Объем камеры сгорания это: Геометрические параметры двигателя: объем и степень сжатия

• Рядный двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением цилиндров, вращающих один общий коленчатый вал. Часто обозначается IN или LN («Straight-N», «In-Line-N»), где N-число цилиндров. Плоскость, в которой находятся цилиндры может быть строго вертикальной, или находиться под определённым углом к вертикали.

• V-образный двигатель(V) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала двигателя. V-образные двигатели выпускаются, по понятным причинам, только с четным количеством цилиндров. Такая компоновка позволяет значительно уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину. Наиболее распространенными являются двигатели с компоновкой V6 и V8, реже встречаются V4, V10, V12, V16.

• VR-образный двигатель — обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата. Получили распространение компоновки VR5 и VR6.

• Оппозитный двигатель имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок. Противолежащие друг другу цилиндры располагаются горизонтально. Как правило, выпускаются 4-х и 6-и цилиндровые варианты оппозитных двигателей.

• W-образный двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала или как бы две VR-компоновки. Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

• Тип привода ГРМ.
В современной мировой практике для уточнения типа клапанного механизма применяются следующие сокращения:
OHV обозначает верхнее расположение клапанов в двигателе.
OHC обозначает верхнее расположение распредвала.
SOHC обозначает один распределительный вал верхнего расположения.
DOHC обозначает конструкцию газораспределительного механизма с двумя распределительными валами расположенными сверху.

• Степень сжатия двигателя, компрессия.
Понятие степени сжатия не следует путать с понятием «компрессия», которое указывает максимальное давление создаваемое поршнем в цилиндре при данной степени сжатия (например: степень сжатия для двигателя 10:1, значение «компрессии» при этом соответствует значению в 14 атмосфер.).

• Степень сжатия ( ε ) — отношение полного объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем цилиндра при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Для бензиновых двигателей степень сжатия определяет октановое число применяемого топлива. Для бензиновых двигателей значение степени сжатия определяется в пределах от 8:1 до 12:1, а для дизельных двигателей в пределах от 16:1 до 23:1. Общая мировая тенденция в двигателестроении это увеличение степени сжатия как у бензиновых так и у дизельных двигателей, вызванное ужесточением экологических норм.


• Компрессия (давление в цилиндре в конце такта сжатия) ( p _c ) является одним из показателей технического состояния (изношенности) цилиндропоршневой группы и клапанов. У двигателей с серьезным пробегом, как правило, уже имеется неравномерный износ гильзы цилиндра и поршневых колец, в связи, с чем поршневое кольцо не плотно прилегает к поверхности цилиндра. Также изнашивается клапанный механизм, а точнее стержень клапана и направляющая втулка клапана. Вследствие перечисленных причин возникают потери герметичности камеры сгорания. p _c = p₀ * ε ⁿ
  Где:
  p₀ — это начальное давление в цилиндре в начале такта сжатия.
  ε— степень сжатия двигателя.
  
• Мощность двигателя. ( P )
Мощность — это физическая величина, равная отношению произведенной работы или произошедшего изменения энергии к промежутку времени, в течение которого была произведена работа или происходило изменение энергии.
Обычно мощность измеряется в Лошадиных силах ( Horse Power – англ).
Значение 1 л.с.( HP) = 0,735 кВт) или в Киловаттах ( 1 кВт = 1,36 л.с.( (HP)). Максимальное значение мощности и максимальный крутящий момент достигаются при различных оборотах двигателя.


P = M * ω = 2 * π * M * n

Где:
M – это крутящий момент ( Н * м ).
ω — угловая скорость ( рад / сек ).
n — частота вращения коленчатого вала двигателя. ( мин ^-1)


Как правило, во всех справочных автомобильных источниках, а также технических документации на транспортное средство указывается эффективная мощность.
Эффективная мощность двигателя – это мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя. Не путать с номинальной мощностью двигателя.


P _eff = V_H * p_e * n / K

Где:
V_H – рабочий объем двигателя ( см ³).
p_e — среднее эффективное давление ( бар ).
n — частота вращения коленчатого вала двигателя. ( мин ^-1)
K — тактовый коэффициент. ( K=1 для двухтактного ; K= 2 для четырехтактного двигателя )

Номинальная мощность двигателя это гарантируемая изготовителем мощность двигателя в режиме полного дросселя и заданной частоты вращения, то есть, при работе двигателя на номинальной частоте вращения при полной подаче топлива.

Для оценки экономичности ДВС используется показатель “Удельный расход топлива” обозначающий расход единицы топлива на единицу мощности в час. Который измеряется в г/(кВт·ч) и составляет;

250- 325 г/(кВт×ч) для бензиновых двигателей.

200–270 г/(кВт×ч) для дизельных.

• Охлаждение двигателя.
Чтобы избежать тепловых перегрузок, сгорание смазочного масла на направляющей поверхности поршня и неуправляемого сгорания из-за перегрева отдельных деталей, все части двигателя располагаемые вокруг камеры сгорания должны интенсивно охлаждаться. Используются две принципиальные схемы охлаждения:

• Непосредственное воздушное охлаждение. Охлаждающий воздух напрямую контактирует с нагретыми частями двигателя и обеспечивает отвод от них теплоты. В основе способа лежит принцип пропуска воздушного потока через оребренную охлаждаемую поверхность. Преимущества: надежность и почти полное отсутствие технического обслуживания. Удорожание стоимости отдельных деталей.
• Непрямое ( жидкостное или водяное) охлаждение, т.к. вода или другие охлаждающие жидкости обладают высокой теплоемкостью и обеспечивают эффективный отвод теплоты от нагретых поверхностей, большинство современных двигателей имеют жидкостные системы охлаждения. Система содержит замкнутых охлаждаемый контур, позволяющий применять антикоррозионные и низкозамерзающие присадки. Охлаждающая жидкость принудительно прокачивается насосом через двигатель и охлаждающий радиатор.
• Система питания двигателя.
Двигатели внутреннего сгорания выпускаются с различными системами питания, самые известные из них: Система Ecotronic – это система электронного управления работой карбюратора состоящая из дроссельной и воздушной заслонок, поплавковой камеры, системы холостого хода, переходной системы и системы управления подачей воздуха на холостом ходу. Двигатели с этой системой являются более экономичными по сравнению с карбюраторными, но уступают впрысковым двигателям.
Система Mono — Jetronic – это электронно-управляемая одноточечная система центрального впрыска высокого давления, особенностью, которой является наличие топливной форсунки центрально расположения, работой которого управляет электромагнитный клапан. Распределение топлива по цилиндрам осуществляется во впускном коллекторе. Различные датчики контролируют все основные рабочие характеристики двигателя, они используются для расчета управляющих сигналов для форсунок и других исполнительных устройств системы.
Система K- Jetronic — это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она является механической системой, которая не требует применения топливного насоса с приводом от двигателя. Она осуществляет непрерывное дозирование топлива пропорционально количеству воздуха, всасываемого при такте впуска. Так как система производит прямое измерение расхода воздуха, она может учитывать изменения в работе двигателя, что позволяет использовать ее вместе с оборудованием для снижения токсичности отработавших газов.
Система KE- Jetronic – это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она является усовершенствованным вариантом системы K-Jetronic. Она содержит электронный блок управления для повышения гибкости работы и обеспечения дополнительных функций. Дополнительными компонентами системы являются: датчик расхода всасываемого в цилиндры воздуха; исполнительный механизм регулирования качества рабочей смеси; регулятор давления, поддерживающий постоянство давления в системе и обеспечивающий прекращение подачи топлива при выключении двигателя.
Система L- Jetronic – это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она сочетает в себе преимущества систем с непосредственным измерением расхода воздуха и возможности, представляемые электронными устройствами. Также как система K-Jetronic данная система распознает изменения в условиях работы двигателя (износ, нагарообразование в камере сгорания, изменение в зазорах клапанов), что обеспечивает постоянный оптимальный состав отработавших газов.
Система L2- Jetronic это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Эта система обладает дополнительными функциями по сравнению с теми, которые предлагает аналоговое устройство L-Jetronic.
Система LH- Jetronic – схожа с L- Jetronic , различие заключается в методах измерения расхода всасываемого воздуха, так как в системе LH- Jetronic используется тепловой измеритель массового расхода воздуха. Поэтому результаты не зависят от плотности воздуха, которая изменяется в зависимости температуры и давления.
Система L3-Jetronic. Обладает дополнительными функциями по сравнению с теми, которые предлагает аналоговое устройство L-Jetronic. В электронном блоке управления системы L-Jetronic применяется цифровая обработка для регулирования качества смеси на базе анализа зависимости нагрузка / частота вращения коленчатого вала двигателя.
Система Motronic -состоит из ряда подсистем. Принцип системы основан на том что зажигание и впрыск топлива объединены в одну систему. И поэтому отдельные элементы системы обладают повышенной гибкостью и возможностью управлять огромным количеством характеристик работы двигателя.
Система ME-Motronic — эта система объединяет в себе систему впрыска топлива LE2-Jetronic , в которой помимо клапана дополнительной подачи воздуха в дополнительном воздушном канале, имеется повторный регулятор холостого хода, и систему полностью электронного зажигания VSZ.
Система Mono-Motronic — является скомбинированной системой зажигания и впрыска топлива на базе дискретного центрального впрыска топлива Mono-Jetronic.
Система KE-Motronic — является скомбинированной системой зажигания и впрыска топлива на базе непрерывного впрыска топлива KE-Jetronic.
Система Sport-Motronic — является усовершенствованной комбинированной системой зажигания и впрыска топлива обладает повышенной гибкостью и позволяет эксплуатировать двигатель в условиях с максимальной скоростной нагрузкой.
Система впрыска CR (Common Rail) — Система питания дизельного двигателя, это так называемая аккумуляторная топливная система, которая делает возможным объединение системы впрыскивания топлива дизеля с различными дистанционно выполняемыми функциями и в тоже время позволяют повышать точность управления процессом сгорания топлива. Отличительная характеристика системы с общим трубопроводом заключается в разделении узла, создающего давление и узла впрыскивания. Это позволяет повысить давление впрыскивания топлива.

• Количество коренных опор.
Количество коренных опор это параметр, влияющий на жесткость блока и на сопротивление различным нагрузкам коленчатого вала. Количеству коренных опор соответствует количество коренных подшипников скольжения. Количество шатунных подшипников скольжения равняется количеству цилиндров двигателя.

• Привод распредвала.
В мировом автомобилестроении получили распространение два типа привода распределительных валов:

• Ременной привод , это привод, осуществляемый с помощью эластичного, но прочного ремня, имеющего поперечные насечки (зубчатый ремень) для улучшения зацепления. Преимуществом ременного привода является невысокая шумность работы, простота конструкции, и как следствие меньшая стоимость и невысокая масса узлов газораспределительного механизма.
• Цепной привод , это привод, осуществляемый с помощью металлической цепи, которая своими звеньями приводит вращение зубчатых шестерен на коленчатом валу и распредвала. Основным преимуществом цепного привода является длительный ( по сравнению с ременным приводом) срок службы и повышенная надежность работы газораспределительного механизма.

Источник: www.motorzona.ru

Мощнее, экономичнее, безвреднее – Наука – Коммерсантъ

Последние 20 лет в автомобилестроении идет перманентная революция. Она распространяется на все детали — от колес до омывателя стекол. Но главное движение мысли инженеров направлено на двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Речь пойдет о ДВС с переменной степенью сжатия. Сейчас существует один серийный автомобиль с подобной технологией — Infiniti QX50. Но и в России существует разработка, способная потягаться с японской. Российский ДВС с переменной степенью сжатия создали инженеры Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института, или, говоря бюрократическим языком, ГНЦ РФ ФГУП НАМИ. (Кстати, именно эта организация делает автомобили марки Aurus.) ДВС с переменной степенью сжатия НАМИ представил на конференции в Германии зимой 2019 года.

Степенью сжатия называется отношение поршня, находящегося в нижней точке, к поршню, находящемуся в верхней точке. Почти во всех автомобилях этот показатель — фиксированный и определяется таким образом, чтобы не допустить взрыва топливной смеси. Возможность динамически изменять степень сжатия позволяет значительно поднять КПД автомобиля. То есть при малых нагрузках степень сжатия может быть выше, а при больших, когда в камеру сгорания попадает много воздушно-бензиновой смеси и возможна опасная детонация, степень сжатия уменьшается. Вроде все просто.

Одними из первых, кто попытался воплотить технологию в жизнь, стали инженеры фирмы SAAB. В 2000 году на автосалоне в Женеве они представили инновационный двигатель с изменяемой степенью сжатия. Суть разработки заключалась в том, что цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок (у обычных двигателей они существуют раздельно). Таким же образом были объединены блок-картер и шатунно-поршневая группа. (Блок-картер — это не что иное, как корпус, который объединяет и скрепляет все детали двигателя.) Так вот, изменение степени сжатия происходило за счет наклона моноблока относительно блок-картера с помощью гидропривода при неизменном ходе поршня. За всеми этими сложными словами скрывается простая задумка: когда нужно уменьшить степень сжатия, моноблок отклоняется от вертикали, что приводит к увеличению объема камеры сгорания и, соответственно, к нужному результату. Для увеличения степени сжатия угол наклона моноблока нужно уменьшить, уменьшив тем самым объем камеры сгорания. Руководит процессом электронный блок управления, который рассчитывает оптимальный угол отклонения в зависимости от множества факторов, начиная от нагрузки и заканчивая типом топлива.

Шведский двигатель объемом 1,6 л выдавал мощность 225 л. с. Прекрасный результат! Но еще и расход топлива уменьшился на 30%. Более того, удалось добиться существенного снижения выброса вредных веществ, что крайне важно для Швеции, где к экологии относятся исключительно внимательно.

Примерно в то же время, когда на Женевском автосалоне был представлен инновационный двигатель, компания SAAB перешла в полную собственность General Motors. Постепенно проекты вроде этого стали сворачиваться, а в 2010 году GM избавилась от шведской марки. Теперь ее вовсе не существует — осталась втуне и перспективная разработка.

Похожую задумку пробовали воплотить и инженеры немецкой компании FEV Motorentechnik. Их двигатель с переменной степенью сжатия был представлен в том же 2000 году. Немцы тоже пытались добиться результата за счет изменения объема камеры сгорания, но только не за счет блока цилиндров, как сделала SAAB, а за счет управления высотой подъема коленвала. Опорные шейки коленвала размещались в эксцентричных муфтах (эксцентриком называется механизм, который преобразует вращательное движение в поступательное), а они приводились в действие электромотором через шестерни. Поворот эксцентриков заставлял подниматься или опускаться коленвал, что и меняло объем камеры сгорания. Разработка была использована в турбированном четырехцилиндровом двигателе Volkswagen объемом 1,8 л. Мотор развивал мощность до 218 л. с., но в серию не пошел (по неведомым причинам).

Возможно, идея ДВС с переменной степенью сжатия так и осталась бы идеей, если бы в 2017 году Infiniti не выпустила свой VC-Turbo.

Японцы пошли отличным от коллег путем и применили траверсный механизм: шатун соединен системой рычагов с приводом электромотора, который, в свою очередь, регулирует через систему рычагов свободу движения поршня, изменяя степень сжатия. Главный успех Infiniti — в том, что пока это единственный производитель, которому удалось довести разработку до серийного производства. VC-Turbo используется в автомобиле Infiniti QX50, японцам удалось вместить в двухлитровый турбированный агрегат 270 лошадиных сил, увеличив экономичность на 27% по сравнению с аналогичными двигателями.

Алексей Теренченко, кандидат технических наук, доцент, директор центра «Энергоустановки» НАМИ, объясняет, что основной целью российских конструкторов было добиться идеального сочетания механизмов для получения максимального диапазона степени сжатия при минимальных затратах энергии на управление. Руководствуясь этой целью, конструкторы пришли к выводу, что добиться такого сочетания проще всего благодаря траверсному механизму. В этом смысле решение схоже с Infiniti, но есть и различия.

«Рядные двигатели, как правило, изначально имеют непропорциональную форму – они высокие и узкие. А все конструкторы пытаются сделать так, чтобы двигатель в моторном отсеке занимал пропорциональные — в отношении высоты, ширины и длины — размеры. Для этого все вспомогательные агрегаты вешаются по бокам. В нашей конструкции траверс примыкает к цилиндрам и находится сбоку. Infiniti же поместила механизм снизу. С точки зрения габаритов решение не самое удачное,— рассказывает господин Теренченко.— Нашим конструкторам удалось добиться диапазона хода поршня от 7 до 14, это очень хороший результат».

Основная проблема, продолжает Алексей Теренченко,— в стоимости двигателя. ДВС с такой технологией под капотом машины неизбежно переводит ее в премиальный класс. Для Infiniti — премиальной марки — нормально. Российский же автопром к такому пока не готов. Условной Lada Vesta не нужен такой двигатель, да и покупатель не готов переплачивать за навороченную разработку. Так что технология лежит на полке и ждет своего часа из-за банальной неготовности рынка ее принять. То есть не технология не дотягивает до серийного производства, а наоборот.

Более того, как говорит господин Теренченко, проблема еще и в том, что у России нет таких жестких норм чистоты автомобильного выхлопа, как в Европе или в США, а такие нормы становятся дополнительным стимулом для внедрения технологии ДВС с переменной степенью сжатия. Патовая ситуация.

Кузьма Лебедев

Камеры сгорания дизелей

У дизелей требования к форме камеры сгорания определяются процессом смесеобразования. Для создания рабочей смеси в них отводится очень малое время, так как почти сразу после начала впрыска топлива начинается сгорание, и остаток топлива подается уже в горящую среду. Каждая капля топлива должна войти в соприкосновение с воздухом как можно быстрее, чтобы выделение теплоты произошло в начале хода расширения.

Для удовлетворения этих требований необходимым является создание интенсивного направленного движения воздуха, но организовать этот процесс нужно так, чтобы с впрыскиваемым топливом смешалось необходимое для сгорания количество воздуха. Принципиально для этой цели существуют две возможности: направлять либо воздух к топливу, либо топливо к воздуху. У автомобильных дизелей используются оба способа.

В первом из них топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр несколькими струями (факелами), которые обдуваются вращающимся потоком воздуха. Скорость потока должна обеспечивать прохождение воздухом пути от одной струи к другой за время сгорания [2].

Число струй, однако, ограничено, и поэтому необходимое количество топлива должно впрыскиваться с определенной скоростью, чтобы обеспечивалось, его хорошее распыливание. Если топливо хорошо распылено, то оно быстро прогревается после впрыска в горячий воздух, и время, проходящее до его воспламенения (так называемая задержка воспламенения), уменьшается. Малое время задержки воспламенения нужно для того, чтобы количество топлива, поданного в камеру сгорания за этот период, не было настолько большим, чтобы после воспламенения вызвать резкое нарастание давления и большую жесткость работы двигателя. Регулирование процесса, сгорания может быть обеспечено законом подачи топлива в уже воспламененную среду.

Если скорость, время и количество подаваемого топлива определены, то можно рассчитать диаметр силовых отверстий распылителя форсунки, задавшись их числом. Для устранения опасности закоксовывания и обеспечения технологичности изготовления распылителей форсунок минимальный диаметр отверстий ограничивается 0,25—0,3 мм. Поэтому их число в автомобильных дизелях не превышает 4—5. В соответствии с этим должна быть установлена интенсивность вращения воздуха. Вращательное движение воздуха в цилиндре можно создать с помощью впускного канала тангенциальной или винтовой формы. Так же, как и у бензиновых двигателей, дополнительную турбулизацию заряда в дизеле можно создать в конце хода сжатия вытеснением воздуха из пространства между днищем поршня и головкой цилиндра.

Образование смеси с помощью второго способа — подвода топлива к воздуху — затруднено, если нельзя использовать большое число форсунок. У дизелей с разделенными камерами сгорания (предкамерных и вихрекамерных) впрыск осуществляется так, что все топливо подается во вспомогательную камеру малого объема, содержащую лишь часть воздуха, поступившего в цилиндр. При воспламенении топлива в этой камере давление повышается и вытесняет еще не сгоревшее топливо в объем основной камеры сгорания над поршнем, где сгорание завершается.

Таким образом, по способу смесеобразования различают дизели с непосредственным впрыском топлива в цилиндр и дизели с разделенной камерой сгорания. При непосредственном впрыске камера сгорания образована в поршне, который имеет более высокую температуру, чем охлаждаемая головка цилиндра. Это уменьшает потери теплоты горячих газов в стенки камеры сгорания. Камера сгорания должна быть компактной с тем, чтобы потери теплоты при сжатии воздуха также не были большими и, следовательно, для достижения необходимой для воспламенения топлива температуры не требовалась слишком высокая степень сжатия. Величина степени сжатия дизеля сверху ограничена нагрузкой на кривошипный механизм и потерями на трение, а снизу — условиями обеспечения так называемого холодного пуска. При непосредственном впрыске степень сжатия ε лежит в пределах от 15 до 18. При холодном пуске дизели этого типа не требуют дополнительных мер для обеспечения воспламенения топлива.

У дизеля с разделенной камерой сгорания воздух во время такта сжатия поступает во вспомогательную камеру через соединительный канал с большой скоростью и при этом значительно охлаждается. Поэтому для обеспечения необходимой температуры к моменту воспламенения требуется более высокая степень сжатия — от 20 до 24, но, несмотря на это, при холодном пуске двигателя воздух во вспомогательной камере должен предварительно подогреваться с помощью специальной свечи накаливания, выключаемой после пуска двигателя.

Площадь поверхности основной и вспомогательной камер сгорания весьма велика, скорость движения воздуха около их стенок также достигает высоких значений. Это означает повышенную теплоотдачу в стенки, т. е. рост тепловых потерь. В связи с этим дизели с раздельной камерой сгорания имеют более высокие удельные расходы топлива, чем дизели с непосредственным впрыском.

Итак, дизели с непосредственным впрыском топлива более экономичны. Недостаток их состоит в значительном шуме при сгорании, однако у последних конструкций этот недостаток практически устранен. Главной причиной шума является высокая скорость нарастания давления в начальной фазе горения. Для устранения этого явления необходимо сократить период задержки воспламенения и управлять дальнейшим протеканием процесса сгорания посредством закона подачи топлива.

Хорошие результаты по снижению жесткости работы достигнуты в дизелях фирмы «МАН» с помощью сферической камеры сгорания, расположенной в поршне.

Форсунка в этих дизелях имеет только два отверстия, через одно из которых основная масса топлива впрыскивается на стенку камеры сгорания, а через другое — меньшая, запальная порция направляется в середину камеры, где воздух имеет наиболее высокую температуру. Воздуху в камере придано интенсивное вращение. Топливо, находящееся на стенке камеры, относительно холодное и поэтому воспламенения всей его массы сразу не происходит. Топливные пары поступают в поток воздуха со стенок камеры постепенно, смешиваются с ним, и образовавшаяся после этого топливовоздушная смесь воспламеняется. При этом обеспечивается мягкая и достаточно экономичная работа двигателя, в связи с чем возникло несколько близких по принципиальной схеме вариантов этого рабочего процесса.

В частности, в камере сгорания цилиндрической формы фирмы «Дойц» (ФРГ) одна струя впрыскивается параллельно оси камеры в пространство вблизи стенки. Полученные при этом способе результаты также можно оценить положительно. Следует отметить, что при таком смесеобразовании многое зависит от температуры стенок камеры сгорания.

При затягивании процесса сгорания теплота, выделяющаяся в течение хода расширения, используется не полностью (см. рис. 3 в статье «Влияние степени сжатия на индикаторный КПД двигателя»), из-за чего увеличивается удельный расход топлива, т. е. преимущества непосредственного впрыска топлива фактически теряются. В наиболее широко применяемых камерах сгорания тороидальной формы топливо впрыскивается по радиусу камеры на ее стенку несколькими симметричными струями, расположенными под большим углом к вертикальной оси. При сгорании вначале реагирует часть топлива, смешиваемая с воздухом прямо у стенки. Газы, образующиеся при горении, имеют высокую температуру и небольшую плотность. При сильном вращении заряда на стенки камеры за счет центробежной силы попадает холодный воздух из центральной части камеры, оттесняя к центру легкие продукты сгорания. Непосредственно вблизи стенок воздух смешивается с топливом. В лаборатории фирмы «Рикардо» (Англия) этот процесс был зарегистрирован на кинопленку.

В дизелях с разделенными камерами сгорания вспомогательную камеру довольно просто создавать и при небольших диаметрах цилиндра. Это весьма важно при конвертировании бензинового двигателя в дизель. Такая задача с успехом была решена под руководством П. Хофбауэра на двигателе автомобиля «Фольксваген Гольф» (рис. 1).

В алюминиевой головке цилиндра была образована небольшая вихревая камера сгорания с форсункой и свечой накаливания. Выемка в днище поршня и выходное отверстие канала, соединяющего вихревую камеру с цилиндром, выполнены обычным способом. Объем вихревой камеры составлял 48 % объема всей камеры сгорания. Рабочий объем двигателя был увеличен с 1100 см³ до 1500 см³, степень сжатия ε = 23,5. Мощность этого дизеля при 5000 мин^-1 составила 37 кВт.

Удельный расход топлива при частоте вращения n = 2500 мин^-1 дизельного и бензинового двигателей автомобиля «Фольксваген Гольф» показан на рис. 2.

При среднем эффективном давлении p_e = 0,2 МПа удельный расход топлива у дизеля ниже на 25 %. С повышением нагрузки разница в топливной экономичности бензинового двигателя и дизеля уменьшается, а при работе в режиме полной нагрузки она равна нулю. Снижение удельного расхода топлива при частичной нагрузке является очень важным, так как для легковых автомобилей именно эти режимы являются наиболее типичными при движении в городских условиях.

Варианты конструкции дизеля «Фольксваген», отличающиеся размещением форсунки и свечи накаливания, показаны на рис. 1. Изменение местоположения свечи накаливания принесло уменьшение удельного расхода топлива и снижение дымности отработавших газов, что отражено на графиках, приведенных на рис. 3, а. Влияние нагрузки, т. е. среднего эффективного давления p_e на те же показатели при работе двигателя в режиме постоянной частоты вращения, равной 3000 мин^-1, показано на рис. 3, б. Улучшение отчетливо видно на всех режимах работы двигателя. Вариант Б (см. рис. 1) отличается расположением свечи накаливания относительно направления вращения воздуха в вихревой камере. Эта конструкция, однако, достаточно сложна при ее реализации в производстве.

Энергетический кризис [3] подтолкнул многих конструкторов автомобильных бензиновых двигателей к конвертированию их в дизельные с целью повышения индикаторного КПД. Конструктор и исследователь из ФРГ Л. Эльсбетт при конвертировании бензиновых двигателей достиг экономии топлива до 20 %. В его дизелях «ЭЛКО» используется непосредственный впрыск топлива односопловой форсункой в сферическую камеру сгорания, расположенную в днище поршня. Ось струи делит радиус камеры пополам в точке пересечения с ним. Организация рабочего процесса использует эффект перемещения горячих продуктов сгорания малой плотности в центр вращающегося в камере сгорания воздушного заряда. Вследствие этого происходит хорошее перемешивание горящей смеси с воздухом, и так как сгорание происходит в основном в центре камеры, то тепловые потери в ее стенки относительно невелики.

Поршень состоит из двух частей, причем верхняя с размещенной в ней камерой сгорания и поршневыми кольцами стальная. Сталь обладает большой термической прочностью и худшей, чем алюминий, теплопроводностью, и поэтому поверхность камеры сгорания имеет более высокую температуру, что, в свою очередь, уменьшает теплопередачу от горячих газов в стенки камеры.

Такое решение, кроме того, предотвращает повышенный износ поршневых канавок, характерный для алюминиевых поршней дизелей.

Юбка поршня, служащая направляющей, изготовлена из алюминиевого сплава и соединяется с верхней частью через поршневой палец. Такая конструкция поршня обладает свойствами крейцкопфа, т. е. уменьшает действующие на стенку цилиндра боковые силы, возникающие при движении шатуна, и создает предпосылки для исключения, являющегося одним из источников шума при работе двигателя опрокидывающего момента, который действует на верхнюю часть поршня.

Для снижения удельного давления на поршневой палец верхняя головка шатуна и бобышки днища поршня имеют клиновидную форму в сечении по оси пальца. Благодаря этому площадь верхней части бобышки днища поршня больше нижней его части. Аналогично нижняя часть втулки шатуна имеет также большую площадь, чем верхняя. Края поршневого пальца воспринимают лишь незначительные силы от юбки поршня.

Водяные каналы в головке цилиндра дизеля «ЭЛКО» исключены. Теплота отводится только от наиболее важных мест, таких как межклапанные перемычки и отверстия для форсунок при помощи масла, циркулирующего по специально высверленным каналам диаметром 6—8 мм. С целью уменьшения отвода теплоты цилиндры охлаждаются таким образом, чтобы температура их верхней зоны не превышала температуру, необходимую для обеспечения смазывания.

При таком уменьшении теплоотвода в систему охлаждения большее количество теплоты отводится, однако с отработавшими газами, что, естественно, приводит к применению турбины для использования этой теплоты. Удельные расходы топлива дизелей «ЭЛКО» изображены на рис. 4, где представлены многопараметровые характеристики пятицилиндрового дизеля с рабочим объемом 2300 см³ мощностью 80 кВт (рис. 4, а) и шестицилиндрового с рабочим объемом 13300 см³ (рис. 4, б) [4]. Оба дизеля имеют газотурбинный наддув без промежуточного охлаждения наддувочного воздуха.

Уменьшение теплоотдачи в систему охлаждения позволяет использовать радиатор меньшего объема и соответственно вентилятор меньшей мощности. Если учесть необходимость отапливания автомобиля в холодный период, для чего вполне достаточно теплоты, отводимой от двигателя, то радиатор для охлаждения двигателя в этот период может вообще не потребоваться.

При сравнении удельных расходов топлива нужно учитывать влияние целого ряда факторов. Так, чем больше диаметр цилиндра, тем более выгодные условия имеются для достижения малого удельного расхода топлива. Важным является также отношение диаметра цилиндра к величине хода поршня. Л. Эльсбетт называет свой дизель «теплоизолированным», что является определенным шагом вперед в направлении создания адиабатного двигателя, о котором будет сказано в следующих главах книги. Некоторые особенности конструкции дизеля «ЭЛКО» показаны на рис. 5.

Дизели непосредственного впрыска по сравнению с дизелями с разделенными камерами сгорания имеют лучшие условия для уменьшения тепловых потерь в систему охлаждения. Выше уже говорилось о менее интенсивном охлаждении поверхности камеры сгорания и снижении скорости движения горячих газов около стенок. Однако и при непосредственном впрыске могут создаваться различные условия для отвода теплоты. В качестве примера на рис. 6 показан процесс совершенствования камеры сгорания дизеля «Татра 111А» (ЧССР).

В первом варианте этого дизеля воздушного охлаждения была использована камера сгорания полусферической формы. Таким путем при помощи больших клапанов стремились получить хорошее наполнение цилиндра и благодаря большому углу развала клапанов обеспечить возможности создания ребер охлаждения в зоне седла выпускного клапана. Для получения требуемой величины объема камеры сгорания днище поршня имело куполообразную форму, камера сгорания теряла компактность, и ее развитые поверхности охлаждения приводили к большим потерям теплоты и пониженным температурам в конце сжатия.

Уменьшив угол развала клапанов и применив почти параллельное их расположение, достигли почти плоского днища головки цилиндра и уменьшения поверхности охлаждения. Камера сгорания была размещена в днище поршня и стала более компактной. Температура стенок камеры сгорания в поршне выросла, и уменьшился отвод теплоты через них. Узкая горловина камеры сгорания обеспечила интенсивное завихривание воздуха при сжатии, что способствовало улучшению смесеобразования и регулирования процесса сгорания. Тем самым были снижены тепловые потери при сгорании, улучшены условия холодного пуска, уменьшен шум. Удельный расход топлива при этом снизился на 15 %. Сравнение начального и модернизированного вариантов камеры сгорания, показанных на рис. 6, является примером того, как с помощью конструкции камеры сгорания можно снизить расход топлива.

Читайте также

• Плазменное зажигание

  Плазменное зажигание может обеспечить гарантированное зажигание бедных топливовоздушных смесей, использование которых в двигателе позволяет экономить топливо.

Сноски

1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 131 — 141 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
2. ↺ Согласно другим взглядам считается, что угол поворота воздуха в камере сгорания за время впрыска топлива должен равняться углу между соседними топливными струями за вычетом угла конуса топливной струи (факела). – Прим. ред. А.Р. Бенедиктова
3. ↺ Речь идёт о энергетическом кризисе 70-х годов XX века. – Прим. icarbio.ru
4. ↺ Возможно, в книге допущена ошибка, так как прибавление одного цилиндра едва ли могло дать такое увеличение рабочего объёма двигателя. – Прим. icarbio.ru

Комментарии

Степень сжатия двигателя

24 февраля 2020 Категория: Полезная информация.

Степенью сжатия называется одна из основных характеристик двигателя внутреннего сгорания (ДВС). От нее напрямую зависит мощность мотора, топливная экономичность, а также динамика автомобиля.

В статье:

Воздушно-топливная смесь поступает в цилиндр, когда соответствующий поршень находится в самом нижнем положении (нижняя мертвая точка). В это время она занимает максимально возможный объем, который уменьшается по мере движения поршня в верхнем направлении, и становится минимальным после достижения им крайней верхней позиции. В этот момент объем цилиндра ограничен камерой сгорания, и находящаяся в ней смесь воспламеняется. Создавшееся мощное давление оказывает воздействие на поршень, отталкивая его в нижнем направлении и, тем самым, заставляя вращаться коленвал, на котором он установлен.

Степенью сжатия называется показатель, который характеризует, во сколько раз уменьшается объем воздушно-топливной смеси при движении поршня от крайнего нижнего к крайнему верхнему положению. Говоря более простым языком, это отношение максимального объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Чем сильнее сжимается рабочая смесь, тем более высокое давление образуется в камере сгорания. Следовательно, поршень получает значительно больше энергии, которая естественным образом переходит на коленвал.

Вывод очевиден: чем выше степень сжатия — тем мощнее мотор. Но данный показатель не может увеличиваться бесконечно: при создании чрезмерно высокого давления может происходить крайне нежелательное явление — преждевременное воспламенение, называемое детонацией. Из-за него давление на поршень начинает создаваться еще до того, как он достигнет верхней позиции. Это становится причиной:

• мощных и резких ударных нагрузок;
• постоянного перегрева даже после непродолжительной работы;
• разрушения поршневых пальцев и колец;
• ощутимой потери динамики и мощности.

Поэтому степень сжатия должна определяться с учетом других рабочих характеристик и конструктивных особенностей конкретного двигателя.

Возможность увеличения степени сжатия без риска преждевременной детонации предусмотрена во многих двигателях. Это делается через уменьшение объема камеры сгорания (чем он меньше, тем сильнее будет сжиматься находящаяся в ней рабочая смесь). Существует три способа:

• Расточка цилиндров. При этом увеличивается объем двигателя. Поскольку объем камеры сгорания не меняется, это повышает степень сжатия. Однако расточка цилиндров подразумевает обязательную замену поршней, что обусловлено увеличением диаметра.
• Фрезерная обработка нижней части ГБЦ, в результате чего она укорачивается. Объем двигателя остается прежним, а у камеры сгорания — уменьшается, соответственно — повышается степень сжатия.
• Установка более тонкой прокладки ГБЦ по сравнению с имеющейся. Это также приведет к уменьшению объема камеры сгорания при неизменном объеме двигателя.

Подробнее о том, как увеличить мощность дизельного двигателя читайте в нашем материале.

В двух последних случаях следует учитывать вероятность столкновения поршней с клапанами. Поэтому перед модернизацией двигателя следует провести точные расчеты. Одним из вариантов решения проблемы является установка поршней, имеющих увеличенные выемки под клапана (они предназначены, в том числе, для подобных операций).

Процедура приводит к снижению мощности двигателя, но позволяет перевести двигатель на более дешевый низкооктановый бензин. Чтобы уменьшить степень сжатия, следует увеличить объем камеры сгорания. Это делается через повышение высоты прокладки под головкой блока цилиндров. Алгоритм прост: между двумя стандартными прокладками подкладывается третья, сделанная из алюминия.

Технология была широко распространена в советские времена, когда владельцы карбюраторных «Жигулей» и «Москвичей» массово переводили свои машины с 92-го на более дешевый 76-й бензин. На современных автомобилях, оснащенных электронными системами управления двигателем, проводить данную процедуру крайне не рекомендуется: с экономической точки зрения это бессмысленно, а с технической — может привести к серьезным неполадкам.

Иногда проще купить новый элемент двигателя, чем производить ремонт. Найти нужные запчасти вы можете у нас!

Посмотреть запчасти в наличии

Метки: Дизель, сжатие двигателя

Что такое объем камеры сгорания

Камера сгорания — это… Что такое Камера сгорания?

Камера сгорания — объём, образованный совокупностью деталей двигателя или печи (в последнем случае камера сгорания называется топкой) в котором происходит сжигание горючей смеси или твердого топлива. Конструкция камеры сгорания определяется условиями работы и назначением механизма/печи в целом; как правило используются жаропрочные материалы. Камера сгорания — устройство предназначеное для организации процеса горения ТВС.

Камеры сгорания ГТД

Типичная схема

Горячий газ занимает гораздо больший объем, чем горючая смесь, поступающая на вход в двигатель. Тем самым создается дополнительное давление, которое может двигать поршень или вращать турбину. Энергия также идет на создание дополнительной тяги при выходе газа из сопла.

Стехиометрическая камера

Форсажная камера

Для увеличения тяги в турбореактивном двигателе за турбиной можно поместить вторую, т.н. форсажную камеру сгорания, в которой газ может нагреваться до такой же температуры, как и в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Форсажная камера представляет собой цилиндрическую трубу с соплом регулируемого сечения на выходе.

Требования к камере сгорания ГТД

Камера сгорания — один из самых сложных элементов конструкции двигателя. В настоящее время она должна удовлетворять следующим десяти требованиям:

1. Высокое значение коэффициента полноты сгорания η, равного отношению энергии, выделяющейся при сжигании 1 кг топлива к теплотворной способности топлива. Типичные значения η — 0,98..0,99.
2. Малые потери полного давления , так как это ведет к уменьшению тяги. Типичные значения δ: 3% (противоточные камеры), 6% (прямоточные), 8% (двухконтурные двигатели).
3. Малые габариты камеры для облегчения веса. При этом длина камеры обычно в 2—3 раза больше высоты.
4. Обеспечение широкого диапазона изменения параметров (расхода воздуха, топлива) — обеспечение возможности работать на разных режимах: , где L0 — стехиометрический коэффициент (количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива, принимается ≈0,1488).
5. Обеспечение заданной эпюры распределения температуры в выходном сечении камеры при минимальной неравномерности этой температуры в окружном направлении (при большой степени неравномерности может сгореть сопловой аппарат).
6. Надёжный запуск камеры при температурах до -60 °С, в том числе полетный запуск на высоте 7 км.
7. Малая дымность отработанных газов (для визуальной незаметности).
8. Концентрация токсических веществ в выхлопных газах на срезе сопла не должна превышать нормы ИКАО — более важное требование. Наиболее существенные концентрации у веществ CO, CnHm, NOx.
9. Отсутствие вибрационного горения (автоколебаний).
10. Определенный срок службы (минимально 4000 часов до ремонта, 20 000 часов всего — это порядка 2 лет).

Литература

Михайлов А.И. и др. Рабочий процесс и расчет камер сгорания газотурбинных двигателей: Труды Московского ордена Ленина авиационного института имени Серго Орджоникидзе, вып.106. — М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1959.

Камеры сгорания двигателей

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Объем камеры сгорания Рё трубопроводов, соединяющих ее СЃ турбиной, невелик РїРѕ сравнению СЃ расходом РІРѕР·РґСѓС…Р°. Поэтому влияние объема газа перед турбиной РЅР° процесс регулирования сказывается слабо. Регулирование работает вполне устойчиво, без пульсаций, как РІРѕ время синхронизации, так Рё РїСЂРё нормальной эксплуатации. РџСЂРё полном СЃР±СЂРѕСЃРµ нагрузки перерегулирование получается очень незначительным.  [1]

Объем камеры сгорания Рё рабочий объем РІ СЃСѓРјРјРµ составляют полный объем цилиндра. Степень сжатия показывает, РІРѕ сколько раз полный объем цилиндра больше камеры сгорания.  [3]

Объем камеры сгорания РїСЂРё этом предполагают заполненным остаточными газами. Числовые значения величин, входящих РІ уравнение (21.9), Р·Р° исключением R0, зависят РѕС‚ условий работы двигателя Рё оказывают существенное влияние РЅР° величину весового заряда.  [4]

РЎСѓРјРјР° объема камеры сгорания Рё рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра.  [5]

Р’ объеме камеры сгорания ( объемное смесеобразование), РєРѕРіРґР° топливо впрыскивается непосредственно РІ движущуюся воздушную среду, причем: РЅРµ предполагается его попадание РЅР° поверхности, ограничивающие камеру сгоранпя. Р’ этом случае то плпво может воспламеняться РІ нескольких зонах, РіРґРµ температуры наиболее высокие, Р° состав смеси находится РІ концентрационных пределах, РїСЂРё которых возможно воспламенение топлива.  [6]

Для изменения объема камеры сгорания, РІ случае работы РЅР° различных сортах топлива, РІ верхней части цилиндровой головки двигателя установлен специальный небольшой поршень.  [7]

РџСЂРё увеличении расстояния объем камеры сгорания возрастает, давление газов снижается Рё заглубление дюбеля уменьшается.  [9]

Отношение поверхности Рё объема камеры сгорания может быть понижено путем увеличения рабочего объема цилиндра, путем увеличения отношения длины С…РѕРґР° поршня Рє диаметру цилиндра, путем снижения степени сжатия Рё путем изменения формы камеры сгорания.  [11]

Эти тепловые напряжения объема камер сгорания были установлены для определенных агрегатов ( паровых котлов), оборудуемых горелками, мало различающимися РїРѕ факелу, который РѕРЅРё создавали.  [12]

Отношение поверхности Рє объему камеры сгорания имеет большое значение. Если несгоревший заряд сжат РІ малом пространстве, то стенки камеры достаточно охлаждают газ Рё действуют РЅР° течение химических реакций. Большая поверхность повышает вероятность обрыва цепей, РЅРµ столько Р·Р° счет диффузии ( так как давление слишком велико), сколько вследствие, переноса активных частиц движущимся газом, что вызывает увеличение задержки воспламенения.  [13]

Рабочий объем цилиндра Рё объем камеры сгорания, вместе взятые, составляют полный объем цилиндра. Р’ многоцилиндровых двигателях СЃСѓРјРјР° рабочих объемов всех цилиндров выражается РІ литрах Рё называется литражом двигателя. РџСЂРё малых объемах — РґРѕ РѕРґРЅРѕРіРѕ литра — РѕРЅ выражается РІ кубических сантиметрах.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Замер объема камеры сгорания поршней. Расчет степени сжатия. — Honda Civic Hatchback, 2.0 л., 1996 года на DRIVE2

Ох уж этот d15 3-stage. Воротили япошки так что информации по нему не найти вообще.Ни объема камеры сгорания, ни объем в поршнях. только общие сведения есть.Как поступил я:

Замерил примерный объем камеры сгорания при помощи пластилина.

Вот она наша камера сгорания.А вот и пластилин которым будем делать замерыВарварским способом залепляем все это добро серой массойАккуратно срезаем Чтобы получилась плоскостьСтаканчик с водой, в идеале бы конечно бы нормальный мерную мензурку или чтото типо того, но в гараже был только стаканчик. Других прозрачных емкостей я не нашел.На стакашке сделали отметку по уровню воды.И заталкали в него наш пластилин из камеры сгорания.Разницу откачал шприцем. Получилось 20+12.5 куб\см и того ~32.5куб\см

Это примерный объем плюс минус пару кубов, ведь стакашка то у нас не точная)

Тоже проделал с поршнем.Только пластилин затолкал в шприц и получил ровно 4куб\см.

Ползем на en.wikipedia.org/wiki/Hon…_engine#D15B_3-Stage_VTEC за информацией.А затем на www.zealautowerks.com/dseries.html чтобы рассчитать Степень сжатия (далее СЖ)И начинаем заполнять

Block Crank Параметры блока

Pistons Поршня

Connecting Rod шатуны

Headgasket Thickness Прокладка

Head

Итог: Люди прежде чем делать кап ремонт убедитесь что все будет окей ) Ну а мне надо повышать СЖ.)

Лаборатория №14 — Об институте

Первое направление исследований — совершенствование известных и разработка новых физических моделей турбулентного горения в высокоскоростных камерах сгорания, ориентированных на расчеты в рамках подходов RANS и LES, и их высокоэффективная (по быстродействию и затратам оперативной памяти) реализация в компьютерных программах.

Важным направлением развития авиационной техники является создание высокоскоростных ВРД, которые смогли бы обеспечить длительный полет в атмосфере. Ключевым элементом транспортных систем, предназначенных для полета в атмосфере с большими скоростями, является высокоскоростной ПВРД — двигатель, в котором поток на входе в камеру сгорания после торможения в воздухозаборном устройстве остается сверхзвуковым. Из-за высокой скорости потока в высокоскоростном ПВРД, сравнительно низкой температуры потока на входе в камеру сгорания и низкой эффективности турбулентного смешения топлива с воздухом на больших скоростях такие двигатели должны иметь большую длину. Это создает проблемы с охлаждением конструкции, с весом двигателя и пр. Как правило, рассматриваются интегральные компоновки, где в качестве элементов высокоскоростного ПВРД используется вся нижняя поверхность ЛА.

Сейчас наибольшее внимание в качестве ближайшей перспективы привлекает концепция двухрежимного ПВРД (ДПВРД, dual-mode ramjet), который должен работать в диапазоне скоростей полета M=4…10, причем на более низких скоростях полета (M<6..7) горение осуществляется в дозвуковом режиме (с запиранием канала и образованием псевдоскачка), а дальше — в сверхзвуковом. Смена режима может достигаться за счет изменения геометрии проточного тракта, а также впрыском топлива в разных местах. На всех режимах такой двигатель остается высокоскоростным ПВРД, т.к. поток на входе в изолятор, отделяющий собственно камеру сгорания от воздухозаборника, является сверхзвуковым.

Течение в тракте высокоскоростного ПВРД имеет очень сложную структуру, обусловленную взаимодействием многочисленных физических факторов. Важнейшие задачи при разработке таких двигателей — организация устойчивого и высокоэффективного горения в камере сгорания, обеспечение термостойкости конструкции двигателя.

Одна из целей исследований, проводимых в Лаборатории, — модификация и верификация имеющихся компьютерных программ для описания течений смеси идеальных сжимаемых газов с переменными теплоемкостями и неравновесными химическими реакциями. Эта задача включает в себя: выбор модели турбулентности для расчетов высокоскоростных камер сгорания; реализацию в программе различных методов описания турбулентного горения и выбранной модели турбулентности; разработку, внедрение в программу и настройку модели для учета взаимодействия турбулентности и горения (Turbulence-Combustion Interaction — TCI). Для валидации моделей также необходим анализ экспериментальных данных и подготовка тестов. Для сопоставления расчетов тестовых задач в рамках подхода RANS используются открытые базы данных по турбулентному горению.

Для высокоскоростных камер сгорания характерно наличие широкого спектра режимов турбулентного горения — от пламени в хорошо перемешанной горючей смеси до диффузионного горения, обусловленного молекулярным смешением топлива и окислителя на уровне мельчайших турбулентных вихрей. Между этими двумя пределами есть ряд важных промежуточных режимов, характеризующихся одновременным протеканием процессов смешения и горения. Для многих режимов необходимо учитывать конечную скорость химических реакций и нестационарные эффекты. Большинство моделей турбулентного горения ориентировано на дозвуковые течения. В этом случае характерное время химической реакции обычно существенно меньше характерного времени течения. Именно при выполнении этих условий являются хорошо обоснованными и дают неплохие результаты такие методы учета TCI, как модели микроламинарных пламен (flamelets), в развитие которых внес существенный вклад В.А.Сабельников, модель разрушения вихрей (Eddy Break-Up Model) и модель вихревой диссипации (Eddy Dissipation Concept). Учет особенностей высокоскоростных течений сопряжен с большими трудностями, связанными прежде всего с тем, что характерное время химической реакции становится сопоставимым с характерным временем течения. Многие существенные идеи для описания горения в этих условиях были сформулированы в работах российских ученых — Е.С.Щетинкова и Л.А.Вулиса.

Эти идеи фактически были реализованы в моделях частично перемешанного реактора (Partially Stirred Reactor). В последние годы этот подход был развит В.А.Сабельниковым, и именно это направление моделирования турбулентного горения выбрано в качестве основного на ближайшие годы деятельности Лаборатории. При этом будут приняты во внимание новейшие теоретические разработки, в которых принимает участие В.А.Сабельников. Эти подходы реализуются в компьютерной программе zFlare, которая разработана коллективом Лаборатории в 2017 г. и предназначена для моделирования трехмерных турбулентных течений с неравновесным горением на многопроцессорных компьютерах в рамках подходов RANS и LES. В дальнейшем предполагается настройка используемых моделей турбулентности и горения на течения в высокоскоростных камерах сгорания. При этом будет использован богатый опыт исследования газовой динамики турбулентных течений вязкого газа, накопленный в ЦАГИ.

Второе направление исследований — создание на основе «огневого» аэродинамического эксперимента, специально проведенного в аэродинамической трубе АДТ Т-131 ЦАГИ, отечественной базы экспериментальных данных по течениям в камере сгорания двухрежимного прямоточного ВРД (ДПВРД), предназначенной для валидации физических моделей и программного обеспечения.

Для исследований двигателей высокоскоростных ЛА в ЦАГИ имеется уникальная аэродинамическая труба (АДТ) Т-131. Это комплекс, который на данный момент состоит из двух стендов. Стенд Т-131Б позволяет проводить испытания модулей высокоскоростных ПВРД при свободном обдуве потоком с числом Маха до М = 7. Стенд Т-131В позволяет испытывать модели камер сгорания высокоскоростных ПВРД и их элементов на присоединенном воздуховоде с числом Маха на входе в камеру до М = 3.5. Поток воздуха нагревается огневым подогревателем и обогащается кислородом до состава, близкого к составу воздуха. Это позволяет создавать поток с давлением торможения до 11 МПа и температурой торможения до 2350 К. Благодаря этому обеспечивается максимальное приближение эксперимента к реальным условиям высокоскоростного полета. В настоящий момент ведется строительство и оборудование третьего крупногабаритного стенда с диаметром рабочего сопла 1.2 м.

До сих пор на АДТ Т-131 ЦАГИ проводились преимущественно промышленные эксперименты, ограниченные измерениями распределений статического давления по стенкам камер сгорания, высокоскоростной видеорегистрацией реактивной струи, истекающей из экспериментальных модулей, тепловизионными исследованиями экспериментальных моделей. Этого недостаточно для валидации физических моделей и программного обеспечения. Поэтому в течение 2017 г. была спроектирована новая экспериментальная модель двухрежимной камеры сгорания (камеры со сверхзвуковым течением на входе, в которой в зависимости от параметров втекающего потока реализуется дозвуковой или сверхзвуковой режим горения). Новая модельная камера не предназначена для создания высокой тяги, она специально ориентирована на валидацию расчетно-теоретических исследований. Для чистоты эксперимента, для устранения взаимодействия многих посторонних эффектов, а также для удобства измерений выбраны предельно простая геометрия (симметричный канал постоянной боковой ширины с расширяющимся участком) и вдув топлива со стенок камеры, без дополнительных стабилизирующих устройств, усложняющих структуру течения. В качестве топлива предполагается использовать пропан с добавлением водорода. В камере будут сделаны оптические окна, которые обеспечат возможность шлирен-видеосъемки картины течения, а также других оптических измерений (планируются измерения хемилюминесценции возбужденных радикалов OH для визуализации зоны тепловыделения). Предусмотрена возможность широкого спектра измерений (датчики давления, термопары и пр.). Будут сопоставлены эксперименты с использованием термохимической конверсии топлива и без нее. В 2017 г. были выполнены предварительные расчетные исследования, которые показали возможность стабилизации горения как в дозвуковом, так и в сверхзвуковом режиме. Произведены закупки комплектующих и материалов для проведения экспериментальных исследований. Изготовление камеры запланировано на 1‑ю половину 2018 г., а эксперименты — на период со 2-й половины 2018 г. до конца 2019 г.

Третье направление исследований — разработка и детальное расчетно-теоретическое исследование модели двигательного устройства с резонаторной полостью, в котором сгорание топлива происходит во вращающейся волне детонации.

Важной проблемой, на решение которой сосредоточены усилия специалистов многих стран, является использование детонации для высокоскоростного сжигания топлива в энергоустановках различного назначения, в частности, в двигателях перспективных летательных аппаратов и ракет. Для ее решения предлагаются различные схемы, которые позволяют инициировать детонацию и локализировать ее в ограниченном объеме камеры сгорания. Этими вопросами в теоретическом и прикладном плане более сорока лет занимаются академик В.А.Левин и его ученики. В.А.Левин и В.В.Марков за исследования детонации удостоены Государственной премии РФ в области науки и техники за 2002 год. В.А.Левин является одним из авторов концепции импульсного детонационного двигателя с кольцевым соплом и внутренним резонатором —т.н двигателя Левина-Тарасова (ДЛТ).

В последние годы наиболее перспективной с точки зрения практики представляется вращающаяся детонация. В этой связи она привлекает особое внимание как экспериментаторов, так и теоретиков. В настоящем проекте предполагается разработать трехмерную модель реактивного двигателя с резонаторной полостью, в которой сгорание горючей смеси происходит в непрерывной вращающейся волне детонации (ДРВД — двигатель с резонатором и вращающейся детонацией), провести ее детальное численное исследование на суперкомпьютере МГУ «Ломоносов» и запатентовать изобретение двигательного устройства. В 2017 г. были сделаны первые успешные шаги в этом направлении. В частности, была разработана «виртуальная экспериментальная установка» для моделирования ДРВД и с ее помощью была показана возможность реализации вращающейся детонации в кольцевом зазоре.

Механическая работа двигателя — процесс сгорания

В течение сорока лет после первый полет братьев Райт использовались самолеты двигатель внутреннего сгорания повернуть пропеллеры генерировать толкать. Сегодня большинство самолетов гражданской авиации или частных самолетов все еще находятся в эксплуатации. с пропеллерами и двигателями внутреннего сгорания, как и ваш автомобильный двигатель. На этой странице мы обсудим основы двигатель внутреннего сгорания с использованием Двигатель братьев Райт 1903 года, показанный на рисунке в качестве примера.

Дизайн братьев очень прост по сегодняшним меркам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы изучить основы работа двигателя. Этот тип двигатель внутреннего сгорания называется четырехтактный двигатель, потому что есть четыре движения (штрихи) поршня перед повторением всей последовательности запуска двигателя. На рисунке мы раскрасили система впуска топлива / воздуха красный, электрическая система зеленый, а Система вытяжки синий. Мы также представляем топливно-воздушную смесь и выхлопные газы небольшими цветные шарики, чтобы показать, как эти газы проходят через двигатель.Поскольку мы будем иметь в виду движение различных частей двигателя, вот рисунок, показывающий названия частей:

Механическое управление

В конце ход сжатия топливно-воздушная смесь была сжата в камеру сгорания до умеренного давления и температуры движением поршня вправо. Из наших соображений цикл двигателя, обозначим это условие как 3 этап цикла Отто. Впускной и выпускной клапаны закрыты, а электрическая контакт закрыт.Процесс горения начинается с размыкания электрического контакта через действие кулачка зажигания и пружин. Когда контакт удаляется от свечу, возникает искра, которая воспламеняет смесь. Воспламенение топливно-воздушной смеси приводит к быстрому горение топлива, выпуск высокая температура, и производство выхлопных газов. В горение происходит так быстро, что мы можем рассматривать поршень должен быть неподвижен, а объем камеры сгорания быть константой. Конец процесс сгорания обозначен Этап 4 цикла двигателя и это начало рабочий ход.

Термодинамика

Поскольку впускной и выпускной клапаны закрыты, сгорание Топливо находится в сосуде почти постоянного объема. В сгорание увеличивает температура выхлопных газов, остаточного воздуха в камере сгорания, и в самой камере сгорания. Из соображений первый закон термодинамики повышение температуры определяется по формуле:

T4 = T3 + Q / cv

где Q — выделяемое тепло, которое зависит от соотношения топливо и топливо / воздух, и cv — удельная теплоемкость при постоянном объеме, T — температура.Из уравнение состояния, мы знаем, что:

р4 = р3 * (Т4 / Т3)

где p — давление. Цифры обозначают две стадии цикла. Поскольку Q — положительное число, T4 больше T3, а p4 больше, чем p3. Температура и давление в камере сгорания повышаются во время процесс горения. Конечное значение давления зависит от температурный коэффициент, умноженный на начальное значение давления. Чем сильнее мы можем сжать газ (тем выше p3), тем больше будет конечное давление p4.Финал работай а выходная мощность двигателя зависит от значения p4. Это почему мы максимально сжимаем газ перед сжиганием.

Навигация ..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Камеры сгорания: определение, типы и конструкция — Видео и стенограмма урока

Двигатели внутреннего сгорания

Существуют различные типы камер сгорания для двигателей внутреннего сгорания:

Поршневые двигатели приводят в движение моторизованные транспортные средства, такие как автомобили и лодки.Обычно они состоят из цилиндра с поршнем внутри. Поршень плотно скользит внутри цилиндра под действием силы, создаваемой взрывом горючего топлива. Эти двигатели имеют два типа камер сгорания. Камера сгорания может располагаться в головке блока цилиндров, крышке на конце цилиндра или на верхней части поршня, называемой камерой сгорания «голова цапли».

Камеры сгорания в реактивных двигателях и газовых турбинах называются камерами сгорания и имеют другую конфигурацию, чем поршневые двигатели.В камерах сгорания воздух втягивается и сжимается через компрессор. Часть этого сжатого воздуха направляется в камеру сгорания для сгорания топлива.

Затем камера сгорания подает высокотемпературный газ обратно в двигатель. Этот газ либо выбрасывается из выхлопа с большой скоростью, создавая тягу, либо проходит через турбину. Основными компонентами камеры сгорания являются корпус, гильза, воспламенитель, топливная форсунка и выхлоп.

Двигатели внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания состоят в основном из паровых двигателей , используемых для выработки электроэнергии на угольных и атомных электростанциях, а также для работы паровозов.Камеры сгорания для паровых двигателей обычно находятся между топкой, в которой сжигается уголь, и котлом. Теплота сгорания используется для превращения воды в пар в котле, при этом пар высокого давления выполняет всю работу в двигателе. Камеры сгорания иногда размещают сразу после топки, чтобы создать больше пространства между теплотой сгорания и паром. Это обеспечивает более полное сгорание и увеличивает площадь теплопередачи.

Некоторые соображения по конструкции

Сью Энн — инженер, она проектирует камеру сгорания.В основном ее будут интересовать:

• Форма камеры
• Расположение свечи зажигания
• Расположение и форма впускных и выпускных клапанов

Она хочет спроектировать все эти элементы так, чтобы камера обеспечивала максимальную мощность двигателя, обеспечивала плавную работу и уменьшала количество загрязняющих веществ в выхлопных газах. Есть несколько элементов, которые образуют оптимизированный дизайн.

Например, делая камеры компактными, она может минимизировать тепловые потери и повысить КПД двигателя.Это позволяет топливно-воздушной смеси, наиболее удаленной от точки воспламенения (свечи зажигания), сгорать как можно быстрее, что помогает предотвратить образование вредных загрязнителей воздуха, таких как оксиды азота. Чтобы топливно-воздушная смесь, входящая и выходящая из камеры, текла с оптимальной скоростью, Сью Энн учитывает форму и расположение впускных и выпускных клапанов.

Краткое содержание урока

Камеры сгорания — это замкнутые пространства в двигателях внутреннего и внешнего сгорания для сжигания топливовоздушной смеси.

Есть два типа камер внутреннего сгорания:

1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания типа состоят из цилиндра с поршнем внутри и используются в автомобилях и лодках. Камера сгорания может располагаться в головке блока цилиндров, крышке на конце цилиндра или на верхней части поршня, называемой камерой сгорания «голова цапли».
2. Камеры сгорания — это камеры сгорания, используемые в газовых турбинах и реактивных двигателях. Они расположены так, что компрессор закачивает в них воздух, а они, в свою очередь, направляют высокотемпературный газ обратно в двигатель.

Для камер внешнего сгорания, используемых на угольных и атомных электростанциях, в основном используются паровые двигатели . Здесь камера сгорания находится между топкой, в которой сжигается уголь, и котлом. Теплота сгорания используется для превращения воды в пар, а его давление выполняет всю работу в двигателе.

Камеры сгорания предназначены для:

• Оптимизировать выходную мощность
• Обеспечьте бесперебойную работу двигателя
• Снижение выхлопных газов

Таким образом, конструкция учитывает форму камеры, расположение свечи зажигания и расположение впускных и выпускных клапанов.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

RHS Часто задаваемые вопросы о горении

Камера сгорания | Инжиниринг | Фэндом

Камера сгорания является частью двигателя, в котором сжигается топливо.

Как это помогает []

Оставшиеся горячие газы, образовавшиеся при этом сгорании, имеют тенденцию занимать гораздо больший объем, чем исходное топливо, тем самым создавая повышение давления в ограниченном объеме камеры.Это давление можно использовать для выполнения работы, например, для перемещения поршня на коленчатом валу.

Энергия может быть преобразована в различные типы движения или для создания тяги при выходе из сопла, как в ракетном или реактивном двигателе.

Двигатель внутреннего сгорания []

В двигателе внутреннего сгорания движущиеся поршни находятся заподлицо с верхней частью блока цилиндров в верхней мертвой точке, и поэтому камера сгорания представляет собой углубление в головке блока цилиндров, в котором находятся клапаны.В некоторых двигателях используется выпуклый поршень, и в этом случае камеру сгорания можно рассматривать как часть цилиндра. Были использованы различные формы камеры сгорания, такие как L-образная головка (или плоская головка) для двигателей с боковым расположением клапанов, «ванна» и «полусферическая форма» для двигателей с верхним расположением клапанов и «односкатная крыша» для двигателей с 16 клапанами. Форма камеры оказывает заметное влияние на выходную мощность, эффективность и вредные выбросы; Задача разработчика — максимально сжечь всю смесь, избегая при этом чрезмерных температур (которые создают NOx).Лучше всего это достигается с помощью компактной, а не вытянутой камеры. Впускной клапан обычно размещают так, чтобы смесь имела ярко выраженный «завихрение» (термин предпочтительнее, чем «турбулентность», что означает неконтролируемое движение) над поднимающимся поршнем, улучшая перемешивание и сгорание. Наконец, свеча зажигания должна быть расположена в положении, из которого фронт пламени может достигать всех частей камеры в желаемой точке, обычно около 15 градусов после верхней мертвой точки. Настоятельно желательно избегать узких щелей, в которых застойный «конечный газ» может попасть в ловушку, так как он имеет тенденцию к интенсивной детонации после основного заряда, добавляя мало полезной работы и потенциально повреждая двигатель.

Локомотив []

Термин также используется для обозначения дополнительного пространства между топкой и котлом в паровозе. Это пространство используется для дальнейшего сжигания топлива, обеспечивая большее количество тепла для котла.

См. Также []

Проектирование формы камер сгорания газовых двигателей, переоборудованных на базе дизельных двигателей Сергея Ковалова :: ССРН

Аннотация

В этой статье описываются преимущества использования газомоторного топлива в транспортных средствах, в частности сжиженного нефтяного газа, по сравнению с обычным дизельным топливом.Обоснована целесообразность перевода дизельных автомобилей на газовые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Проанализированы способы снижения степени сжатия дизельных двигателей при их переоборудовании в газовые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Показано, что для преобразования дизельных двигателей в газовые двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием целесообразно использовать термодинамический цикл Отто с уменьшением геометрической степени сжатия.Проанализированы приемы увеличения объема камеры сгорания, а также целесообразность применения каждой из них для снижения степени сжатия дизельных двигателей с разными типами неотделимых камер сгорания.

Обоснована и спроектирована открытая камера сгорания в виде перевернутого осесимметричного «усеченного конуса», что позволило снизить геометрическую степень сжатия только за счет увеличения объема камеры сгорания в поршне.Разработанная форма камеры сгорания позволяет использовать и дорабатывать стандартные дизельные поршни вместо производства специальных новых газовых поршней.

Разработан и изготовлен газовый двигатель внутреннего сгорания модели Д-240-LPG, в котором сжиженный углеводородный газ подается во впускной трубопровод. Двигатель оснащен бесконтактной электронной системой зажигания с подвижным распределителем напряжения, а также поршнями с новой формой камеры сгорания. Двигатель переделан на базе дизеля Д-240.

Стендовые испытания дизельного двигателя модели Д-240-LPG подтвердили целесообразность перевода дизелей на газовые двигатели внутреннего сгорания по циклу Отто. Испытания показали, что энергетические и экономические параметры газового двигателя с предложенной формой камеры сгорания соответствуют параметрам современных двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Полученные результаты позволяют оптимизировать технологию переоборудования дизелей на газовые ДВС и тем самым снизить ее стоимость.

Ключевые слова: газовые двигатели внутреннего сгорания; форма камеры сгорания; сжиженный углеводородный газ

Камера сгорания и сопло — давление в камере

Камера сгорания — это часть камеры тяги, в которой происходит сгорание или сгорание топлива.Температура горения намного выше, чем точки плавления большинства материалов стенок камеры. Поэтому необходимо либо охладить эти стены (как описано в следующем разделе этой главы), либо остановить работу ракеты до того, как критические области стен станут слишком горячими. Если теплопередача будет слишком высокой и, таким образом, температура стенок станет локально слишком высокой, упорная камера выйдет из строя. Передача тепла к осевым камерам будет описана позже в этой главе. В разделе 8.6 приведен образец анализа камеры тяги, а в работе Ref.8-2 описывает дизайн и разработку одного.

Объем и форма

Сферические камеры дают наименьшую площадь внутренней поверхности и массу на единицу объема камеры; они дороги в строительстве, и некоторые из них уже опробованы. Сегодня мы предпочитаем цилиндрическую камеру (или усеченный конус со слегка сужающимся конусом) с плоским инжектором и сужающимся-расширяющимся соплом. Объем камеры определяется как объем до сечения горловины сопла и включает в себя цилиндрическую камеру и усеченный конус сопла.Без учета угловых радиусов объем камеры Vc равен

Vc = AXLX + AXLC (1 + JA, / AX + At / Ax) (8-8)

Здесь L — длина цилиндра, A \ / At — коэффициент сжатия камеры, Lc — длина усеченного конуса. Приблизительные поверхности, подверженные теплопередаче от горячего газа, включают лицевую сторону инжектора, внутреннюю поверхность камеры цилиндра и внутреннюю поверхность усеченного конуса сужающегося конуса. Объем и форма выбираются после оценки этих параметров:

1.Объем должен быть достаточно большим для надлежащего перемешивания, испарения и полного сгорания топлива. Объемы камеры различаются для разных порохов в зависимости от времени задержки, необходимого для испарения и активации порохов, и скорости реакции комбинации порохов. Когда объем камеры слишком мал, сгорание неполное и производительность плохая. При более высоком давлении в камере или с высокореактивным топливом, а также с инжекторами, которые обеспечивают улучшенное перемешивание, обычно допустим меньший объем камеры.

2. Диаметр и объем камеры могут влиять на требования к охлаждению. Если объем камеры и диаметр камеры большие, скорость теплопередачи к стенкам будет уменьшена, площадь, подверженная воздействию тепла, будет большой, а стенки несколько толще. И наоборот, если объем и поперечное сечение малы, площадь внутренней поверхности стенки и инертная масса будут меньше, но скорость газа в камере и скорость теплопередачи увеличатся. Существует оптимальный объем и диаметр камеры, при котором общее тепло, поглощаемое стенками, будет минимальным.Это важно, когда доступная охлаждающая способность хладагента ограничена (например, кислород-углеводород при высоких соотношениях в смеси) или если необходимо ограничить максимально допустимую температуру хладагента (по соображениям безопасности при гидразиновом охлаждении). Общая теплопередача также может быть дополнительно снижена путем перехода к более богатой смеси или путем добавления пленочного охлаждения (обсуждается ниже).

3. Все инертные компоненты должны иметь минимальную массу. Масса напорной камеры зависит от размеров камеры, давления в камере и соотношения площадей сопла, а также от метода охлаждения.

4. Производственные соображения отдают предпочтение простой геометрии камеры, такой как цилиндр с двойным конусом сопла в форме галстука-бабочки, дешевым материалам и простым процессам изготовления.

5. В некоторых случаях длина камеры и сопла напрямую связана с общей длиной транспортного средства. Короткая камера большого диаметра позволяет создать более короткое транспортное средство с меньшей структурной инертной массой.

6. Перепад давления газа для разгона продуктов сгорания внутри камеры должен быть минимальным; любое снижение давления на входе в сопло снижает скорость выхлопа и характеристики автомобиля.Эти потери становятся заметными, когда площадь камеры меньше площади горловины более чем в три раза.

7. При одинаковой тяге объем сгорания и площадь сечения сопла становятся меньше по мере увеличения давления в рабочей камере. Это означает, что длина камеры и длина сопла (при том же соотношении площадей) также уменьшаются с увеличением давления в камере. Производительность также повышается с давлением в камере.

Соображения предыдущей камеры противоречат друг другу.Например, невозможно иметь большую камеру, дающую полное сгорание, но имеющую малую массу. Поэтому в зависимости от приложения обычно выбирается и проверяется экспериментально компромиссное решение, которое удовлетворяет большинству из этих соображений.

Характерная длина камеры определяется как длина, которую имела бы камера такого же объема, если бы она была прямой трубой и не имела сужающейся секции сопла.

где L * (произносится как el star) — характерная длина камеры, A — площадь горловины сопла, Vc — объем камеры.Камера включает весь объем вплоть до области горла. Типичные значения L * составляют от 0,8 до 3,0 метра (от 2,6 до 10 футов) для некоторых двухкомпонентных топлив и выше для некоторых одноразовых топлив. Поскольку этот параметр не учитывает никаких переменных, кроме площади горловины, он полезен только для конкретной комбинации пороха и узкого диапазона соотношения компонентов смеси и давления в камере. Параметр L * использовался около 40 лет назад, но сегодня объем и форма камеры выбираются с использованием данных успешных тяговых камер аналогичной конструкции и идентичного топлива.

Время пребывания топливных газов ts — это среднее значение времени, проведенного каждой молекулой или атомом в объеме камеры. Он определяется как ts = Vc / (mV0 (8-10)

, где m — массовый расход пороха, V] — средний удельный объем или объем на единицу массы пороховых газов в камере, а Vc — объем камеры. Минимальное время пребывания, при котором достигается хорошая производительность, определяет объем камеры, обеспечивающий практически полное сгорание. Время пребывания варьируется в зависимости от топлива и должно быть определено экспериментально.Оно включает время, необходимое для испарения, активации и полного сгорания топлива. Время нахождения имеет значения от 0,001 до 0,040 с для различных типов тяговых камер и порохов.

Размеры и конфигурация сопла могут быть определены на основе анализа, представленного в главе 3. Сужающаяся часть сверхзвукового сопла испытывает гораздо более высокое внутреннее давление газа, чем расширяющаяся часть, и поэтому конструкция сужающейся стенки аналогична конструкции сопла. цилиндрическая стенка камеры.В большинстве осевых камер используется укороченная колоколообразная форма расширяющейся секции сопла. Разработаны сопла с площадью до 400.

В главе 3 было сказано, что очень большие отношения площадей на выходе из сопла позволяют небольшое, но значительное улучшение удельного импульса, особенно на очень больших высотах; однако дополнительная длина и дополнительная масса транспортного средства, необходимые для размещения большого сопла, делают это непривлекательным. Этот недостаток можно смягчить с помощью составного сопла, которое хранится в кольцевых частях вокруг двигателя во время подъема ракеты-носителя и автоматически собирается в космосе после отделения ракеты-носителя и перед запуском.Эта концепция, известная как выдвижной конус сопла, успешно применяется в ракетных двигателях твердого топлива для космических приложений уже около 20 лет. Первый полет с выдвижным соплом на ЖРД был выполнен в 1998 году с модифицированной версией РРД Pratt & Whitney. Его летные характеристики приведены в Таблице 8-1. Двигатель показан ниже на рис. 8-19, а его выдвижной конус форсунки углерод-углерод описан в разделе «Материалы и изготовление».

Распределение теплопередачи

Тепло передается всем внутренним поверхностям оборудования, контактирующим с горячими газами, а именно лицевой стороне форсунки, камере и стенкам сопла. Скорость теплопередачи или интенсивность теплопередачи, то есть локальные температуры стенок и теплопередача на единицу площади стенок, варьируется в пределах ракеты. Типичное распределение скорости теплопередачи показано на рис. 8-8. Только от \ до 5% всей энергии, генерируемой в газе, передается в виде тепла стенкам камеры. Для типичной ракеты с тягой 44 820 Н или 10 000 фунт-сил коэффициент отвода тепла к стенке может быть в пределах 0.75 и 3,5 МВт, в зависимости от конкретных условий и конструкции. См. Раздел 8.3.

Количество тепла, передаваемого за счет теплопроводности от газа камеры к стенкам в камере тяги ракеты, незначительно. Безусловно, большая часть тепла передается посредством конвекции. Часть (обычно от 5 до 35%) передаваемого тепла приходится на излучение.

При постоянном давлении в камере поверхность стенки камеры увеличивается медленнее, чем объем, когда увеличивается уровень тяги.Таким образом, охлаждение камер обычно легче при больших размерах тяги, а способность материала стенок или хладагента поглощать все тепло, отводимое горячим газом, обычно более критично при меньших размерах из-за соотношения объема и поверхности.

Более высокое давление в камере приводит к более высоким характеристикам автомобиля (более высокий Is), но также и к более высокой инертной массе двигателя. Однако результирующее увеличение теплопередачи с давлением в камере часто накладывает ограничения по конструкции или материалам на максимальное практическое давление в камере как для жидкостных, так и для твердотопливных ракет.