ЛОБОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СИСТЕМ ВСАСЫВАНИЯ И ВЫХЛОПА

*

Система всасывания. Неправильный’подход к конструированию и расположению систем — всасывания и выхлопа может понизить, как показывают расчеты, скорость полета с 500 до 475—480 км/час; такие же ошибки для самолета со скоростью 700 км/час приведут к потере не 20 км/час, а 60 и даже более.

Какие же требования должны быть поставлены перед систе­мами всасывания и выхлопа?

‘Правильно сконструированный и правильно установленный всасывающий патрубок должен:. 1) обеспечить увеличение вы­сотности мотора под действием скоростного наддува, 2) иметь минимальное сопротивление. ‘Выхлопные патрубки должны позво­лить использование реакции выхлопа.

Поі соображениям, аналогичным изложенным в предыдущем разделе, мы не даем методику расчета всасывающих и выхлопных патрубков.

Этот расчет может и должен быть обязательно сделан, на­пример, методами, разработанными ЦАГИ [117, 118, 119, 120, 165] и НИИ ВВС [103]. В настоящем разделе будут освещены лишь основные принципиальные вопросы и дана общая оценка потерь для ‘Приближенного учета сопротивления системы всасывания и системы выхлопа.

Всасывающий патрубок карбюратора должен быть поставлен там, где поток не заторможен расположенными впереди частями конструкции. Совершенно неприемлемо помещение его в аэро­динамической тени. Невыгодным может быть расположение па­трубка слишком близко к оси винта, так как поток за комле­выми частями винта может не дать полного напора.

Исследования, проведенные ЦАГИ [164], показали, что может оказаться выгодным поместить всасывающий патрубок внутри входной части капота (см. фиг. 160). Хотя при этом теряется до 40°/о скоростного напора, зато понижается лобовое сопротивле­ние патрубка, и значение Kmax до пределов высотности мотора увеличивается на 1,5—2%, а за пределами высотности увеличи­вается на 0,5—1%.

При отсутствии сеток перед карбюратором можно придать всасывающему патрубку такую форму, прй которой потери
напора в колене патрубка будут столь — незначительными, что увеличение скорости от винта их компенсирует, и возрастание давления у карбюратора при полете со скоростью V будет

близко к скоростному напору.

При больших скоростях полета для уменьшения миделя вса­сывающего патрубка может оказаться выгодным сделать площадь его входного отверстия меньше площади сечения патрубка кар­бюратора. Кроме того, часто во всасывающем патрубке уста­навливаются предохранительные сетки. В том> и в другом случае происходит потеря части ско­ростного напора:

V сРГ2

л?=£ V

Коэфициент ;, по исследо­ваниям ЦАГИ, для наиболее рационального по форме вса­сывающего патрубка без сет­ки оказался равным около 0,15 [118].

При часто употребляемой сетке из проволоки толщиной 0,2 мм со 140 ячейками на 1 смг, расположенной под наи­более выгодным углом накло­на, равным 45°, потеря ско­ростного напора, вызванная

этой сеткой, оценивается коэфициентом ; = 0,3 [119].

Увеличение давления перед карбюратором под действием ско­ростного наддува, или его части (1—;) р, приводит к повыше — мню высотности мотора, но мощность его практически не увели­чивается.

Если высотная характеристика мотора при отсутствии ско — оостного наддува изобразится кривой аЪс (фиг. 216), то при £ = 0 она примет вид если же £ не равно нулю, то мощ­

ность с высотой будет изменяться по кривой а, Ь.,с,.

Увеличение высотности мотора Н при £ = 0 можно получить непосредственно из фиг. 217.

Если £ не равно нулю, то Нг — аЬ. Н. Зависимость поправок — Д/-/

ного коэфициента а—.———— — от также приведена на фиг. 217.

Величину £ можно получить из расчета всасывающего патрубка г118]. Для лучшего патрубка, показанного на фиг. 218 (без сеток), при скорости 500 км! час £ = 0,15.

Увеличение высотности при современных скоростях весьма зна­чительно. Так, например, при скорости 700 км/час и при £=0 лЯ = 1800 м. при £ = 0,15 ЛЯ = 1490 м, если же во всасываю-

щем патрубке поставлена сетка и в связи с этим £ повысится до 0,45, то Л// станет равно 700 м, т. е. прирост высотности понизится более чем в 2 раза. Следует заметать, что увеличение высотности на 1500 м повышает l^max примерно на 30 км/час.

Сопротивление патрубка состоит из внутренних гидравлических потерь, пропорциональных отношению скорости потока у входа

АН

в карбюратор* к скорости полета, и внешних потерь, связанных с обгеканиед патрубка потоком. При изменении площади сечения патрубка у в уход а в карбюратор изменится соотношение скорости в патрубке и скорости полета, одновременно изменится £ и Сі-гатр Меняя соотно^іленгие между площадью входа в патрубок и его сечением -у ^карбюратора, мы влияем! на отношение внешнего • сопротивлениям патрубка к внутреннему. Выбор лучшего патрубка заключается ав нахождении таких его размеров и — формы, при которых увелтшемие £ и благодаря этому потеря высотности мотора в погдете и величина затраты мощности на продвижение патрубка находятся в наиболее выгодном соотношении.

Цля патрубка, имеющего форму, показанную на фиг. 218, при т, = 0,78, высотности мотора 5000 м и скорости 500 км/час отно­шение ~л/"-р равно примерно 0,05, при скорости 700 км/час оно

N міі

равно 0,105. Повышение высотности мотора до 10 000 м снижает iN

—~1’— соответственного 0,04 и 0,08 ввиду уменьшения внешних

/v„»j

потерь в связи с ‘понижением плотности воздуха. Эти цифры получены на основании экспериментов ЦАГИ по нахождению Сі натр — По опытам, проведенным! в США, с. х„агр получился не­сколько ниже, однако все же и по этим* данным потери на вса — ывании велики. Следует заметить, что, если скорость полета

равна 700 км/час, то даже при лучшем патрубке потеря мощности на всасывании достигает 10% мощности мотора. При этом все же является выгодным помещать всасывающий патрубок в незатор-

(

N N

——м———————- | От

Ри+ан Рв)

■ сличения высотности больше, чем то уменьшение сопротивления атрубка, которое может быть получено при установке его в ме — ■ гах с пониженной скоростью.

Система выхлопа. Обратимся к сопротивлению системы выхло­па. При современных скоростях полета реактивная тяга, создавае­мая струей газа, выходящей из выхлопного коллектора, достигает Рачительной величины. Последняя зависит от скорости полета, ско­рости выхода газов сп и количества их, связанного с мощностью мотора. Сужение отверстия для выхода газов из коллектор^ уве­личивает с„, что повышает реактивную тягу, в то же время, ввиду увеличения противодавления на выхлопе, падает мощность мо-

тора и тем сильнее, чем — меньше высота полета. Умножив, реактив­ную тягу на скорость пошета и разделив на 75, мы получим реак­тивную мощность дN. Зависимости Д /V от скорости полета и ско­рости выхода газов са для мотора мощностью 1000 л. с. даны на фиг. 219. На этой же фигуре приведены потери мощности ДЛ/„, вызванные сужением; отверстия для выхода газов (увеличением противодавления), и диаметр отверстия Dп в функции с„ и высоты полета. Очевидно, наивыгоднейшее значение с„, а следовательно, и диаметр выходного отверстия будут при максимуме разности (AN — qДЛ/м )■

Пользуясь фиг. 219, следует помнить,* что. па ней даны дна-

Говоря о выигрыше, получаемом в результате правильного подбора площади выхода газов, мы должны вести сравнение IS. N не с мощ­ностью мотора, а с располагаемой мощностью, равной Nwrh В этом, случае, считая т)=кр,78, из фиг. 219 мы получаем, что на высоте 5 000 м при скоростях 500 и 700 км/час выигрыш, получающийся от использования реакции выхлопа, равноценен повышению мощности мотора соответственно на 6,5 и 11%. На высоте 10 000 м эти цифры поднимаются до 10 и 15%.

Как показали последние исследования [1661 при замене кол­лектора индивидуальными выхлопными патрубками выигрыш в мощности увеличивается по сравнению с подсчитанными по фиг. 219 у земли на 80%, на высоте 3000 м—-на 55%, на высоте 6000 м — на 33% и на высоте 9000 м — на 21%.

К сожалению, никаких данных — по внешнему сопротивлению самой системы выхлопа в печати нет.

На фиг. 220 показаны выхлопные патрубки реактивного типа, разработанные английской моторной фирмой Роллс-Ройс. Па­трубки имеют относительно обтекаемую форму и их сх можно считать равным 0,2. При скорости полета 700 кмічас на высоте 5000 м «потеря мощности, вызванная сопротивлением таких кол­лекторов, достигает 4% мощности мотора. Для скорости 500 км/час зга потеря снижается до — 1,5%.

Анализ суммарных потерь. Посмотрим, что дает суммирование потерь — на всасывании и выхлопе для высоты 5000 м.

Скорость полета

500 кмічас

700 км/час

Потеря на всасывании в % от мощности мотора

-5

-10,5

Эффект реакции на выхлопе в % от мощности мотора (в скобках — при индивидуаль­ных патрубках) ……………………………………………………………….

+6,5 (+5)

+11.0 (+15)

Потеря на лобовое сопротивление выхлопного коллектора в % от мощности мотора. .

-1,5

— 4,0

0(+2,5)

-3,5 (+0,-)

»Ото Добавочная мощность от реакции выхюпа JiN и потеря мощности Ра от увеличения противодавления ANM в зависимости от скорости по­лета V и скорости газов на выхлопе са; NM = 1000 л. с.

Для высоты 10 000 м такое же суммирование дает выигрыш порядка 5—7% мощности мотора.

Естественно, проведенные подсчеты’ не претендуют на большую точность. Однако они показывают, что практически, делая прики — дочный расчет тогда, когда еще нельзя определить более точно сопротивление системы всасывания и системы выхлопа, допустимо считать, что реакция выхлопа компенсирует потери на сопро­тивление выхлопного1 коллектора и всасывающего’ патрубка.

Вод сверху

Фиг. 220. Выхлопные патрубки фирмы Роллс-Ройс.

Увеличение же высотности. мотора при этом следует подсчитывать, пользуясь фиг 217 и считая £ = 0,15. Конечно, такое допущение можно делать только в том случае, если предположено применить коллектор или патрубки, использующие реакцию выхлопа, провести изыскание наилучшей формы и положения всасывающего патрубка и отказаться от сеток в нем.

Если реакция выхлопа не использована, то при скорости 700 км/час на высоте около 5000 м система всасывания и выхлопа потребует 14,5% мощности мотора. Допустим при этом, что сетки, стоящие во всасывающем патрубке, приведут к потере напора. После инее будет равносильно уменьшению отношения

л/” , входящего В формулу Птах, на 18%. В итоге суммарные

потери в мощности превысят 30%, последнее же приведет к сни­жению скорости полета с "700 до 640 ‘км/час и даже менее Совершенно очевидно, эти потери не должны быть ни в коем случае допущены,’и конструктор не в праве считать такие детали конструкции самолета как всасывающие или выхлопные патрубки, деталями, не имеющими большого значения в вопросе достижения больших скоростей полета.

Характерен тот факт, что несмотря на большие трудности ин­дивидуальные реактивные выхлопные патрубки стали применяться в настоящее время у звездообразных моторов.

Оставьте ответ

Вы можете использовать эти HTML теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>