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 р_е. 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 р_е на 1 кгс/см²).

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

1— эффективная мощность (Ne) при полностью открытой дроссельной заслонке; 2— эффективная мощность(Ne) при р_к=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 h_м, который с увеличением частоты вращения коленвала непрерывно уменьшается. Индикаторный к. п. д. h_i, 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 р_к, 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 р_к, соответствующему р_к номинального режима, показывает наибольшие мощности, на которых двигатель может надежно работать продолжительное время (не менее 1 ч).

 

 

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 р_к 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 h_м с высотой. При этом величина h_м определяется соотношением только индикаторной мощности и мощности механических потерь, так как мощность, потребляемая нагнетателем N_Н, 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 N_М уменьшается за счет указанных выше факторов. Следовательно с подъемом до расчетной высоты увеличивается, а Се уменьшается.

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