25)Высотная характеристика авиационного поршневого двс.
Влияние высоты на мощность двигателя. С увеличением высоты понижаются температура, давление и плотность окружающей среды. Вследствие этого с подъемом на высоту будет уменьшаться и весовой заряд цилиндров, соответственно уменьшается и мощность двигателя.
Двигатели, которые не могут сохранять свою номинальную мощность с подъемом на высоту, называются невысотными. Падение мощности с высотой у таких двигателей очень велико. Например, на высоте 5000 м эффективная мощность невысотного двигателя будет в 2 раза меньше, чем на земле при тех же оборотах коленчатого вала.
Мощность, развиваемая двигателем на высоте при полном открытии дроссельной заслонки, постоянном числе оборотов и постоянном составе смеси (α = const) подсчитывается по формуле: NeH = Ne0•A , (20)
где NeH – мощность двигателя на высоте; Ne0 – мощность двигателя на земле (мощность по внешней характеристике) при полном открытии дроссельной заслонки; А – коэффициент падения мощности при подъеме на высоту. Коэффициент А зависит от давления и температуры окружающего воздуха.
Высотной характеристикой невысотного двигателя называется зависимость его эффективной мощности и удельного расхода топлива от высоты полета при полном открытии дроссельной заслонки, при постоянных оборотах и неизменном качестве смеси.
Рис. 9. Высотная характеристика невысотного двигателя.
Высотными называются двигатели, которые сохраняют мощность до некоторой высоты, называемой расчетной. Расчетная высота двигателя не является потолком самолета – она всегда значительно ниже его.
Высотной характеристикой двигателя с нагнетателем называется зависимость его эффективной мощности и удельного расхода топлива от высоты при постоянных оборотах, составе смеси и постоянном (до расчетной высоты) давлении наддува.
Рис. 10. Высотная характеристика двигателя с ПЦН
На рис.10 показана высотная характеристика двигателя с приводным центробежным нагнетателем (ПЦН) при работе двигателя на номинальном режиме. Из характеристики видно, что эффективная мощность до расчетной высоты увеличивается, а удельный расход топлива падает.
Повышение мощности двигателя при подъеме от уровня земли до расчетной высоты происходит вследствие увеличения весового заряда цилиндров свежей смесью. Падение мощности двигателя на высотах выше расчетной объясняется теми же причинами, что и падение мощности с подъемом на высоту невысотного двигателя, т.е. в основном уменьшением весового количества воздуха, поступающего в цилиндры двигателя.
Высотность поршневых двигателей с ПЦН ограничивается величиной 5000-6000 м вследствие большой мощности, потребляемой нагнетателем. Применение турбонагнетателей позволило довести высотность двигателей до 10000 м и более и одновременно значительно увеличить экономичность силовой установки в целом.
26)Как обеспечивается высотность авиационного поршневого двс?
Для поддержания мощности двигателя по высоте наибольшее распространение получил центробежный нагнетатель.
В двигателях без нагнетателя сохранение номинальной мощности до определенной высоты, т.е. получение высотности, может быть обеспечено только в том случае, если двигатель развивает свою номинальную мощность на уровне земли при неполностью открытой дроссельной заслонке. Такие двигатели называются «переразмеренными», так как рабочий объем их цилиндров избыточно велик для получения номинальной мощности на уровне земли. Такой «переразмеренный» двигатель дросселируется на земле до номинальной мощности, постоянство которой с высотой поддерживается путем постепенного открытия дроссельной заслонки. Очевидно, что такой путь обеспечения высотности двигателей является крайне нерациональным.
В настоящее время подавляющее большинство авиационных поршневых двигателей имеет установленный на впуске нагнетатель центробежного типа с приводом от вала двигателя или от газовой турбины, использующей энергию отработавших газов, удаляемых из цилиндров двигателя.
Нагнетатель выполняет две основные функции: увеличение мощности двигателя за счет наддува и обеспечение высотности двигателя, т.е. сохранении заданного значения наддува до некоторой расчетной высоты полета. Характеристики двигателей с нагнетателями обладают целым рядом особенностей. Особенно сильно сказывается установка нагнетателя на высотных характеристиках двигателя.
Удельный эффективный расход будет зависеть только от механического КПД, равного ξm = Ne/Ni. До расчетной высоты мощности Ne и Ni изменяются таким образом, что ξm возрастает и достигает наибольшего значения на Нр. После расчетной высоты мощность трения остается почти постоянной, а Ne и Ni падают. Вследствие этого ξm падает, удельный расход топлива растет.
Рис. 11. Высотная характеристика двигателя с турбонагнетателем
На рис.11 показана примерная высотная характеристика двигателя с турбонагнетателем. На уровне земли заслонка перепуска отработавших газов в атмосферу устанавливается в такое положение, чтобы обеспечивалось заданное значение давления наддува. С подъемом на высоту атмосферное давление падает, и чтобы поддержать постоянное давление наддува, необходимо увеличить число оборотов турбонагнетателя. Это достигается уменьшением перепуска отработавших газов в атмосферу путем прикрытия заслонки перепуска. На расчетной высоте полете заслонка перепуска закрывается полностью. При дальнейшем увеличении высоты давление наддува начинает падать, соответственно падает и мощность, развиваемая двигателем.
Показанное на рис.11 снижение эффективной мощности от земли до расчетной высоты объясняется повышением температуры воздуха на впуске в результате повышения сжатия воздуха в нагнетателе при увеличении его оборотов. Отмеченное падение мощности может быть устранено установкой радиатора для охлаждения воздуха, поступающего в двигатель.