Внешняя характеристика
Внешней характеристикой называется зависимость эффективной мощности и удельного расхода топлива от числа оборотов вала при работе двигателя на земле с максимальной подачей топлива, но с переменной внешней нагрузкой.
Внешняя характеристика (рис. 3.) показывает наибольшие мощности, которые можно получить от двигателя при различных числах оборотов. Удельный
эффективный расход топлива gе во внешней характеристике определяется характером изменения механического и индикаторного коэффициентов полезного действия.
Рис. 3. Типовая внешняя характеристика авиационного поршневого двигателя
Винтовая характеристика
Винтовой характеристикой называется зависимость эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива от числа оборотов при постоянном шаге винта (угле установки лопастей) на переменном расходе топлива. Она показывает изменение потребной мощности, потребляемой винтом на различных оборотах и представляет собой кубическую параболу (рис. 4.).
Удельный расход топлива gе на винтовой характеристике зависит от состава горючей смеси. На оборотах малого газа удельный расход топлива увеличен (до 400 г/л.с. – для М-14П) вследствие работы двигателя на богатой смеси
Рис. 4. Типовая винтовая характеристика авиационного поршневого двигателя
(коэффициент α = 0,6 – для М-14П), которая необходима для обеспечения устойчивого горения в цилиндрах. При этом существуют большая степень загрязненности рабочей смеси продуктами сгорания и плохое смесеобразование.
С увеличением оборотов от минимальных до крейсерских удельных расход топлива постепенно уменьшается в результате обеднения смеси (до α = 0,95 – для М-14П). При дальнейшем увеличении оборотов (до номинального и взлетного режимов) удельный расход топлива увеличивается из–за обогащения смеси.
Анализ винтовой характеристики и ее сопоставление с внешней характеристикой позволяют определить режимы работы двигателя.
Максимальный (взлетный режим) работы двигателя достигается на земле при максимальных оборотах коленчатого вала. Этим режимом можно пользоваться непрерывно в течение ограниченного времени (М-14П – 5 мин.).
Номинальные режимы на двигателях, оснащенных винтом с изменяемым шагом, устанавливаются при максимальной подаче топлива путем изменения угла установки лопастей («затяжелением» винта).
Крейсерские режимы обеспечивают горизонтальный полет самолета с минимальным расходом топлива.
Режим малого газа используется сразу после запуска двигателя, для его прогрева после запуска или для охлаждения перед остановом. С точки зрения расхода топлива режим малого газа является невыгодным.
Высотная характеристика
Высотной характеристикой называют зависимость эффективной мощности и удельного расхода топлива от высоты полета при постоянном числе оборотов и наивыгоднейшем составе смеси.
С подъемом на высоту плотность и температура окружающего воздуха изменяются. Это вызывает изменение мощности и удельного расхода топлива. Уменьшение эффективной мощности двигателя происходит за счет уменьшения весового заряда цилиндров из – за снижения плотности воздуха при подъеме на высоту.
Двигатели, снабженные нагнетателями и сохраняющие наддув до определенной высоты, называются высотными.
Двигатели, у которых номинальный режим реализуется при максимальной подаче топлива и «затежеленном» винте, и двигатели без нагнетания называются невысотными.
У двигателя М-14П взлетный и номинальный режимы реализуются при полностью открытой дроссельной заслонке карбюратора, поэтому при наборе высоты на этих режимах происходит падение мощности в результате уменьшения
Рис. 5. Высотная характеристика двигателя М-14П на режимах: 1 – взлетный; 2 – номинальный 1-й; 3 – номинальный 2-й; 4 – крейсерский 1-й; 5 – крейсерский 2-й
весового заряда цилиндров. Наддув на крейсерском 1-м режиме сохраняется постепенным открытием дроссельной заслонки до высоты 1000 м, а на крейсерском 2-м – до высоты – 1800 м. При этом эффективная мощность двигателя постепенно увеличивается в результате снижения противодавления в выпускной системе и уменьшения температуры наружного воздуха.
Участки увеличения эффективной мощности двигателя до некоторых значений высоты на крейсерских режимах для двигателей с нагнетателями объясняются следующими факторами /Лабазин П.С. – 1956/:
– уменьшением наружной температуры воздуха (а, следовательно – и температуры горючей смеси за нагнетателем) при постоянном давлении наддува, приводящим к увеличению плотности смеси, поступающей в цилиндры и в результате – к увеличению весового заряда;
– уменьшением противодавления в выхлопной системе двигателя с увеличением высоты, способствующим лучшей очистке цилиндров от остаточных газов, что также приводит к увеличению весового заряда смеси;
– уменьшением противодавления в выхлопной системе, приводящим к снижению затрат мощности на выталкивание отработавших газов из цилиндров.
Рис. 6. Типовая высотная характеристика невысотного авиационного поршневого двигателя