Среднее индикаторное давление
Индикаторная диаграмма описывает рабочий цикл двигателя, а ограниченная его площадь – индикаторную работу цикла. Действительно, [p ∙ ∆V] = (Н/м2) ∙ м3 = Н ∙ м = Дж.
Если принять, что на поршень действует некоторое условное постоянное давление pi, совершающее в течение одного хода поршня работу, равную работе газов за цикл L, то
L = pi ∙ Vh (2)
где Vh – рабочий объем цилиндра.
Это условное давление piпринято называть средним индикаторным давлением.
Среднее индикаторное давление численно равно высоте прямоугольника с основанием, равным рабочему объему цилиндра Vh площадью, равной площади, соответствующей работе L.
Так как полезная индикаторная работа пропорциональна среднему индикаторному давлению pi, совершенство рабочего процесса в двигателе можно оценивать на величину этого давления. Чем больше давление pi, тем больше работа L, и, следовательно, рабочий объем цилиндра используется лучше.
Зная среднее индикаторное давление pi, рабочий объем цилиндра Vh, число цилиндров i и частоту вращения коленчатого вала n (об/мин), можно определить среднюю индикаторную мощность четырехтактного двигателя Ni
. (3)
Произведение i ∙ Vh представляет собой рабочий объем двигателя.
Передача индикаторной мощности на вал двигателя сопровождается механическими потерями вследствие трения поршней и поршневых колец о стенки цилиндров, трения в подшипниках кривошипно–шатунного механизма. Кроме того, часть индикаторной мощности затрачивается на преодоление аэродинамических потерь, возникающих при вращении и колебании деталей, на приведение в действие механизма газораспределения, топливных, масляных и водяных насосов и других вспомогательных механизмов двигателя. Часть индикаторной мощности тратится на удаление продуктов сгорания и заполнение цилиндра свежим зарядом. Мощность, соответствующая всем этим потерям, называется мощностью механических потерь Nм.
|
|
|
В отличие от индикаторной мощности, полезную мощность, которую можно получить на валу двигателя, называют эффективной мощностью Nе. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину механических потерь, т.е.
Nе = Ni – Nм. (4)
Мощность Nм, соответствующую механическим потерям и эффективную мощность двигателя Nе определяют опытным путем при стендовых испытаниях с помощью специальных нагрузочных устройств.
Одним из основных показателей качества поршневого двигателя, характеризующего использование им индикаторной мощности для совершения полезной работы является механический КПД, определяемый как отношение эффективной мощности к индикаторной:
|
|
|
ηм= Nе/Ni. (5)
Общую энергию, сообщаемую валу поршневого двигателя, можно определить алгебраическим сложением работы тактов и умножив сумму на число рабочих тактов в единицу времени (n/2) и число цилиндров двигателя. Мощность, определяемая таким образом, может быть получена путем интегрирования зависимости давления в функции от объема изображенной на индикаторной диаграмме (рис 4.2,б),и называется средней индикаторной мощностью N. Эту мощность часто связывают с понятием индикаторного среднего эффективного давления рi, рассчитываемого следующим образом:
(6)
Эффективная мощность Ne есть произведение индикаторной мощности N на механический КПД двигателя. Механический КПД двигателя уменьшается с увеличением частоты вращения двигателя из–за потерь на трение и привод агрегатов.
Для построения характеристик авиационного поршневого двигателя его испытывают на балансирном станке с использованием воздушного винта изменяемого шага. Балансирный станок обеспечивает замер величины крутящего момента, числа оборотов коленчатого вала и расхода топлива. По величине замеренного крутящего момента Мкр и числу оборотов n определяется измеренная эффективная мощность двигателя
|
|
|
, Вт (7)
Если двигатель снабжен редуктором, снижающим обороты винта, то формула для замеренной эффективной мощности имеет вид:
, Вт, (8)
где iр – передаточное число редуктора.
Учитывая зависимость эффективной мощности двигателя от атмосферных условий, замеренную мощность для сравнения результатов испытаний приводят к стандартным атмосферным условиям по формуле
, (9)
где Ne – эффективная мощность двигателя, приведенная к стандартным атмосферным условиям;
tизм – температура наружного воздуха во время испытаний, ºС;
B – давление наружного воздуха, мм.рт.ст.,
∆р – абсолютная влажность воздуха, мм.рт.ст.
Эффективный удельный расход топлива gе определяется по формуле:
|
|
|
, (10)
где GT и 
– расход топлива и эффективная мощность двигателя, измеренные при испытаниях.
Внешняя характеристика
Внешней характеристикой называется зависимость эффективной мощности и удельного расхода топлива от числа оборотов вала при работе двигателя на земле с максимальной подачей топлива, но с переменной внешней нагрузкой.
Внешняя характеристика (рис. 3.) показывает наибольшие мощности, которые можно получить от двигателя при различных числах оборотов. Удельный
эффективный расход топлива gе во внешней характеристике определяется характером изменения механического и индикаторного коэффициентов полезного действия.
Рис. 3. Типовая внешняя характеристика авиационного поршневого двигателя
Винтовая характеристика
Винтовой характеристикой называется зависимость эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива от числа оборотов при постоянном шаге винта (угле установки лопастей) на переменном расходе топлива. Она показывает изменение потребной мощности, потребляемой винтом на различных оборотах и представляет собой кубическую параболу (рис. 4.).
Удельный расход топлива gе на винтовой характеристике зависит от состава горючей смеси. На оборотах малого газа удельный расход топлива увеличен (до 400 г/л.с. – для М-14П) вследствие работы двигателя на богатой смеси
Рис. 4. Типовая винтовая характеристика авиационного поршневого двигателя
(коэффициент α = 0,6 – для М-14П), которая необходима для обеспечения устойчивого горения в цилиндрах. При этом существуют большая степень загрязненности рабочей смеси продуктами сгорания и плохое смесеобразование.
С увеличением оборотов от минимальных до крейсерских удельных расход топлива постепенно уменьшается в результате обеднения смеси (до α = 0,95 – для М-14П). При дальнейшем увеличении оборотов (до номинального и взлетного режимов) удельный расход топлива увеличивается из–за обогащения смеси.
Анализ винтовой характеристики и ее сопоставление с внешней характеристикой позволяют определить режимы работы двигателя.
Максимальный (взлетный режим) работы двигателя достигается на земле при максимальных оборотах коленчатого вала. Этим режимом можно пользоваться непрерывно в течение ограниченного времени (М-14П – 5 мин.).
Номинальные режимы на двигателях, оснащенных винтом с изменяемым шагом, устанавливаются при максимальной подаче топлива путем изменения угла установки лопастей («затяжелением» винта).
Крейсерские режимы обеспечивают горизонтальный полет самолета с минимальным расходом топлива.
Режим малого газа используется сразу после запуска двигателя, для его прогрева после запуска или для охлаждения перед остановом. С точки зрения расхода топлива режим малого газа является невыгодным.
Высотная характеристика
Высотной характеристикой называют зависимость эффективной мощности и удельного расхода топлива от высоты полета при постоянном числе оборотов и наивыгоднейшем составе смеси.
С подъемом на высоту плотность и температура окружающего воздуха изменяются. Это вызывает изменение мощности и удельного расхода топлива. Уменьшение эффективной мощности двигателя происходит за счет уменьшения весового заряда цилиндров из – за снижения плотности воздуха при подъеме на высоту.
Двигатели, снабженные нагнетателями и сохраняющие наддув до определенной высоты, называются высотными.
Двигатели, у которых номинальный режим реализуется при максимальной подаче топлива и «затежеленном» винте, и двигатели без нагнетания называются невысотными.
У двигателя М-14П взлетный и номинальный режимы реализуются при полностью открытой дроссельной заслонке карбюратора, поэтому при наборе высоты на этих режимах происходит падение мощности в результате уменьшения
Рис. 5. Высотная характеристика двигателя М-14П на режимах: 1 – взлетный; 2 – номинальный 1-й; 3 – номинальный 2-й; 4 – крейсерский 1-й; 5 – крейсерский 2-й
весового заряда цилиндров. Наддув на крейсерском 1-м режиме сохраняется постепенным открытием дроссельной заслонки до высоты 1000 м, а на крейсерском 2-м – до высоты – 1800 м. При этом эффективная мощность двигателя постепенно увеличивается в результате снижения противодавления в выпускной системе и уменьшения температуры наружного воздуха.
Участки увеличения эффективной мощности двигателя до некоторых значений высоты на крейсерских режимах для двигателей с нагнетателями объясняются следующими факторами /Лабазин П.С. – 1956/:
– уменьшением наружной температуры воздуха (а, следовательно – и температуры горючей смеси за нагнетателем) при постоянном давлении наддува, приводящим к увеличению плотности смеси, поступающей в цилиндры и в результате – к увеличению весового заряда;
– уменьшением противодавления в выхлопной системе двигателя с увеличением высоты, способствующим лучшей очистке цилиндров от остаточных газов, что также приводит к увеличению весового заряда смеси;
– уменьшением противодавления в выхлопной системе, приводящим к снижению затрат мощности на выталкивание отработавших газов из цилиндров.
Рис. 6. Типовая высотная характеристика невысотного авиационного поршневого двигателя
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 551; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!