре. Последнее обусловлено ростом весового заряда смеси за счет повышения давления наддува с увеличением частоты вращения коленвала (увеличение частоты вращения коленвала с 1700 до 2200 об/мин увеличивает ре на 1 кгс/см 2 ).

Рис.3. Внешняя характеристика двигателя АШ-62ИР:

1— эффективная мощность (Ne) при полностью открытой дроссельной заслонке; 2— эффективная мощность(Ne) при рк=900 мм.рт.ст.;3— эффективный удельный расход топлива (Ce) при полностью открытой дроссельной заслонке

Характер изменения Се по внешней характеристике определяется в основном характером изменения hм, который с увеличением частоты вращения коленвала непрерывно уменьшается. Индикаторный к. п. д. hi, при этом практически не меняется, так как коэффициент избытка воздуха изменяется очень мало.

Внешняя характеристика при полностью открытой дроссельной заслонке показывает наибольшие мощности, которые возможно получить от двигателя при различной частоте вращения коленвала числах. Для двигателей с наддувом, кроме этой характеристики, обычно дастся также внешняя характеристика при неизменном расчетном давлении наддува рк, равном номинальному (кривая 2 на рис.3). Здесь частота вращения, как и в первом случае, изменяется изменением нагрузки на вал двигателя, а постоянный наддув по мере увеличении числа оборотов поддерживается прикрытием дроссельных заслонок. Внешняя характеристика при неизменном рк, соответствующему рк номинального режима, показывает наибольшие мощности, на которых двигатель может надежно работать продолжительное время (не менее 1 ч).

Читайте также:  Как снизить температуру двигателя у бмв

Винтовая характеристика

Винтовой характеристикой называется зависимость эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива от числа оборотов при работе двигателя с винтом фиксированного шага.

При снятии винтовой характеристики число оборотов изменяется путем изменения количества подачи топлива при различных положениях дроссельной заслонки. Обычно для двигателя дается одна винтовая характеристика, соответствующая его работе с винтом, установленным на самый малый шаг. С таким винтом двигатель развивает взлетную мощность и частоту вращения коленвала при полностью открытой дроссельной заслонке.

Винтовая характеристика двигателя АШ-62ИР дана на рис.4. Как видно из рисунка, с увеличением частоты вращения эффективная мощность двигателя непрерывно повышается, а удельный расход топлива сначала снижается, а затем также повышается.

Рис.4. Винтовая характеристика двигателя АШ-62ИР

Эффективная мощность двигателя при любой установившейся частоте вращения равна мощности, потребляемой винтом на свое вращение. Если этого равенства не будет, то частота вращения коленвала двигателя будет увеличиваться или уменьшаться. Мощность, потребляемая данным винтом, изменяется прямо пропорционально кубу частоты его вращения. Следовательно, и эффективная мощность двигателя по винтовой характеристике изменяется по тому же закону.

Характер изменения эффективного удельного расхода топлива по винтовой характеристике определяется характером изменения hi, и hм от частоты вращения. Изменение hi в основном зависит от изменения качества смеси (a) при изменении частоты вращения, т. Е. от регулировки карбюратора (см. приложение 2). Значительное обогащение смеси на малом газе и взлетном режиме приводит к уменьшению hiи к соответствующему увеличению эффективного удельного расхода топлива. Более бедные смеси на крейсерских числах оборотов приводят к повышению hi и снижению Се.

С увеличением числа оборотов hм непрерывно увеличивается, что приводит к снижению Се. Рост hм объясняется тем, что с увеличением частоты вращения эффективная мощность по винтовой характеристике и мощность нагнетателя растут пропорционально кубу частоты вращения, а мощность механических потерь — пропорционально квадрату частоты вращения , т. Е. более медленно. Следовательно, индикаторная мощность (Ni=Nе+Nм+Nн) растет медленнее, чем Ne, и поэтому hм возрастает. Совместное влияние hi и определяет общий характер изменения Се, по винтовой характеристике, причем решающее влияние оказывает hi, т. Е. регулировка карбюратора — фактор сугубо эксплуатационный.

4.4. Высотные характеристики

Высотной характеристикой называется зависимость эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива от высоты полета при постоянной частоте вращения коленвала, качестве смеси и давлении наддува, равном номинальному.

Номинальное давление наддува поддерживается постоянным до такой высоты, на которой оно достигается при полностью открытых дроссельных заслонках и номинальной частоте вращения. Эта высота называется расчетной.

Как видно из рис. 5, эффективная мощность двигателя АШ-62ИР увеличивается с подъемом до расчетной высоты (на 20 л. С.), а затем уменьшается. Эффективный удельный расход топлива, наоборот, с подъемом до расчетной высоты снижается, а затем возрастает.

Увеличение мощности с подъемом до расчетной высоты обусловливают следующие факторы:

— уменьшение наружной температуры (а следовательно, и температуры смеси за нагнетателем; при постоянном рк приводит к увеличению удельного веся смеси поступающей в цилиндры, и ее весового заряда;

— уменьшение противодавления на выхлопе с подъемом на высоту способствует лучшей очистке цилиндров от остаточных газов, что также приводит к увеличению весового заряда смеси;

— понижение давления в картере приводит к снижению затрат мощности на выполнение насосных ходов, так как с увеличением высоты возрастает положительная работа в такте впуска.

На высоте, превышающей расчетную, мощность двигателя снижается, как и у невысотного двигателя, в результате уменьшения плотности воздуха. При этом мощность уменьшается интенсивнее, чем плотность воздуха.

Рис. 5. Высотная характеристика двигателя АШ-62ИР

Характер изменения эффективного удельного расхода топлива Се в зависимости от высоты полета определяется исключительно изменением hм с высотой. При этом величина hм определяется соотношением только индикаторной мощности и мощности механических потерь, так как мощность, потребляемая нагнетателем NН, на всех высотах изменяется пропорционально Ni и на механический к.п.д. влияния не оказывает.

До расчетной высоты индикаторная мощность Ni увеличивается, а мощность механических потерь NМ уменьшается за счет указанных выше факторов. Следовательно с подъемом до расчетной высоты увеличивается, а Се уменьшается.

Читайте также:  Вибрационный двигатель принцип работы

На высотах больше расчетной индикаторная мощность уменьшается интенсивнее, чем мощность механических потерь, в результате чего Nе, уменьшается, а Се возрастает.

Высотная характеристика обычно дается не только для номинальных, но и для других частот вращения. Серия таких высотных характеристик мощности двигателя АШ-62ИР дана на рис. 6. Пользуясь этим графиком, можно определить высоты, на которых возможно получить требуемую крейсерскую мощность при различных числах оборотов.

Рис.6. Серия высотных характеристик мощности двигателя АШ-62ИР

Источник

Авиационный поршневой двигатель: обзор, устройство и характеристики

Долгое время, с конца XIX века и до середины XX, поршневой авиационный двигатель оставался единственным мотором, который обеспечивал полеты самолетов. И только в сороковых годах прошлого века он уступил свое место двигателям с иными принципами работы — турбореактивным. Но, несмотря на то, что поршневые моторы и утратили свои позиции, они не исчезли со сцены.

Современные области применения поршневых моторов

В настоящее время авиационные поршневые двигатели применяют в основном на спортивных самолетах, а также на малых летательных аппаратах, изготовленных по персональным заказам. Одной из главных причин того, что моторы этого типа используются крайне мало, является то, что соотношение единицы мощности к единице массы поршневого двигателя существенно меньше по сравнению с газотурбинными. Поршневые по скоростным показателям не выдерживают никакой конкуренции с иными моторами, применяемыми в авиастроении. Более того, КПД их не превышает 30 %.

Виды поршневых авиамоторов

Поршневые авиационные двигатели имеют различия в основном по порядку расположения цилиндров по отношению к коленвалу. Вследствие этого имеется достаточно большое количество разнообразных видов поршневых моторов. Наиболее широкое применение получили следующие:

  • двигатели, у которых V-образное расположение цилиндров;
  • поршневой радиальный двигатель, где цилиндры расположены звездообразно;
  • оппозитный двигатель, у него цилиндры располагаются рядно.

Двигатели с V-образным расположением цилиндров

Они являются самыми известными и применяемыми типами двигателей внутреннего сгорания в авиастроении и не только. Их название связано с характерным расположением цилиндров по отношению к коленвалу. При этом они имеют различный уровень наклона по отношению друг другу. Он может составлять от 10 до 120 градусов. Такие моторы работают по тем же принципам, как и иные двигатели внутреннего сгорания.

К достоинствам двигателей с V-образным расположением цилиндров относится относительная их компактность при сохранении мощностных показателей, а также возможность получать приличный крутящий момент. Конструкция позволяет достигать значительных ускорений вала вследствие того, что инерция, создаваемая при работе, значительно выше, чем у иных типов двигателей внутреннего сгорания. По сравнению с другими типами, эти отличаются наименьшей высотой и длиной.

Моторы этого вида имеют высокую жесткость коленвала. Это обеспечивает большую конструктивную прочность, что увеличивает сроки службы всего двигателя. Рабочие частоты таких моторов отличаются большими диапазонами. Это позволяет быстро набирать обороты, а также устойчиво работать на предельных режимах.

К недостаткам поршневых авиационных двигателей с V-образным мотором относят сложность их конструкции. Вследствие этого они стоят значительно дороже других типов. Более того, они отличаются достаточно большой шириной двигателя. Также V-образные моторы характеризуются высоким уровнем вибрации, сложностями при балансировке. Это приводит к тому, что приходится специально утяжелять различные их части.

Радиальный авиационный поршневой двигатель

В настоящее время радиальные поршневые моторы опять стали востребованы в авиации. Они активно применяются в спортивных моделях самолетов, либо в изготовленных по персональным заказам. Все они малых размеров. Устройство авиационного поршневого двигателя радиального вида, в отличие от иных моторов, заключается в том, что его цилиндры расположены вокруг коленвала через равные углы, как радиальные лучи (звездочки). Это и дало ему название — звездообразный. Такие моторы оборудуются выхлопной системой, которая расходится радиальными лучами. Более того, двигатель этого типа может иметь несколько звезд — отсеков. Это возможно вследствие того, что коленвал увеличивают в длину. Как правило, радиальные двигатели изготавливают с нечетным количеством цилиндров. Это позволяет подавать искру в цилиндр через один. Но делают и радиальные моторы с четным числом цилиндров, однако их количество должно быть больше двух.

Самым большим недостатком двигателей радиального типа является возможность проникновения масла к нижним цилиндрам мотора, когда самолет находится на стоянке. Эта проблема достаточно часто приводит к возникновению мгновенного гидроудара, что влечет поломку всего кривошипно-шатунного механизма. Для недопущения таких проблем перед пуском мотора требуется постоянная проверка состояния нижних цилиндров на предмет отсутствия проникновения к ним масла.

Читайте также:  Какое масло заливать в двигатель субару форестер 2001 турбо

К достоинствам двигателей радиального типа относят их малые габариты, простоту эксплуатации и приличную мощность. Обычно их устанавливают на самолеты спортивных моделей.

Оппозитный авиационный поршневой двигатель

В настоящее время оппозитные авиационные моторы начинают переживать свое второе рождение. Вследствие того, что они обладают небольшими размерами и сравнительно малым весом, их ставят на легкие спортивные самолеты. Они способны развивать достаточную мощность и обеспечивают очень высокие скорости.

Оппозитные двигатели имеют несколько типов конструкций:

1. Мотор, изготовленный по методу «боксер» (Subaru). В таких двигателях поршни цилиндров, расположенных против друг друга, двигаются равноудалено. Это приводит к тому, что в каждом цикле один находится в верхней мертвой точке, а противоположный — в нижней.

2. Двигатели, снабженные устройством ОРОС (Opposed Piston Opposed Cylinder). В таких моторах цилиндры по отношению к коленвалу, расположены горизонтально. В каждом из них находится по два поршня, которые при работе двигаются навстречу. Дальний поршень связан с коленвалом специальным шатуном.

3. Двигатель, сделанный на основании принципа, примененного в советском моторе 5ТДФ. В таком изделии поршни передвигаются навстречу друг другу, работая попарно в каждом отдельном цилиндре. При достижении обоих поршней верхней мертвой точки между ними впрыскивается топливо. Двигатели такой разновидности могут функционировать на горючем различных видов, от керосина до бензина. Для увеличения мощности оппозитных моторов их снабжают турбонаддувом.

Главное достоинство в двигателях оппозитного типа — это компактность, малые габариты. Их можно применять на самолетах очень маленьких размеров. Мощность их достаточно высока. В настоящее время они находят все большее распространение в спортивных летательных аппаратах.

В качестве основного недостатка отмечается высокий расход топлива и особенно моторного масла. По отношению к двигателям других типов оппозитные моторы расходуют горюче-смазочные материалы в два раза больше. Они требуют постоянной замены масла.

Современные авиадвигатели

Современные поршневые авиационные двигатели – это очень сложные системы. Они оснащены современными узлами и агрегатами. Их работу обеспечивают и контролируют современные системы и приборы. Вследствие применения передовых технологий весовая характеристика двигателя существенно снижена. Мощности их возросли, что способствует широкому применению в легкомоторной — спортивный авиации.

Авиационные масла

Масло в поршневых авиационных двигателях работает в достаточно сложных условиях. Это высокие температуры в зонах поршневых колец, на внутренних частях поршней, на клапанах и иных узлах. Поэтому для качественного обеспечения работы мотора в условиях значительных температур, давления, нагрузок, в них используют высоковязкие масла, которые подвергают специальной очистке. Они должны обладать высокой смазочной способностью, оставаться нейтральными к металлам и иным конструктивным материалам двигателя. Авиационные масла для поршневых моторов должны быть стойкими к окислению при воздействии высоких температур, не терять своих свойств при хранении.

Отечественные поршневые авиационные моторы

История производства поршневых моторов в России начинается с 1910 года. Массовый выпуск начался в годы Первой мировой войны. В Советском Союзе советские поршневые авиационные двигатели собственной конструкции стали создавать с 1922 года. С ростом промышленного производства, в том числе авиационного, страна стала массово выпускать поршневые моторы 4-х производителей. Это были двигатели В. Климова, А. Швецова, завода № 29, А. Микулина.

После войны начинается процесс модернизации авиации СССР. Проектируются и создаются авиадвигатели для новых самолетов. Активно развивается реактивное самолетостроение. В 1947 году вся военная авиация, работающая на высоких скоростях, переходит на реактивную тягу. Поршневые авиадвигатели применяются только на учебных, спортивных, пассажирских и военно-транспортных самолетах.

Самый большой поршневой авиадвигатель

Самый мощный поршневой авиационный двигатель был создан в США В 1943 году. Он назывался Lycoming XR-7755. Это был мотор с тридцатью шестью цилиндрами. Его рабочий объем составляла 127 литров. Он был способен развить мощность в 5000 лошадиных сил. Предназначался для самолета Convair B-36. Однако в серию не пошел. Был создан в двух экземплярах, в качестве прототипов.

Источник

Adblock
detector