книги из ГПНТБ / Крученок И.Л. Авиационный двигатель М-14В26

26.По каким причинам происходит закупорка каналов перепускного клапана поршня компрессора АК-50Т? Как определяется и устраняется неисправность?

27.По каким причинам происходит заклинивание поршня в цилиндрах ком­

прессора АК-50Т?

28. Как определяется засорение войлочного фильтра компрессора? Порядок устранения неисправности.

Г л а в а XIII

ХАРАКТЕРНО ТИКИ

ИЛЕТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Впроцессе эксплуатации двигатель может работать на различ­ ных режимах: взлетном, номинальных, крейсерских, режиме мало­ го газа. Для осуществления контроля режима работы необходимо, чтобы двигатель имел устройства, позволяющие управлять им.

Совокупность устройств, осуществляющих управление двигате­

д в и г а т е л я .

Режим работы двигателя при его регулировании и управлении может задаваться или поддерживаться в результате изменения од­ ного или нескольких параметров, которые называются р е г у л и ­

ру е м ы м и п а р а м е т р а м и .

Вкачестве регулируемых параметров выбираются такие, вели­ чину которых легко контролировать и которые в значительной мере определяют режим работы двигателя, т. е. позволяют проще и на­ дежнее осуществлять управление двигателем и его регулирование. Для поршневых двигателей регулируемыми параметрами чаще дру­

При управлении двигателем и его регулировании изменение ре­ гулируемого параметра осуществляется с помощью регулирующих факторов. В качестве регулирующих факторов в поршневых авиа­ двигателях используются такие: у г о л у с т а н о в к и л о п а с т е й

СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Совершенство авиационного двигателя в значительной мере оп­ ределяется его системой управления и регулирования, ее просто­ той, безотказностью в работе и способностью реализовать заданные программы регулирования. Программой регулирования принято

302

Рис. 157. Структурная схема управления и регулирования двигателями М-14В26 на вертолете Ка-26:

/ — рукоятка коррекции; 2 — рычаг «шаг-газ»; 3, 5 —рычаги раздельного управления; 4, 6 — механизмы газа; 7, 8 —дроссельные заслонки; 9, 10 — комбинированные муфты двигателей

называть закон изменения оборотов коленчатого вала и подачи топ­ лива в двигатель, необходимый для наиболее рационального исполь­ зования двигателя в полете. Структурная схема системы управления и регулирования двигателем на вертолете показана на рис. 157. Управление двигателем М-14В26 на вертолете Ка-26 осуществляет­ ся вручную с помощью рычага «шаг-газ» 2, рукоятки 1 коррекции и рычагов раздельного управления 3 и 5.

При объединенном управлении «шаг-газ» для синхронного изме­ нения режима работы (оборотов и мощности) двух двигателей ис­ пользуются два регулирующих фактора:

изменение угла установки лопастей несущих винтов, т. е. изме­ нение внешней нагрузки на валу двигателей;

изменение давления воздуха за нагнетателем, т. е. изменение давления наддува рк. Причем с целью поддержания оптимальных оборотов системы «двигатели— несущие винты» предусмотрены механизмы 4 и 6 газа. Механизмы газа обеспечивают нужный закон изменения мощности двигателей в зависимости от изменения обще­ го шага несущих винтов.

Для синхронного изменения режима работы двух двигателей с помощью рукоятки коррекции используется только один регулирую­ щий фактор — изменение давления наддува рк. С помощью рычагов раздельного управления возможно независимое изменение режима работы одному из двигателей за счет изменения давления надду­ ва рк.

303

При уменьшении или увеличении угла установки четырех лопас­ тей несущих винтов изменяется нагрузка на внешнем валу двигате­ ля, вследствие чего меняются обороты п коленчатого вала. При этом за счет увеличения или уменьшения числа циклов в единицу време­ ни, а также давления наддува меняется эффективная мощность Ne, развиваемая двигателем. Последнее приводит к дальнейшему из­ менению числа оборотов коленчатого вала, которое будет продол­ жаться до тех пор, пока двигатель не выйдет на новый режим рабо­ ты, при котором наступает равновесие между Nen мощностью JVB, потребляемой несущими винтами. Такое равновесие обязательно наступает, поскольку при изменении числа оборотов и при неизмен­ ном положении дроссельной заслонки Ne изменяется медленнее, чем NB.

При открытии дроссельной заслонки вследствие уменьшения гидравлических сопротивлений увеличивается давление смеси р\ перед нагнетателем. Пропорционально ему отклоняется от своего прежнего значения и регулирующий фактор рк. Последнее приводит к увеличению индикаторной мощности Ni и оборотов коленчатого вала двигателя. При изменении оборотов коленчатого вала соответ­ ственно меняются и обороты крыльчатки нагнетателя. Поэтому бу­ дет возрастать степень повышения давления смеси як в нагнетате­ ле, что приведет к еще большему отклонению от своего прежнего значения регулирующего фактора рк (несмотря на некоторое умень­ шение давления смеси перед нагнетателем вследствие увеличения скорости потока).

Индикаторная мощность и обороты коленчатого вала двигателя возрастают еще больше. При этом повышаются также обороты и мощность несущих винтов.

В какой-то момент прирост мощности Ni двигателя компенси­ руется увеличением затрат на преодоление внутренних сопротивле­ ний в двигателе, а также приростом мощности NB, потребляемой винтами, вследствие чего процесс изменения режима работы двига­ теля заканчивается.

Процесс изменения режима работы двигателя при закрытии дроссельной заслонки читателю предлагается проследить самостоя­ тельно.

Кинематическая связь между цепью управления газом двигате­ ля и цепью управления общим шагом несущих винтов такова, что взлетный и номинальный первый режимы работы двигателя дости­ гаются при полном открытии дроссельной заслонки двигателя. По­ этому при постепенном перемещении рычага «шаг-газ» вверх после второго номинального режима двигатель сначала выходит на взлет­ ный режим, а затем на номинальный первый режим работы.

При включенной трансмиссии вертолета увеличение индикатор­ ной мощности Ni и оборотов коленчатого вала двигателя может стать прогрессирующим, так как не будет компенсироваться увели­ чением затрат на преодоление внутренних сопротивлений в двигате­ ле. Возникает опасность чрезмерного увеличения оборотов коленча­ того вала и последующего разрушения двигателя (говорят, что дви-

304

коррекции.

Следует отметить, что характеристика по оборотам располагаемого крутящего момента поршневых авиа­

двигателей явно неустойчива. Случайное уменьшение оборотов ко­ ленчатого вала двигателя вследствие увеличения внешней нагрузки на несущие винты приводит к довольно резкому уменьшению рас­ полагаемого крутящего момента. И наоборот, увеличение оборотов коленчатого вала приводит к увеличению располагаемого крутяще­ го момента. Таким образом, всякое случайное изменение внешней нагрузки приводит к изменению оборотов системы «двигатель — не­ сущий винт».

Следовательно, поддержание режима работы двигателя при наличии возмущений (неспокойной атмосферы) требует обяза­ тельного вмешательства в работу двигателя.

Это вмешательство осуществляется с помощью рукоятки кор­ рекции.

Во избежание опасной перегрузки деталей двигателя необходи­ мо постоянно следить, чтобы давление наддува не превышало 125± ±15 мм рт. ст. выше атмосферного, а обороты коленчатого вала не превышали 98% (в течение 6 мин непрерывной работы двига­ теля /?к= 500±30 мм рт. ст.).

Для обеспечения устойчивой и надежной работы на всех режи­ мах в течение всего установленного двигателя срока службы он снабжен автоматической системой регулирования (АСР) состава смеси незамкнутого типа, в основу работы которой положен прин­ цип компенсации воздействия возмущающих факторов, таких, как изменение давления рн и температуры окружающего воздуха или давления воздуха р\ за дроссельной заслонкой. Все элементы АСР состава смеси смонтированы в специальном агрегате двигателя — карбюраторе АК-14В.

ХА РА К ТЕР И С ТИКИ ДВИ ГА Т Е Л Я

В процессе работы двигателя, установленного на вертолете, ме­ няются скорость и высота полета, температура и давление окружаю­ щей среды, а также число оборотов коленчатого вала двигателя. Изменение условий работы двигателя в конечном итоге приводит к изменению его основных параметров: эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива. Для оценки двигателя важно знать его основные параметры при различных условиях ра­ боты.

Данные эти можно получить, зная эксплуатационные характе­ ристики двигателя.

Эксплуатационными характеристиками двигателя называются зависимости эффективной мощности и удельного эффективного рас­ хода топлива от условий эксплуатации. В зависимости от фактора, влияние которого рассматривается, для поршневых авиадвигателей различают следующие характеристики: внешнюю, винтовую и вы­

правило, при испытании двигателя на стенде. Поэтому их можно на­ зывать также с т е н д о в ы м и х а р а к т е р и с т и к а м и .

Режим полета вертолета определяется скоростью и высотой по­ лета. Поэтому в ы с о т н у ю х а р а к т е р и с т и к у называют также л е т н о й х а р а к т е р и с т и к о й . Эту характеристику получают либо путем расчета, либо при испытаниях двигателя в специальных высотных установках (термобарокамерах).

Знание характеристик дает возможность правильно оценивать качества двигателя в различных условиях его эксплуатации и по­ зволяет сравнивать различные двигатели между собой. При помощи эксплуатационных характеристик двигателя определяются летно­ технические данные и взлетно-посадочные свойства вертолета, рас­ считывается полезная нагрузка и заправка вертолета топливом для выполнения конкретного полетного задания, вырабатываются тех­ нически обоснованные требования к программе регулирования дви­ гателя.

Внешняя характеристика

Внешняя характеристика — это зависимость эффективной мощ­ ности и удельного эффективного расхода топлива от числа оборо­ тов при работе двигателя на земле с полностью открытой дроссель­ ной заслонкой карбюратора. Внешняя характеристика показывает максимальные мощности, которые можно снять с двигателя при из­ менении числа оборотов. Строится характеристика по результатам испытания двигателя на балансирном станке. При этом производит­ ся замер крутящего момента, развиваемого двигателем при различ-

306

ной нагрузке на его валу. По величине замеренного крутящего мо­ мента определяется мощность по следующей зависимости:

41 крП :'р

Nе изм — 716,2 ’

где Мкр — крутящий момент на коленчатом валу двигателя, кГм\ п — число оборотов коленчатого вала двигателя, мин; г'р— пе­

редаточное число редуктора.

Эффективная мощность двигателя зависит от атмосферных уело', вий. Поэтому для сравнения результатов испытаний замеренную мощность приводят к стандартным атмосферным условиям по фор­

том потери мощности на трение в редукторе двигателя и при­ вод вентилятора системы охлаждения.

На всех режимах работы двигателя потеря мощности на трение в редукторе составляет 4,6%.

Затраты мощности на привод вентилятора зависят от оборотов двигателя и составляют при:

«= 2350 об/мин— 18,7 л. с.;

«= 2400 об/мин — 20,0 л с.;

«= 2450 об/мин — 20,6 л. с.;

«= 2800 об/мин — 25,0 л. с.

Внешняя характеристика двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке карбюратора приведена на рис. 159. Как вид­ но из рисунка, эффективная мощность Ne (кривая 1) непрерывно растет с увеличением числа оборотов. Это происходит вследствие того, что повышаются число рабочих циклов в единицу времени и среднее эффективное давление реза счет увеличения весового заря­ да смеси. Рост весового заряда цилиндров двигателя обусловлен повышением давления наддува с увеличением числа оборотов крыльчатки нагнетателя.

307

Работа двигателя по внешней характеристике при эксплуатации на вертолете связана с большими перегрузками его основных узлов и деталей. Поэтому при работе использование режимов с полностью открытой дроссельной заслонкой карбюратора строго ограничено. Так, взлетному режиму работы двигателя соответствует наддув Рк = Рн+125±15 мм рт.ст. при оборотах п = 2800 об/мин± 1% (или 96%). Получение такого наддува возможно при полном открытии дроссельной заслонки.

Использование этого режима допускается продолжительностью не более 5 мин.

Взлетный режим используется при взлете вертолета по-верто- летному, в режиме висения вертолета и при отказе одного из дви­ гателей.

Номинальному 1-му режиму работы двигателя соответствует наддув рк= Рн+105±15 мм рт. ст. при полностью открытой дрос­ сельной заслонке карбюратора и оборотах п = 2450 об/мин ±1% (или 84%). Этот режим работы является напряженным для двига­ теля только при работе на высотах ниже 400 м вследствие повышен­ ного давления наддува. Поэтому для уменьшения нагрузки на узлы

308

времени не ограничивается. Как правило, 1-й номинальный режим работы двигателя используется для набора вертолетом высоты.

Работа двигателя возможна также при изменении внешней на­

грузки и постоянном промежуточном положении дроссельной за­ слонки.

Зависимость эффективной мощности двигателя и эффективного удельного расхода топлива от числа оборотов при неизменном по­ ложении дроссельной заслонки карбюратора и при изменении внеш­ ней нагрузки на выводном валу двигателя называется д р о с с е л ь ­ н о й х а р а к т е р и с т и к о й . Кривые дроссельных характеристик (кривые 5) проходят ниже внешней характеристики и их положение зависит от степени дросселирования двигателя. Для двигателя можно построить столько дроссельных характеристик, сколько выбрано положений дроссельной заслонки карбюратора. Дроссель­ ная характеристика, снятая при полностью открытой дроссельной

заслонке карбюратора, соответствует внешней характеристике двигателя.

Винтовая характеристика

Винтовая характеристика — это зависимость эффективной мощ­ ности и удельного эффективного расхода топлива от числа оборо­ тов при работе двигателя с винтом фиксированного шага (кривая 2). При снятии винтовой характеристики число оборотов двигателя

изменяется регулированием открытия дроссельной заслонки карбю­ ратора.

Винтовых характеристик можно получить столько, сколько

можно выбрать тормозных моментов на выводном валу авиадви­ гателя.

В процессе эксплуатации двигателя, подбирая угол установки лопастей несущих винтов вертолета, возможно получение одной и той же эффективной мощности при различных оборотах. Это поз­ воляет подбирать режимы работы из условий более полного и эко­ номичного использования двигателя путем изменения угла установ­ ки лопастей и давления наддува.

Винтовые характеристики строятся по данным испытаний дви­ гателя на стенде. Обычно приводится одна характеристика, снятая при нагрузке на выводном валу, позволяющая получить при номи­ нальных оборотах двигателя номинальную мощность (имеется в виду 1-й номинальный режим).

На любом установившемся режиме работы эффективная мощ­ ность двигателя равна потребной мощности несущих винтов вертолета. Если равенства располагаемой эффективной мощности двигателя и потребной мощности винтов не будет, то число оборо­ тов двигателя будет увеличиваться или уменьшаться.

Потребная мощность для вращения несущих винтов примерно пропорциональна кубу числа их оборотов. Соответственно и эффек­ тивная мощность двигателя по винтовой характеристике есть не что иное, как зависимость мощности, потребляемой несущим вин-

ЗОЭ

том вертолета, от числа оборотов, и изменяется она пропорционально кубу числа оборотов.

Изменение удельного эффективного расхода топлива по винтовой характе­ ристике (кривая 4) определяется ха­ рактером зависимости индикаторного к. п. д. тр и механического к. п. д.

от числа оборотов двигателя. Величина тр зависит в основном от

состава смеси (рис. 160), т. е. от регу­ лировки карбюратора. Обогащение смеси на малых и больших оборотах приводит к уменьшению гр и к соот­

ветствующему увеличению удельного эффективного расхода топли­ ва. Обеднение смеси на крейсерских числах оборотов приводит к по­ вышению тр и уменьшению удельного эффективного расхода то­ плива.

Величина механического к. п. д. зависит от оборотов двигателя. С увеличением числа оборотов по винтовой характеристике гр, не­ прерывно увеличивается, а это, в свою очередь, вызывает уменьше­ ние удельного эффективного расхода топлива. Рост механического к. п. д. с увеличением оборотов объясняется тем, что эффективная мощность по винтовой характеристике растет пропорционально ку­ бу числа оборотов, а мощность трения — пропорционально квадра­ ту числа оборотов, т. е. рост эффективной мощности опережает рост мощности трения.

Совместное влияние индикаторного и механического к. п. д. определяет характер изменения удельных эффективных расходов топлива по винтовой характеристике.

Причем решающее влияние оказывает тр, т. е. регулировка карбюратора.

Анализ винтовой характеристики и сопоставление ее с внешней характеристикой позволяет сделать следующие выводы:

а) наиболее экономичными являются средние (крейсерские) режимы работы двигателя, которые целесообразно использовать для выполнения полетов с большой дальностью и большой продол­ жительностью;

б) режим малого газа с точки зрения располагаемой мощности и расходов топлива является невыгодным, поэтому его целесооб­ разно использовать лишь для прогрева двигателя после запуска или для охлаждения двигателя перед остановом.

Как было указано, режим малого газа не следует длительно использовать также по причине возможного замасливания элект­ родов запальных свеч;

в) максимальный (взлетный) режим работы двигателя достига­ ется при меньшем шаге несущих винтов, чем 1-й номинальный режим.

310

Высотные характеристики

Высотной характеристикой называется зависимость эффектив­ ной мощности и эффективного удельного расхода топлива от высо­ ты полета при постоянном числе оборотов и наивыгоднейшем соста­ ве смеси.

С подъемом на высоту изменяется температура и плотность ок­ ружающего воздуха. Это вызывает изменение мощности, развива­ емой двигателем, и его удельного расхода топлива. Уменьшение плотности воздуха приводит к уменьшению весового заряда ци­ линдров, а следовательно, и эффективной мощности.

При работе двигателя на 1-м номинальном режиме у земли дроссельная заслонка карбюратора полностью открыта. Поэтому с подъемом на высоту компенсировать уменьшение весового заряда цилиндров открытием дроссельной заслонки невозможно. Необхо­ димость полного открытия дросселя на первом номинальном режи­ ме у земли вызвана тем, что на двигателе установлен низконапор­ ный нагнетатель.

Эффективная мощность, снимаемая с двигателя на высоте при полном открытии дроссельной заслонки, подсчитывается по фор­ муле

NeH— Ne0A,

где NeH — эффективная мощность двигателя на высоте при пол­ ном открытии дроссельной заслонки; Neо — эффективная мощность двигателя на земле, определенная по внешней характери­ стике; А — коэффициент падения мощности при подъеме на высоту.

Коэффициент А зависит от давления и температуры окружаю­ щего воздуха. Его величину можно определить приближенно по формуле

Л = 1 .1 1 ^ 1 /1 1 - 0 ,1 1 ,

ро ' Тн

Величины давления и температура при определении коэффици­ ента А берутся из стандартной атмосферы. Изменение величины коэффициента А и эффективной мощности двигателя по высоте на режимах, соответствующих полному открытию дроссельной заслон­ ки карбюратора, приведено в табл. 13.

На рис. 161 приведены графики, показывающие зависимость изменения эффективной мощности двигателя для различных режи­ мов работы, полученные в процессе заводских испытаний и путем расчета (штриховые кривые). Мощность, потребляемая винтами при постоянном числе оборотов, изменяется прямо пропорциональ­ но плотности окружающего воздуха, а мощность двигателя — про-

311