Подводом теплоты к рабочему телу

 

В 1904 г. русский инженер Г.В. Тринклер предложил бескомпрессорный двигатель со смешанным подводом теплоты к рабочему телу. Усовершенствованные двигатели, работающие по предложенному Тринклером принципу, работают во многих современных «дизельных» двигателях (рис 11.8).

Воздух, сжатый до температуры самовоспламенения топлива в основном цилиндре двигателя (поршень в положении ВМТ), через узкое отверстие поступает в малую камеру (форкамеру), куда через механическую форсунку впрыскивается топливо. Топливо в форкамере самовоспламеняется и создает давление газов большее, чем давление воздуха в основном цилиндре. За счет разности давлений газы и несгоревшее топливо из форкамеры выбрасываются с большой скоростью через узкое отверстие в основной цилиндр. В основном цилиндре происходит интенсивное перемешивание газов и топлива с воздухом и окончательное сгорание топлива при одновременном перемещении поршня в цилиндре в сторону НМТ. Дальнейшее перемещение поршня до НМТ осуществляется за счет расширения продуктов сгорания топлива

В таком двигателе процесс сжигания топлива состоит из двух стадий: 1) частичное сгорание топлива в форкамере при постоянном объеме, 2) окончательное сгорание топлива при постоянном давлении в основном цилиндре.

Сравнение термодинамической экономичности циклов ДВС

Сравнение термодинамической экономичности различных циклов ДВС необходимо проводить с учетом выбора определенных реальных условий сравнения. В качестве таких условий могут быть выбраны реальные значения степеней сжатия e или максимально-допустимые давления газов в цилиндрах ДВС Р_max.

Средние значения эффективных КПД (с учетом механического трения в коленчатом вале) современных ДВС приведены в таблице.

Эффективность современных ДВС

Тип двигателя	Эффективный КПД hе	Степень сжатия e
Карбюраторный	0, 25 ¸ 0, 30	6 ¸ 10
Дизельные *	0, 30 ¸ 0, 34	12 ¸ 18
Со смешанным подводом теплоты **	0, 33 ¸ 0, 42	13 ¸ 20
* В настоящее время редко встречаются
** Этот тип двигателей часто называют дизелями, т.к. большинство современных бескарбюраторных ДВС работает со смешанным подводом теплоты

В настоящее время широко используются и карбюраторные двигатели, и двигатели со смешанным подводом теплоты. Последние называют дизелями, поскольку настоящие дизельные ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении сейчас практически не изготавливают. Необходимость установки воздушного компрессора усложняет конструкцию дизельного ДВС и приводит к увеличению его стоимости и снижению надежности работы.

Окончательные выводы о целесообразности установки карбюраторных или дизельных ДВС для привода конкретных устройств (автомобиль, самолет, теплоход, передвижная электростанция и т.п.) требует технико-экономических расчетов. На практике оба типа ДВС имеют применение, поскольку они вполне конкурентно-способны.

 

 

ЦИКЛЫ ВОЗДУШНЫХ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В реактивном двигателе сила тяги обусловлена силой реакции потока газообразных продуктов сгорания топлива, выходящих с большой скоростью из сопла двигателя во внешнюю среду.

Идея создания реактивного двигателя принадлежит Н.И. Кибальчичу (1880 г.), а фундаментальное теоретическое обоснование принципа работы таких двигателей было сделано К.Э. Циалковским в 1903 г.

Появление таких двигателей было вызвано необходимостью создания самолетов, а в последствии и ракет, имеющих большие скорости движения. Для достижения больших скоростей самолета или ракеты необходим двигатель с малой удельной массой на единицу его мощности.

Существует два основных типа реактивных двигателей: ракетные, использующие в качестве топлива водород, озон, перекись водорода и т.п., окислитель – кислород; воздушные реактивные двигатели, использующие жидкое топливо, окислитель – атмосферный воздух (это двигатели для самолетов).

Остановимся на рассмотрении циклов воздушных реактивных двигателей (ВРД).

 

Цикл прямоточного ВРД

В этом двигателе используется скоростной напор воздуха летательного аппарата для предварительного сжатия воздуха в диффузоре (рис. 12.1).

 

Воздух со скоростью набегающего потока поступает в первую часть ВРД – диффузор, где за счет уменьшения скорости потока происходит увеличение давления воздуха. Далее воздух поступает в камеру сгорания двигателя, куда впрыскивается топливо и осуществляется его воспламенение за счет электрической искры. Процесс сгорания топлива организуется таким образом, чтобы давление и скорость потока газов не изменялись, поэтому канал камеры сгорания имеет небольшое расширение (учитывается увеличение объема газов с увеличением температуры в процессе сгорания топлива). После камеры сгорания газы поступают в сопловой канал, где они расширяются до атмосферного давления. В сопловом канале скорость потока газов возрастает, а при выходе газов из сопла с большой скоростью в атмосферу возникает реактивная сила, за счет которой и происходит движение летательного аппарата.

Схема, приведенная на рис.12.1, соответствует ВРД для дозвуковых скоростей самолетов (600 – 800 км/ч). При сверхзвуковых скоростях движения самолетов ВРД должен иметь сверхзвуковой диффузор и сверхзвуковое сопло (рис. 12.3).

 

 

Внутренний относительный КПД ВРД весьма низок и не превышает 2 – 4 % для дозвуковых скоростей, при сверхзвуковых скоростях КПД может увеличиваться более чем в 2 раза.

Необходимо отметить, что современные сверхкритические ВРД имеют на входе в сопло конусные обтекатели воздуха (рис.12.4).

Обтекатель организует газодинамическую перестройку потока воздуха от сверхзвуковой скорости до дозвуковой скорости еще до входа в диффузор. Такая конструкция заменяет суживающуюся часть сверхзвукового диффузора, что позволяет избежать скачков уплотнения потока в канале диффузора и, соответственно, снижает необратимость адиабатного процесса сжатия воздуха, т.е. приводит к увеличению давления на выходе из диффузора по сравнению с конструкцией ВРД рис. 12.3.

Для запуска ВРД требуется набегающий поток воздуха, поэтому их запуск осуществляется с помощью специальных устройств: пороховые заряды для ракет, баллоны со сжатым воздухом или стартовые жидкостные реактивные двигатели для самолетов и вертолетов и т.п.

 

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться: