Основные параметры и характеристики авиационных поршневых двигателей. Общие сведения о двигателе АШ-62ИР

 

 

Учебное пособие.

(Компьютерный вариант)

 

Составил: Сошин В.М.

Пособие предназначено для студентов 1-го курса специальности 130300, изучающих конструкцию двигателя АШ-62ИР по дисциплине «Авиационная техника».

 

 

Размер файла: 1280 кб.

Файл помещен в компьютере «Server» ауд. 113-5

Имя файла: E:\ ПОСОБИЯ \ АШ-62 \ ТЕМА2 \ тема2.doc

Дата составления: 25 октября 2004г.

Дата внесения изменений: 25 октября 2004г.

 

Допущено для использования

в учебном процессе.

Протокол заседания кафедры «ЭЛАиД»

№ ______ от «___» ___________ 2004 г.

 

Самара 2004 г.

ИНДИКАТОРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ

Индикаторная мощность

Индикаторной мощностью называется мощность, развиваемая газами внутри цилиндра двигателя и передаваемая поршню за такты сжатия и расширения. Обозначается она n_i. Так как мощность представляет собой работу, совершенную в единицу времени (в 1 секунду), то для того чтобы подсчитать мощность, следует умножить индикаторную работу за один цикл Li на число циклов в одну секунду.

У четырехтактного двигателя рабочий цикл завершается за два оборота коленчатого вала, и, следовательно, если двигатель делает n оборотов в минуту, то число циклов в секунду будет равно . Отсюда мощность, развиваемая в одном цилиндре, будет равна .

Для получения индикаторной мощности всего двигателя следует умножить мощность, развиваемую в одном цилиндре, на число i цилиндров:

Так как, индикаторная работа одного цилиндра равна то можем записать:

.

Для определения индикаторной мощности в лошадиных силах, применив переводные коэффициенты, получим:

Где: р_i— среднее индикаторное давление в кгс/см²;

V_h— рабочий объем цилиндра в дм³.

N— частота вращения коленвала двигателя в об/мин.

Для существующих двигателей с наддувом среднее индикаторное давление (р_i) равно 15¸25 кгс/см², у двигателя АШ-62ИР величина р_i достигает 16¸17 кгс/см². Максимальная индикаторная мощность двигателя АШ-62ИР составляет 1200 л.с.

1.2. Индикаторный расход топлива

Для оценки экономичности двигателя применяют параметр, который называется «часовой расход топлива». Этот параметр показывает, сколько топлива израсходовал двигатель за час работы. (С_h, кг/ч). Чем меньше часовой расход топлива у двигателя данной мощности, тем экономичнее работает двигатель. Чтобы сравнивать между собой экономичность двигателей разной мощности, определяют количество топлива, расходуемого двигателем на единицу мощности в час. Количество топлива, расходуемого двигателем на единицу мощности (одну лошадиную силу) в час называется удельным расходом топлива. Удельный расход топлива, отнесенный к индикаторной мощности, называется индикаторным удельным расходом топлива или, сокращенно, индикаторным расходом. Индикаторный расход обозначается С_i и имеет размерность кг/л. С. ч. Или г/л. С. ч.

Таким образом, если двигатель имеет часовой расход топлива С_h и развивает индикаторную мощность N_i, то его индикаторный удельный расход топлива будет равен

Величина индикаторного удельного расхода топлива для авиационных двигателей лежит примерно в пределах 0,170—0,210 кг/л. С. ч. Из всего тепла, внесенного в двигатель с топливом, только часть превращается в индикаторную работу. Чем большая доля внесенного тепла обращается в работу, тем выше экономичность двигателя.

 

Индикаторный к.п.д.

Степень использования тепла, внесенного в двигатель топливом, для получения индикаторной работы определяется по индикаторному к. п. д.

Индикаторным к.п.д. двигателя называется отношение тепла, обращенного в индикаторную работу, к теплу, внесенному в двигатель топливом. Индикаторный к. п. д. обозначается h_i и выражается в процентах или долях.

Таким образом, если в двигатель было внесено тепло Q и за счет этого тепла получена индикаторная работа Li, то его индикаторный к.п.д. будет равен

Индикаторный к.п.д. h_i, можно выразить через индикаторный удельный расход топлива Ci и рабочую теплотворность топлива H_u

Действительно, количество тепла, внесенного топливом в двигатель в течение часа, равняется

При этом индикаторная работа может быть определена по формуле

,

где t— время в секундах, за которое была произведена индикаторная работа L_i. В нашем случае рассматривается интервал времени равный 1 час (3600 сек).

С учетом сказанного можно записать:

Если мы определили при испытания двигателя его индикаторную мощность N_i, часовой расход топлива С_h и индикаторный расход топлива С_i, и знаем теплотворность топлива H_u то из последнего уравнения можем найти индикаторный к.п.д. двигателя и, следовательно, установить степень использования тепла, внесенного в двигатель топливом. Этим уравнением пользуются в тех случаях, когда по величине индикаторного к.п.д., найденного расчетным путем, требуется оценить величину индикаторного удельного расхода топлива.

Из уравнений видно, что индикаторный к.п.д. h_i и индикаторный удельный расход топлива С_i, обратно пропорциональны друг другу, т. Е. чем больше h_i, тем меньше С_i и наоборот. Второй вывод, который мы можем сделать, заключается в том, что если индикаторный к.п.д. двигателя не меняется, то при работе на разных топливах индикаторный удельный расход топлива изменяется обратно пропорционально его теплотворности H_u. Так, например, при переводе двигателя с работы на бензине (H_u = 10 500 ккал/кг) на бензол ( H_u= 9600 ккал/кг) или на этиловый спирт (H_u = 6700 ккал/кг)удельный расход топлива возрастет соответственно в ~ 1,10 и ~ 1,57 раза.

Индикаторный к.п.д. является величиной, определяющей собой основное свойство рабочего процесса двигателя — степень использования тепла, внесенного топливом. Поэтому необходимо несколько подробнее рассмотреть, какой может быть величина h_i, а также от чего зависит h_i .

Прежде всего, отметим, что индикаторный к. п. д. практически не зависит от рода топлива, на котором работает двигатель. Объясняется это тем, что какова бы ни была теплотворность топлива, количество тепла, выделяющегося при сгорании 1 кг топливовоздушной смеси, практически одинаково для всех топлив. Поэтому на каком бы топливе ни работал двигатель, если коэффициент избытка воздуха a остается постоянным, то Постоянными остаются давления и температуры рабочего процесса цикла, а следовательно, и получаемая работа и индикаторный к.п.д.

Основными величинами, от которых зависит индикаторный к.п.д., являются степень сжатия e двигателя И. коэффициент избытка a.

С увеличением степени сжатия двигателя возрастает как работа, затрачиваемая на сжатие, так и работа, получаемая от расширения газов. При этом работа расширений возрастает на большую величину. Поэтому индикаторная работа Li, представляющая собой разность работ расширения и сжатия, с увеличением степени сжатия увеличивается. Зависимость h_i(e) представлена графиком на рисунке 1. Из графика видно, что с увеличением степени сжатия индикаторный к. п.д. сначала возрастает очень резко, а затем рост его постепенно замедляется. Так, например, при увеличении степени сжатия на две единицы, от 3,0 до 5,0, h_i возрастает от 0,220 до 0,300, т. Е. примерно на 38%, а при дальнейшем увеличении на две единицы, от 5,0 до 7,0, увеличивается от 0,300 до 0,360, т. Е. всего на 20%.

Для авиационных двигателей, степень сжатия которых лежит в пределах e =5,0¸7,5, индикаторный к.п.д. при a=1,0 изменяется в пределах h_i=0,30¸0,37. Это значит, что в этих двигателях при теоретическом составе смеси (a = 1,0) в индикаторную работу может быть обращено от 30 до 37% от тепла, внесенного топливом.

Второй величиной, влияющей на индикаторный к.п.д., является коэффициент избытка воздуха a, на котором работает двигатель. Если обогащать смесь, на которой работает двигатель, т. Е. увеличивать количество топлива, поступающего в двигатель, то соответственно будет увеличиваться и количество вносимого им тепла. Вместе с тем поступающее в двигатель топливо ввиду недостатка воздуха не сможет сгорать полностью и часть заключенной в нем химической энергии не перейдет в тепло и останется неиспользованной. Неполнота сгорания топлива, вызванная недостатком воздуха, называется химической неполнотой сгорания. По мере обогащения смеси химическая неполнота сгорания топлива увеличивается, при этом общее количество выделившегося тепла уменьшается незначительно вследствие общего увеличения количества топлива.

Рис.1. Зависимость индикаторного к.п.д. (h_i ) от степени сжатия (e)

 

Благодаря этому, а также вследствие того, что с обогащением смеси увеличивается скорость сгорания, индикаторная работа Li, почти не изменяется. Таким образом, мы видим, что по мере обогащения смеси, с одной стороны, непрерывно увеличивается количество тепла, внесенного в двигатель топливом, а с другой, почти не меняется величина развиваемой двигателем индикаторной работы. Отсюда следует, что индикаторный к.п.д. с обогащением смеси должен уменьшаться.

При обеднений смеси индикаторный к.п.д. сначала несколько возрастает. Однако уже при значениях a=1,05¸1,15 он достигает наибольшего значения и затем резко падает. Объясняется то тем, что при дальнейшем обеднении смеси резко снижается скорость ее сгорания, что приводит сначала к уменьшению индикаторной работы, а затем к пропускам в зажигании и неустойчивой работе двигателя.

Зависимость индикаторного к.п.д. от коэффициента избытка воздуха для всех двигателей легкого топлива с принудительным зажиганием практически одинакова и на основании опытных данных может быть представлена графиком, приведенным на рис.2.

На этом же графике пунктирной линией показано процентное изменение среднего индикаторного давления двигателя p_i в зависимости от коэффициента избытка воздуха. Точно так же будет изменяться и индикаторная мощность, развиваемая двигателем при постоянном числе оборотов.

Рис. 2. Процентное изменение h_i и p_i, в зависимости от a

 

Тепловой баланс двигателя

Как уже было сказано, из всего тепла, внесенного топливом в двигатель, только часть обращается в индикаторную работу. Часть тепла не выделяется из топлива вследствие неполноты сгорания, часть отдается стенкам цилиндра, а часть уносится в атмосферу с отработавшими газами. Распределение тепла, внесенного топливом, на индикаторную работу и по отдельным потерям принято называть индикаторным тепловым балансом двигателя. Если принять, что тепло, внесенное топливом, составляет 100%, то распределение тепла для двигателя АШ-62ИР будет примерно следующим:

25¸38% тепла обращается в индикаторную работу;

15¸25% тепла теряется вследствие неполноты сгорания;

10¸15% тепла отдается стенкам цилиндра и в охлаждающую среду (воздух, масло);

35¸45% тепла уносится с отработавшими газами.

Потери тепла сильно зависят от коэффициента избытка воздуха a и степени сжатия e. Как видно из графика на рис. 29, при обеднении смеси резко увеличивается доля тепла, обращенного в индикаторную работу, а также снижаются потери тепла за счет неполноты сгорания. При увеличении степени сжатия e индикаторная работа увеличивается, а количество тепла, уносимого с отработавшими газами, соответственно уменьшается. Например, при увеличении степени сжатия от е e= 6,0 до e= 7,0 и коэффициенте избытка воздуха a=1,0 тепло, обращенное в индикаторную работу, увеличится от 33 до 36%, а тепло, унесенное с отработавшими газами, снизится соответственно с 50 до 47%.

Из графиков на рисунке 29 следует, что максимальное индикаторное давление, а следовательно, и мощность двигателя достигается при a=0,85¸0,9, максимальный индикаторный к.п.д., а следовательно, минимальные потери — при a=1,05¸1,1. Поэтому для получения наибольшей мощности двигателя, например, при взлете самолета, топливовоздушную смесь необходимо обогатить (a£0,85¸0,9), при полете на максимальную дальность — обеднить (a£1,05¸1,1)*.