Характеристика разгона двигателя на приёмистости
Автоматизация приёмистости ГТД
Лекция 11
Приёмистость двигателя – процесс перехода с режима маголого газа на режим максимальной тяги. Этот процесс характеризуется временем приёмистости
Разгон двигателя на приёмистости наиболее полно отображается на характеристике компрессора. Для разгона двигателя необходим избыточный момент на турбине, что обеспечивается увеличением расхода топлива и соответствующим повышением температуры
Время приёмистости двигателя может быть определено из уравнения движения ротора турбокомпрессора:
Время приёмистости
Особенностью приёмистости двухкаскадного ТРД является увеличение скольжения роторов
Характер изменения скольжения роторов двухвального ТРД
1- на установившемся режиме, 2 – при разгоне, 3 – при дросселировании
При резком увеличении расхода топлива теплоперепад на турбине ВД увеличивается в большей степени, чем на турбине НД. Это приводит к ускоренному увеличению частоты вращения ротора ВД и увеличению скольжения роторов.
Разгонная характеристика для ротора ВД имеет такой же вид, как и для одновального ТРД.
1 – оптимальный разгон, 2 – реальный разгон, 3 – линия установивших ся режимов, 4 — дросселирование.
При разгоне
Разгонная характеристика по ротору НД определяется расходом воздуха на выходе из компрессора НД, т.е. частотой вращения ВД. При медленном разгоне происходит снижение запаса
При проектировании двигателя время приёмистости определяется в результате интегрирования системы дифференциальных уравнений и построения переходного процесса по частоте вращения.
Для получения минимального времени приёмистости необходимо изменять расход
Быстродействие системы подачи топлива намного превышает требуемую скорость подачи топлива во время приёмистости. В целях исключения повышенной подачи топлива при резком переводе РУД применяют специальные автоматы приёмистости. К которым относятся гидрозамедлитель и ограничитель нарастания давления.
| | | следующая лекция ==> | |
| Лекция №11 | | | Гидрозамедлитель как автомат приёмистости двигателя |
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Похожие патенты RU2401413C1
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Бикалиберная ракета (варианты) | 2016 |
|
RU2616206C1 |
| РАКЕТА | 2009 |
|
RU2399867C1 |
| Двухступенчатая вращающаяся по крену ракета | 2019 |
|
RU2715009C1 |
| РАКЕТА | 2002 |
|
RU2202761C1 |
| РАКЕТА | 2004 |
|
RU2279629C2 |
| УПРАВЛЯЕМАЯ ПУЛЯ | 2013 |
|
RU2527366C1 |
| БИКАЛИБЕРНАЯ УПРАВЛЯЕМАЯ РАКЕТА | 2014 |
|
RU2569995C1 |
| Бикалиберная ракета | 2017 |
|
RU2657300C1 |
| СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ УПРАВЛЯЕМОЙ РАКЕТОЙ И РАКЕТА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ | 2006 |
|
RU2324143C1 |
| РАКЕТА | 2002 |
|
RU2222771C1 |
Крутящий момент дизельного двигателя
Особенностью дизельных двигателей сравнительно с бензиновыми аналогами является более высокий крутящий момент и меньшая мощность. Дело в том, что дизельные моторы имеют суженный диапазон оборотов. Это связано с конструктивными отличиями таких моторов (ход поршня), а также более высокой степенью сжатия и спецификой процесса сгорания дизтоплива.
Другими словами, дизель изначально не приспособлен для работы на высоких оборотах. Следовательно, агрегат не так хорошо раскручивается. Параллельно с этим температура выхлопа у дизельного двигателя ниже по сравнению с бензиновым, а также на «низах» моторы на солярке не так склонны к детонации. В результате конструкторы смогли установить сложные и максимально эффективные системы турбонаддува именно на дизель.
Благодаря таким особенностям крутящий момент дизельного двигателя на низких оборотах намного выше аналогичных атмосферных или тубированных бензиновых ДВС. Поднимать мощность такого агрегата не имеет смысла, так как уверенная тяга на низах, высокий КПД и топливная экономичность полностью перекрывают небольшое отставание дизелей по показателю мощности и максимальной скорости.
Добавим, что потенциал дизеля позволяет сделать его даже мощнее бензиновых собратьев, но это приведет к существенному удорожанию и утяжелению всей конструкции двигателя. Также понадобится доработка системы питания дизельного мотора и установка более выносливой КПП, которая будет способна выдерживать просто огромный крутящий момент. Не следует забывать и об экологических нормах, для соответствия которым мощные дизели потребуют серьезной модернизации. Получается, поднимать мощность дизеля сегодня попросту нецелесообразно.
Асинхронный двигатель
Асинхронный агрегат – устройство, особенность которого заключается в том, что частота вращения магнитного поля, создаваемого его статором, всегда больше частоты вращения его ротора.
Принцип действия асинхронной машины похож на принцип действия трансформатора. Применяются законы электромагнитной индукции (изменяющееся во времени потокосцепление обмотки наводит в ней ЭДС) и Ампера (на проводник определенной длины, по которому течет ток, находящийся в поле с определенным значением индукции, действует электромагнитная сила).
Асинхронный двигатель в общем случае состоит из статора, ротора, вала и опоры. Статор включает в себя следующие основные составляющие: обмотка, сердечник, корпус. Ротор состоит из сердечника и обмотки.
Основная задача асинхронного двигателя – преобразование электрической энергии, которая подается на обмотку статора, в механическую энергию, которую можно снять с вращающегося вала.
Что зависит от объема
Что такое объем двигателя автомобиля Одной из важнейших характеристик любого бензинового или дизельного двигателя является его рабочий объем. С момента появления первых ДВС эта характеристика мотора выступает первостепенным показателем, по Чем больше смеси топлива с воздухом попадает в цилиндры двигателя и сгорает там, тем больше энергии при этом выделяется. В цилиндры полуторалитрового мотора войдет за цикл намного меньше топлива, чем в трехлитровый, а значит — и больше энергии выйдет на вращение коленвала. Большой мотор — лучшая разгонная динамика, больше предельная скорость и крутящий момент. Но и большее потребление топлива.
Но с мощностью не все так очевидно. Применение турбин (принудительное нагнетание воздуха) позволило снимать больше мощности с единицы объема. Так, атмосферный двигатель Форд 1.6 л выдает мощность, равную 115 л.с., а 1-литровый Форд Экобуст с турбонаддувом — 125 л.с. И крутящий момент у турбированных ДВС выше, и пиковое его значение доступно уже с низов.
Машины с большими объемами двигателей стоят дороже, чем такие же, но с меньшим объёмом. Дело в том, что себестоимость такого ДВС дороже, ему нужна другая трансмиссия, выхлопная и охлаждающая системы, другие тормоза и прочее.
По этой причине бюджетные автомобили, как правило, малолитражки, двигатели которых просты в изготовлении, не имеют сложных систем и электроники. Так как вес этих авто небольшой, то маленького моторчика хватает для комфортного перемещения по городу и сносной динамики. Невысокая стоимость в совокупности с низким расходом топлива делает их популярными у автолюбителей.
Почему названия модели больше не содержат в себе объем мотора
Когда на рынок пришли турбированные двигатели (дизельные и бензиновые), ориентироваться по «шильдикам», висящим на задней части машины, стало намного сложнее. Изначально все было понятно: «BMW 535D» — дизельный БМВ пятой серии с двигателем объемом 3.5 литра.
Мощный атмосферный пятилитровый мотор после установки турбонаддува уменьшает свой объем до 4.4 литра, но обозначается все равно как пятилитровый. Наглядно это видно на машинах Мерседес, которые уже отвязали названия своих моделей от объема. Например, версия «AMG63» уже давно не несет в себе 6.2-литровый двигатель. Вместо него теперь устанавливается ДВС объемом пять с половиной литров. Но модель все равно называется «AMG-63».
Как увеличить объем ДВС
Можно физически увеличить камеру сгорания путем расточки цилиндров. Это называется — форсирование двигателя. Сильно прирастить объем таким образом не получится — блоки цилиндров рассчитаны на свои пределы расточки, которые составляют не более трех капитальных ремонтов двигателя. При таких ремонтах цилиндры, имеющие уже от износа форму эллипса, растачиваются до придания им идеально круглой формы, туда устанавливаются ремонтные поршни с ремонтными кольцами и другие детали двигателя, имеющие увеличенный размер.
Купить поршни и прочие детали для двигателя авто можно только в максимальном размере, соответствующем третьему ремонту. Смысл более глубокого тюнинга пропадает из-за его нецелесообразности, так как дешевле и проще купить двигатель большего объема, а вот его уже можно расточить.
Несколько способов повысить производительность ДВС
Форсирование двигателя имеет основные принципы, и такие работы могут быть проведены по-разному. Самым популярным и распространенным способом повышения производительности мотора есть, как и было сказано выше, увеличение рабочего объема камеры сгорания. Если у гоночного автомобиля такой параметр изменить бывает сложно, так как он жестко прописан в техрегламенте, то для обычного легкового транспортного средства это возможно. По стандарту всех выпущенных на сегодня легковых моделей авто ограничивается лишь геометрический размер ГБЦ.
Первый способ механического форсирование предусматривает замену коленвала на другой, с более увеличенным ходом и диаметром цилиндров.
Для форсирования двигателя можно заменить коленвал
Кроме этого, усилить двигатель внутреннего сгорания можно и другим методом. Это можно сделать путем установки приводного компрессора. Этот метод очень популярен в западных странах, в частности в США. На автомобиль устанавливается приводной компрессор или тот же механический нагнетатель, который проводится от коленвала. Что происходит? Благодаря этому методу (впрочем, то же происходит и при использовании первого способа) крутящий момент увеличивается во всем диапазоне эксплуатации ДВС.
Следующий способ поднять показатели ДВС — это смещение пика крутящего момента. Такой способ применяется в основном в спорте. Пик крутящего момента сдвигается в направлении высоких оборотов, и главной целью в таком случае является уменьшить сопротивление при впуске воздуха в цилиндры. Как этого добиться? Очень просто. Нужно устранить определенные ступеньки, которые образуются в области соединения впускного коллектора с ГБЦ и карбюратором. Для этого обычно полируют впускной коллектор, поле чего вставляют клапаны большего размера, используя специальные головки.
Что касается карбюратора, то его часто заменяют, используя для этого сдвоенный вариант с горизонтальным протоком. В итоге такой метод форсирования ДВС дает увеличение суммарного сечения диффузора, а смесь распределяется по всем цилиндрам равномерно, ведь потока топливной смеси не приходится менять направление на выходе из карбюратора.
Установка и настройка распредвала для увеличения мощности двигателя
Следующий способ повышения мощности ДВС — это совсем другая установка распределительного вала. Другими словами, его нужно поставить с широкими фазами, что значительно улучшает наполнение камеры сгорания на высоких оборотах и происходит это за счет снижения момента на «низах». Через это автомобиль, наделенный таким распредвалом, при движении вынуждает водителя постоянно задействовать рычаг КПП, чтобы обороты ДВС не падали, а сам силовой агрегат, если можно так выразиться — не тупел.
Настройка впуска и выпуска — это очередной способ повысить мощность двигателя. Что дает этот способ? Благодаря ему удается повысить передачу крутящего момента в узком диапазоне за счет резонанса. Форсирование ДВС этим методом позволяет увеличить мощность двигателя, и приходится уже ставить не обычные, а легкие кованые поршни, чтобы сохранить приемлемость инерционных нагрузок.
Наконец, увеличение степени сжатия дает возможность увеличить показатели ДВС. Это объясняется тем, что детонация на высоких оборотах возникает достаточно редко. Правда, владелец такого двигателя должен суметь обеспечивать свой автомобиль высокооктановым бензином, но, если знать, как уменьшать расход топлива, метод станет лучшим.
Говоря другими словами, этот способ форсирования двигателя предусматривает изменение фаз газораспределения.
3D-печатный ракетный двигатель
Шотландская частная космическая компания Orbex продемонстрировала прототип якобы самого большого в мире цельного ракетного двигателя, выполненного из порошковых материалов на промышленном 3D-принтере производства немецкой компании SLM Solutions. Первые орбитальные запуски собственных ракет запланированы на 2021 год.
Стартап Orbex базируется в городе Форресе и рассчитывает стать первым европейским частным космическим предприятием, занимающимся орбитальными запусками коммерческих и исследовательских спутников. Работы над легкой ракетой-носителем Prime ведутся при технической поддержке специалистов NASA, Европейского космического агентства (ESA) и компании Arianespace. Первую ступень планируется сделать многоразовой, а грузоподъемность будет достигать 150 кг при выводе полезной нагрузки на солнечно-синхронную орбиту. Ожидается, что за счет широкого применения углепластика, алюминиевых композитов и технологий 3D-печати удастся достигнуть 30-процентного снижения массы и 20-процентного прироста эффективности в сравнении с ближайшими аналогами. В случае с прототипом двигателя применение аддитивных технологий позволило добиться двукратного снижения себестоимости и десятикратного сокращения временных издержек в сравнении с традиционными производственными методами.
Заявленные характеристики делают шотландскую ракету прямым конкурентом носителей уже работающей на коммерческом рынке американо-новозеландской компании Rocket Lab. Более того, эти два предприятия намереваются поделить космодром в Сатерленде, хотя им придется производить запуски с отдельных пусковых комплексов ввиду использования разного топлива: если ракеты Electron от Rocket Lab летают на керосине, то носители Prime будут заправляться более экологичным пропаном.
Как и Rocket Lab, печатающая двигатели на 3D-принтерах, Orbex полагается на аддитивные технологии: на иллюстрациях показана вторая, разгонная ступень с двигателем, выполненным на крупноформатном промышленном 3D-принтере SLM 800 по технологии селективного лазерного наплавления металлопорошковых композиций. Полезный объем этих систем позволяет выращивать изделия размером до 500х260х800 мм. Разработчики утверждают, что это самый большой ракетный двигатель с цельной конструкцией (видимо, не считая сопла — прим. ред.), что возможно только благодаря технологиям 3D-печати. Такой подход должен обеспечить повышенную надежность ввиду отсутствия сварочных швов и разъемных соединений.
Инвесторы вложили в Orbex около сорока миллионов долларов, а первую отдачу планируют получить уже через пару лет: в 2021 году должен состояться первый экспериментальный запуск с полезной нагрузкой. Заказчиком выступает британская компания Surrey Satellite Technology Ltd. Кроме того, Orbex уже достигла соглашения о запуске как минимум десяти аппаратов со швейцарской компанией Astrocast SA, работающей над глобальной сетью из 64 наноспутников для интернета вещей. Ракеты для доставки еще двадцати спутников зафрахтованы компанией Elecnor Deimos, одним из ключевых инвесторов Orbex.
Даем определение
Объем двигателя измеряется не в литрах, а в кубических сантиметрах. Об этом знают даже те, кто далек от автомобилей и просто слышал об этом от знакомых водителей. Однако для большинства эта цифра не значит ровным счетом ничего, что является довольно печальным фактом.
О чем же говорит объем двигателя, и на что влияет данная величина? Для ответа на этот вопрос стоит вспомнить о том, как , и за счет чего происходит движение его составных частей и механизмов. Дело в том, что в двигателе имеется несколько цилиндров, в которых располагаются подвижные поршни. В цилиндры под давлением впрыскивается смесь, состоящая из паров бензина и воздуха. Как только смесь попадает в цилиндры, производится ее поджиг при помощи свечей зажигания, и поршень при расширении горящей смеси перемещается вверх или вниз.
На что это влияет? По этой цифре можно сделать сразу несколько выводов, которые, возможно, для многих покажутся очевидными.
Во-первых, сразу становится ясно, каков будет примерный расход топлива при одних и тех же оборотах. Это объясняется тем, что за один такт в двигателе с большим объемом будет находиться большее количество литров топлива, которое, тем не менее, будет заменено на новое через строго определенное время.
Во-вторых, таким образом можно судить и о том, какова приблизительная мощность мотора и его классификация. Действительно, чем большее количество смеси было внедрено в цилиндры за один такт, тем большее количество энергии будет выделено при горении. В случае с многими атмосферными моторами объем является ключевым фактором, и при аналогичной конструкции вместе с этим показателем растет и суммарная мощность, выражаемая в лошадиных силах.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Разгон — асинхронный двигатель
Разгон асинхронного двигателя с фазным ротором происходит путем поочередного вывода ступеней роторных резисторов. Вводом сопротивлений резисторов в цепь ротора пусковой ток двигателя снижается. Роторный ток проходит не только через обмотки двигателя, но и через пусковые резисторы. Поэтому часть тепла при пуске двигателя выделяется в роторном пусковом резисторе, снижая нагрев самого двигателя.
Разгон асинхронного двигателя с фазовым ротором происходит путем поочередного вывода ступеней роторных сопротивлений. Вводом сопротивлений в цепь ротора пусковой ток двигателя снижается. Роторный ток проходит не только через обмотки двигателя, но и через пусковые сопротивления. Поэтому часть тепла при пуске двигателя выделяется в роторном пусковом сопротивлении, снижая нагрев самого двигателя.
При разгоне асинхронного двигателя частота вращения ( об / мин) его вала возрастала по закону п — 1000 ( 1 — e — t / % Определить частоту вращения в моменты времени / 1, 2, 5 с, если постоянная времени т 1 с. В какой момент частота вращения будет равна 500 об / мин.
Сопоставить динамические и статические характеристики при разгоне асинхронного двигателя можно по данным табл. 11.1, при составлении которой принято, что статический момент на валу пускаемого двигателя равен нулю.
Таким образом, наибольшее возможное нарастание скорости при разгоне асинхронного двигателя обеспечивается не максимальным значением пускового момента, а средней величиной момента за весь период нарастания скорости.
В качестве примера, поясняющего введенные понятия, рассмотрим управление процессом разгона асинхронного двигателя , которое можно осуществить, изменяя амплитуду и частоту питающего напряжения. Координатами состояния объекта являются частота вращения ротора, потребляемые токи, тепловое состояние элементов конструкции.
Итак, величина тепловых потерь в обмотке ротора за все время разгона асинхронного двигателя , нагруженного только инерционными массами, зависит исключительно от момента инерции этих масс и от установившейся скорости вращения.
Примерами переходных процессов эксплуатационного характера являются включение в сеть переменного тока и последующий разгон асинхронных двигателей , асинхронный пуск синхронных двигателей, самосинхронизация синхронных генераторов.
На рис. 2 — 14 совмещены графические зависимости среднего за время разгона вращающего момента и относительного времени разгона ненагруженного асинхронного двигателя от величины критического скольжения.
Сравнивая выражение (19.32) с выражением (17.30), замечаем, что величина Waz равна запасу кинетической энергии в инерционных массах, вращаемых двигателем. Таким образом, закон, установленный ранее для количества тепла, выделяющегося за время разгона двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением, сохраняет свою силу и для роторных обмоток асинхронных двигателей. Итак, при разгоне асинхронных двигателей , нагруженных только инерционными массами, половина энергии, сообщаемой ротору, расходуется на ускорение этих масс, а другая половина выделяется в виде тепла в обмотке ротора. Это является основным законом тепловых потерь в роторной обмотке. Такая закономерность сохраняется как при изменении электрических параметров двигателя, так и при ускорении или замедлении процесса его пуска. Если часть сопротивления цепи ротора выведена наружу ( внешний реостат), то тепловые потери при пуске двигателя распределятся между внутренней и внешней частями роторной цени пропорционально их сопротивлениям.
Основные способы форсирования двигателя
В списке наиболее распространенных методов увеличения мощности двигателя отмечают:
Модернизация ГБЦ
Наиболее важную роль в доработке двигателя играет правильная подготовка головки блока цилиндров. Качественно выполненный тюнинг ГБЦ способен обеспечить прирост мощности двигателя до 20%. В таком моторе значительно улучшается наполнение цилиндров смесью топлива и воздуха, полноценнее протекает процесс сгорания смеси, эффективнее реализован отвод отработавших газов.
Работа с ГБЦ нацелена на то, чтобы максимально улучшить процесс сгорания топливно-воздушной смеси в рабочей камере. Именно в камере сгорания энергия газов передается на поршень, который затем совершает рабочий ход. Смесеобразование, вентиляция, воспламенение и сам процесс горения топлива напрямую зависят от исполнения камеры сгорания. По этой причине во время доработки вносятся изменения в устройство указанной камеры, осуществляется полировка камеры сгорания, увеличивается проходное сечение головки блока цилиндров, расширяются впускные и выпускные каналы, дорабатываются клапана, коллекторы совмещаются с каналами головки.
Установка спортивного распредвала
Данное решение представляет собой достаточно эффективный способ увеличения мощности мотора без изменения его рабочего объема. Тюнинговый распредвал предполагает форсировку двигателя путем изменения фаз газораспределения на определенных режимах работы силового агрегата. Такой распредвал позволяет сдвинуть мощностной диапазон применительно к особым условиям, в которых используется транспортное средство. Например, данное решение способно поднять тягу на «низах», при этом в режиме высоких оборотов разгонная динамика закономерно ухудшается.
Например, на двигатель производства ВАЗ с рабочим объемом 1.7, который имеет коленвал с ходом 78 мм и поршень 82.4 мм, тюнеры часто устанавливают распредвал с подъёмами клапанов от 10.93 мм и более. Такая компоновка двигателя считается наиболее удачной, мотор раскручивается до 7500-8000 об/мин, двигатель хорошо тянет практически во всем диапазоне оборотов.
Увеличенный объем
Увеличение рабочего объема двигателя достигается путем установки коленчатого вала, который имеет больший ход сравнительно с заводским решением, а также в результате увеличения диаметра цилиндра. Дополнительно нужно учитывать, что изменение объема двигателя параллельно требует увеличения объема камеры сгорания для достижения оптимального баланса.
Более высокая степень сжатия
Увеличенная степень сжатия позволяет значительно повысить КПД двигателя. Степень сжатия имеет зависимость от фаз газораспределения. Если точнее, то степень сжатия зависит от той задержки, с которой осуществляется закрытие впускного клапана. Дополнительно степень сжатия зависит от того угла, на который открыта дроссельная заслонка.
Увеличение степени сжатия достигается благодаря форсированию ДВС при помощи тюнингового распредвала, который обеспечивает более широкие фазы, тем самым увеличивая показатель геометрической степени сжатия. Также для прироста мощности требуется заправка бензином, который имеет более высокое октановое число. Такой способ форсирования обеспечивает увеличенную мощность во всем диапазоне оборотов двигателя.
Улучшенное наполнение цилиндров
Комплекс работ для получения более высокого коэффициента наполнения цилиндров представляет собой один из методов форсирования двигателя, который требует доработки или полной замены штатного впуска и выпуска. Например, серийный мотор ВАЗовской «восьмерки» имеет показатель максимального коэффициента наполнения на отметке 0.75.
Тюнерам удается добиться снижения сопротивления путем модернизации впускной системы двигателя, при этом коэффициент наполнения становится 1.0 и даже более. Такое увеличение является результатом снижения аэродинамического сопротивления как во впускной и выпускной системах, так и в каналах самой ГБЦ.
Мощность и крутящий момент ДВС
Для большинства рядовых автолюбителей понятие о показателе максимальной мощности и крутящего момента сводится к тому, что чем больше мощность, тем больше окажется и крутящего момента, а также более мощный двигатель всегда лучше. При этом чёткое понимание указанных характеристик мотора у многих отсутствует.
Смятение в этот лагерь также внесло растущее число «дизелистов», среди которых намного больше внимания уделяется именно кутящему моменту, а не мощности дизельного мотора. Также следует упомянуть и о турбомоторах, которые могут разгонять автомобиль намного быстрее, хотя мощность самого ДВС с наддувом заметно уступает атмосферным аналогам с намного более внушительным количеством «лошадей» под капотом. Получается, мощнее, но не всегда динамичнее и быстрее? Давайте разбираться, почему так происходит и чем «моментная» характеристика отличается от «мощностной».
