ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ, МАСЛА И ГОЛОВОК. ЦИЛИНДРОВ НА РЕЖИМЕ МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ

На самолетах с поршневыми двигателями регулирование тем­пературы масла, воды или головок цилиндров производится пу­тем изменения выходного сечения туннелей радиаторов или юбок капота при помощи открытия заслонок. Открытие этих заслонок создает добавочное лобовое сопротивление.

Так как на режиме максимальной горизонтальной скорости общее сопротивление относительно мало, то при открытии за­слонок максимальная скорость изменяется весь­ма сильно-: при полном открытии заслонок можно потерять до 8—10% ско-рости. Поэтому при испытании самолета на эффек­тивность охлаждения весьма важно оценить не только изменение температуры, но и изменение скорости.

29»

На установившемся режиме полета, пренебрегая потерями тепла в соединительных трубопроводах, мы можем считать, что тепло, отдаваемое двигателем, целиком рассеивается радиато­ром. Так как все дальнейшие рассуждения совершенно одинако­вы для температуры воды, головок цилиндра и масла, мы для определенности будем говорить о температуре воды и соответ­ственно о заслонках водорадиаторов, имея в виду, что результа­ты рассуждений целиком переносятся и на температуры масла и головок цилиндров.

Напишем уравнение баланса теплоотдач:

CN? (А — tB) = Ct (a~(V)n(tB -1„). (19. 8)

Пусть мы имеем полет при других атмосферных условиях и при другом положении заслонки туннеля. Обозначив индек­сом «1» все параметры в этих новых условиях, можно написать такое же уравнение баланса

CNTi (А — tBl) = С1 (alb VtntBl — tm). (19.9)

Разделив одно уравнение на другое, получим

{А ~ ^ _ /аЪУЛп *■! —/jg 10)

аУу I fB — tH

При помощи этого уравнения можно решать все задачи пере­счета на другие условия полета.

При одинаковых атмосферных условиях мощность двигателя остается неизменной[29]. Поэтому уравнение (19.10) можно пере­писать следующим образом:

(19.11)

где индексом «0» обозначены параметры при каком-то опреде­ленном положении заслонок. Это уравнение очевидно определяет зависимость температуры воды от степени открытия заслонки.

Зависимость скорости от положения заслонки определяется двумя уравнениями горизонтального полета:

су pSVі = О] ±cj>SV* = 7bNe-nB. (19.12)

Для самолетов с іпоршневьіми двигателями коэффициент сх можно считать функцией от су, но, кроме того, он зависит от степени открытия заслонки.

У современных высотных двигателей мощность сравнительно мало изменяется с высотой, если исключить участок высот око — ло потолка, не являющийся расчетным для охлаждения. Поэто­му при одном и том же положении заслонки коэффициент се на режиме максимальной скорости почти не изменяется с высотой. В самом деле, из уравнений (19. 12) легко получить

сит от Су и от Следовательно, можно считать, что сх на

режиме максимальной скорости изменяется мало при заданном открытии заслонки. А тогда и отношение

(где индекс 0 относится к начальному положению заслонки), за­висящее от угла открытия заслонки и атмосферных условий, то­же мало зависит от атмосферных условий. Иначе говоря, можно считать, что величина у практически зависит только от отклоне­ния заслонки.

Этот вывод подтверждается многочисленными расчетами, а также специальными летными испытаниями. В виде примера приводим на фиг. 19.2 результаты летного эксперимента для двухмоторного бомбардировщика.

— есть функция только fa, то и ве — Уо

(19.15)

есть функция только /а. В самом деле, как уже было указано, величина а есть функция только fa, если отвлечься от влияния чисел Re и М; последнее почти не играет роли для самолетов

с поршневыми двигателями, далеких от волнового кризи­са, а число Re практически не играет роли на режимах максимальной скорости, так как поток на этих скоростях является практически авто­модельным.

Теперь мы можем пере­писать наше соотношение

(19.11) следующим обра­зом:

(19.16)

вО

Из этого уравнения видно, что функцию z, а также функ­цию у, легко найти, если известны величины tB и V в функции fa на какой-нибудь высоте при одной и той же величине tн — Обычно для получения этих зависимостей производят полет на опреде­ленной высоте, желательно вблизи границы высотности двигате­ля (так как там температурная напряженность двигателя наи­большая) при нескольких (4—5) открытиях заслонки радиатора и записывают fa, V, tB и f#. Затем строят V (или Vi) в функции fa (фиг. 19.3), выбирают определенное положение заслонки /и0

V Vi

(обычно положение «по потоку») и строят величины у= — =———

V’O vi0

и z по формуле (19. 16) в функции fa. На фиг. 19.4 приведены в виде примера эти функции для того же самолета, к которому относится и фиг. 19.2.

При помощи двух функций у и z мы можем теперь решать все задачи, относящиеся к пересчету полученных при испытании параметров на любые условия полета. Тремя важнейшими зада­чами являются следующие:

1. На некоторой высоте при температуре атмосферного воз­духа /я получены скорость V и температура tB. Найти, какие ве­личины получатся при том же открытии заслонки на той же высоте, но при другом значении і’н (в частности, при стандарт­ных условиях или в РАТУ).

2. При некоторых условиях полета и некотором открытии за­слонки fa получены значения V и tB. Найти значения этих вели­чин при тех же условиях полета, но при другом значении fa.

3. При некоторых условиях полета и некотором открытии заслонки получены значения V и tB. Каковы будут значения V и f’a при другом заданном значении tB?

Если мы умеем решать эти три основные задачи, то, комби­нируя их, мы можем решить любую задачу пересчета. Обратим­ся сначала ко второй задаче.

Пусть при значении fa получена скорость V имеем V = =yV0; но при значении открытия заслонки f ‘a мы имеем V’=y’V0 отсюда

V’ = ^v. (19.17)

У

Далее, из формулы (19.16) легко получить

f. _ z (А — fB(]) t/j + (/bq — ід) A

2 (Л — <bo) + ^bO — (ff

г (^b — iff) A+ (A — /в) 2 (*в — (я) + (Л — >в)

Перепишем уравнение (19. 18), подставив вместо z и 4 их значения г’ и tB при другом открытии заслонки fa, и подста­
вим в полученное выражение значение £в0 из уравнения (19.19); получим

fВ (А — tB)JrA(tn — tg)

————————- (19.20)

Это уравнение можно было бы написать и сразу, исходя из следующих соображений: выбор значения /л0 условен и мы вправе взять за величину /в0 именно /а, но тогда надо вели­чину z’ заменить относительной величиной —; следователь­но, достаточно в формуле (19.18) заменить £в0, tB и z, соот­ветственно, величинами: tKt U и —, чтобы получить форму-

2

лу (19.20).

Теперь мы можем окончательно решить вторую задачу; до­статочно подсчитать t’B по формуле (19.20) и V’ по форму­ле (19. 17).

Перейдем к третьей задаче. Зная ін и А, можем полу­чить /в о по формуле (19. 19). Зная /в0, ^яи А по формуле (19. 16), получаем г. Если произвести эти подстановки, получим

И эту формулу можно получить непосредственно из фор­мулы (19.16), если заменить z, tB и tuQ соответственно величи­нами—, tB и tB.

Зная z легко определяем /а и у откуда по формуле

(19.15) получаем V на чем и заканчиваем решение третьей задачи.

Первая задача представляет, по существу, задачу о приведе­нии значения скорости и температуры к стандартным условиям. Как делается приведение скорости, было показано в гл. X. Если приведение производится не к стандартным условиям, а к дру­гим, произвольно заданным (например, к РАТУ),— все сводится только к изменению значения ST//.

Возьмем логарифмический дифференциал равенства баланса теплоотдач (19.8):

dNe dfB dy. dV, dU dtH

m ———- -— = tl —- +П———— ———— — .

Ne A — /B 7 V — tfi tB —

Заменив дифференциалы поправками и учитывая, что

Заменив значения показателей значениями из гл. X, получим

1 + *■ ** . (п + mNT — nVT)1 ЗТя=

Тн J

= авоГя. (19.22)

Второй член в квадратных скобках сравнительно мал. В са­мом деле, возьмем крайний случай:

t—tH= 100+56= 156° С; Гя=216,5° К; п=0,8; т=0,6;

NT=—1,2; VT=—0,4.

Для второго члена получим значение

2^g — (0,8 — 0,6 • 1,2 + 0,8 • 0,4) = 0,288.

Следовательно, ошибки во втором члене, вызванные ошибками при определении величин п, m, VТ и N т, незначительно отражают­ся на окончательном результате и эти величины можно осреднить.

Обычно для коэффициента ав составляются специальные гра­фики, на которых а’в дается в функции tB и /я-Для быстрых при­кидок можно принимать среднее значение ав = 0,7—0,8.

Аналогично получаются формулы для пересчета температуры головок цилиндров:

ЫГ=(2Г$Тн (19. 23 V

и для температуры масла:

*tu=aJTH — (19.24)

Таким образом мы можем решить все три основные задачи Как уже указывалось, зная решение этих задач, можно решать все остальные задачи. Например, решим следующую весьма важную задачу: пусть при испытании самолета мы получили не­которую максимальную скорость 1/тахф при фактическом откры­тии заслонки /« и температуре воды tE надо найти максимальную скорость К шах в РАТУ при максимально допустимой температуре воды tB max. Для этого сначала решаем первую задачу и находим

максимальную скорость Vmax РАТУ и температуру воды £вРАТУ при расчетной температуре воздуха и том же открытии заслон­ки fa ф. Затем решаем третью задачу и находим искомые вели­чины fa рАту И Кmax ПРИ ТеМПераТуре ВОДЫ U max-

Приведем пример. Пусть мы имеем характеристики заслонок водорадиатора, приведенные на фиг. 19.4, и пусть при испыта­нии самолета на максимальную скорость была получена скорость Кг = 500 км/час на высоте #=4000 м при температуре воздуха ^я=—35° С = 238° К, температуре воды tB= 100° С и открытии заслонок /я ф—0,5. Надо найти максимальную скорость и необ­ходимое открытие заслонки /аРАту в РАТУ (t ирату=4°С) при максимально допустимой температуре воды ^втах=110оС.

Сначала приводим температуру воды к РАТУ при fa=const = = 0,5. Имеем

8 Тн = t„ рату — t„ = 4° — (- 35°) = 39°С; ав = 0,71;

UB = 0,71 • 39 = 27,7°С; tB РАТУ =100 + 27,7 = 127,7°С.

Из этого результата видно, что в РАТУ при fa=0,5 летать нельзя (/г рату>^в шх) и надо открывать заслонку. Далее, если V т——0,7, то

V ірату = 500 А 0,7- —] = 442 км/час.

Теперь решаем третью задачу. Имеем (при А=400°) по форму­ле (19.21):

По фиг. 19.4 находим:/а рату =0,83; у = 0,967; j/= 1,003 (для ЛФ = 0,5);

Л г’ т Г у’ ЛАП ^,967 ,

Vi рату =VirAT у У = 442 • ^-^ = 427 км/час.

Если охлаждающие устройства снабжены регуляторами, авто — матически поддерживающими заданную температуру при помо­щи воздействия на заслонки, то для получения кривых зависи­мости у и z от fa необходимо автоматы выключить (только на со ответствующий экспериментальный полет); во всем остальном методика остается неизменной. При этом скорость надо приво­дить к той температуре воды (головок цилиндров, масла), кото рая задана регулятору.

Очень часто, особенно при испытании серийных самолетов, ограничиваются только проверкой достаточности охлаждения, а пересчет максимальной скорости на максимальную температуру воды, головок или масла не производится.