ВЫСОТА — СМЕСЬ — МОЩНОСТЬ

В целях подачи мотору наивыгоднейшей смеси, карбюратор должен регулироваться на разных высотах и для разных атмосфер­ных давлений, поэтому весьма важно знать, как лучше всего питать мотор.

Рис. 308. На уровне моря для получения наибольшей мощ­ности мотора количество воздуха должно относиться к количеству горючего, примерно, как 13 к 1. Это значит, что мотор должен засо­сать около 5,8 кг воздуха (4,5 куб. .м), для того чтобы получилось полное сгорание 450 г бензина или освободилось около 5 000 боль-

ших калорий в виде тепловой энергии в цилиндрах, часть которой, как известно, превращается в мощность мотора и поглощается винтом для совершения полезной работы.

Если тот же мотор попадет на высоту около 2 700 м, где плот­ность воздуха приблизительно на 25% меньше плотности воздуха на уровне моря, то мощность его значительно уменьшится. Объ­ясняется это тем, что 4,5 куб. м воздуха весят на этой высоте только 4,4 кг, что недостаточно для хорошего сгорания 450 г бензина. При таких условиях смесь окажется чрезмерно богатой и несгоревшее горючее будет выбрасываться через выхлопные патрубки.

На высоте 5 400 м, где плотность воздуха равна приблизительно половине плотности на уровне моря, мотор не в состоянии рабо­тать, даже если карбюратор будет подавать 1 кг бензина на каждые 10,6 куб. м воздуха.

Рис. 309. Если с увеличением высоты поддерживать соотно­шение воздуха и бензина 13 к 1, то мощность мотора будет пони­жаться, но не с такой скоростью, как в случае, указанном на рис. 308, так как на всех высотах будет полное сгорание. Все же падение мощности будет происходить из-за уменьшения веса смеси. Так как рабочий объем цилиндра одинаков при каждом всасывающем ходе, то на высоте 5 400 м, где плотность воздуха составляет лишь половину от плотности на уровне моря, его достаточно для полного сгорания лишь половины топлива, сгорающего на уровне моря, и поэтому мы получим меньшую мощность. На этой высоте при указанных выше условиях мотор потеряет больше 50% своей мощ­ности.

Рис. 310. В данном случае с увеличением высоты мы сохра­няем земную плотность воздуха на всасывании двигателя до высоты 5 400 м и поддерживаем правильное соотношение смеси воздух — топливо; это означает, что на всех высотах, иллюстрирующих данный случай, в мотор все время подается воздух, так же как на уровне моря, и вместо потери мощности наблюдается даже некоторое ее повышение. Здесь на помощь приходит нагнетатель, работа кото­рого весьма проста.

Было предложено и испытано несколько типов нагнетателей, но из них лишь два оказались удачными. Нагнетатель первого типа приводится в действие выхлопными газами мотора. Он состоит из корпуса и турбины, работающей от выхлопных газов. Этот нагне­татель эффективен при больших расчетных высотах (расчетная вы­сота это та, сверх которой нагнетатель не в состоянии поддерживать

давление во всасывающем тру­бопроводе равным давлению на уровне моря).

Нагнетатель второго типа ра­ботает непосредственно от колен­чатого вала мотора. Мощность, необходимая для приведения это­го нагнетателя в действие, равна, примерно, 25—30% дополнитель­ной мощности, получаемой за счет наддува. Таким образом, если в таком моторе, как Райт «Цик­лон», нагнетатель дает увеличение в 180 л. с., то около 40 л. с. будет затрачено на приведение в действие самого нагнетателя. Эффектив­ная работа нагнетателя зависит от диаметра крыльчатки и числа оборотов. Большое число оборотов вызывает большее напряжение в подшипниках и в самой крыльчатке. Поэтому крыльчатка на моторе «Циклон» имеет несколько больший диаметр и вращается при меньшем числе оборотов, достигая того же результата с боль­шей надежностью в отношении прочности, чем крыльчатка, которая имеет малый диаметр и вращается с большим числом оборотов.

Рис. 311. Принцип работы нагнетателя одинаков с принципом работы обыкновенного вентилятора. Нагнетатель приводится в дви­жение мотором и действует, как насос, всасывая воздух из атмосферы,

сжимая его и нагнетая во всасывающий трубопровод мотора. Чем сильнее воздух сжат, тем больше его плот­ность и, следовательно, вес на 1 куб. м.

Рис. 312. Нагнетатель может устанавливаться ли­бо между карбюратором и цилиндром А, либо так, как показано в В.

Рис. 313. На этом рисунке, изображающем часть мотора Райт «Цик­лон», показана типичная установка нагнетателя меж­

ду карбюратором и цилинд­рами мотора. Воздух входит через приемник А, обтекает жиклеры карбюратора Стром — берг и забирает из него топ­ливо, необходимое для обра­зования хорошей горючей смеси, которую нагнетатель (крыльчатка) захватывает и равномерно распределяет по всем цилиндрам через лопа­точный диффузор.

Благодаря тому, что наг­нетатель действует, как на­сос, он хорошо смешивает частицы распыленного бен­зина с воздухом. Расход мощ­ности, необходимой для при­вода нагнетателя, увеличи­вается с высотой. При одном и том же диаметре крыль­чатки величина наддува из­меняется в зависимости от числа оборотов: чем больше число оборотов, тем больше будет наддув, но вместе с тем приходится затрачивать и большую мощность на привод нагнетателя. Чем выше расчетная высота данного мотора, тем больше должна быть нагнетательная способ­ность нагнетателя. Конечно, отсюда нельзя делать вывод, что мо­тор, оборудованный более мощным нагнетателем, может дать большую мощность на уровне моря. В этом случае мы должны со­знательно поддерживать низкую мощность, чтобы предотвратить опасность перегрева вследствие повышения температуры смеси и возникновения детонации в цилиндрах.

Например, рассматривая рис. 315, мы увидим, что тяжелый гидросамолет, который требует большей мощности для отрыва от воды и для которого большие высоты не нужны, имеет нагне­татель с медленно вращающейся крыльчаткой, дающей малую расчетную высоту, но в то же время значительную мощность на уровне моря. Для нагнетателя мотора транспортного самолета
обычно берут среднее передаточное число, что увеличивает его расчетную высоту при несколько меньшей взлетной мощно­сти. На моторе «Циклон» увеличена ох­лаждающая поверхность цилиндров. Это усовершенствование дает возможность по­вышать на короткий промежуток времени взлетную мощность. Для истребителя, ко­торый должен работать на больших вы­сотах и не требует большой мощности для взлета, применяется нагнетатель с большим передаточным числом, увеличи­вающий расчетную высоту по сравнению с высотами двух самолетов, о которых только что говорилось.

Рис. 314. Нагнетатель разрешил про­блему поддержания мощности мотора с высотой и дал также возможность увели­чить мощность мотора без значительно­го увеличения его веса. Чем больше бен­зина по весу мотор сжигает в минуту, тем выше будет его мощность и тем болыНе калорий (единиц тепла) будет превращено в мощность. Для получения этого нам по­требуется смесь более плотного воздуха с большим количеством горючего. Такой воздух мы можем получить. Например, на­гнетатель мотора Райт «Циклон» на уровне моря может довести воздух во впускном трубопроводе до плотности, большей, чем плотность воздуха окружающей атмосферы. Как из­вестно, атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Тот же метод применяется для измерения давления воздуха во всасывающем трубопроводе при нагнетании. При давлении во всасывающем трубопроводе в 1 067 мм в моторе Райт «Циклон» вес каждых 4,5 куб. м воздуха, всасываемого цилиндрами, вместо того чтобы равняться 5,9 кг, составляет 8,2 кг, что достаточно для того, чтобы мотор сжигал 630 г бензина или немного больше (с тепло­творной способностью в 7 000 больших калорий), в результате чего соответственно увеличивается мощность. Таков один из фак­торов (вторым является винт с регулируемым в полете шагом), бла-

Рис. 315.

годаря которому мотор дает мощность в 1000 л. с. при 2 200 об/мин на уровне моря. Эта мощность используется в течение короткого периода времени при взлете самолета и затем должна быть умень­шена во избежание перегрева головок цилиндров.

Если во всасывающем трубопроводе давление уменьшится при­близительно до 900 мм ртутного столба, мощность мотора на уровне моря упадет приблизительно до 810 л. с. при 2 000 об/мин. При сохранении этого давления во всасывающем трубопроводе на расчет­ной высоте 1 700 м мощность мотора еще повысится приблизительно на 5%. Сверх этой высоты мощность начнет падать.

Рис. 315. Расчетная высота мотора и, следовательно, как выше указано, передаточное число к нагнетателю определяются назна­чением мотора.

Рис. 316. Манометр указывает нам давление воздуха во всасы­вающем трубопроводе.

Когда мы говорим о мощности всякого мотора, следует понимать, что эта мощность измеряется при стандартных атмосферных усло­виях, т. е. при температуре воздуха 15° С и атмосферном давления

760 мм ртутного столба. При срав­нении стандартные атмосферные ус­ловия должны использоваться так же, как северный полюс исполь­зуется при определении направле­ния. Например, если мотор разви­вает 500 л. с. при стандартных ат­мосферных условиях, то тот же мо­тор с той же регулировкой карбю­ратора будет развивать меньшую мощность, если температура возду­ха будет, например, 25° С или ат­мосферное давление будет меньше. Это опять не значит, что мы не можем получить 500 л. с. при указанных условиях; потребуется только большее «напряжение», т. е. подача более плотной горючей смеси в цилиндры при некотором открытии дросселя. Независимо от технических данных мотора, вам полезно иметь ясное предста­вление о зависимости между нагнетателем, составом смеси, темпера­турой и плотностью воздуха.

Рис. 318. Динамический гаситель колебаний (демпфер) Райт. Кривошипы мотора уравновешиваются грузами, прикрепленными к щекам со стороны, противоположной шатунной шейке. В связи с моментом инерции винта (считая, что винт вос­принимает каждый рабочий ход противовесов кривошипа), а также переменной величиной усилия, передаваемого винту после каждого рабочего хода, происходит некоторая вибрация мотора. Демпфер Райт представляет собой обычный противовес, который свободно колеблется, так как подвешен на двух шпильках (А). Он работает по принципу, сходному с указанным на рис. 319. Если положить на край стола деревянную доску, то ее выступающий конец отло­мится под сильным ударом, прежде чем подскочит часть, лежащая на столе. Когда мотор работает, свободно поставленный противовес, вследствие вращения, развивает центробежную силу (рис. 320). Груз демпфера крутильных колебаний достаточно велик и так подо­бран, что при различных оборотах мотора колеблется с различными частотами; поэтому направление инерционного момента, создаваемого демпфером при всех скоростях, противоположно направлению крутя­щего момента во время каждого рабочего хода. В результате дости­гается более плавная передача крутящего момента от цилиндра квинту.

рио. 817.

Чтобы объяснить, как это про­исходит, приведем следующий при­мер. Вы садитесь в автомобиль, за­пускаете мотор, выключаете сцепле­ние, включаете первую скорость и резко включаете конус. При этом получится внезапное приложение си­лы, приводящее к сильному толчку. Постепенное включение конуса даст плавное трогание с места.

Цилиндры авиамоторов всегда из­готовлялись из стали, но вначале слишком мало внимания обращали на степень ее твердости. В результате цилиндры подвергались значитель­ному износу. Было установлено, что долговечность мотора может быть 318. увеличена и его работа в воздухе будет безопаснее, если стенкам ци­линдра придать твердость, превышающую твер­дость обыкновенной стали. Поверхности ци­линдров мотора Райт, так же как некоторые его детали, обработаны так называемым про­цессом нитрации. Этот процесс состоит в том, что цилиндры, шестерни и другие детали под­вергаются действию аммиака в печи при тем — рис. пературе 550° С в течение 50 часов (10 часов из этого времени используются для постепен­ного охлаждения частей цилиндра). Поверх­ности, для которых слишком значительная твердость нежелательна, при закалке покры­ваются защитным слоем олова. Стекловидная, закаленная поверхность делается на 300—400% тверже, чем она была в первоначальном состоя­нии (рис. 321). Самые незначительные детали обработки имеют важное значение для надеж­ности авиационного мотора. К числу таких деталей относятся закругление краев некоторых металлических частей или шлифование нарезок болтов, придающее им большую прочность.

Рис. 322. Все части, вхо­дящие в конструкцию ави­ационного мотора, должны быть самым тщательным об­разом осмотрены. Так как невооруженным глазом не­возможно увидеть все де­фекты, особенно в сталь­ных частях, то приходится прибегать к способу «элек­тромагнитного исследова­ния». Часть, подлежащая осмотру, намагничивается рИс. в течение 0,5 секунды, как 321′ показано в /, затем погру­жается в ванну 11, напол­ненную реактивами, пе­речисленными на рисунке.

Если в металле имеются дефекты, частицы окиси железа выявят слабые ме­ста (А). Затем осматривае­мая часть промывается в ванне III и размагничи­вается (IV).

Сведения О ГОрЮ — Ряс.

чем. Мощность авиацион — 322′ ного мотора без нагнетателя при подъеме уменьшается со скоростью, превышающей скорость уменьшения плотности воздуха. Количество горючего, расходуемого мотором на каждую лошадиную силу в час, называется удельным расходом горючего. Мотор с нагнетателем раз­вивает одну и ту яш мощность на уровне моря и на расчетной вы­соте; однако, на последней он расходует горючего меньше. Удельный расход горючего увеличивается с увеличением мощности мотора не­зависимо от высоты.

Рис. 323. На этом рисунке наглядно показан приближенный расход горючего, в зависимости от мощности мотора и высоты полета.

Рис. 324. Для того чтобы уяснить себе способность мотора с нагнетателем поддерживать мощность на более значительных высотах, посмотрите на рисунок. Предположим, что данному

Ш

Мощность 6 зависимости от вЬісотЬі при скорости 240км/час

МоїцностЬ по отношению к удельному расходу горю­чего на уровне моря и на границе вЬ/сотности Рис. 323.

 

Pile. 324.

самолету требуется мощность в 275 л. с., чтобы лететь па уровне моря со скоростью 240 км/час. Для полета с той яге скоростью, но на большей высоте требуется меньшая мощность. Это значит, что при той же мощности мотора скорость самолетов на больших высотах увеличивается. Почти на всех высотах ниже расчетной уве­личение скорости полета влечет за собой еще более значительное увеличение расхода горючего. Так, например, увеличение скорости полета на 30% (при сохранении всех прочих равных условий) вы­зовет, по крайней мере, 100%-ное увеличение расхода горючего.

Для каждого данного числа оборотов коленчатого вала в минуту мощность мотора уменьшается, примерно, пропорционально умень­шению давления во всасывающем трубопроводе, если подобное изме­нение имеет место на той же высоте. С другой стороны, с увеличением высоты при моторе, работающем с тем же числом оборотов в минуту и с тем же давлением во всасывающем трубопроводе, мощность мотора увеличивается вследствие уменьшения противодавления при выпуске отработанных газов. Эти условия остаются в силе до рас­четной высоты данного мотора.

Наилучший километраж на литр горючего для данного мотора определяется на его расчетной высоте, при полете со средней ско­ростью. Средняя скорость определяется типом самолета.

Рис. 325.