СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

СУ представляет собой совокупность двигателей с агрегатами, системами, устройствами, обеспечивающими надежную работу ВС в заданных условиях эксплуатации (полет).

Основным показателем эффективной работы СУ является полезная нагрузка двигателя, т.е. тот вес который он может поднять исключая свой собственный. Иными словами двигатель не должен возить сам себя иначе его работа становится бесполезной.

Vполезн = G_ВС – G_СУ , где G_ВС – масса ВС, а G_СУ – масса силовой установки.

Современные СУ.

В середине ХХ двигателя были поршневыми (ПД), с воздушным винтом (ВВ).
Увеличение V_max требовало увеличение мощности (тяги двигателя).
КПД ВВ быстро уменьшается по причине развития волнового кризиса, в процессе его работы. Повышение мощности приводит к недопустимому увеличению веса и габаритов СУ.

V_max – 800 км/ч – 55%(от КПД)
– 900 км/ч – 80%

Это ограничивало применение ПД на больших скоростях, на смену ему пришел ТРД, ТВД (турбореактивный и турбовинтовой двигатели).

Назначение СУ: создание, необходимой для полета на всех режимах ВС силы тяги, а также для приведения в действие всех агрегатов и систем ВС (систем жизнеобеспечения, противообледенения).

Для создания той потребной V в формуле у = Су·ρ·V²/2·S_кр.

В СУ входят: двигатели (основные, вспомогательные (ВСУ) – расположены в хвосте), ВВ, моторама.

угол 9⁰ – взлетный угол самолета, больше всего катастроф происходит на взлете.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

· впуск горючей смеси,

· сжатие рабочей смеси,

· рабочий ход,

· выпуск отработавших газов.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 8а).
Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор, о чем мы с вами поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса горения.
При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Как медицинская сестра, готовясь сделать укол, набирает шприцем лекарство из ампулы. За счет перемещения поршня шприца, над ним создается разряжение, которое и засасывает из ампулы то, что позже «вольется» в «мягкое место» пациента. Почти то же самое происходит и в цилиндре двигателя в процессе такта впуска.
Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется – рабочая.

Второй такт - сжатие рабочей смеси (рис. 8б).
При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке.
Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается.

В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. А в сумме, от начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт - рабочий ход (рис. 8в).
Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал. Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, винт самолета.
В самом конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода, сгорающая смесь начинает активно расширяться. А так как впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход - давить на подвижный поршень.

Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт - выпуск отработавших газов (рис.8г)
При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

При такте выпуска коленвал делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.
После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск... и так далее.
Полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта - рабочего хода! Остальные три такта называются подготовительными (выпуск, впуск и сжатие) и совершаются они за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции.

Топливная смесь срабатывает за промежуток времени 0,003 – 0,01 сек.
Со скоростью 1500 – 2000 м/с. Температура в конце процесса достигает 1700-2000 Кельв.

Механическое КПД равно 0,7 – 0,9 и зависит от типа двигателя по способу образования смеси топлива с воздухом а). образуется непосредственно в цилиндрах с впрыском или в специальном устройстве – карбюраторе.

ТРД – двигатель, в котором используются материалы (спирт, керосин, кислород), при сгорании которых создается реактивная струя.

В отличии от ПД рабочий процесс протекает непрерывно, не разделяясь на отдельные такты.

В качестве топлива применяют авиационный керосин. В ТРД получают мощность от 30.000 до 90.000 л.с. (на турбине) (900 км/ч).

У современных ТРД давление выхода из компрессора равно 5-10 атмосферам.

Р_к = 5 – 10 кг/см² (Р_к – давление компрессора)

Температура газов в камере сгорания 1100 – 1200 К.

При выходе из турбины газ обладает большой тепловой энергией, его давление выше атмосферного. Тепловая энергия – потенциальная (без движения), преобразуется в процессе расширения в кинетическую.

Часть ее идет на вращение турбины, вращающей в свою очередь компрессор и агрегаты, другая часть – на создание реактивной тяги.

Двигатель выдвинут довольно сильно относительно передней кромки крыла. Интерференция крыла и двигателя.

Выдвинутый вперед двигатель дает малое лобовое сопротивление х, т.е. крыло – чистое, полностью работает на у.

Лопатки компрессора установлены под 90^о, чтобы улучшить эффективность работы компрессора (чтобы воздух не скользил по лопаткам не производя полезного действия).

Поступающий воздух (Р_атм) в воздухозаборник увеличивается, проходя ступени компрессора. Винты компрессора раскручиваются, сжимая воздух, увеличивая мощность атмосферного давления. Т.е. после первой ступени атмосферный воздух прибавляет атмосферы (Р₁ становится Р₂). Давление повышается на каждой ступени.

Входное устройство подводит воздух к компрессору. Рабочие лопатки компрессора, воздействуя на воздух (по аналогии вентилятора) закручивают поток и прогоняют его вдоль двигателя (оси) в сторону выхода из компрессора, в каждой ступени компрессора происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную Р.

Эффективность процесса сжатия воздуха характеризуется степенью повышения Р.

П_к = Р₂/Р₁ (Р₁ – на входе в компрессор, Р₂ – на выходе)

Далее воздух направляется в КС (камеру сгорания), где сжигается с топливом, разделяясь на два потока.

Первичный – 25-35 % поступает в КС, где происходит основной процесс сгорания.

Вторичный – обтекает наружные поверхности КС, охлаждая ее и на выходе из КС смешивается с продуктами сгорания уменьшая температуру потока до значения определенного жаропрочностью лопаток турбины.

Газовый поток, обладает высокими температурами и давлением, устремляется на турбину через суживающийся сопловой аппарат, где его скорость резко возрастает до 450-550 м/с и потенциальная энергия частично преобразовывается в кинетическую.

Из СА (спрямляющего аппарата) газовый поток поступает на лопатки турбины, где кинетическая энергия газа преобразовывается в кинетическую работу вращения турбины и вместе с ней компрессора.

Дальнейшее расширение газов до атмосферного давления происходит в выходном сопле.

Р = G_в/q (W-V) q – 9.8 постоянно, W – скорость на выходе, V – скорость полета.

Т.к. ТРД требует большого расхода топлива, перешли на ТВД (турбиновинтовой двигатель). Принцип действия ТВД схож с ТРД. Добавили только редуктор, уменьшающий число оборотов, через шестерное зацепление. Т.к. ТРД разгоняет турбину до 20.000 оборотов, лопасти воздушного винта могут не выдержать такой нагрузки и погнутся. ТВД – 12.500 ÷ 60 = 208 об/сек

Принцип действия ТВД

Часть мощности, развиваемой турбиной, идет на вращение компрессора, а ее избыток – на вращение воздушного винта (ВВ).

Пт = 20.000 об/мин. На всех режимах обороты вращения ВВ должны быть
П₃ = 750 -1500 об/мин. В этом диапазоне скоростей КПД ВВ максимально.

На 1500 об. скорость обтекания воздушным потоком на концах лопастей достигает скорости звука 1200 км/ч и создает сопротивление на лопатках.

Для лучшего использования газового потока турбину делают 3-4 ступенчатой.

На которой срабатывается до 90% энергии потока, а 10% срабатывает в реактивную тягу в сопловом аппарате.

Р_ТВД = Р_ТРД + Р_ВВ , где Р_ТВД – тяга реактивного двигателя;
ПД: n = N_T = N_э·η_в= - общая формула для поршневого двигателя.

Разворачивающий момент

СУ – хвостовая часть

Принцип работы винта состоит в том, что при его вращении захватывается лопастями большая масса воздуха и отталкивается назад.
Лопасти воспринимают силу реакции воздуха, представляющую силу тяги винта, которая толкает ВС вперед – обтекает потоком крыла.

Идея продлить области высокой эффективности ТВД на малых скоростях полета, на которых КПД ТВД еде не достаточен.
Расход топлива снизился на 15-20% по сравнению с ТРД (чем больше тепла, тем больше скорость).

ТРДД – отличительный признак – дополнительный воздушный контур по которому сжатый воздух подается непосредственно на выхлоп двигателя (реактивное сопло).

Эффективность лучшая, экономичен, меньше уровень шума, высокая пожаробезопасность (низкие температуры на наружной поверхности двигателя).

Двигатель имеет малое число ступеней и длину, низкий удельный вес, высокую устойчивость компрессора при полетах в больших ﮮα (G_дв/Р_дв).

На больших углах альфа помпам не хватает топлива, двигатель начинает работать неустойчиво, топливо заливает двигатель (приходится переводить двигатель на меньший режим). В ТРДД такого не происходит.

Сравнительная характеристика двигателей:

1. ПД на ВС с малой грузоподъемностью, V = до 600 км/ч
2. ТВД – высокая экономичность, грузоподъемность, дальность, продолжительность полета. V = 850-950 км/ч (890-900)
3. ТРД – большие скорости полета за счет большой тяги при уменьшении веса двигателя. V = 950-970 и более км/ч, но и больший расход топлива.
4. ТРДД – см. выше.

ВЕРТОЛЕТ.

Самостоятельные работы:

1. Вертолеты ГА нового поколения, их конструктивные особенности и преимущества.
2. Последствия нарушения работы системы жизнеобеспечения на ВС .

Вертолет – ВС тяжелее воздуха, которое поддерживается в полете в основном за счет реакции воздуха с одним или несколькими несущими винтами, вращаемыми силовой установкой вокруг своей осей, находящихся примерно в вертикальном положении.

Идея создания принадлежи Леонардо Да Винчи (1475). М. Ломоносов построил модель аппарата с несущими винтами (1754).

Первые проекты вертолета разработаны в 1907-1910 годах. Лучшим из них был проект Юрьева в 1909.

1940 – Братухин «Омега».
Особенное развитие строение В. в нашей стране получило после ВОВ.

В ГА применяются В. Камова, Миля, Яковлева.

Особенности конструкции:

В Ми-8 – одновинтовая схема (для создания у – один винт) с хвостовым винтом, двух ТВД.
В ГА используется в вариантах: транспортный Ми-8 Т – 4т в кабине, 3т на подвеске.
пассажирский Ми-8 – 28 пассажиров.

В снабжении электро-, радио-, приборо- и спец. оборудованием, обеспечивающее выполнение полетов днем и ночью (визуально и по приборам).
Установлен автопилот, стабилизирующий В относительно трех осей, что обеспечивает пилотирование.

Двигатели имеют систему автоматического поддержания частоты вращения (оборотов) и синхронизации мощности обоих двигателей.( т.е. если один винт – 12т, др. – 10т, то мощность распределяется равномерно).

Турбина и компрессор развивают n – 21400 об/мин,
ВВ (возд. винты): НВ (несущий) – меньше в 62.5 раза
ХВ (хвостовой) – меньше в 4,64 раза.

Эти особенности и достоинства позволяют широко применять В. в народном хозяйстве, использования для перевозки пассажиров и грузов в условиях бездорожья.

• Охрана лесов, тушение пожаров, рыбо-, геолого- и др. разведка
• Строительство

В по G_max подразделяется на три класса:

1. с массой более 10т: Ми-8, М-6, Ми-10К, Ка-32.

2. 10-5 тон: К-25

3. 5 и менее Ми-2, К-26

Вертолет классифицируется по признакам:

1. по числу несущих винтов (НВ): одновинтовые, двух и многовинтовые.

Одновинтовая схема была предложена Юрьевым в 1911 году.

Имеет наибольшее распространение, компенсация реактивного момента НВ осуществляется тягой развиваемым рулевым винтом (РВ).

Вращение НВ создает реактивный момент, поворачивающий корпус вертолета в сторону противоположную вращению винта.

Двухвинтоваясхема (соосная).
Геометрические размеры, формы лопастей, углы атаки и частота вращения двух винтов одинаковы – реактивные моменты уравновешиваются.

Преимущества:

1. относительно малые габаритные размеры
2. компактность конструкции

Недостатки:

1. сложность системы управления
2. отрицательно взаимное влияние НВ.

(на двухвинтовом также, как и на одновинтовом, при поломке одного из винтов, вертолет начнет крутить в воздухе – наступит неуправляемый полет, в случае с одновинтовым, в данной ситуации речь идет о рулевом винте)

Дата добавления: 2014-05-28; просмотров: 975; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!