Файл: Otvety_1-28.docx

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: N_eH = N_e0•A , (20)

где N_eH – мощность двигателя на высоте; N_e0 – 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 ξ_m = N_e/N_i. До расчетной высоты мощности N_e и N_i изменяются таким образом, что ξ_m возрастает и достигает наибольшего значения на Н_р. После расчетной высоты мощность трения остается почти постоянной, а N_e и N_i падают. Вследствие этого ξ_m 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.

27)Способы повышения топливной экономичности двс.

Любой двигатель внутреннего сгорания не просто впустую выбрасывает большую часть получаемой им тепловой энергии (70 - 80 %), но, более того, он даже разрушается, если потеряет возможность, через систему охлаждения, отдавать воде своё тепло. С другой стороны, получающая это тепло вода, превращаясь во время кипения или испарения в пар, при обычном атмосферном давлении увеличивается в своём объёме в 1700 раз. При этом давление образовавшегося пара может помогать рабочему газу приводить в движение поршни или турбины тепловых двигателей и тем самым давать существенное приращение мощности, максимального крутящего момента и коэффициента полезного действия (КПД) этих моторов. Существует три основных варианта использования впрыска воды на ДВС:  1. От контакта воды с горячими выхлопными газами происходит процесс парообразования, после чего пар вращает небольшую турбину, которая помогает основному двигателю. 2. На многих спортивных автомобилях, использующих турбонаддув, вода распыляется в сжатом компрессором воздухе для охлаждения этого воздуха, вместе с которым она затем попадает цилиндры, где и становится паром. Здесь нужно заметить, что любой газ (это относится и к воздуху, и к пару) при понижении своей температуры на один градус, при атмосферном давлении, уменьшается примерно на 1/270 своего объёма и, наоборот, при сжатии, особенно резком, температура газа возрастает. В этом легко убедиться, накачивая камеру колеса велосипеда ручным насосом, который при этом заметно нагревается или если очень резким ударом протолкнуть плотную пробку в пробирку, то помещённая внутри вата загорается от нагрева, вызванного сильным сжатием воздуха. Чтобы в цилиндры двигателя с меньшими затратами энергии поместилось больше сжатого воздуха, этот воздух охлаждается распылением в нём (не подогретой) воды, которая имеет очень высокую теплоёмкость. Это распыление осуществляется либо до прохождения сжатого воздуха через интеркулер (дополнительный охлаждающий радиатор), либо после него, но, в любом случае, даже мельчайшие нагревающиеся капельки воды должны превращаться в пар только внутри цилиндра, иначе польза от этого пара становится ничтожной. Более того, нарушение стехиометрического (оптимального) соотношения количества топлива и воздуха, включающего в себя водяные пары, может привести к остановке двигателя.  3. Специально подогретая вода впрыскивается (распыляется) непосредственно в цилиндры. От контакта с горящим топливом, раскалённым поршнем и цилиндром, вода вскипает, и расширяющийся пар помогает рабочим газам приводить поршни в движение. Здесь впрыск воды фактически заменяет собой турбо наддув. В этом случае уже не будет нарушаться стехиометрическое соотношение количества топлива и чрезвычайно сжатого компрессором воздуха, чьё очень высокое давление затрудняет процесс искрообразования. Расширяющийся в цилиндре пар для экологии значительно безопаснее, чем сжатый воздух, содержащий в себе до 80% азота, из которого, при высокой температуре (и давлении) образуются губительные для природы его химические соединения с избыточным кислородом. Кроме того, лишний кислород в сильно сжатом в воздухе приводит к нежелательному обгоранию цилиндров, поршней, поршневых колец, клапанов и окислению электрических контактов свечей. В подтверждение этому опытные автомобилисты единогласно уверяют, что даже после нескольких лет эксплуатации ДВС с впрыском воды внутренности его цилиндров выглядят совсем как новые!