От jazzist Ответить на сообщение
К All Ответить по почте
Дата 13.07.2021 13:57:43 Найти в дереве
Рубрики Прочее; WWII; ВВС; Версия для печати

непосредственный впрыск, карбюраторы и так далее

напомню в чем была проблема.

в Перми при разработке М-82ФН пришли к таким выводам, процитированным Г. Серовым:

Установка НВ на М-82 дала прирост мощности 45 л.с. (2,7%) на взлетном режиме, 55 л.с. (4%) на номинале 1-й скорости и 75 л.с. (6,8%) на номинале 2-й скорости. Увеличение эффективной мощности мотора с НВ объяснялось тремя факторами:

1. Уменьшением затраты мощности на нагнетатель (сжатие одного воздуха меньшей плотности, а не паров топлива);

2. Понижением температуры смеси в конце наполнения (т.е. увеличением расхода воздуха) в результате уменьшения работы, сообщаемой от колеса нагнетателя;

3. Уменьшением гидравлических потерь во всасывающих трубопроводах и клапане всасывания вследствие отсутствия топлива (подача одного воздуха).

Преимуществом НВ являлась также меньшая неравномерность состава смеси по цилиндрам мотора, особенно при низких температурах, когда испаряемость топлива резко понижалась.

Однако взлетное давление наддува у мотора с НВ было ниже, чем у мотора с карбюратором, так как нагнетатель сжимал один воздух, а также отсутствовал охлаждающий эффект испаряющегося топлива в смеси. А это в свою очередь понижало высотность мотора с НВ на 1-й скорости на 130 м, на 2-й скорости - на 300-320 м.


Однако г-н Bigfoot всё это подверг остракизму, заявив, что основную роль играют улучшение продувки цилиндров и более равномерное распределение смеси по цилиндрам. Сие он извлек из работы сотрудника ЦИАМ Покровского. Далее было заявлено, что англичанам НВ не потребовался, т.к. на самом деле даже лучший эффект дает распыление и испарение топлива в ПЦН:

>>оценки вполне релевантны.
>Они не имеют НИКАКОГО отношения к реальности. Ибо Вы совершенно неверно оценили важность эффектов и сделали вывод, противоположный практике. Применение НВ было более выгодно для двиглов, где карб стоял после ПЦН! А не наоборот.

>Объясню подробнее.
>Весь прикол в том, что основной эффект при вводе топлива в ПЦН - это охлаждение. Только ради этого англичаны не упражнялись с НВ. Потому как ввод топлива в ПЦН давал существенный прирост плотности на выходе за счет испарения топлива, и, соответственно, мощности. Сие прописано в литературе по "мерлинам". Все остальные бонусы НВ они не отрицали, но считали охлаждение смеси важнее.
https://vif2ne.org/nvk/forum/0/archive/2933/2933663.htm

Получается противоречие с пермскими выводами, которое Bigfoot разрешает в женской манере: в Перми дураки люди недалекие.

На призывы разобраться с физикой явлений он как-то не откликнулся, но по-прежнему регулярно допускает колкости и даже призывает к стыду
https://vif2ne.org/nvk/forum/0/archive/2945/2945582.htm

поскольку всё это уже как-то поднадоело, то пришлось преодолеть лень и как-то оформить "выступление в защиту завода №19".

Главная проблема тут в том, что приходится рассматривать течения многофазной среды (воздух плюс капли). Это по сю пору не самая простая задача и в те годы она была вообще крайне сложная. Однако есть способ упрощенного рассмотрения явлений. Поток с каплями заменяется потоком идеального газа, но сжатие в ПЦН теперь не адиабатическое (в отличие от учебника Стечкина), а политропное. Показатель политропы будет меньше адиабатического 1,4, но больше изотермического 1. Со способами замены многофазной среды идеальным газом можно ознакомиться по приведенным мной ранее книгам ракетчика Стернина "Основы газодинамики двухфазных течений в соплах" или Уоллиса "Одномерные двухфазные течения". Из всего этого для дальнейшего важно только то, что показатель политропы 1 < n <= 1,4. Далее можно пользоваться обычным законом сохранения энергии для потоков газа, при этом этот закон вообще вырождается в простой учет тепла, поскольку кинетической энергией этого нового газа пренебрегается (скорости потока на входе и выходе ПЦН примерно одинаковы).

Далее надо рассмотреть смесь с коэффициентом избытка 0,7 (примерно макс. мощность мотора), пропустить ее через карбюратор, допуская там испарение, засунуть в ПЦН и сравнить с адиабатической работой сжатия сухого воздуха L_ад.


[830K]



Испарение бензина в карбюраторе и в трубопроводе будет понижать температуру, что для термодинамики хорошо. Только вот засада в том, что для М-82 нельзя понизить температуру смеси на входе в ПЦН ниже примерно 3 град Цельсия. Иначе в ПЦН полетит лед и ему просто сплохеет. Для этого городят специальный подогрев смеси. Сколько можно испарить бензина до ПЦН? Зависит от показателя политропы, летчиков учат, что при Т_нв 15 град С это будет примерно 0,5 кг бензина (пользуются адиабатой). Мы можем взять и бОльшую массу, т.к. знаем, что n меньше адиабатического:


[913K]



Далее после карбюратора смесь с температурой 276 К идет в ПЦН. Теперь это уже новый газ с каким-то своим показателем политропы n'. Нет нужды вообще рассчитывать величину n', проще взять ее как параметр и рассчитать работу сжатия в зависимости от этого параметра. Вторым параметром будет масса бензина, испарившаяся до ПЦН. Можно ввести и третий параметр - массу бензина, которая так и не испарится в ПЦН, но я этого делать тут не стал, слишком сложные картинки получаются, а качественно всё остается то же самое. Поэтому принимаем, что весь бензин не испарившийся до ПЦН испаряется в нем. Это нормальное допущение, т.к. в противном случае эти капли оседают на крыльчатке, диффузоре и тем самым только увеличивают гидравлическое сопротивление (которым вообще здесь пренебрегается) и сам показатель политропы (он становится больше адиабатического и всё делается с т.зр. затраты мощности на привод ПЦН только хуже). Уравнение энергии для течения в ПЦН от сечения 1' до 2 на листочке. Задаваясь давлением на выходе ПЦН и температурой на входе можно вычислить работу как функцию n' для разных масс испарившегося бензина и сравнить ее с адиабатической L_ад.

Вообще можно поставить два случая: либо на ПЦН отбирается фиксированная мощность, тогда можно выиграть в степени повышения давления. Либо требовать конкретную величину давления на выходе ПЦН и выиграть в меньшей затрачиваемой мощности. Или проиграть.

Модель грубая и поэтому разумно посмотреть, что она дает для случая распыления воды перед компрессором. Известно, что тут надо распылять малые количества типа нескольких грамм на 1 кг сухого воздуха. также известно, что показатель политропы для такой смеси около 1,1 плюс-минус 0,05. Результат на картинке и, действительно, для малых расходов и n около 1,1 можно получить меньшие затраты мощности процентов на 10.


[23K]



а вот что получается для бензина


[30K]



При характерных для М-82 давлениях нагнетателя в духе 1200 мм рт ст выигрыша нет, есть только проигрыш, примерно 20%, что дает уменьшение потребной мощности в случае сжатия сухого воздуха на те самые 15-20 л.с. из выигранных 45 (см. цитату из Серова выше). Зато при характерных для хайтековского ПЦН Мерлина высоких степеней повышения давления можно получить выигрыши. Это будет зависеть (и зависело) от конкретной технической реализации конкретного мотора. Физика не запрещает ни проиграть, ни выиграть.

Вообще говоря выгоден не "ввод топлива в ПЦН" (см. Bigfoot'a выше), а полное его испарение до ПЦН. Чего, к примеру, и стараются достичь, распыляя воду в малых ГТУ с центробежными компрессорами. Люди там считают, что попадание неиспарившейся воды в сам компрессор это плохо с кучи разных сторон, надо стараться всю ее испарить до рабочего колеса.

Теперь от физики перейдем назад к истории техники. Последняя формула для разности температур позволяет, в принципе, экспериментально определить показатель политропы для конкретного ПЦН с конкретным карбюратором. Надо гонять его на разных режимах, измерять давления и температуры. Новые двигатели обычно препарируются на заводах в ходе их отработки. Такие эксперименты дадут возможность нарисовать индикаторную диаграмму. Утверждения о том, что в Перми неправильно разобрались в причинах повышения мощности М-82НВ равносильны тому, что там не смогли построить индикаторную диаграмму для М-82НВ и сравнить ее с индикаторной диаграммой М-82. Т.е. они равносильны заключению "ты теперь умнее них тогдашних". Нет оснований для такого заключения.

ша-ба-да-ба-да фиА...