/
Автор: Любановский Е.В. Кайдаш Н.Ф. Папок К.К. Блонский Ю.П.
Теги: авиация двигатели авиастроение
Год: 1946
Текст
ВПРЫСК воды
В АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
РЕДАКЦИОННО-ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ОТДЕЛ АЭРОФЛОТА
МОСКВА
1916
............... ш 6 <?0
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГВФ
; Н. Ф. КАЯДАШ, К- К- ПАПОК,
Е. В. ЛЮБАНОВСКИИ, Ю. П. БЛОНСКИП
ВПРЫСК воды
В АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
1
РЕДАКЦИОННО-ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ОТДЕЛ АЭРОФЛОТА
Мо с к в а 19 4 6
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящей книге дано краткое обобщение работ по впрыску
воды в авиационные двигатели, проведенных в НИИ ГВФ
в 1941—1944 гг.
Кроме авторов, участниками исследований были инженеры:
Г. М. Петров, Е. А. Иванов, Л. 3. Каневский, 1П. П. Третьяков
и Г. <Г. Фаробин.
Работы проводились при участии Института химической фи-
зики Академии наук СССР в лице доктора химических наук
А. С. 'Соколика.
Общее руководство всеми работами осуществлял генерал-лей-
тенант авиации И. Ф. Петров.
Глава I .и .разделы по топливу и маслам написаны К- К- Папок.
Глава III — Ю. П. Блонским.
Главы II, IV, V и VI — Н. Ф. 1Кайдаш и Е. В. Любановским.
Редактор И. Ф. Петров.
Подписано к печати 24.6.46 г. РИО № 94.
Печ. л. 6. Уч.-изд. л. 6,77. Тираж 1250
Г02956 Тип. РИО Аэрофлота. Москва, Старопанский, 5. Зак. 860.
ВВЕДЕНИЕ
Использование воды как средства подавления детонации в
двигателе неоднократно привлекало внимание исследователей.
Общеизвестен факт, когда с применением воды повышалась
мощность и устранялся перегрев в тракторных керосиновых дви-
гателях.
Известно применение впрыска воды у двухтактных дизелей
«Болиндер» и «Бульдог». Ввод воды в эти двигатели позволил
повысить степень сжатия и снизить температуру головки цилин-
дра.
Были попытки применять воду для подавления детонации и
на автомобильных двигателях, однако они не завершились прак-
тическим применением в эксплоатации.
Широкое применение наддува для форсирования авиационных
двигателей привело к резкому увеличению температуры рабочей
смеси на всасывании и тепловой напряженности цилиндровой
группы. Это вызвало повышенные требования к антидетонацион-
ным свойствам топлив.
В поисках средств охлаждения двигателей внутреннего сгора-
ния обратили внимание на впрыск воды, охлаждающий эффект
которого был очевиден.
В 1936 г. в ЦИАМ проводились испытания по впрыску воды
непосредственно в цилиндр малоразмерного двигателя. Они пока-
зали значительный антидетонационный эффект воды и возмож-
ность увеличения наддува, а следовательно, и мощности двига-
теля.
Прескотт (1936 г.) в своей статье «Двигатели для будущих
военных самолетов» указывает на то, что впрыск воды в цилиндр
форсированного двигателя подавляет детонацию и дает возмож-
ность повысить среднее эффективное давление.
Опыты, проведенные в Канаде на 14-цилиндровом двухряд-
ном моторе Армстронг Сиддлей Ягуар MK-VI, показали, что
впрыск воды позволил повысить давление наддува от 810 до
1000 мм рт. ст. и мощность на 20% при одновременном сниже-
нии теплового режима мотора. При определении влияния впрыска
воды на мощность и эффективность мотора оказалось, что мотор
работал устойчиво при подаче воды до 83% (в весовом отноше-
нии к топливу), а при неизменном наддуве максимум мощности
з
получался при подаче воды около 60% (мощность возрастала
приблизительно на 5% и удельный расход топлива не увеличи-
вался) .
Хайвс и Смите на мировом конгрессе автомобильных инжене-
ров в 1939 г. доложили о полученных ими результатах при ис-
пытании цилиндра Ролльс-Ройс с впрыском воды. На топливе с
октановым числом 87 при впрыске воды в количестве, рав-
ном (по объему) расходуемому топливу, удалось на 42% повы-
сить среднее эффективное давление, а на режиме максимальной
экономичности—повысить среднее эффективное давление почти
на 100%. Особый интерес представляет тот факт, что на топливе
с октановым числом 87 была получена мощность на 11% больше
мощности, полученной с октановым числом 100.
В литературных источниках, касавшихся впрыска воды в
двигатели, совершенно ничего не говорилось о конструктивном вы-
полнении системы впрыска и лишь указывалось на трудность
осуществления равномерного распределения воды по цилиндрам
и на возможность использования данного метода.
Работы по впрыску воды, результаты которых изложены ниже,
были начаты в конце 1941 г. в НИИ ГВФ при участии Института
химической физики Академии наук СССР. В первой половине
1942 г. испытаниями на одноцилиндровой установке и на целых
моторах была установлена полная возможность и целесообраз-
ность применения впрыска воды как средства подавления детона-
ции и повышения мощности моторов. В 1942 г. была разработана
и применена при летных испытаниях вполне надежно работавшая
система впрыска для авиационных моторов. Проведенные зимой
1942/43 г. на транспортном самолете летные 50-часовые ис-
пытания с впрыском воды на моторах АШ-62ИР дали положи-
тельные результаты. В 1943 г. на том же самолете в рейсовых
условиях были проведены 400-часовые испытания моторов
АШ-62ИР с впрыском воды. Одновременно с этим НИИ ;ГВФ по-
ставил перед авиационной промышленностью вопрос о внедрении
впрыска воды на испытательных станциях моторостроительных
заводов Н'КАП и на боевых самолетах. 1ГК НИИ ВВС, основы-
ваясь на опыте НИИ ГВФ, провел ряд испытаний отечественных
моторов на станках и на боевых самолетах, эти испытания полно-
стью подтвердили выводы в отношении пригодности применения
впрыска воды для подавления детонации.
Таким образом работы, проведенные в НИИ ГВФ в течение
1941—1943 гг., не только обосновали целесообразность использо-
вания впрыска воды в авиадвигатели, но и были завершены
практическим применением на транспортном самолете в различ-
ных климатических условиях в течение 400 часов.
Стало известно, что впрыск воды нашел практическое приме-
нение на боевых самолетах США. На моторах Пратт-Уитней
R-2800-68, установленных на истребителях «Сандерболт», уже
применяется впрыск воды. При работе на кондиционном топливе
с октановым числом 100 мощность увеличивается на 15%, расход
топлива уменьшается за счет обеднения смеси, температура го-
4
ловок цилиндров и рабочей смеси снижается. Впрыск воды на
этих самолетах применялся для чрезвычайного военного режима
и осуществлялся включением тумблера на рукоятке сектора газа.
О значении, которое придавалось впрыску воды в США, можно
судить по тому факту, что на указанных самолетах впрыск воды
был осуществлен в экстренном порядке без обычных государст-
венных испытаний по распоряжению Технического отдела ВВС
США.
К настоящему времени стало известно о применении впрыска
воды и водоспиртовых смесей на авиационных двигателях Пратт-
!Уитней R-2800-59, Аллисон V-1710-93, ДВ-605Л1 и др. с целью
кратковременного форсажа мощности этих двигателей.
Есть основание полагать, что впрыск воды в авиадвигатели
завоюет прочное место в авиации, как средство форсирования
мощности и эффективного охлаждения.
5
ГЛАВА 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВПРЫСКА ВОДЫ НА ОДНОЦИЛИНДРОВОМ
ДВИГАТЕЛЕ ВОКЕШ
Чтобы установить действие впрыска воды на антидетонацион-
ные свойства топлив различного химического состава, изучалось
влияние на работу двигателя трех веществ: воды, водяного пара
и углекислого газа.
Исследование проводилось на обычной установке Вокеш.
Впрыск воды осуществлялся через форсунку, ввернутую в спе-
циальный патрубок, смонтированный в месте крепления всасываю-
щей трубы к цилиндру. В этот же патрубок при проведении
опытов подавались пар и углекислота.
Расход воды замерялся по мерному стеклу. Углекислый газ
пропускался через газовые часы, позволяющие учитывать, коли-
чество газа в литрах. Пар во всасывающую систему поступал с
температурой примерно 110°С. Замер расхода пара определялся
количеством испарившейся воды за определенный промежуток
времени.
Температура головки цилиндра измерялась термопарой. Окта-
новые числа определялись по моторному методу.
Антидетонационный эффект
При исследовании антидетон анионного эффекта впрыска воды
на установке Вокеш выяснилось, что с увеличением количества
воды (от 15 до 48% в весовом отношении к топливу), вводимой
в двигатель, октановые числа плавно повышаются (рис. 1). Пер-
вые 20% воды повышают октановые числа на 4—5 единиц, каж-
дые последующие 10% увеличивают на 3—4 единицы.
Заметно, что впрыск воды несколько эффективнее действует
на топливо, имеющее более низкое начальное октановое число. В
данном случае октановые числа смеси уайт-спирита с Б-170 под
действием воды растут быстрее, чем у чистого Б-70. График
(рис, 2), построенный на основании экспериментальных данных,
позволяет определить влияние впрыска воды на октановые числа
7
топлив, имеющих различные исходные октановые числа в диапа
зоне от 40 до 90. Применительно к топливам различного химиче-
КпртетВа Впрыск/Вашт! ВоВы В К/лаВяц/
Рис. 2. Октановые числа различных
топлив в зависимости от количества
впрыскиваемой воды.
Рис. I Октановые числа различных
топлив в зависимости от количества
впрыскиваемой воды.
1—65% уайт-спирита + 35% Б-70;
2—65% уайт-спирита + 2 см3 свин-
цовой жидкости; 3—Б-70; 4—Б-70+
+2 см3 свинцовой жидкости.
ского состава, содержащим и не содержащим антидетонатор—
свинцовую жидкость, совершенно отчетливо выявляется, что свин-
цовая жидкость действует аддитивно с водой (табл. 1).
Таблица 1
Топлива Октановые числа с добавлением Р-9, см3/кг
0 1 2 з 4
35% Б-7О-|-65% уайт-спирита 40 60 67 71 74
То же-|-27% воды ..... . 50 69 75 79 82
Авиабензин Б-59 . 60 75 80 82 85
То же-|-27% воды ..... 65 82 87 90 93
Автомоб. крекинг-бензин . 61 70 74 77 79
То же+27°10 воды . . 67 77,5 81 85 87
Авиабензин Б-70 67 79 82,5 85,5 87
1о же-|-27о|о воды .... 72,5 86 90' 93 ’ 94,5
50% Б-/0+50% бензола . 76 85,5 88,5 91
То же-|-27% воды 82 92^ 95 99 1 —
Кроме того, свинцовые топлива под действием воды повышают
октановые числа в большей степени, чем топлива без ТЭС, как
И3 РИС ® сРеДнем эта разница составляет 2—3
единицы.
С повышением октановых чисел исходных топлив эффект от
впрыскиваемой воды незначительно уменьшается (примерно на
каждые 15 октановых единиц уменьшение составляет 1 единицу).
Рис. 3. Влипике впрыска соды га октановые числа
чистых и свинцовых бензинов.
/—октановые числа исходных топлив; 2—октановые
числа чистых топлив при впрыске 25—27°/о воды;
3—октановые числа свинцовых топлив при впрыске
25—27% воды.
Кривые 2 и 3 на рис. 6, построенные для топлив различного
химического состава, свидетельствуют также о том, что антидето-
национный эффект при впрыске воды не зависит от химического
состава топлива.
Различия между действиями впрыска воды, впуска ,водяного пара
и углекислого газа
Если сравнить действие впрыска воды с действием впуска во-
цяного пара и углекислого газа в двигатель, то обнаружатся осо-
бенности, характерные для каждого из этих веществ.
Различие между водой, паром и СОг заметно по влиянию на
температуру головки цилиндра.
Наиболее сильным температурным депрессором явилась вода,
второе место занял пар и последнее углекислый газ (рис. 4).
Общеизвестно, что детонация зависит от температурного сос-
9
тояния мотора. Поэтому логично предположить, что впрыск во-
ды, впуск пара и углекислого газа должны оказывать влияние
на октановые числа топлив в соответствии с тем влиянием, какое
оказывают эти вещества на понижение температуры головки ци-
линдра.
Рис. 4. Снижение температуры
головки цилиндра под дей-
ствием воды, пара и углекис-
лого газа.
Таблица 2
Влияние впрыска воды иа октановое число топлив
Топливо 0.0 воды по весу Октановые числа
1-й опыт 2-й опыт
Авиабензин Б-70 0 60 60
19 63 62
35,5 66 66,5
43 71 70
50 75 74,5
57 78,5 78,5
Авиабензин Б-70-|-1 см® свинцовой 0 80,5 —
жидкости 20 85 —
36 90 —
42 91,5 —
51 95,5 —
Таблица 3
Влияние впуска пара на октановое число топлив
Топливо % пара по весу Октановые числа 1-й опыт J 2-й опыт
Б-59 Б-70-|-1 см8 свинцовой жидкости 0 18,5 23,0 38 52 0 20 24 40 60 60,3 61,5 67 76 80,5 83 85,5 91 60 60,5 61,3 67,8 76
10
Таблица 4
Влияние впуска пара на октановые числа топлив
Топлив о Октановые числа при впуске пара в % по весу
0 18 26 40 1 54
Авиабензин Б-70 . . . . Авиабензин Б-70-|-1 смэ свинцо- 72 75 78 84 93
вой жидкости 80 85 88 91 —
Уайт-спирит с Б-70 . . . . . . 45 53 55 63 72
Таблица 5
Влияние углекислого газа на октановые числа топлив
Авиабензин Б-70 [Авиабензин Б-70-|-1 см3 свинц. жидк.
°/о СО2 октановое число % со, октановое число
0 72 0 80,5
44 77 16 81.5
48 77,5 20 82
51 78 24 83
53 79 29 84
55 80 36 85
61 81 44 86,5
65 81,5 49 88
52 90
56 91,5
Проведенные опыты показали, что антидетонационный эффект
от впрыска воды намного превосходит аналогичный эффект, по-
лучаемый при впуске углекислого газа (рис. 5 и табл. 2 и 5),
что вполне согласуется с температурной депрессией, вызываемой
этими веществами. При впуске пара наблюдалась иная картина—
пар дал такой же антидетонационный эффект, как и впрыск воды
(рис. 5 и табл. 2, 3 и 4).
Рис. 5. Влияние воды, пара и углекислого
газа на октановые числа топлив.
Сходимость между параллельными определениями была хоро-
шей, опыты повторялись неоднократно, и, следовательно, относить
одинаковое антидетон анионное действие воды и пара за счет
точности эксперимента не приходится.
Таким образом, результаты, полученные при впуске пара,
противоречат высказанному выше (стр. 10) предположению. Это
противоречие, на наш взгляд, нельзя объяснить тем, что пар по-
давляет детонацию не в результате поглощения тепла во время
всасывания, сжатия и сгорания рабочей смеси, а в результате
каких-то других причин. Причина кроется в особенностях мето-
дики определения октановых чисел на установке Вокеш, которая
не учитывает коэфициента наполнения двигателя. При впуске
пара заряд рабочей смеси уменьшается в большей степени, чем
при впрыске воды, а уменьшение заряда, естественно, дает до-
полнительный антидетонационный эффект, являющийся в действи-
тельности фиктивным, так как измерение октановых чисел в этом
случае происходит при пониженной мощности.
При определении октановых чисел по моторному методу
мощность не фиксируется и поэтому ее снижение остается неуч-
тенным.
Это обстоятельство и завысило показания октановых чисел
в опытах с паром.
В действительности же антидетонационный эффект от впрыс-
ка воды всегда будет выше, чем при впуске такого же количества
пара.
На основании изложенного следует, что впрыск воды в двига-
тель вызывает понижение теплового режима двигателя вследст-
вие расходования тепла на испарение воды (скрытая теплота) и
на нагрев паров воды до температуры горящих газов, а это в
свою очередь приводит к антидетонационному эффекту. Причи-
ной антидетонационного эффекта в основном является изменение
теплового состояния топливной смеси и двигателя. Следовательно,
впрыск воды является не чем иным, как очень сильным средством
внутреннего охлаждения двигателя.
В воде настолько удачно сочетаются такие свойства, как высо-
кая удельная теплоемкость, большая скрытая теплота испарения
и малый молекулярный вес, что ожидать большей тепловой де-
прессии от какой-либо другой инертной жидкости или газа не при-
ходится.
12
ГЛАВА II
ИССЛЕДОВАНИЕ ВПРЫСКА ВОДЫ НА ОДНОЦИЛИНДРОВОМ
ДВИГАТЕЛЕ С ЦИЛИНДРОМ МОТОРА АШ-62
Антидетонационный эффект от впрыска воды
Исследования проводились на одноцилиндровой установке с
цилиндром мотора АШ-62, оборудованной гидротормозом 'М4-Д,
вентилятором для обдува и стационарным компрессором для над-
дува. Подача воды осуществлялась по схеме, показанной на
рис. 6, двумя способами:
а) через форсунку во всасывающий патрубок вблизи впускного
клапана и
б) через форсунку до карбюратора.
У данного двигателя при и=1900 об/мин, а=0,80 и /я=80°С
на топливе с октановым числом 75 начиналась детонация
при Ра=825 мм рт. ст. (рис. 7). Однако при впрыске воды во
всасывающий патрубок становилось возможным на данном низко-
октановом топливе повышать давление наддува, не вызывая при
этом детонации. Например, при подаче воды в количестве 58%
(по весу к топливу) можно было повысить давление наддува Ра
до 1075 мм рт. ст., мощность двигателя при этом повысилась
соответственно наддуву на 50%.
Таким образом, рис. 7 совершенно отчетливо иллюстрирует
антидетонационный эффект, получающийся от впрыска воды.
Одним из важнейших параметров двигателя, сильно влияющих
на момент возникновения детонации, является состав смеси. Из-
вестно, что обеднение смеси вызывает детонацию и поэтому тре-
бует более высокооктановых топлив. На рис. 8 показано, что
впрыск воды и в этом случае устраняет детонацию, а, именно,
при п=1900 об/мин, Д, = 960 мм рт. ст. и Д=80°С на топливе с
октановым числом 78 режим начала детонации появлялся
при «₽=0,72, но благодаря впрыску воды в количестве до 60%
(к весу топлива) стало возможным обеднить смесь до а =0,98,
т. е. до наиболее тяжелого режима в отношении детонации.
Для оценки антидетонационного эффекта воды в общепринятой
шкале октановых единиц приводим результаты испытания четырех
13
топлив с октановыми числами 74, (79, 83 и 85 (рис. 9). Испытания,
проведенные на этом же двигателе, показывают соотношения ме-
жду октановым числом и давлением наддува Ро (давлением меж-
Рис. 6. Схема впрыска воды на одноцилиндровой установке мотора А Ш-62.
1—форсунка впрыска во всасывающий патрубок; 2—карбюратор; 3—
форсунка для впрыска до карбюратора; 4—манометр; 5—фильтр; 6—
труба от компрессора; 7—водяной бак; 8—штихпробер; 9—электромо-
тор; 40—помпа 88-Р; 11—трехходовой кран; 12—кран для регулировки
давления.
ду карбюратором и цилиндром). На основе этих эксперименталь-
ных данных выведено соотношение между октановым числом топ-
лива и давлением наддува (рис. 10).
14
рис. 9 и 10 показывают, что для данного двигателя изме-
ие октанового числа топлива на одну единицу эквивалентно
изменению Ро на 17—19 мм рт. ст. и что применение состава сме-
Рис. 7. Изменение мощности, удельного расхода топлива, темпера-
туры головки цилиндра и минимально потребного количества воды
для подавления детонации в зависимости от наддува. Форсунка
установлена во всасывающем патрубке.
си на 0,1 о. (в пределах от 0,70 до 0,95) равноценно с точки зре-
ния детонации изменению Р„ на 85 мм рт. ст. или изменению
октанового числа топлива на 4,5—5,0 единиц.
Данные, приведенные на рис. 7, 9 и 10, позволили оценить
антидетонационный эффект от впрыска воды при подавлении де-
15
тонации, появляющейся на испытанном двигателе по мере повы-
шения давления наддува (рис. 11).
Рис. 8. Изменение Мощности, удельного расхода топлива, темпера-
туры голован цилиндра и митииллько потребного количества
воды для подавления детонации в зависимости от состава смеси.
Точно так же на основании данных рис. 8, 9 и 10 выведено
соотношение между октановыми числами топлива и потребным
количеством воды для подавления детонации, появляющейся па
испытанном двигателе по мере обеднения смеси (рис. 12).
На основании рис. 11 и 12 можно сделать вывод, что действие
впрыскиваемой воды не зависит (или очень мало зависит) от то-
16
еч вызван детонационный режим двигателя: повышением ли
г0, Lunn на всасывании или обеднением смеси, т. е. если в од-
да
Рис. 9. Соотношение между давлением иа всасывании и сос-
тавом смеси на режиме начала детонации для тотиз с
различным октановым числом.
ном случае изменение наддува вызывает детонацию определен-
ной интенсивности, например, условно оцениваемую по топливу
в 5 октановых единицах, а в другом случае точно такая же ин-
тановым числом для различных составов смеси.
тенсивность детонации вызвана обеднением смесжте-д-ля-уттргг'
нения детонации и в том и в другом случаях потребуется! при
мерно одинаковое количество воды, выраженное в кг/час,, <
Антидетонационный эффект от впрыска воды подтверждает
также наши неоднократные опыты, при которых детонация, выз-
ванная повышением температуры воздуха, поступающего .в ци-
Рис. 11. Соотношение между потребным количеством впры-
скиваемой воды для подавления детонации, возникающей
при увеличении наддува, и октановым числом топлива. Топ-
ливо с октановым числом Г! — 75.
Следует также отметить факт, имеющий чрезвычайно важное
значение для форсированных авиационных двигателей, а именно:
впрыск воды не только устраняет детонацию, но, кроме того, в
отличие от других антидетонаторов значительно снижает темпе-
ратурную напряженность цилиндра двигателя. Как видно из
рис. 7 и 8, повышение давления на всасывании или обеднение
смеси при подаче воды >в количестве, минимально необходимом
для подавления детонации, не вызывает возрастания температу-
ры головки цилиндра, а в отдельных случаях даже замечается
определенное снижение ее (рис. 8).
Влияние впрыска воды на мощность и экономичность
Вода, поступающая во всасывающую систему авиационного
двигателя, оказывает сильное антидетонационное действие. Одна
ко для получения этого эффекта приходится подавать воду в зна-
чительном количестве. Например, чтобы получить антидетонацион-
ный эффект, соответствующий повышению октанового числа топ-
лива на 10—12 пунктов, необходимо впрыскивать воду в количе-
18
по 50% от веса израсходованного топлива. Следует, очевид-
СТВб жидать, что вода, подаваемая в цилиндр в таком большом
Н°’ °честве, должна оказывать какое-то влияние на мощность и
К°Лномичность двигателя, поскольку она, безусловно, влияет на
жК°зические параметры процесса сгорания—разбавляет активную
сть смеси, увеличивает ее теплоемкость, понижает температуру
4 си и камеры сгорания и тем самым создает менее напряжен-
ие условия для сгорания последней части заряда в цилиндре и,
следовательно, отодвигает момент возникновения детонации.
Рис 12. Соотношение между потребным количеством впры-
скиваемой воды для подавления детонации, возникающей
при обеднении смеси, и октановым числом топлива. Топливо с
октановым числом 12= 78.
Чтобы выявить влияние впрыска воды на мощность и эконо-
мичность авиационного двигателя, были проведены опыты на од-
ноцилиндровой установке с цилиндром АШ-62. При этом исследо-
вались два способа расположения впрыскивающей форсунки; схе-
матически они показаны на рис. 6.
При первом способе, как видно на схеме рис. 6, форсунка рас-
положена во всасывающем патрубке вблизи впускного клапана;
при этом способе впрыска только незначительная часть воды ус-
певает испариться, а основная масса воды в виде мелких капелек
попадает непосредственно в цилиндр, охлаждает внутреннюю по-
верхность камеры сгорания и испаряется полностью, повидимому,
только в начале такта сжатия.
При втором способе форсунка была расположена до карбю-
ратора на расстоянии от впускного клапана приблизительно
700 мм. В этом случае лучше перемешивались капельки воды с
рабочей смесью, значительно больше охлаждалась рабочая смесь
и соответственно меньшее охлаждение было внутренней поверх-
ности камеры сгорания. Вода при этом способе впрыска, очевид-
но, испаряется раньше, чем при первом способе расположения
форсунки.
Учитывалось, кроме того, что пары воды, присутствуя как
инертный газ в цилиндре во время протекания рабочего процесса,
повидимому, оказывают определенное влияние на скорость сгора-
ния рабочей смеси; в связи с чем важно было выявить влияние
впрыска воды на мощность и экономичность при различных соста-
вах рабочей смеси.
Условия проведения этих опытов были следующие: число обо-
ротов п — 2000 об/мин, t== 80°С, Ро=900 мм рт. ст., а=0,70,
0,9 и 1,05 и постоянное опережение зажигания, соответствующее
максимуму мощности без впрыска воды.
При снятии каждой характеристики по количеству впрыскивае-
мой воды скорость обдувающего воздуха поддерживалась по-
стоянной.
Полученные результаты опытов по влиянию количества впрыс-
киваемой воды на мощность, экономичность и температурный ре-
жим двигателя при обоих способах расположения форсунок пред-
ставлены на рис. 13 и 14.
На осях абсцисс отложено количество впрыскиваемой воды в
процентах к весовому расходу топлива и в кг/час. На осях орди-
нат отложено относительное изменение мощности Nc и эффектив-
ного удельного расхода топлива Се ; за 100% приняты значения
Ме и Се при работе двигателя на указанных выше параметрах,
но без воды.
Приведенный материал показывает, что при 1-м способе впрыс-
ка воды (вблизи впускного клапана) двигатель более чувствите-
лен к воде и его параметры начинают заметно изменяться при
гораздо меньших количествах подаваемой воды, чем в случае
впрыска по 2-му способу.
Например, по 1-му способу вода, подаваемая в количестве
13,4 кг/час, т. е. около 93% к часовому расходу топлива при
а — 0,90, вызывала неустойчивую работу двигателя, а по 2-му
способу была допустима подача воды до 19,4 кг/час, т. е. около
125%. Особенно заметна эта разница для бедных смесей. При
1-м способе впрыска воды для а = 1,05 неустойчивая работа дви-
гателя наступала при расходе воды около 7 кг/час, или при 62%
расхода топлива, в то время как при 2-м способе для такого
же состава смеси неустойчивый режим двигателя наступал при
расходе воды в 16 кг/час, или при 119% расхода топлива.
20
и удельного расхода топли-
45—50% от расхода топлива, а при втором способе при том
Заметное падение мощности’) г у . - ""
С начинается при первом способе впрыска воды для а =0,9
[ЗЙ L' -пЛ/_______ — гг-огт n Tin о П nf\Tl ПГГГ\Г\Г1\К Г'П г\г\г\(лг\ ГТ ГАТТ ТС1М
ОКОЛО _
Рис. 13. Относительное изменение мощности, удельного расхода топлива
и температуры головки цилиндра в зависимости от количества добавляе-
мой воды. Вода впрыскивается во всасывающий патрубок.
Же составе смеси этот процесс начинается с 110%. (При втором
способе даже при бедных смесях а — 1,05 заметное падение мощ-
ности начинается только с 75%.
’) Под заметным падением мощности мы условно приняли уменьшение
г Hi 2%, что является величиной, реально заметной при испытаниях двига-
телей. 21
Необходимо отметить, что эти сравнительные данные получены
при одинаковых температурах воздуха с 80О|С, замеренных до кар-
бюратора. Совершенно очевидно, что температура рабочей рмеси
у всасывающего патрубка цилиндра будет неодинаковой, а имен-
Рис. 14. Относительное изменение мощности, удельного расхода топлива
и температуры головкн цилиндра в зависимости от количества добав-
ляемой воды. Вода впрыскивается до карбюратора после нагнетателя.
но: при впрыске воды до карбюратора (по нашей схеме) эта тем-
пература будет ниже, чем при впрыске вблизи всасывающего кла-
пана. О снижении этой температуры можно судить по тому фак-
ту, что при 2-м способе впрыска воды вначале заметно опреде-
ленное повышение мощности с соответствующим снижением удель-
ного расхода топлива.
99
нести
Р зультаты проведенных опытов совершенно отчетливо показы-
” что- 1) существует связь между допустимым количеством
Ва!°ы’скиваемой воды и составом смеси; 2) богатые смеси позво-
БПк>т Двигателю принимать большие количества воды; 3) при бо-
лйтых смесях падение мощности с соответствующим возрастанием
удельного расхода топлива наступает гораздо позже, чем при бед-
ных сИесях.
Изщышеизложенного также следует, что с точки зрения мощ-
ности ц экономичности выгодней осуществить впрыск воды в дви-
гатель дальше от всасывающих патрубков, например, до нагне-
тателя в случае расположения последнего после карбюратора или
[агнетатель, когда он расположен до карбюратора.
Необходимо (Также отметить, что (приведенная нами 'йоличест-
лная зависимость мощности и удельного расхода топлива от
п ыска воды действительна для одноцилиндрового двигателя и
эта зависимость будет несколько иная для многоцилиндрового
;йгателя. У последнего из-за неравномерного распределения ка-
тва смеси по цилиндрам и трудности осуществления равномер-
и подачи в каждый отдельный цилиндр требуемого количества
и ei
ВП]
чт
дв
че
,HCf
воды следует ожидать заметного снижения мощности гораздо
заныпе, чем это было обнаружено на одноцилиндровой установке.
5 действительности испытания многоцилиндровых двигателей с
щрыском воды во всасывающих патрубках показывают падение
мощности на 2%, начиная уже с расхода воды в 20—25%, как
на рис. 15, где приведены внешние характеристики
снятые с впрыском воды и без нее.
испытания двигателей с впрыском воды на входе в на-
/это видно
АШ-62ИР,
Однако
гнетатель (ВК-1О5) показали, что с подачей воды до 50—60%
происходит определенный рост мощности, что, очевидно, является
результатом снижения температуры рабочей смеси до поступления
ее в цилиндры.
Чтобы осветить вопрос, как действует впрыск воды на мощ-
ность и экономичность двигателя, даем краткий анализ присут-
ствия воды (паров воды) в цилиндре во время рабочего процесса
и ее влияния на факторы, определяющие в конечном счете отдачу
двигателя.
Вода (пары воды), поступая вместе с рабочей смесью в ци-
линдр и занимая определенный объем, должна, с одной стороны,
вытеснить некоторую активную часть рабочей смеси (кислород),
что должно привести к потере мощности, но, с другой стороны,
сильно охлаждающий эффект воды должен привести к увеличе-
нию плотности заряда, а следовательно, и к увеличению наполне-
ния цилиндра. Кроме того, хотя вода не;пю1С]редствен:но не участ-
вует !в процессе сгорания, но своим' присутствием в качестве инерт-
ного газа, притом еще обладающего Сравнительно 'большой тепло-
емкостью, она безусловно влияет на скорость сгорания, темпера-
туру и давление цикла, а следовательно, и на коэфициент полез-
ного действия двигателя.
Суммарное влияние впрыска воды на перечисленные факторы
23
и должно определить величину мощности и экономичности дв^ а
теля, работающего с водой. /
Рис. 15. Внешние характеристики мотора АШ-62ИР, снятые
на 4Б-70, и смеси ЗО°/о автобензина +70“/а Б'70 + 2 см3 р-9
с впрыском воды.
Изменение наполнения двигателя при впрыске воды показано
на рис. 16. Здесь приведены результаты опытов на одноцилиндро-
вой установке с цилиндром воздушного охлаждения АШ-62. Как
видно из графика рис. 16, при небольших количествах впрыски-
ваемой воды — до 50% от расхода топлива — расход воздуха и
коэфициент наполнения (по воздуху), отнесенный к условиям вхо-
да в карбюратор, Остаются црактичеоки неизменными. Отсюда
следует, что указанные выше факторы — вытеснение объема кис-
лорода и увеличение плотности заряда — компенсируют друг друга.
При дальнейшем увеличении подачи воды отмечалось и увеличе-
ние расхода воздуха, несмотря на заметное падение числа оборо-
тов и мощности. Это может быть объяснено тем, что по мере уве-
личения поступающей в цилиндр воды уменьшается количество
24
шейся воды во время хода всасывания, а следовательно,
испарив тся объем> занимаемый водой и ее парами. Если
умень ^то цилиндр и рабочая смесь продолжают охлаждаться,
уЧеСТе’ это приводит к тому, что начинает превалировать второй
т0 тор В подтверждение этого объяснения можно привести тот
Рнс. 16. Влияние впрыска воды на коэфициент наполнения,
теплотворность рабочей смеси и отдачу двигателя. Впрыск
воды во всасывающий патрубок.
факт, что при впрыске воды до карбюратора (2-й способ нашей схе-
мы) , когда при той же температуре до карбюратора /,_в цилиндр дол-
жно поступать большее количество паров воды, отмечается мень-
ший рост 1К'Оэфиц!иента (наполнения, отнесенного к условиям входа
в карбюратор. Чтобы оценить возможное влияние на отдачу дви-
гателя разбавления рабочей смеси инертными газами, было под-
считано, как изменяется теплотворность рабочей смеси в калориях
на кг/,моль при добавке в рабочую смесь различных количеств
воды. Для подсчета были взяты реальные условия работы нашего
Двигателя - а— 0,9, Се = 240 г/л. с. ч., G„o,6 =180 кг/час. За
‘25
100% принята теплотворность свежей рабочей смеси без воды. Из
графика (рис. 16) видно, что на каждые 10% добавления ®0ДЬ1
теплотворность рабочей смеси падает на 1%. Падение теплотвор.
ности рабочей смеси при отсутствии рассмотренных нами Других
факторов, влияющих на отдачу двигателя, должно было привести
к соответствующему падению мощности и экономичности. Как в
действительности происходит падение мощности и ухудшение эко-
номичности при впрыске воды, показано на том же графике.
Представляет интерес показать влияние впрыска воды на мак-
симальное (давление в цилиндре Р, и на момент достижения это-
го давления.
Рис. ,17. Изменение максимального давления в цилиндре Pz
в зависимости от количества впрыскиваемой воды. Цилиндр
А Ш-62. Рп— S63 мм рт. ст.
На рис. 17 представлено абсолютное и относительное измене-
ние максимального давления в цилиндре Pz при впрыске воды
до 80% от расхода топлива. Для сравнения на рис. 18 приве-
дено изменение давления Рг с изменением давления наддува РА„
Эти данные получены снятием индикаторных диаграмм посред-
ством пьезокварцевого индикатора конструкции и изготовления’
ЦИА'М
Из графика (р.и|с. 17) видно, что впрыск воды оказывает значи-
тельное влияние на Pz в сторону его уменьшения. Интересно от-
метить, что впрыск воды в количестве 60% дает уменьшение Pz
на 20%, что соответствует, как видно из графика (рис. 18), умень-
шению давления наддува ,на 200 мм рт. ст. Отсюда вытекает весь-
ма важное следствие, что с точки зрения прочности деталей авиа-
ционного двигателя, зависящей от максимального давления в ци-
линдре, при впрыске воды до 60% возможно дополнительное фор-
сирование двигателя на 200 мм рт. ст.
26
г пует попутно отметить, что впрыск воды сказывается, кро-
весьма благоприятно и на температурном режиме двига-
ме того, gOJiee подробно будет изложено ниже. Отсюда мож-
теля, ° ать ОЧень существенный вывод, что применение впрыска
н0 СДЯВЛЯется благоприятным и желательным способом форсиро-
вания двигателя по мощности (за счет наддува).
Рис. 18. Изменение максимального давления в ци-
ливдре Pz в зависимости от давления перед ци-
L 4 ' лжндром Ра.
Момент достижения максимального давления в цилиндре Р z
по мере добавления воды все больше отодвигается от ВМТ впра-
во. Например, при неизменном опережении зажигания этот момент
без воды соответствовал 14° после BlMT, при впрыске 15% во-
ды — 20°, а при 80% — 30° после ВМТ. Это свидетельствует о том,
что вода, аналогично бедным смесям, действует замедляющим об-
разом на развитие процесса сгорания в цилиндре и что при боль-
шом количестве воды происходит сильное догорание рабочей сме-
си по линии расширения с одновременным очень резким сниже-
нием температур цикла. Это в конечном счете приводит к пере-
боям в работе двигателя, которые, совершенно естественно, дол-
жны наступить раньше для бедных смесей.
Разбирая влияние впрыска воды на экономичность авиацион-
ного двигателя, следует осветить весьма существенную сторону
этого вопроса, а именно то, что впрыск воды дает возможность
Работать на бедных смесях, избегая детонации и повышения тем-
пературного режима цилиндров мотора.
Известно, что применение высокооктановых топлив позволяет
авиационным двигателям работать на обедненных смесях и полу-
чать при этом определенную экономию в расходе топлива. Впрыск
воды на всасывании при применении низкооктановых топлив так-
же позволяет работать на обедненных смесях, но при этом полу-
27
чается очень существенное преимущество по сравнению с 05
ними высокооктановыми топливами.
Дело в том, что обеднение смеси неминуемо влечет за сой
повышение тепловой напряженности двигателя. Например,
изменении состава смеси от а =0,70 до а = 0,95 происходит ро
температуры головки цилиндра АШ-62 на ’30—35°С. ВысокооктСТ
новые топлива снимают только рост температуры цилиндра, CB^'
занный с появлением детонации, но они никак не могут влиять
на понижение температурной напряженности двигателя, вызывав -
мой обеднением смеси. Совершенно иначе обстоит дело при впрыс.
ке воды. В этом случае, как видно из графика (рис. 8), получает-
ся не повышение, а понижение температуры. Оказывается, что
вода, подаваемая в минимально необходимом количестве во вса-
сывающий патрубок, с избытком компенсирует рост температуры
головки цилиндра, вызываемый обеднением смеси.
Например, при работе цилиндра АШ-62 со степенью сжатия
е = 7,2 на топливе с октановым числом 78, при Р а — 960 мм рт. ст.
и tK = 80°С появляется детонация при а = 0,72 (рис. 8). Приме-
няя то же топливо, но впрыскивая воду во всасывающий патру-;
бок, получили возможность обеднять состав смеси до режима
максимальной детонации — до а = 0,96 0,98. Вода подавалась в
количестве, минимально необходимом для устранения детонации,
появляющейся по мере обеднения состава смеси, и при этом ока-
залось, что температура головки под задней свечой с обеднением
не возросла, а уменьшилась для а = 0,98 йо сравнению с а=0,72
на 30°С. !Д
Таким образом, применение впрыска воды для борьбы с дето-
нацией позволяет работать авиационным двигателям на более эко-
номичных режимах и одновременно полностью устраняет связан-
ное с этим явление перегрева цилиндров.
Полученный результат разрешает чрезвычайно важный вопрос
о тепловом режиме, являющемся серьезнейшим препятствием на
пути перехода форсированных авиационных двигателей на более
экономичные режимы.
Приведенные данные с полной убедительностью показывают,
что, пользуясь впрыском воды, можно работать на обедненных
смесях даже с пониженным температурным режимом двигателя и
получать при этом значительную экономию в расходе топлива.
На рис. 19 видно, что общий расход (состоящий из расхода
топлива и воды), необходимый для устранения детонации при
обеднении смеси, несколько возрастает. Например, при обеднении
смеси от а = 0,72 до а = 0,95 получается экономия в расходе топ-
лива на 38,5%, но общий расход топлива и воды увеличивается на
8,5%.
Следует, однако, отметить, что приведенные данные получены
при впрыске воды во всасывающий патрубок, в случае же впрыс-
ка воды до карбюратора (по нашей схеме) потребность в веде
для устранения детонации будет несколько меньше (рис. 20), а
следовательно, (меньше 'будет и общий (весовой, (расход топлива’ и
воды.
28
но
тельное™ при наших испытаниях того же цилиндра,
Б Дейсгт®нЬ!м распылом воды, подаваемой между карбюратором
Q ,нэзДУшн к
Рис. 19. Изменение суммарного весового расхода топлива и
воды с обеднением смеси при подавлении детонации впры-
ском воды во всасывающий патрубок.
и ‘всасывающим патрубком, получилось, что потребное количество
воды для устранения детонации при обеднении смеси не превы-
шает веса сэкономленного топлива.
Влияние впрыска воды на тепловое состояние авиационного
двигателя
Впрыск воды, применяемый для устранения детонации, одно-
временно оказывает и сильное охлаждающее действие на цилинд-
ры двигателя.
Совершенно очевидно, что |вода, с ее большой теплотой ис-
парения, попадая в цилиндры в частично испаренном виде, будет,
Р одной стороны, непосредственно отнимать значительное количе-
ство тепла от сильно! нагретых (поверхностей Деталей цилиндровой
29
группы, а с другой,—обладая сравнительно большой теплоемкост
и действуя, как инертный газ, будет снижать температуры ра(^
чего цикла и тем самым уменьшать тепловую нагрузку цилиндр °'
Рис. 20. Изменение мощности, удельного расхода топлива и минимально
потребного количества воды для подавления детонации в зависимости
от наддува при двух положениях впрыскивающей форсунки.
В действительности, как показали наши испытания, впрыск во-
ды на всасывании оказывает сильное охлаждающее действие Об-
ратившись к приведенным графикам (рис. 13 и 14), можно отме-
тить, что впрыск воды во всасывающий патрубок (]-й способ)
очень резко снижает температуру головки цилиндра. Например
на каждый килограмм впрыскиваемой воды отмечается снижрнвр
температуры под задней свечой на 10-1241 При впрыске до кар-
30
/2-й способ) получается менее интенсивное снижение
бюРаТ°ра nL головки цилиндра — примерно 5^6°С на каждый ки-
^"еРГУвРоды. Совершенно естественно, что по мере достижения
лОгра:М'м в рпятУР например J30°C, такого стремительного паде-
"“ГЛмГерХь. У»- не наблюдается.
ния ттого, можно отметить, что по 1-му способу впрыска во-
К>кение температуры головки цилиндра под передней свечой
ды сни менее интенсивно, чем под задней свечой, но все же
проиСХи^тенсиВНО> чем при 2ЧМ способе впрыска воды. Это объяс-
более ,месторасположением впрыскивающей форсунки и указы-
няетСна то, что большая часть воды попадает в те зоны камеры
вае^ания, которые ближе расположены к задней свече.
СГ°Ппи 2-м способе впрыска воды происходит одинаковое сниже-
ние температур головки цилиндра под обеими свечами и, как уже
указывалось выше, сравнительно менее интенсивное падение этих
температур.
Этот факт свидетельствует, во-первых, о лучшем (по сравне-
нию с 1-м способом) перемешивании капель неиспарившейся части
воды с рабочей смесью и, во-вторых, о том, что вода до поступ-
ления ее в цилиндр успевает сильно нагреться и сравнительно
больше охладить
рабочую смесь.
Сопоставление влияния на тепловой режим двигателя обоих
способов впрыска воды приводит нас к выводу, что, когда от при-
менения впрыска воды требуется прежде всего получить охлаж-
дающий эффект (например, в случае перенапряженных в тепло-
вом отношении двигателей 1воздушнопо охлаждения), то целесооб-
разнее впрыскивать воду ближе к всасывающему клапану, распо-
ложив при этом форсунку так, чтобы обеспечить охлаждение наи-
более нагретых зон камеры сгорания. Однако при втором способе
впрыска воды получается больший антидетонационный эффект,
так как при этом сильнее охлаждается рабочая смесь, поступаю-
щая в цилиндр, которая значительнее влияет на возникновение
детонации, чем температура головки цилиндра.
Необходимо отметить, что с точки зрения теплового режима
двигателя впрыск воды для подавления детонации очень выгодно
отличается от применения антидетонаторов.
Дело в том, что применение обычных антидетонаторов (как
ТЭС и проч.) позволяет форсировать авиационный двигатель по
наддуву, но одновременно с этим происходит и рост температур-
ной напряженности двигателя. Антидетонатор в этом случае толь-
ко устраняет рост температуры, связанный с появлением дето-
национного режима. Иначе обстоит дело при использовании воды
для подавления детонации. На рис. 21 и 22 показаны два случая
подавления детонации водой, когда детонация вызывается повы-
шением давления наддува и когда детонация возникает при обед-
нении смеси. На графике (рис. 21 и 22) приведены кривые из-
менения тем'ператур головки цилиндра под задней свечой, полу-
ченные в результате впрыска воды во всасывающий патрубок при
Устранении детонации, появляющейся от увеличения наддува и
обеднения состава смеси при работе на высокооктановом топли-
31
ве Кривые роста температуры головки цилиндра при увеличении
дав пения наддува показывают, что впрыск воды в количестве, ми-
нимально необходимом для устранения детонации, полностью ком-
Рис. 21. Влияние впрыска Воды на тепловое состояние ци-
линдра АШ-62. Детонация вызвана увеличением давления
наддува.
пенсирует рост температуры, происходящий от увеличения дав-
тения наддува; температура головки цилиндра при этом держит-
ся на одном уровне и заметна даже тенденция к ее снижению.
При обеднении состава смеси устранение детонации впрыском
воды дает значительное снижение температуры головки цилиндра,
несмотря на обеднение смеси.
Рис. 22. Влияние впрыска воды на тепловое состояние ци-
линдра АШ-62. Детонация вызвана обеднением состава смеси.
Как влияет впрыск воды на температурный режим целого дви
1 ля показано на рис. 23. Здесь приведены результаты,
га^ученные при испытании мотора АШ-62ИР с форсунками, уста-
п Еденными во всасывающих патрубках цилиндров. Из графика
о, как изменяются температуры головок цилиндров при раз-
Вичны’х способах регулировки впрыскивающих форсунок.
Рис. ,23. Влияние впрыска воды иа температуры головок ци-
линдров мотора АШ-62ИР прн трех способах регулировки.
При первом способе регулировки, когда все форсунки отрегу-
лированы на одинаковое истечение 100—НО см3/мин при давле-
нии в 2 ат происходит неравномерное снижение температур у раз-
личных цилиндров, например, у 9-го цилиндра снизилась темпе-
ратура на 50°С, а у 1-го цилиндра всего на 15°С. Такое неравно-
мерное охлаждение объясняется, главным образом, тем, что, не-
смотря на почти одинаковую тарировку всех форсунок, в отдель-
ные цилиндры попадает неодинаковое количество воды, что, оче-
видно, обязано наличию гидравлических сопротивлений .в кольце-
вом коллекторе, питающем форсунки.
'При втором способе регулировки, когда подача воды в каждую
Форсунку осуществлялась для выравнивания температур цилинд-
ров, было достигнуто, что у ряда цилиндров — у 2-го, 3-го, 4-го,
5'ГО, 8-го и 9-го — устанавливалась одинаковая температура го-
На этом же графике показан и третий способ регулировки
-рорсунок. По этому способу в каждый цилиндр подается вода в
33
количестве, минимально необходимом для подавления детонации
в нем. Этот способ регулировки является, очевидно, наиболее эко-
номичным с точки зрения расхода воды В действительности, при
третьем способе регулировки потребовалось только 14,7% воды
(к расходу топлива) вместо 24% и 21,5% прр первом и втором
способах регулировки форсунок.
Следует отметить, что второй и третий способы регулировки,
при которых необходимо иметь форсунки с различным истечени-
ем, представляют только принципиальный интерес, так как прак-
тически в эксплоатации весьма затруднительно будет иметь дело
с форсунками различного истечения, подобранными для разных
цилиндров одного и того же двигателя.
3!
ГЛАВА III
КОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМ впрыска воды
Исследования влияния воды на работу мотора производились
для двух 'Основных вариантов впрыска, представляющих практи-
ческий интерес: впрыск во всасывающий патрубок вблизи клапана
и впрыск в нагнетатель. Другие варианты, как например, впрыск
непосредственно в цилиндр возможно и дали бы больший антиде-
тонационный эффект, но требуют сравнительно сложной аппара-
туры (повышенные давления, синхронность работы), а главное
требуют существенных изменений конструкции мотора.
Впрыск воды в патрубок исследовался при применении форсу-
нок двух типов, различающихся по характеру распыла и методу
подачи воды: электромагнитной форсунки с воздушным распылом
воды и впрыском только в период такта всасывания и форсунки с
непрерывной подачей и «центробежным» распылом.
Электромагнитная форсунка конструкции и изготовления ИХФ
АН СССР (рис. 24) представляет собой форсунку закрытого
типа с иглой, управляемой электромагнитом, включенным в цепь
тока и состоящим в основном из аккумулятора и прерывателя тока.
Прерыватель тока по конструкции подобен прерывателю магнето.
Кулачок прерывателя приводится во вращение от мотора, причем
профиль кулачка и регулировка произведены таким образом, что
электроток включается только в период такта всасывания. Во
время прохождения тока игла форсунки притягивается магнитом
и происходит подача воды и распыл ее воздухом.
Электромагнитная форсунка применялась нами при первых ла-
бораторных исследованиях на одноцилиндровой установке АШ-62,
поэтому система подачи воды монтировалась из условий удобства
эксперимента. Система состояла из баллона сжатого воздуха,
редуктора, понижающего и поддерживающего давление, равное
”,—5,5 ат, в водяном баке, регулирующего крана и магистрали.
Сжатый воздух после редуктора поступает в водяной бак и к
форсунке. Водяной бак сделан герметичным, поэтому вода пода-
ется к форсункам под давлением воздуха. Давление воды у фор-
сУнки меняется регулировочным краном, и таким образом уста-
Навливается ее необходимый расход.
35
Расход воздуха для распыла составлял
возчуха через двигатель.
1 —1,5% от расхода
Рис. 24. Схема впрыска воды электромагнитной форсункой
с воздушным распылом.
1—редуктор; 2—воздушный баллон; 3— регулировочный кран;
4—водяной бачок; 5—электромагнитная форсунка; 6—пре-
рыватель; 7—«катушка; 8—вход воздуха для распыла; 9—
вход воды.
Форсунка с центробежным распылом (рис. 25) представляет
собой форсунку открытого типа и состоит из корпуса с калибро-
ванным отверстием, турбулизатора в виде цилиндра с двумя
винтовыми канавками на поверхности, сетки для фильтрации
Рис. 25. Форсунка с Механическим
распылом (1-й вариант).
1—корпус; 2—штуцер; 3—проклад-
ка; 4—турбулизатор; 5—фильтр; 6—
шайба; 7—колпачок; 8—накидная
гайка.
воды и деталей, служащих для монтажа. Вода, попадая к турбу-
лизатору, получает вращательное движение, что при выходе из ка-
либрованного отверстия благодаря центробежным силам обеспечи-
вает ее хороший распыл. Применение двух таких вариантов фор-
36
нок, использующих различные принципы подачи воды и различ-
СУ степени распыла, позволило выяснить требования к форсуп-
н ; Сравнивая результаты исследования, мы пришли к выводам,
что вполне удовлетворительно работает более простая система
прыска. Оказалось, что нет необходимости синхронизировать
впрыск по углу поворота коленчатого вала и добиваться идеаль-
ного распыла. «Кроме того, экспериментальными работами также
выяснено, что изменение количества впрыскиваемой воды даже в
широких пределах (до 30—40% ют расхода топлива) мало ска-
зывается на развиваемой двигателем мощности. Следовательно, к
основной части аппаратуры впрыска—форсункам и насосу—
предъявляются невысокие технические требования, а отсюда и
простота их конструктивного оформления.
Рис. 26. Система впрыска воды на моторе ВК-105.
1—система подачи воды в заливочную бензомагистраль; 2—
система подачи воды в форсунки, установленные во всасы-
вающих «трубопроводах; 3—система подачи воды е фор-
сунку, установленную на входе в нагнетатель.
Наряду с впрыском воды во всасывающие патрубки вблизи
клапана исследовался вариант подачи воды в нагнетатель для
моторов АШ-62ИР и ВК-105.
Кроме того, для мотора ВК-105 исследовался впрыск воды во
всасывающие трубы перед карбюратором.
На моторе ВК-105 экспериментальные работы проводились с
системой впрыска, состоящей из водяного бачка, насоса типа
«Хорнет», работающего от электромотора, и магистрали с крана-
ми, позволяющими изменять расход воды и работать на одном из
трех вариантов, изображенных на рис. 26. Давление воды при
этом не превышало 5 ат. Форсунки, применяемые в обоих испы-
таниях (рис. 27 и 28), имеют винтовой турбулизатор и отличают-
ся только конструктивным оформлением, зависящим от их распо-
ложения на моторе. ,Заливочная система не изменялась- Впрыск
воды в систему происходил через старую заливочную «магистраль
и имевшиеся на моторе форсунки.
Для мотора АШ-62ИР испытывались три варианта подачи
воды.-
1) впрыск на входе «в крыльчатку;
2) впрыск на выходе из крыльчатки;
8) впрыск в каждый всасывающий патрубок с помощью выше-
описанной форсунки с центробежным распылом.
На рис. 29 и 30 показано конструктивное оформление впрыска
воды в нагнетатель мотора АШ-62ИР.
Рис. 27. Впрыск воды
в нагнетатель мотора
.1 ВК-105.
Впрыск на входе в крыльчатку происходил через отверстия в
кольце, смонтированном на специально проточенной канавке вход-
ной части диффузора.
Рис. 28. Впрыск воды во всасывающие трубо-
проводы Мотора ВК-Ю5. I
Подача воды на выходе из крыльчатки осуществлялась с по-
мощью кольца, образующего полость в верхней части диффузора.
С этой полости вода через 20 жиклеров попадает на концы лопа-
ток крыльчатки нагнетателя
38
При стендовых экспериментальных испытаниях третьего вари-
нТа система впрыска состояла (рис. 31) из водяного бака’с мер-
ным стеклом, водопомпы с приводом, штихпроберов и регулиро-
вочных кранов. В качестве водопомпы служил шестеренчатый на-
с0С_агрегат 88-Р, установленный на специальном переходнике
,а задней крышке мотора с приводом от маслопомпы. (Усложнение
Рис. 29. Схема впрыска воды
в нагнетатель мотора АШ-62ИР.
Рис. 30. Разрез нагнетателя мотора АШ-62ИР
со 'смонтированной системой впрыска воды.
системы установкой 9 штихпроберов позволило выяснить, в какой
мере сказывается различный расход воды по цилиндрам на равно-
мерность работы и целесообразность применения различной пода-
чи воды по отдельным цилиндрам.
Система впрыска воды в нагнетатель имеет целый ряд пре-
имуществ: прирост мощности и несколько лучший антидетона-
ционный эффект, но температура головок цилиндров снижается
больше при впрыске воды во всасывающие 'патрубки через от-
дельные форсунки.
Ввиду того, что для монтажа впрыскивающей системы по
1-му и 2-му вариантам требуется разборка нагнетателя, а темпе-
ратура головок при такой системе впрыска дает меньшее сниже-
ние, то в дальнейшем для мотора АШ-62ИР разрабатывался ва-
риант впрыска с помощью девяти протарированных на одинако-
39
вый расход форсунок, получивших некоторые изменения по срав-
нению со своим прототипом. Последний вариант впрыска воды
оказался наиболее простым, не требующим никаких конструктив-
ных переделок в моторе.
рдяной бак
впрыскибая
тал фюрсункр
мера пода
чи 6cSu S
Кран реямшробки поСач"
воМо 6ср цилиндры
г2.77 еегмироВКи подаче
Рис. 31. Система впрыска воды при станковых
испытаниях мотора ДШ-62ИР.
Перепускной
----клан
леяегвт
В8~Р
Крон
noaaw
Воды
На этом моторе при летных испытаниях и 400-часовой экспло-
атации самолета была применена форсунка, показанная на рис. 32
слева. Форсунка состоит из корпуса с резьбой «Бриггс», вверты-
вающейся в головку цилиндра мотора, цилиндрического тур-
булизатора со стержнем, фильтра и штуцера для присоедине-
ния питающей трубки. Подаваемая вода проходит фильтр и
поступает к турбулизатору. Проходя по винтовым канавкам тур-
булизатора, вода получает вращательное движение и выходит че-
рез калиброванное отверстие d=0,45 мм. Эта форсунка работала
удовлетворительно. Однако наличие двух винтовых канавок и
узкое отверстие в конце турбулизатора вызывали засорение фор-
сунки, несмотря на имеющийся фильтр. Требовалась частая очи-
стка форсунок.
Второй вариант форсунки, показанный на том же рисунке
справа, имеет турбулизатор с тангенциальным вводом воды. Вода
подходит к ввернутому в корпус турбулизатору, проходит по лыс-
ке в нем к тангенциально просверленному отверстию и поступает
в цилиндрическую полость, образуемую стенками турбулизатора
40
жиклером. Благодаря тангенциальному вводу, струя, получая
закрутку, распыляется по выходе из жиклера. Внутреннюю часть
форсунки и жиклер легко очистить от грязи после вывертывания
турбулизатора. Отсутствие узких щелей обеспечивает более на-
дежную работу такой форсунки.
аире инка с Бинтобым
римыпитепе.ч (Кеотикга}
Рис. 32. Варианты форсунок впрыска воды с
механическим распылом.
1—штуцер; 2—фильтр; 3—корпус; 4—турбулиза-
тор; 5—ниппель; 6—тайка; 7—жиклер;
ФорсункастамЕенциаиьным
оаспылитЁле^рияигвФ)
Ранее упоминалось, что невысокие требования к дозировке и
давлению воды позволяют остановиться на простейшем водяном
насосе.
При наших испытаниях в качестве водопомпы был использо-
ван шестеренчатый масляный насос—агрегат 88-Р (рис. 83), вы-
пускаемый отечественной промышленностью, для создания давле-
ния в гидросистемах самолетов. Проведенные испытания показа-
ли, что производительность насоса вполне может удовлетворить
мощный авиационный мотор необходимым количеством воды.
Отработав основные вопросы впрыска на экспериментальных
одноцилиндровых установках и в условиях испытания мотора на
станке и определив необходимое количество впрыскиваемой
воды в зависимости от режима работы мотора и октанового чис-
41
ла топлива, в начале 1942 г. была разработана схема для основ-
ного транспортного самолета, находящегося на эксплоатации в
ГВФ-
Рассмотрим основные требования, предъявляемые к самолет-
ной системе, на основании которых была разработана специаль-
ная аппаратура впрыска.
Рис. 33. Водопомпа — агрегат 88-Р.
Впрыск воды для авиационного мотора может найти себе
применение только на напряженных режимах, составляющих по
времени меньшую часть общей работы мотора. Только в этом
случае необходимое количество воды будет незначительно по сра-
внению с весом горючего и полезной нагрузкой. Для крейсерских
режимов бездетонационную работу должен обеспечивать соот-
ветствующий сорт топлива.
Для испытуемого транспортного самолета впрыск воды рас-
сматривался, как средство, позволяющее расширить ресурсы при-
меняемых топлив. При использовании горючего с октановым чис-
лом на 9—10 единиц ниже требуемого для взлета, впрыск воды
позволил без перегрева моторов взлетать и проходить теплую
воздушную подушку высотой до 1500 м в условиях Средней Азии
при повышенных температурах наружной среды.
При крейсерском режиме вода в мотор не подается; подача
воды включается на режимах более напряженных—наборе высо-
ты и взлете.
Учитывая загрузку пилота, необходимо автоматическое вклю-
чение воды при превышении крейсерских наддувов, причем вода
должна подаваться без задержки.
Для мотора АШ-62ИР крейсерский режим определяется
о =600 мм рт. ст. при п—1850 об/мин. Набор высоты произво-
дится при Р,=680 . 740 мм рт. ст. при п=1850 об/мин и взлет
при Р«=Ю50 мм рт. ст. и п=2200 об/мин.
Рис. 34. Необходимое количество воды в зависимости от давления наддува для
одного цилиндра мотора АШ-62ИР (топливо с октановым числом 80).
Естественно, что потребное количество воды для режима взле-
та и набора высоты будет различно. По данным испытания, ко-
личество воды, в зависимости от режима работы для топлива с
октановым числом, равным 80, выражается кривой,, показанной на
рис. 34. Как видно из кривой для режима набора высоты, потреб-
ные количества воды составляют i7%' от веса расходуемого топ-
лива, или 9,7 кг/час. Для режима взлета расход воды составляет
24,5%, или 73 кг/час. Это минимальное количество воды, но мо-
тор хорошо работает и имеет нормальную приемистость при по-
даче воды, исходя из требований взлета, т. е. при значительном
избытке воды для режимов набора высоты. Поэтому возможны
Две системы подачи: без регулирования количества воды по ре-
жимам и с автоматом регулировки, подающим необходимые коли-
чества воды, в зависимости от Рк. Вторая система более слож-
ная, но дает значительный выигрыш в требуемом запасе воды на
рейс.
Рис. 35 иллюстрирует необходимые количества воды для од-
ного рейса испытуемого транспортного самолета при двух вариан-
тах регулировки. Первый способ показан сплошной линией. Вто-
43
рой способ |(при .регулировке количества воды по Рк) показан
пунктиром. Рейс самолета рассчитывался при наборе наивыгод-
нейшей высоты — 3000 м. Эта высота является критической для
р =700 мм рт- ст. Разница в расходах, как это видно из гра-
фика, значительна.
РЛ<с. 35. Расход воды для испытуемого транспортного самолета на рейс
при двух вариантах впрыска воды.
При первом способе расход воды за рейс составляет 75 кг,
при втором—22 кг. Несмотря на эту разницу, первый способ так-
же является вполне приемлемым для самолета, так как вес воды
при нем составляет всего 3,2% от веса топлива и 4,6% от веса
коммерческой нагрузки (пассажирский вариант).
Ввиду того, что к началу летных испытаний у нас не было
отработанного автомата регулировки количества воды, мы рас-
считывали емкость бака, исходя из условий работы по 1-му спо-
собу. 1Учитывая запас на циркуляцию, полет в трудных условиях
и т. п., общий объем бака был определен в 100 л.
Но если можно летать, не имея автомата регулировки количе-
ства воды по то учитывая загруженность пилота, необходи-
мым условием была установка автомата включения подачи воды
при Рк> Рккреис- Конструктивное описание этого автомата
дано ниже. • j 1 ' * ’/•< ?'
Требование к безотказной работе в холодное время года за-
ставило предусмотреть целый ряд мероприятий, предупреждаю-
щих замерзание воды в системе. Такими мерами являются посто-
янная циркуляция воды в системе, продувка воздухом неработаю-
щего участка магистрали, теплоизоляция и электрогрелки в баке.
Все это дало возможность при наружной температуре — 30° под-
держивать положительную температуру воды. Следует отметить,
что при хорошей теплоизоляции и нормальной продолжительнос-
ти рейса электрогрелки являются лишними.
График, приведенный на рис. 36, показывает изменение тем-
пературы воды в баке при различных отрицательных температу-
рах среды. Кривая изменения температуры ассимптотически при-
44
Снижается к некоторой положительной температуре, зависящей
. температуры среды и количества воды в баке. Это является
следствием работы водяных помп, создающих циркуляцию воды
ме испытуемого транспортного самолета в зави-
симости от времени полета при разных темпера-
турах наружного воздуха.
Нами исследовалось применение водо-спиртовых смесей. Ре-
зультаты были получены положительные. Однако требование
значительного количества спирта при возможных отрицательных
температурах удорожает эксплоатацию. Замена воды водо-спирто-
вой смесью, как это сделано американской фирмой для самолета
«Сандерболт», упрощает обслуживание самолета, но при разра-
ботке системы мы имели в виду не применять каких-либо дефи-
цитных материалов, могущих отсутствовать на промежуточных
аэропортах.
Схема впрыска воды на транспортном самолете '>
Примененная на транспортном самолете система впрыска во-
ды (рис. 37) состоит: из бака (рис. 38) емкостью 100 л, распо-
ложенного справа на 'передней переборке грузового отсека; двух
Водяных помп (агрегат 88-Р) с приводом от маслопомп моторов;
редукционных клапанов (рис. 39); автоматов включения воды с
клапанами подачи (рис. 40); фильтра бака (рис.. 41) и двух филь-
тров магистрали; продувочной системы, состоящей из насоса и
45
в служащих в зимнее время для полного удаления воды
магистрали после 'ее слива на стоянке; двух электрогрелок
У3 с 42) общей мощностью в ООО вт; панели с контрольными
^иборами, тумблерами включения электрогрелок и контрольны-
ми лампами.
Рис. 38. ;Водобак системы впрыска
воды.
Рис. 39. Редукционный клапан
системы впрыска воды.
1—корпус; 2—накидная гай-
ка; <3—гнездо клапана; 4—
шарик; 5—‘колпачок; 6—контр-
гайка; 7—регулировочный 'вингг;
8, 9—прокладки; 10— пружина
Общий вес системы составил 45 кг. Возможно снижение веса
до 35 кг за счет замены медных трубок на трубы из некорроди-
рующего алюминиевого сплава.
Рис. 40. Клапан подачи
воды. *
1—гнездо клапана; 2—(шту-
цер; I 3 — корпус клапана;
4—поворотный штуцер; 5—
шайба; 6—клапан; 7—саль-
ник; 8—шайба сальника; 9—
пружина; 10—сухарики; 11—
тарелка; 12—кронштейн; 13—
гайка.
Рис. 41. Фильтр водобака.
Г
Система впрыска воды работает следующим образом. После
пуска моторов вода сразу же начинает циркулировать от бака
запомпе и обратно в бак, проходя через корпус клапана подачи
роды. Клапан подачи воды до Рк <700 мм рт. ст. закрыт и вода
' форсункам не поступает. Давление в системе поддерживается
реакционным клапаном в 3 ат. По достижении Л.- =700 мм рт. ст.
автомат подачи воды срабатывает, и часть воды поступает к фор-
сункам, предварительно пройдя фильтр.
Для контроля за работой системы установлены
показывающие давление у форсунок, и термометры,
щие темпеоагуру воды в баке и в магистрали (рис.
48
манометры,
показываю-
43).
Рис. 43. Контрольная панель системы впрыска
• БОДЫ.
Для замера количества воды в баке установлен гидростати-
ческий водомер и предусмотрено водомерное стеклю
Рассмотрим отдельные элементы системы.
Водяной бак представляет собой обычный бак, сваренный из
’’Истов алюминиевого сплава АМЦ. В баке имеется заливная гор-
ловина, приемник гидростатического водомера, водомерное стекло
корпуса для электрогрелок. В горловине и в нижней части ус-
49
тановлены фильтры. В связи с малыми размерами жиклеров фОь
сунок вопрос фильтрации воды имеет исключительно важное зНа
чепие. Поэтому перед выбором фильтра проделана большая рд1
бота по подбору конструкции фильтрующих элементов. Сетчатые
а также матерчатые фильтры оказались непригодными ввиду
пропуска ила и мелких частичек грязи, забивающих форсунки
Удовлетворительную фильтрацию обеспечивали фильтры thtJ
«Шасси», где фильтрующей частью является ряд намотанных щ
корпус спиралей, специально профилированной ленты из нержаве-
ющей стали, образующих зазоры в 0,05 мм.
Фильтр, расположенный в баке, имеет приспособление в виде
очистительных ножей, позволяющих без съемки фильтра счис-
тить накопившуюся грязь.
В качестве водопомпы, как уже упоминалось выше, установле-
ны шестеренчатые насосы (агрегат 88-Р). Насос смонтирован нг
крышке привода маслопомпы МШ-8 к МШ-1. Передаточное числе
/=1,125. Насос 88-Р служит для нагнетания масла в гидросисте-
мах самолетов. Использование насоса для нагнетания воды в си-
стеме впрыска вполне возможно. Это подтвердилось длительным
испытанием его на стенде и на транспортном самолете. Сливногс
отверстия насос не имеет, поэтому в зимних условиях не ‘разре-
шается проворачивать коленчатый вал
изводить запуск неподогретого мотора.
холодного мотора и про
Рис. 44. Схема автоматического включения
подачи воды.
Редукционный клапан применен обычного типа с шариком :
качестве клапана и пружиной.
Требование автоматического включения подачи воды разре
шено путем установки специального автомата (рис. 44). (Автома
состоит из РПД-1, работающего по нормальной схеме регулятор
постоянного давления, и клапана подачи воды. Для мотор
АШ-62ИР нет необходимости ставить регулятор постоянного да
вления. Поскольку у мотора на задней крышке для РПД-1 имеез
•ся фланец с каналами для масла и подвода давления наддув?
50
место и было использовано для наших .целей, но РПД-1
то это я не с дросселем карбюратора, в чем нет необходимо-
связь' клапаном подачи воды. (Работа РПД-1 известна, поэто-
ст«> надобности .останавливаться на этом. Регулировка РПД-1
,мУ Н изменена так, что, (начиная с Рк — 700 мм рт. ст., шток
бЬрвопоРшня переходил в крайнее правое положение и открывал
КЛаКлапан подачи воды (рис. 40) состоит из корпуса, клапана,
iel0mero в своем штоке отверстия, пружины и других деталей,
ёжащих для монтажа. Клапан присоединен к магистрали так,
то вся вода, подаваемая помпой, проходит в его нижней части.
Верхняя полость соединена с коллектором форсунок. При закры-
т0М клапане эта полость сообщается с атмосферой и благодаря
перепаду давлений у форсунок и давления наружной среды про-
исходит продувка, предохраняющая этот участок магистрали от
замерзания. При Р« > 700 мм рт. ст. шток сервопоршня выдви-
гается и, перемещаясь в крайнее положение, нажимает на клапан.
На конце штока установлена резиновая подушка, служащая за-
твором для продувочного отверстия. Таким образом перед нача-
лом подачи воды выключается продувка, а при дальнейшем про-
движении штока клапан открывается полностью. При Рл<700мм
шток сервопоршня уходит назад. Под действием пружины клапан
поикрывается, не открывая продувочного отверстия до полной по-
садки в гнездо, и, тем самым, предотвращает выброс воды иа-
ружу.
Магистраль, соединяющая элементы системы, изготовлена из
трубок красной меди диаметром 10X12. Форсунки соединены с
коллектором трубками диаметром 4X6.
Электрогрелки (рис. 42) закрытого типа; нагревательным эле-
ментом является фехралёвая проволока. Проволока намотана на
крестовину с фарфоровыми изоляторами. Нагревательный элемент
обмазан шамотной глиной с кварцевым песком и заключен в ла-
тунную трубу наружного диаметра 51,6 мм. Один конец электро-
грелки наглухо запаян, другой конец имеет фланец для крепле-
ния к стенке водяного бака.
Каждая электрогрелка включена в бортовую сеть через от-
дельный выключатель, установленный на приборном щитке. Обе
грелки имеют общий предохранитель. Электропроводка грелок эк-
ранирована.
С описанной системой впрыска транспортный самолет прохо-
дил 50-часовые летные испытания и 400-часовую эксплоатацию
на трассах Аэрофлота-
Данная система обеспечивала нормальную работу моторов за
весь 400-часовой межремонтный ресурс. Естественно, что уста-
новка системы требовала дополнительных работ по обслуживанию
самолета, особенно в зимнее время.
Дефекты, выявленные в эксплоатации, заключались в следую-
щем:
Как отмечалось выше, ввиду срочности работ аппаратура сис-
темы не могла быть изготовлена с учетом всех требований, осо-
51
бенно это касается корродирующего действия воды на материал^
Вода применялась самая разнообразная из местных водоемов.
привело к появлению коррозии на деталях водопомпы и стенка>
бака. Коррозийные отложения в баке смывались водой и, поца,
дая в фильтры, засоряли их, что требовало сравнительно частот
очистки. Постановкой специальных материалов или соответствую,
щей обработкой (анодирование, цинкование и т. п.), конечно
можно было бы устранить этот дефект. В частности, в водопои
Рис. 45. Расход воды при применении различных автоматов.
/—необходимое количество воды в зависимости от давления наддува для од-
ного цилиндра; 2—расход воды при работе обычного редукционного клапана^
3—расход воды .при работе дифереициального редукционного клапана; 4—из-
менение давления воды при работе дифереициального редукционного кла'пана-
В общем система работала удовлетворительно и, при устране-
нии указанных дефектов в отношении подбора материалов, может
быть рекомендована для транспортного самолета.
Как уже упоминалось раньше, расход воды для испытуемого
транспортного самолета может быть в 3,4 раза уменьшен при
применении регулировки подачи воды в зависимости от при-1
чем регулировка должна производиться автоматически.
На рис. 45 приведен ряд графиков, полученных при примене-
нии различных автоматов. На этом же графике нанесена кривая
расходов воды, требуемых мотором для бездетонационной работы
на топливе с октановым числом 80.
Кривая 1 дает зависимость между потребным количеством
вОдЫ и Рк Эта зависимость получена обработкой эксперименталь-
но материала.
Линия 2 дает зависимость между расходом воды и Рк при
постоянной регулировке редукционного клапана и включении во-
5Ь1 с Рк =700 мм рт. ст., т. е. тот метод, который применялся
"нами на самолете.
Кривая 3 дает зависимость между расходом воды и Р при
установке в систему взамен простого редукционного клапана ди-
ференциального клапана, поддерживающего постоянный перепад
давлений между Р, и Р воды (рис. 46).
Рис. 46. Диференциальиый редук-
ционный клапан.
Сопоставляя кривые 1 и 3, мы видим, что диференциальный
клапан хотя и дает экономию в расходе воды, но все-таки в боль-
шом диапазоне изменения Рк этот расход завышен. Поэтому це-
лесообразно разработать более совершенный автомат.
Система впрыска воды на торпедном катере
Торпедные катера, а также целый ряд судов ВМФ другого на-
значения оборудованы бензиновыми моторами, требующими высо-
кооктановых топлив. С целью получения гарантированных мощно-
стей на топливах с пониженным октановым числом применялся
впрыск воды по системе, разработанной институтом.
53
Эксплоатационные испытания проводились на катере с тремя
моторами «Паккард» 4М-2500, ^ = 1350 л. с. при «=2500 об/мин
и Р к — 1118 iMiM рт. ст.
'Материалы испытания и выводы приведены в главе IV. Здесь
мы рассмотрим только систему впрыска. Система впрыска (рис. 47)
состоит из.- четырех баков общей емкостью 250 л, ^располо-
женных в средней части катера; двух циркуляционных бачков с
фильтрами; водопомп (агрегат 88-Р) с приводом от распредвали-
ков мотора; клапанов подачи воды, связанных с дросселем кар-
бюратора; редукционных клапанов; фильтров, обратных кла-
панов, форсунок и кранов магистрали. Для контроля работы
установлен манометр, показывающий давление у форсунок.
Рнс. 47. Принципиальная схема впрыска воды на торпедном
катере с моторами «Паккард» 4М-2500.
1—редукционный клапан; 2—дренаж; 3—циркуляционный
бачок; г4—фильтр; 5—заливной шприц; 6—манометр'; 7—фор.
сучки; 8— лмв; 9—Обратный .клапан; 10—игольчатый кр.а в»
11—фильтр; 12—клапан подачи воды; 13—основные банн-
ую—кр'ан.
После запуска моторов начинается циркуляция воды в маги-
страли: циркуляционный бачок — помпа — клапан подачи воды —
редукционный клапан—циркуляционный бачок. Редукционный кла-
пан отрегулирован на давление 2,5 ат.
Развиваемая мощность моторов, а следовательно, и начало
впрыска воды в условиях работы моторов на судне зависит от
положения дросселя. Это обстоятельство позволило производить
включение воды автоматически, кинематически связав дроссель
карбюратора и клапан подачи воды. Начиная с п = 2001 об/мин
(для топлива с октановым числом 87), клапан подачи воды при-
открывается и вода, пройдя фильтр и обратный клапан, поступает
к заливочной системе мотора, откуда через 8 форсунок в распы-
ленном состоянии подается во всасывающие трубы.
Взамен фирменных были установлены новые форсунки пред-
варительно протарированные. Форсунки тарировались на расход:
четыре крайние форсунки на 205 см3/мин, средние на 235 см3/мин
при давлении 2,5 ат. Заливка мотора при запуске производится
через те же форсунки. Попадание воды в беизс магистраль 1пре-
дотвращается игольчатым краном, который закрывается после (за-
ливки. Обратный клапан в магистрали предотвращает 'уход бен-
зина в водосистему.
Вода, убывающая из циркуляционных бачков при впрыске, по-
полняется из основных баков.
Основные элементы системы, как-то: помпа, клапан подачи
воды, фильтры, редукционный клапан, применены те же, что и для
самолетной схемы. Система работала удовлетворительно. Ввиду
наличия на катере отопления и прекращения его эксплоатации
в зимний период в предохранительных мерах против замерзания
системы впрыска необходимости не было.
Сравнение схем впрыска воды для испытуемого транспортного са-
молета и самолета «Сандерболт»
В заключение следует сказать о схеме и аппаратуре впрыска
на самолете «Сандерболт», ставшей нам известной в начале
1944 г. Не останавливаясь подробно на данной системе, необхо-
димо отметить, что целевые назначения самолетов различны и
различный смысл имеет применение впрыска воды. Для самолета
Ли-2 основное назначение заключалось в возможности расширить
ресурс топлив, применяя низкооктановые сорта бензинов, тогда
как для самолета «Сандерболт» назначение воды—форсирование
мотора на 100-октановом топливе для «чрезвычайных» кратковре-
менных режимов. Применяемое на «Сандерболт» ручное включе-
ние воды с автоматическим переходом на чрезвычайные наддувы
имеет смысл, так как фиксирует внимание пилота на том, что
мотор переходит на |«чрезвычайный» режим.
Для системы «Сандерболт» нет необходимости в регулировке
расхода воды по Рк, так как диапазон изменения Рк при впрыс-
ке воды невелик.
Для транспортного самолета необходимо автоматическое вклю-
чение воды, так как оно производится с коейсерских режимов, на
что мы указывали выше.
На самолете «Сандерболт» нет специальных устройств против
замерзания системы; при отрицательных температурах применя-
ются водо-спиртовые смеси. Это хотя и облегчает обслуживание
самолета, но удорожает его эксплоатацию.
Положительной чертой системы «Сандерболт» является орга-
ническая связь системы впрыска воды с конструкцией мотора.
Эта связь и позволила вводить горючее и воду одновременно и
55
обеднить состав смеси при впрыске воды, достигая обеднением
дополнительного преимущества в отношении мощности и расхода
горючего. Фирма «Пратт-Уитней» дает новую маркировку мото-
оэм, приспособленным для впрыска воды (R-2800-63 вместо
R-2800-21).
Возможность обеднения смеси за счет воды была выявлена
нами во время экспериментальных работ, но не получила кон-
структивного оформления в схеме, примененной на транспортном
самолете и торпедном катере. Участие заводов—изготовителей аг-
регатов—и моторостроительных заводов позволит изыскать наи-
более простые конструктивные решения максимального использо-
вания эффекта воды: или понизить потребное октановое число,
или повысить мощность, термически не перегружая двигатель и
получая эти преимущества при пониженных расходах горючего.
56
ГЛАВА IV
ДЛИТЕЛЬНЫЕ СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ АВИАДВИГАТЕ-
ЛЕЙ С ВПРЫСКОМ ВОДЫ
Выбор топлив для испытаний
Одно из основных назначений впрыска воды в авиадвигатели—
снижение требований к антидетонационный свойствам применяе-
мых топлив.
В этом свете очень заманчивым выглядит вопрос увеличения
ресурсов авиатоплив за счет использования автомобильных бен-
зинов, поскольку даже незначительное утяжеление фракционного
состава авиатоплив может увеличить ресурсы на несколько де-
сятков процентов.
Автомобильные бензины в чистом виде имеют октановые числа
в пределах '58—68 единиц. При максимальном содержании в них
антидетонатора —• свинцовой жидкости (4 см3 на 1 кг топлива) -
удается повысить октановые числа до 79—80.
При смеси автобензина с авиационным Б-70, на котором С..;л
остановлен выбор, как на (наиболее ходовом, возможно получение
топлива с октановыми числами 80—85.
Поскольку содержание серы в автобензинах имеет большое
значение по своему влиянию на антидетонационные свойства, то
были определены октановые числа смесей Б-70 с автобензинами
как сернистыми, так и несернистыми.
Приведенный материал в табл. 6 показывает, что автобензин
’ .1 ц а *
Антидетоиацноиные свойства автолюбильных бензинов и их смесей с Б-70
Сорт топлива Удель- ный вес при 20°С Выки- пает до 100°( без Р-9 Октановые 1ИСЛД
с 1 см3 Р-9 с 2 см8 Р-9 с 3 см3 Р-9 с 4 см* Р-9
Автобензин S=O,O8°J0 0,763 15,5 60 — 76 78
30% . <70% Б-70 0,743 40 65,5 — 78,3 83 86
50% . +500|о Б-70 0,750 32 62,5 — — 81,3 84
Автобензин S=O,22°lo 0,761 17,5 66 71 74,5 76,5 79
30% „ +700|0Б-70 0,744 36 69,5 76 80 83 85
3°% . +50» с Б-70 0,749 28 69 — 79 80 83
Автобензин S=O,36°/o 0,754 22 64,5 — 71,7 73,7 75
30% . +7О°/о Б-70 — — 67,5 — 80,5 81,5 —
50% „ +500 0 Б-70 — — — — 78,3 81 —
Автобензин S=0,6% 0,760 19,0 64,5 — 71 73 74
30% „ -+-70% Б-70 0,741 40 66,5 — 77,8 81 —
„ +5ЭО/о Б-70 0,746 33 65 — — 77 79,5
Авиабензин- Б-70 0,736 47,5 72 80 84,5 86,5 88,5
57
с максимальным содержанием серы—0,6% в смеси до 50% с
Б-70 позволяет получить топливо с октановым числом не более 80.
На несернистом автобензине могут быть получены смеси с ок-
тановыми числами до 85 включительно. Следовательно, по анти-
детонационным свойствам автомобильные бензины в смеси с
Б-70 могут быть использованы для моторов, требования которых
к топливу не превышают 85 октановых единиц.
Показатели испаряемости смесей автомобильных бензинов с
авиабензинам Б-70 (табл. 7) позволяют сделать вывод о воз-
можности применения подобных смесей на авиационных моторах.
Таблица 7
Испаряемость автомобильных бензинов и их смесей с Б-70
Топливо Ул. вес при 20°С Начало кипения,1 °C Температура выкипания, «С Выкипа- ет до 100°С Конец кипения, °C
5% 50% 90% 95%
I Авиабензин Б-70 (проба № 1) . . 0,744 58 73 82 108 138 150 34,5 163
Автобензин (проба № 1) . . 0,768 50 71 82 142 197 208 20,5 220
ЗО°|о автобензина +70% Б-70 . . . 0,752 53 77 83 116 166 168 27,5 207
50% автобензина 4-50*70 Б-70 . • . 0,757 60 76 84 121 180 200 25,0 210
70% автобензина Ч-300/о Б-70 . . . 0,762 58 75 82 130 190 204 24,0 217
II Авиабензин Б-70 (проба № 2) • • 0,732 58 76 80 98 128 140 53,0 172
Автобензин Ишнмбаевский . 0,760 53 75 85 138 182 192 19,0 208
30% автобензина -р700/о Б-70 . . . 0,741 57 76 81 105 163 184 40,0 207
50% автобензина +50% Б-70 ... 0,746 57 76 82 114 172 187 33,0 206
7О°1о автобензина +30% Б-70 . . . 0,752 57 76 83 124 176 190 36,0 208
III Автобензин (проба л» 3) . . 0,763 60 80 91 146 202 214 15,0 236
30%) автобензина 4-70% Б-70 (проба № 2) . . 0,743 50 76 82 106 161 188 40,0 221
50% автобензина 4-50% Б-70 (проба № 2) . . 0,750 57 78 83 114 182 202 52,0 227
70% автобензина 4-30% Б-70 (проба № 2) . . 0,757 60 80 87 125 191 206 23,0 231
58
Выяснено, что автомобильный крекинг-бензин с головкой до
]()0сС—20% при добавлении к \Б-70 в количестве до 70% lid 'ока-
зывает влияния на начало кипения и на температуры выкипания
5 и Ю%, а .автомобильный крекинг-бензин с головкой до ,100°С=
= 15% 'увеличивает температуры выкипания 5 и 10% .на несколь-
ко градусов Цельсия, но сохраняет их в пределах норм, устано-
вленных для авиатоплив. 'Другими словами, пусковые свойства
авиабензина Б-70 от наличия в нем автобензина не ухудшаются.
Пропорционально содержанию автобензина в смеси с авиабен-
зином Б-70 уменьшается головка бензина и увеличиваются, темпе-
ратуры выкипания 50% и 90%, другими словами, ухудшаются те
свойства бензина, которые обеспечивают мотору приемистость. Но
так как смеси автотоплива с авиабензином в нашем случае рас-
сматриваются в основном, как топлива для моторов с нагнетате-
лями, то есть основания полагать, что это изменение во фракцион-
ном составе топлива не вызовет существенных затруднений.
На оставшиеся неясными вопросы, а именно: насколько вредно
отразится автобензин на смолоотложении и нагарообразовзнии
в авиадвигателях (ввиду наличия в автобензинах до 40% непре-
дельных углеводородов, склонных при хранении и при работе в
двигателях полимеризоваться и образовывать смолы), а также
будет ли наблюдаться разжижение смазки вследствие утяжеления
фракционного состава топлива, особенно характеризующееся уве-
личением температуры выкипания 95% и конца кипения, ответы
дают проведенные моторные испытания.
100-часовое испытание одноцилиндровой установки АШ-62
с впрыском воды
Испытание проводилось в декабре 1942 г. на одноцилиндровой
установке с цилиндром мотора АШ-62ИР, оборудованной гидро-
тормозом М4-Д, вентилятором для обдува и стационарным ком-
прессором.
Установка была снабжена всеми приборами, необходимыми
для контроля работы двигателя.
Сточасовое испытание состояло из десятичасовых этапов. Каж-
дый этап слагался из 1 часа со взлетным наддувом 7% = 1050 мм
рт. ст. и «=2000 об/мин и 9 часов с номинальным наддувом при
Ра =900 мм рт. ст. и п=1900 об/мин.
Применявшееся топливо состояло из 50% автомобильного кре-
кинг-бензина + 50% Б-70 + 3 см3 Р-9 и обладало следующими
свойствами.
Удельный вес при 20°С.................... 0,749
Октановое число ........................ 80
Разгонка по Энглеру, ^С.-
Начало кипения.............................. 54
Температура выкипания 5%.................. 74
Температура выкипания 10%..................83
Температура выкипания 50% . . . . . . . 118
Температура выкипания 90%..................177
59
Конец кипения...............................226°С
Выкипаемость при 100сС................... . 28%
Упругость паров по Рейду в мм рт. ст. . . . 165
Серы, % . . . ......................... ... 0,26
Индукционный период, мин.................260
Содержание смол, мг/100 см3................5,2
Иодное число .............................. 50
Кислотность, мг КОН........................0,9
Во время всего испытания впрыскивалось 20—25% (по весу)
воды от расходуемого топлива.
Для впрыска на всасывании в цилиндр бралась вода непосред-
ственно из казанского водопровода и не подвергалась очистке и
фильтрации. Единственным фильтром по всей водяной системе
была сетка, напаянная вокруг корпуса форсунки.
Вода применялась следующего качества:
Прозрачность....................
Осадок .........................
Цветность по америк. шкале . . .
Ph.......................... .
Щелочность......................
Окисляемость ...................
Жесткость карбонатная...........
Жесткость общая.................
Жесткость устранимая . . . .
Жесткость постоянная . . . . .
Азот аммиака....................
Азот нитритов ..................
С1......................
Fe......................
СаО.....................
'MgO....................
SO4.....................
>40
Небольшой, крупный, жел-
тый хлопковидный
5°
7,2
6,45
1,49
18,06°
32,56°
18,32°
14,24°
Отрицательный
Отрицательный
4,6 м/л
0,36 м/л
233,2 м/л
66,65 (м/л
228,47 м/л
Во время 100-часового испытания применялось обычное авиа-
ционное масло iMC-
Перед испытанием было залито свежее масло в количестве
49 л, через 60 часов работы было долито 18 л масла.
Результаты испытания
Средние значения основных параметров за 100-часовое испы-
тание (табл. 8) показывают устойчивость режимов работы одно-
цилиндровой установки АШ-62 с впрыском воды.
После испытания при осмотре цилиндра, в который было по-
дано 388 л воды, обнаружены следы накипи во всасывающем
патрубке, не влияющие сколько-нибудь на ухудшение работы ци-
линдра.
Отсутствие следов накипи в камере сгорания цилиндра указы-
60
СО
Средние значения 100-часового испытания цилиндра ЛШ-62 с впрыском воды.
га ч
с X О 92 Ч? °? Q СЧ Г-» О О О О — «Х5 1 N ТО —
га 5 ОООО 00 СО ОООО 0000 С-Г-^ 00^ S- 00 К- 1 4^00 СО СО
S 0
D CJ
С -
2 Ю Ш г-
<и н о X! 0 mN* СО СП — О О m »л О COCO СЧ Ь-7 СЧ 1 ТО Ь- О) К t— S- N* Г4» СО ТО) b-ч СО t-. SS Sb- (-4 b-Г— Гч Г-ч
га о — ю
о t; 1О г-ч CN to СО ю Г-.
X = £ { 1 I ю С-ч о О СО —1 со
с га о •11 - «ч - » - ~ -
— S о —' —< —’ — о
сц га
ет
X ч
*. СЧСЧЬ^СЧСОСОСОСЧОСО
га га
X Ч еососоооотгтт’тосп-’з*
и о тГтТ'ТОТОТОТОТОТО'ТОТО
S 0
Ч
К О — -Н Ю ТО О СО О> СО ТО СО — t-ч со ТО о ЮЬч О ТО
Cf ОО ООО СПО ООО ОО СО СП со со о О СОСО ОСО
* СЧ — СЧ — — СЧ — — СЧСЧ — — —• — СЧ — — — —« —•
ч
о
=г ФО ОО 0 04 ОО 04 0 СО О СЧ ТО СО ОО СЧ ТО
S- СП t-ч СП Г- СП СО О t-ч СО 1 СО Г- ОС t-ч t-ч t-ч t-ч К S
о СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ ! СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ
ч
U
СЧЮ ЮТО ТОСЧ ТО ТО ООО 04 00 СЧ 'Г со оо со со СО СЧ
3 ОО ОО ОООО ОООО ОООО до ос оооо оооо ОО ОО ОООО ОООО
о о о о оо о о оо о о оо оо оо оо
о СПО ОСП —1 СП СО —' оос ОО ООО О —' СПО —• СП
о ОО оо ООО СП оо со СП ООО ОСП ОООО СП СП СО СП СП со
о t4 —, — гч шст> coo «‘ео -ci то —-я- гч оо
СЧ —• со о СОО СО—« ТГ — СЧ—1 СО—м 4.0 о —о со СП
с х, си о СП ОСП ОСП ОСП ОСП о О ОСП ОСП осп Осо
—м —< —, —• —‘ —< —< —• —’ *“*
S
СЧ Ю 1О ю ю ю ю о ю юю
- j- *. * (Ч
< 04 СЧ СЧ СО —СЧ СЧ СЧ СП — СП СЧ СЧ СЧ СЧ со —со —сч
о «о со 1 о com о> т mm тт от от сот сот
X ют о— “г1 оо on ю-я1 о»оо о со оо ою
СПО О О СП О СПО ОО СПО ОО ОО ОО ОО
S ОСП ОО О СП СП О ОО ОО ОО о О ОО о со
\q сч— —— —1 — сч— — — СЧ —• СЧ— СП» — сч —
О
тиииюии®»®
S О 2 CJO ОО О о оо о о о О о О О о о о
тага гага гага гота гага гага гага гага гага гага
QJ Т 7 о< tr =Г 0* =Г 5*3’ S’ о1 5* V -tr 5*3-
С 1м —О —О —О —О —О —О —О — О —* О
гапы - - > > "
т>
61
вает на то, что соли, содержащиеся в воде, выбрасываются из
цилиндра вместе с выхлопными газами.
Свечи 1ВГ-12 работали все 100 часов нормально, чистке ни ра-
зу не подвергались и после испытания найдены в удовлетвори-
тельном состоянии.
Поршень, поршневые кольца и клапаны после испытания так-
же были в хорошем состоянии. Поршневые кольца совершенно
свободно перемещались в канавках; никаких следов заедания не
обнаружено.
Нагар «а поршне был рыхлый, легко снимаемый. Грибок вы-
хлопного клапана со стороны камеры сгорания был покрыт труд-
но снимаемым отложением желтого цвета, содержащим свинец и
накипь.
Количество нагара на выхлопном клапане (табл. 9) следует
считать несколько повышенным, обычно за 100-часовое испытание
нагароотложение на выхлопном клапане не превосходит 10 г.
Таблица 9
Нагарообразование на деталях после 100-часового испытания на одноцилиндро-
вой установке
С каких деталей снят нагар Нагар, г
Днище поршня
Всасывающий клапан:
со стороны фаски грибка . . .
со стороны, обращенной к камере
сгорания
Выхлопной клапан:
со стороны фаски грибка .
со стороны, обращенной к камере
сгорания
4,1
0,8
2,9
13,9
Анализ отработанных масел (табл. 40) ничем не отличается
от обычных образцов отработанных масел. Разжижения масла
бензином вследствие применения в топливе 60% автобензина,
имеющего тяжелые фракции, не обнаружено.
со
₽S
О
rt
Качество отработанного масла
5 с к 5 Ьг [ i мг КОН 0,02 0,04 0,05 0,06 0,11 0,13 0,14 1 1
о =5 золы Ю CD СО СМ 8 8 О с О ОО со тг ь- СО i СМ СМ СМ СО о о о сГ о o'
о О кокса 0,29 0,44 0,52 0,79 0,78 0,60 1,08 ;ныпе 1,5°
’НВХЭН 0/0 |Примесей ( J1 5 2 СО Ю 00 СО 00 ст> о о о с о". о" о § К
о/о воды [ по Дину и Старку С J 5 * а » Едва за- метные следы лах допус асла.
"V а °C по Бр 262 25Я ст 2 м * 00 СТ) СТ) О СТ) Ьн п. р Ю IO Ю СО to ю pr ~ см см см см см см с £ CQ я 0? н га
to а 2 с СС мп 174 — О0 сч Tj' СЧ тг —, СМ СО см см — со ’-м СТ 5 ° w S
ъ филь- 0 с £ О о С < СТ 7) ОС ч с- « ч 03 S’ со со 00 СТ) СТ) t>- ri со оо со оо оо со га _ к «. г. *. «. к О см см см см см см S со S Я хо
Вязкост тров. S щ о 35 ^г-спсмг-ооь^ о .ОСМГ^СМСМТГЮЬ«- К Н э ст? со оо ст> ст? со 22 ?Ч»—гз сп .. . . . CL 2
Уд. вес пои 20°С НСфИЛЫр. масла 0,891 п ячя о 3 ^СМ^ЮЮЮСО 5 s ) СТ) СП СТ) СТ) Ст) Ст) р ОО СО 00 ОО ОО ОО V е4 Г О О* О О* О О go Я ст
Масла е масло 1 образца . . . „ 11 „ • 10 час работы .... 30 50 , , .... 70 , 80 „ . .... 100 , , .... Примечания, 1. Про 2. Пер
( 3
Износы деталей: цилиндр, поршень, поршневые кольц9
(табл. 11), не превосходят износов при работе цилиндра на нор,
сальном топливе без впрыска воды.
Таблица Ц
Износы деталей одноцилиндровой установки AU1-62 за 100 часов работы
Наименование деталей Износы
минимум максимум средн.
Цилиндр, верхний пояс Поршень, . „ Цилиндр, средний пояс Поршень „ „ Цилиндр, нижний пояс Поршень , „ 000 000 000 000 ©00 000 0,015 0,02 0,01 0,015 0,015 0,01 0,01 0,01 0,005 0,01 0,01 0,005
Наименование колец Зазор колец в стыке , Зазор колец по образ.
средн. средн.
до испыт. после испыт. до испыт. после испыт.
Уплотнительные Маслосбрасывающие . . 0,71 0,61 1 0,73 0,78 0,20 0,08 0,20 0,08
Выводы
Проведенное 100-часовое испытание цилиндра АШ-62 на смеси
50% сернистого автобензина и 50% Б»-70 с 3 см3/кг продукта Р-9
с впрыском воды во всасывающий патрубок цилиндра дает осно-
вание сделать следующие выводы:
1. Впрыск ьоды на всасывании цилиндра и применение авто-1
мобильного сернистого' крекинг-бензина <в смеси с Б-70 не оказы-1
вает вредного (влияния на механическое состояние деталей цилин
дровой группы: на цилиндр, поршень, поршневые кольца, клала
ны и свечи. Ржавления и коррозии на деталях не обнаружено.
Износы трущихся деталей цилиндра незначительны и лежат в
обычных пределах.
2. Несмотря на то, что в цилиндр подавалась вода значитель-
ной жесткости (общая жесткость 32,56° и постоянная 14,24°), от-
ложения накипи в камере сгорания не было обнаружено, во вса-
сывающем патрубке оказались следы накипи, что на практике р
имеет какого-либо значения для работы двигателя.
3. Вода не попадает в смазку двигателя. Разжижения смазки!
бензином также не было, содержание бензина в масле оказалось
в допустимых пределах.
4. Двигатель работал на смеси автобензина с впрыском воды
на режимах вздета и номинала устойчиво и без детонации.
6-4
100-часовое испытание мотора АШ-62ИР с впрыском воды
Испытание мотора АШ-62ИР № 62021631 с впрыском воды
проводилось в январе '1943 г. по> программе 67МТУ на Убычнэй
испытательной установке с балансирным станком ЛА-1.
Каждый десятичасовой этап испытания состоял из:
Л, п, Ne,
мм рт. ст. об/мин л. с.
20 мин. работы на взлетной мощности 1050 2200 1000
3 часа работы на номинальной земной
мощности 900—910 2100 820
6 час. 40 мин. работы на 0,9 номинальной
мощности — — 736
Поставленный винт был несколько утяжелен, и поэтому
мощности, снимаемые с мотора на взлетном и номинальном ре-
жимах, получались заниженными, а среднее эффективное давле-
ние—повышенным по отношению к нормальным режимам двига-
теля. Таким образом, режимы испытания, особенно основной ре-
жим эксплоатационной мощности (0,9 номинала), являлись более
тяжелыми, ,чем обычно.
Испытание проводилось на смеси, состоящей из 30% автомо-
бильного сернистого бензина 4-i70% Б-70+2 см3 Р-9, обладающей
следующими свойствами:
Уд. вес при 20°С .................0,744
Октановое число ...................... .80
Разгонка по Энглеру:
'Начало кипения............................. 54°С
Температура выкипания 5% ... . . 73°С
Температура выкипания 10%..................80°С
Температура выкипания '50% ... ... 11 О С
Температура выкипания 90% , .... 167°С
Температура выкипания 95%...................197ГС
Конец кипения.......................... . . 222°С
Выкипаемость до 100°С.................... . 36%
Упругость паоов по Рейду, imm рт. ст. . . . 168
Сера, %...................0,24
Индукционный период, мин. .'...............385
Смол, мг/100 см3......................... 4,8
Иодное число........................... ... 40
Кислотность, мг КОН........................0,5
Для смазки применялось масло МК- Смена масла производи-
лась через каждые 10 часов работы мотора.
Мотор был оборудован системой впрыска воды, состоявшей из
водяного бака емкостью 30 л, фильтра, водяной помпы, автомата
подачи воды к форсункам, коллектора и девяти форсунок (рис. 37).
Вода впрыскивалась в цилиндры автоматически на режимах,
более тяжелых, чем крейсерские, т. е. при Pk более 700 мм рт. ст.
На режимах взлета и номинала подавалось 22—28% воды от
65
весового расхода топлива, а на режимах эксплоатационнои мощ-
ности__17—22%. Следует отметить, что с точки зрения подавле-
ния детонации не было необходимости подавать воду на эксплоа-
тационных режимах, так как на топливе с октановым числом 80
двигатель АШ-62ИР работает нормально без детонации.
Но для более полного выявления действия воды на коррозию,
нагарообразование и пр. вода, как это было сказано выше, по-
давалась на всех режимах в течение 100-часового испытания.
Наличие подогрева и циркуляции воды в системе предохраня-
ло ее от замерзания в процессе испытаний при температурах ни-
же нуля.
Вода бралась из казанского водопровода. Ее анализ дан
при описании испытания впрыска воды на одноцилиндровой
установке.
Рис. 48. Внешние и винтовые характери-
стики мотора АШ-62ИР, снятые до и пос-
ле 100-часового испытания.
Мощность и удельные расходы топлива, как видно из сравни-
тельных внешних и дроссельных характеристик (рис. 48), снятых
до и после 100-часового испытания на топливе 4Б-70, приблизи-
тельно одинаковы. Разница в мощности на 2—3% обычное явле-
ние после 100-часового испытания моторов. ,
Снижение температуры головок цилиндров при впрыске во-
ды различно по отдельным цилиндрам. Для режима взлета оно
оле лется от '35'С до 12°С. Различная степень понижения тем-
66
цературы при впрыске воды, очевидно, является результатом не-
равномерной подачи воды по цилиндрам.
Снижение температур на режимах крейсерской мощности
(рис. 49) составляет 25—i50°C. Более значительное снижение тем-
ператур на задросселированном моторе следует объяснить тем,
что процент подаваемой воды по отношению к рабочей смеси с
УслзЁнчг обозначения:
Рис. 49. Сравнительные температуры головок
цилиндров мотора ДШ-62ИР по винтовой харак-
теристике на топливе 4Б-70 и 30°/<J, автобензина
+ 70<’/« Б-70+2 см4 P-У с впрыском воды.
Дросселированием мотора повышался. Это увеличение происходи-
ло вследствие того, что редукционный клапан водосистемы был
отрегулирован для подачи воды на взлетной мощности в количе-
стве 25% от расхода топлива и регулировка его при дросселиро-
вании мотора не менялась.
'Мотор во время всего испытания работал нормально без ка-
ких-либо дефектов и признаков детонации. Падение мощности
не имело места, |расход топлива и масла лежал в пределах тех-
нических норм (рис. 50). Некоторое снижение мощности мотора
67
до 3% к концу испытания при сравнении характеристик, снятых
до и после испытания (рис. 48), следует считать обычным явле-
нием. Сравнение взлетных мощностей в первые и последние эта-
пы испытания подтверждает это предположение.
Л 180
о мм рт.ст.
-30
-10
500
300
2100
1900
1000-г
800^
100
80
t°C
Мкг.м
п об [мин
Me л-с.
ГС
Рат
барометрическое давление
Момент
Обоооты
Мощность
t
Да бление мосла
Температура наружного воздуха
Давление на всасывании Р.
'Температура масла на входе
Удельный расход мосла
/7Т
н
„ , 520
Се г[л.с ч. 2gо
У г/л.е.ч.
Удельный oacxoi топлива
Ркммрт.ст ЮОО^
Рат
/ -Э.-—। 1—к-1—I । j । j—I J . I I..1 1.1, 1 । J I I i I । ; • t | г-п Г~Г"ПТТ
'35[1роу[ентиое весоВое отношение расхода воды к расходу топл.
30
10
О 5 10 15 202530 3540 45 50 55 60 65 10 75 80 85 90 95100
басы
Рве. 50. Сводный график средних значений по этапам 100-часового испытания
мотора АШ-62ИР с впрыском воды.
Применение компаундированного топлива с 30% автомобиль-
ного бензина заметно не ухудшало приемистости и не затрудняло
запуска двигателя.
Нагароотложения на поршнях, в камерах сгорания и на всасы-
вающих клапанах незначительны и не превышают нагароотложе-
ний за время 100-часовых испытаний на нормальных сортах топ-
лива без впрыска воды (табл. 12 и 13).
68
Таблица 12
Весовые отложения нагара на деталях мотора АШ-62ИР за 100 часов работы с
впрыском воды
Наименование деталей Вес нагара в граммах Всего, г В сред- нем на деталь,г
номера пилиндров
1 2 3 | 4 | 6 6 1 7 8 9
Поршни 3,1 3,3 1 > 1 6,4 8,312,2 7,9'11,8 3,6 3,2 59,8 6,6
Камеры сгорания . . . 0,5 0,8 1,8 3,6. 1,5 1,3 8,6 5,7 5,1 1,1 1,6 28,8 3,2
Клапаны всасывания . . 1,2 1,0 1,6 1,2; 1,6 1,6 1,1 11,9 1,3
Клапаны выхлопа . . . 8,0 9,5 7,6 9,1 8,5 10,6 3,3 7,5 6,9 71,0 7,9
Таблица 13
Сравнительные данные отложений нагара иа деталях моторов АШ-62ИР
№ Испытания Среднее количество нагара на деталь
поршень камера сгорания всасыв. клапан выхлоп, клапан
1 1о'0-час. испытание с впрыском воды на смеси: ЗО°/о автобензина-|-700/о Б-70+2 см8 Р-9 на 1 кг 6,6 3,2 1,3 7,9
2 130-час. испытание на масле К-12 и ЗБ-74 . 6,5 4,4 3,0 6,9
3 113-час. испытание на масле СО и ЗБ-74 . . . 7,6 — 2,7 2,0
4 100-час. испытание на масле СО и смеси 50% КБ-70 + 50% пиробен- зола -|-3,5 см3 Р-9 на 1 кг 8,8 8,8 3,5 9,8
На клапанах выпуска получалось несколько повышенное коли-
чество отложений за счет накипи.
В камерах сгорания дилиндров № б и |7, на днищах поршней
№ 5 и 7 и на клапанах выхлопа всех дилиндров обнаружена в
незначительном количестве накипь.
Накипь отложилась в виде тонкого, легкоснимаемого слоя и
вредного влияния на работу деталей не оказывала.
Следует отметить, что мотор работал с беспрерывной подачей
воды все 100 часов; при этом' в мотор было подано около 5000 кг
воды ,(иЛив среднем по 560 кг на цилиндр).. В условиях же экс-
плоатации мотор будет работать с впрыском воды только на ре-
жимах взлетной мощности. Введенное количество воды в цилинд-
ры при данном испытании значительно превосходит потребное
количество воды для работы мотора между переборками 400—
500 час.
69
до 3% К концу испытания при сравнении характеристик, снятых
до и после испытания (рис. 48), следует считать обычным явле-
нием. Сравнение взлетных мощностей в первые и последние эта-
пы испытания подтверждает это предположение.
барометрическое давление
Момент
Мкг.м
п об/мин
Me л.с.
t°C
Рат
Q г/л.с.ч.
Температура наружного воздуха
Обоооты
Мощность
-УДро^ертное | весовое отношение расхода боды к расходу топл.
О 5 10 15 20 2530 3540 45 50 55 00 65 10 75 80 85 90 95100
басы
Рве. 50. Сводный график средних значений по этапам 100-часового испытания
мотора АШ-62ИР с впрыском воды.
Л 180-
омм рт.ст. ^д
-30-
-10-
500 ж
Wf
2100
1900
1000-1
8001
100
80
Температура масла на входе
Давление масла - -
Удельный расход масла
м , его
Св г/л.с ч.
Удельный расход топлива
Давление на всасывании Р>
Рк мм рт. ст
30
10-
Применение компаундированного топлива с 30% автомобиль-
ного бензина заметно не ухудшало приемистости и не затрудняло
запуска двигателя.
Нагароотложения на поршнях, в камерах сгорания и на всасы-
вающих клапанах незначительны и не превышают нагароотложе-
ний за время 100-часовых испытаний на нормальных сортах топ-
лива без впрыска воды (табл. 12 и 13).
68
Таблица 12
Весовые отложения нагара на деталях мотора АШ-62ИР за 100 часов работы с
впрыском воды
Наименование деталей Вес нагара в граммах Всего, г В сред- нем на деталь, г|
номера цилиндров
1 2 | 3 | 4 | 5 6 1 7 8 9
Поршни 3,1 3,3 1 1 6,4 8,312,2 7,911,8 3,6 3,2 59,8 6,6
Камеры сгорания . . . 0,5 0,8 1.8, 3,6. 8,6 5,7 5,1 1,1 1,6 28,8 3,2
Клапаны всасывания . . 1,2 1,0 1,5’ 1,3; 1,6 1,2 1,6 1,6 1,1 11,9 1,3
Клапаны выхлопа . . . 8,0 9,5 7,6' 9,1 8,5 1 10,6 3,3 7,5 6,9 71,0 7,9
Таблица 13
Сравнительные данные отложений нагара на деталях моторов АШ-62ИР
№ Испытания Среднее количество нагара на деталь
поршень камера сгорания всасыв. клапан выхлоп, клапан
1 lo'0-час. испытание с впрыском воды на смеси: 30% автобензина4~70% Б-70+2 см8 Р-9 на 1 кг 6,6 3,2 1,3 7,9
2 130-час. испытание на масле К-12 и ЗБ-74 . 6,5 4,4 3,0 6,9
3 113-час. испытание на масле СО и ЗБ-74 . . . 7,6 — 2,7 2,0
4 100-час. испытание на масле СО и смеси 50% КВ-70 + 50% пиробен- зола 4*3,5 см3 Р-9 на 1 кг 8,8 8,8 3,5 9,8
На клапанах выпуска получалось несколько повышенное коли-
чество отложений за счет накипи.
В камерах сгорания цилиндров № 5 и |7, на днищах поршней
№ 5 и 7 и на клапанах выхлопа всех дилиндров обнаружена в
незначительном количестве накипь.
Накипь отложилась в виде тонкого, легкоснимаемого слоя и
'Вредного влияния на работу деталей не оказывала.
Следует отметить, что мотор (работал с беспрерывной подачей
воды все 100 часов; при этом' в мотор было подано около '5000 кг
воды ,(иЛив среднем по 560 кг на цилиндр).. В условиях же экс-
плоатации мотор будет работать с впрыском воды только на ре-
жимах взлетной мощности. Введенное количество воды в цилинд-
ры при данном испытании значительно превосходит потребное
количество воды для работы мотора между переборками 400—
500 час.
69
Анализ образцов масла
70
*1
Результаты анализа образцов масла (табл. 14) показали,
что:
а) вода в масло не попадает;
б) применение 30% смеси автомобильного бензина с авиабен-
зином, а также низкие температуры цилиндров из-за впрыска во-
ды не вызывают конденсации тяжелых фракций автобензина, т. е.
какого-либо разжижения масла.
Износы трущихся деталей мотора не выходят из обычных
норм (табл. 15).
Автоматическое управление подачи воды, выполненное с авто-
матом РПД-1, вполне пригодно для использования на самолете.
Оно проверялось и при стендовых испытаниях мотора. Гидропом-
па (агрегат 88-Р) показала себя также пригодной для данной си-
стемы впрыска воды, эта помпа безотказно и без всяких дефек-
тов проработала все время испытания.
Форсунки впрыска воды в цилиндры работали удовлетвори-
тельно. Следует, однако, обратить особое внимание на фильтра-
цию воды с точки зрения недопустимости возможного засорения
форсунок.
Детали разобранного после испытания мотора найдены в хо-
оршем состоянии.
Выводы
Проведенные 100-часовые испытания цилиндра мотора АШ-62ИР
на режимах взлетной и номинальной мощности на смеси, состоя-
щей из '50% автобензина (сернистого) и 50% Б-*70-|-3 см3 Р-9
(октановое число 80), с впрыском воды и 100-часЮйое испытание
мотора АШ-62ИР по программе 67МТУ на смеси, состоящей из
30% автобензина (сернистого) и >70% Б-704-2 см3 Р-9 (октановое
число 80), с впрыском воды дают возможность сделать следую-
щие выводы
1. Мотор АШ-62ИР на режимах взлетной и номинальной мощ-
ности на топливе с октановым (числом 80 и впрыском воды во
всасывающую систему в количестве 22—28% и 17—22% (на ре-
жиме 0,9 номинальной мощности) от расхода топлива (по весу)
работает нормально без детонации.
2. В случае работы мотора на топливе с октановым числом 80
и впрыском воды до 35% от весового расхода топлива мощность
п удельный расход топлива практически одинаковы с мощностью
и удельным расходом, полученными в случае работы мотора на
нормальном топливе.
3. Впрыск воды на всасывании не оказывает вредного влияния
на состояние деталей и смазку двигателя. Детали мотора при
впрыске воды изнашиваются не больше, чем при работе на кон-
диционном топливе.
4. Впрыск воды заметно снижает температуры головок цилин-
дров—на 35СС на взлетном режиме и на ,50эС на крейсерском
режиме. _ i
5. Применение смеси автобензина с авиационным в количест-
71
Сравнительные данные по нзносам
I
ре до 50% с впрыском воды не приводит к увеличению нагароот-
ложений в двигателе и не вызывает разжижения масла в двига-
теле тяжелыми фракциями автобензина.
6. Приемистость и запуск мотора АШ-62ИР на смеси бензина
Б-70 с 30% автомобильного бензина—нормальны.
7. Система [впрыска с 'автоматическим управлением подачей во-
ды с помощью РПД-1 работает надежно и может быть рекомен-
дована для оборудования самолетов моторами АШ-62ИР.
8. Система впрыска, предусматривающая при выключении пода-
чи в ды продувку магистрали на участке от клапана подачи воды
до форсунок и постоянную циркуляцию воды в остальной маги-
страли, работала удовлетворительно при температуре окружающе-
го воздуха до —20°С, При более низкой температуре испытания
не проводились.
Испытание двигателей «Паккард» 4М-2500 с впрыском воды
Американские двигатели «Паккард» 4М-2500, установленные
на катерах, требуют по спецификации 100-октановое топливо.
Наличие в эксплоатации ВМФ бензина Б-70, на основе которого
можно получить топлива с октановым числом не выше £2 = 88-:-89,
вынуждает ограничивать наддувы, а следовательно, и мощности
этих двигателей.
Вследствие ограниченных мощностей катеры не могут раз-
вивать максимальных скоростей, поэтому вопрос о повышении де-
тонационной стойкости применяющихся топлив приобретает особо
важное значение.
Испытание этих двигателей с впрыском воды проводилось ра-
ботниками НИИ ГВФ в БТК .’Краснознаменного Балтийского фло-
та непосредственно на торпедном катере и имело целью:
1. Получить гарантируемые фирмой мощности для 100-октано-
вого топлива, применяя топливо ЗБ-70 (S — 87) и впрыскивая во-
ду для подавления детонации.
2. Установить допустимые режимы работы двигателей на топ-
ливе с меньшим содержанием ТЭС—6-70-J-1 см3 Р-9, подавляя
детонацию водой.
Схема подачи воды на катере описана в главе III и показана
на рис. 47.
Ввиду того, что при испытании двигателей на катере нельзя
определить их мощность и данные по винто-1моторной характери-
стике, для оценки действия впрыска воды была принята методика
снятия характеристик зависимости Рк от числа оборотов. Были
сняты такие характеристики на топливе ЗБ-70 (октановое чис-
ло 87) без впрыска и с впрыском воды, кроме того, характеристи-
ка снималась на топливе 1Б-70 (октановое число 80) с впрыском
воды.
На графике '(рис. 51) показаны предельные наддувы по обо-
ротам, рекомендуемые фирмой для 100- и 87-октановых топлив.
Как видно из графика, изменение Рк по оборотам лежит боль-
шей своей частью ниже предельной кривой для 87-октанового
73
топлива, и, только начиная с п—2200 об/мин, наддув среднего
мотора превышает допустимые фирмой наддувы.
Но учитывая имеющуюся на практике разницу в шаге винтов,
устанавливаемых на катерах а также требование наличия запаса
по октановым числам (из-за некондиционности бензинов, условий
Рис. 51. Изменение наддувов в зависимости от
оборотов моторов «Паккард» 4М-2500 прн их ра-
боте на топливе ЗБ-70.
составления смесей и т. п.), было принято, что на топливе ЗБ-70
необходимо начинать впрыск воды с п — 2000 об/мин. На этих
оборотах запас по Рк для 87-октанового топлива (как видно
из графика рис. 51) составляет:
Левый мотор.................80 мм рт. ст.
Средний мотор...............30 » » »
Правый мотор................90 » » »
Величины наддувов для п — 2000 об/мин лежат также ниже
рекомендуемых фирмой для длительной работы.
Исходя из этого, тяги автоматического включения подачи воды
при работе на топливе ЗБ-70 были отрегулированы на
включение впрыска воды, начиная с п = 2000 об/мин.
Подача воды осуществлялась под давлением 1—1,5 ат, что со-
ответствует часовому расходу воды 75 кг/час (или 20—25% от
веса расходуемого топлива). Это количество впрыскиваемой
воды обеспечивает нормальную работу двигателей без детонации,
) тряски и перегрева, как и Д 00-октановое топливо.
Таким образом впрыск воды дает возможность торпедным дви-
гателям «Паккард» 4'М-2500 работать на топливе с октановым чис-
лом 87 и использовать полную мощность, повышая ее для всех
трех двигателей, приблизительно на 450 л. с. Повышение мощно-
сти двигателей дает соответствующее повышение скорости катера,
что является весьма важным результатом.
Представляло значительный интерес выяснить возможность
7 ,
снизить содержание ТЭС в топливе, так как условия эксплоата-
ции двигателей на катерах настоятельно требуют этого.
Эти условия вытекают из малых размеров машинного отде-
ления, наличия большого количества стыков выхлопных труб,
суфлирования двигателей внутри катера. iBce это создает повы-
шенную концентрацию вредных газов в машинном отделении. На-
личие в бензине ТЭС усугубляет отравляющее действие вредных
газов на обслуживающий персонал, работающий в машинном от-
делении при повышенных температурах воздуха (40° и выше).
Поэтому возможность применения бензина без ТЭС (Б 78) или
с минимальным количеством его имеет большое значение для об-
служивающего- персонала на катерах и охотниках (ТК и МО).
В связи с этим было проведено испытание двигателя «Пак-
’кард» 4М.-25С0 на топливе 1B-i70 с впрыском воды.
Ввиду отсутствия данных по предельным наддувам для топли-
ва с таким пониженным октановым числом определить нужный
момент для начала впрыска воды не представлялось возможным.
Основываясь на предельных кривых наддува для 100- и 87-ок-
тановых топлив, а также на других имевшихся материалах по ис-
пытанию авиационных двигателей, начало впрыска воды было от-
регулировано на обороты 1650—1700 об/мин. На практике это было
осуществлено очень просто: изменением длины тяги, связывающей
дроссель с клапаном подачи воды.
Вода подавалась под давлением 2—2,5 ат, что соответствует
расходу 95 кг/час. Двигатели работали при этом нормально, без
детонации. Отмечалось только заметное падение давления надду-
ва — на 10—40 мм рт. ст., т. е. оно было ниже, чем при соответ-
ствующих оборотах, но без впрыска воды.
Относя это понижение наддува за счет понижения температу-
ры смеси при впрыске воды и учитывая неизменную нагрузку
(винт), можно предположить, что мощность в случае впрыска во-
ды несколько возрастает, так как tK понижается.
При работе двигателей на топливе 1Б-70 с впрыском воды в
количестве 95 кг/час обеспечивалась нормальная бездетонацион-
ная работа на режимах, соответствующих работе этих двигателей
на топливе с октаносым числом 87; однако для окончательного
суждения о пригодности топлива с таким пониженным октановым
числом при длительной работе и повышенной температуре воздуха
на всасывании, о необходимом количестве впрыскиваемой воды и
для установления момента начала впрыска требуется провести
специальные стендовые испытания этого двигателя с впрыском
воды.
Выводы
Данное испытание показало, что,-
1. Впрыск воды во всасывающую систему двигателей «Пак-
кард» 4М-2500 под давлением 1,5 ат, что соответствует расходу
воды 75 кг/час (или 20—25% от расхода топлива), обеспечивает
нормальную и бездетонационную работу их на топливе ЗБ-70 (ок-
75
тановое число 87) при давлениях наддува и оборотах, рекомендуе-
мых фирмой для 100-октанового топлива.
2. Впрыск в1ды при работе на топливе 0Б-7О должен произво-
диться, начиная с п = 2000 об/мин, при этом в соответствии с дан-
ными фирмы запас по предельным наддувам составляет от ВО до
90 мм рт. ст.
В. На топливе 1Б-70 (октановое число 80) впрыск воды обеспе-
чивает нормальную й бездетонационную работу двигателей на ре-
жимах, соответствующих топливу с октановым числом 87; при
этом давление в водяной системе должно быть 2,5 ат, что соот-
ветствует расходу воды ’95 кг/час.
4. Система впрыска воды конструкции НИИ ГВФ, осуществлен-
ная для испытания двигателей «Паккард» 4М-2500 на торпедном
катере, работала удовлетворительно и обеспечивала автоматичес-
кую подачу воды; она может быть рекомендована как образец при
разработке эксплоатационной системы впрыска для торпедных ка-
теров и морских охотников.
76
ГЛАВА V
ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АВИАМОТОРОВ С ВПРЫСКОМ ВОДЫ
50-часовое летное испытание моторов 'АШ-62ИР с впрыском воды
В период с 9/1 по 28/1 1943 г. на транспортном двухмоторном
самолете № ,3974 было проведено 50-часовое летное испытание
системы впрыска воды в цилиндры моторов АШ-62ИР. ;
Во время всего испытания мотор работал на топливе с окта-
новым числом 80, состоящим из 30% автомобильного сернистого
крекинг-бензина 70% авиабензина Б-70 + 2 см3 Р-9.
Качество топлива и исходных компонентов приведено выше
в табл. 7 (стр. 58). i
Для смазки моторов применялось авиамасло 'МК- Подача воды
в цилиндры моторов включалась на режимах взлета и номинала
автоматически прибором РПД-1 при Рк выше 700 мм рт. ст.
Вода имела общую жесткость, равную 16,2°.
Самолет, оборудованный системой впрыска воды, совер-
шил нормальные рейсы по трассам: Москва—Казань, Москва—
Тихвин, Москва—Ижевск и др.
Всего было совершено 19 рейсовых полетов при температурах
воздуха от минус 5°С до минус 30°С (табл. 16).
За время полета 9 января по трассе Москва—Казань вода по-
давалась к форсункам под давлением 2,0 ат, что соответствовало
расходу воды в количестве 18—20% от весового расхода топлива.
Во всех последующих полетах давление воды было повышено
до 3 ат, что соответствовало расходу воды в количестве 25—30%
от расхода топлива.
Моторы АШ-62ИР, из которых левый мотор № 6202279 до пер-
вого ремонта наработал 537 часов, а правый № 6202151—с неиз-
вестным числом часов работы до ремонта, эксплоатировались на
режимах, соответствующих рейсовым условиям, а именно:
Режим Об/мин. Наддув Рй, мм рт. ст.
Взлетная мощность 2200 1050
Номинальная „ 2100 900
Крейсерская „ 1850 550-660
71
Таблица 16
Характеристика рейсов
Дата Рейс Длитель- ность рейса, часы Полети, вес самолета, т Высота полета, м Темпе- ратура окруж. воздуха, °C Томлор. воды в бако,°C Темпер, воды в маги- страли, сС
в начале рейса | в конце рейса в начале . рейса в конце । рейса |
9/1 Москва—Казань 2 ч. 42 м. 10,6 200 -600 -5-10 60 29| 53 29
10/1 Казань—Москва 3 ч. 40 м. 12,0 200 -12-5 50 18 45 16
11/1 Москва—Тихвин 2 ч. 40 м. 12,0 100 -7—11 4а 20 37 17
11/1 Тихвин—Москва 2 ч. 35 м. 12,1 50—150 -11—10 14 16 8 12
15/1 Москва — Казань 3 ч. 20 м. 10,8 100—1500 -15—30 45 20 43 16
16/1 Казань—Куйбышев 1 ч. 25 м. 11,9 500 -20-15 45 29 4° 25
16/1 Куйбышев —Горький 2 ч. 45 м. 11,7 1500 —18 45 25 40 24
17/1 Горький - -Москва 2 ч. 17 м. 11,5 25 - 18 25 15 19 12
21/1 Москва—Горький 2 ч. 15 м. 12,1 100 —15 45 29 42 25
22/1 Г орький—Казань 1 ч. 35 м. 12,1 400-600 —18 40 17 37 14
22/1 Казань—Ижевск 1 ч. 45 м. 12,1 100 -18 45 35 40 30
22/1 Ижевск—Казань 1 ч. 25 м. 10,7 100 —18 30 14 26 10
24 1 Казань—Москва 3 ч. 45 м. 12,5 100 -15-20 30 12 25 9
25/1 Москва—Тихвин 2 ч. 35 м. 11,5 100-20 -12-18 60 29 55 25
25/1 Тихвин—Москва 2 ч. 45 м. 12,0 200—400 -15-10 50 30 44 26
26/1 Москва—Казань 3 ч. 45 м. 10,8 100 -16-20 50 20 45 15
27/1 Казань—Москва 4 ч. 25 м. 12,5 100 —15 50 16 45 12
28/1 Москва —Тихвин 2 ч. 30 м. 12,4 100-20 -5-10 50 30 45 25
28/1 Тихвин—Москва 2 ч. 35 м. 12,6 20 —12 40 20 36 15
50 ч. 27 м.
Температуры головок цилиндров и 'масла находились в преде-
лах, обычно наблюдаемых в эксплоатации (табл. 17):
Температурный режим авиамоторов Таблица 17
Дата Рейс Температура го- ловки цилиндра левого мотора, °C Температура го- ловки цилиндоа правого мотора, °C Температу- ра масла, °C
входа выхода
взлет и ном ин. креме, режим взлет н номин. креме, режим
9/1 Москва--Казань 210 150 250 160 75/60 100/100
10/1 Казань—Москва 210 155 250 160 75/55 100/90
И 1 Москва—Тихвнн 230 155 250 155 75/55 105/90
П/1 Тихвнн—Москва 210 145 230 150 75'55 100/95
15/1 Москва—Казань 200 150 220 170 75/60 —/90
16 1 Казань—Куйбышев 210 150 230 160 75/6э 100'93
16/1 Куйбышев—Горький 220 160 240 160 75/70 -/!00
17/1 Горький—Москва 230 150 250 150 75 65 —/95
21/1 Москва—Горький 200 150 220 150 70/60 95/90
22/1 Горький—Казань 210 160 230 170 70 60 95/95
224 Казань—Ижевск 210 160 230 170 70 60 95/95
22/1 Ижевск—Казань 210 160 230 170 70 60 100/95
24,1 Казань—Москва 220 150 240 170 75 65 100 90
25/1 Москва—Тихвин 240 160 260 170 80 60 110/95
25/1 Тихвин—Москва 230 150 240 170 75 60 105/100
26/1 Москва—Казань 220 150 240 160 65 60 100/90
27/1 Казань—Москва 230 150 260 170 75/65 —/95
28,1 Москва—Тихвин 220 150 240 160 65 60 100,95
28/1 Тихвин—Москва 220 150 240 170 65'60 -/90
78
'Моторы в течение всего испытания работали без каких-либо
дефектов, связанных с впрыском воды.
Левый мотор проработал все 50 часов хорошо, без единой по-
ломки. На правом моторе в процессе испытания были устранены
следующие дефекты:
1. Через 4 ч. 20 м. летной эксплоатации на поршне цилиндра
№ 3 были заменены все поршневые кольца вследствие повышен-
ного износа.
2. Через 18 часов летной эксплоатации на цилиндре № 7 были
заменены: поршень вследствие разрушения его по кромке от ка-
навки 1-го кольца до выема под клапан всасывания (по длине
около 5 см) и свечи вследствие разрушения их электродов оскол-
ками поршня.
3. Через 35 часов работы мотора на поршне цилиндра № 8
были заменены все поршневые кольца в результате повышенного
износа.
Указанные дефекты нельзя отнести за счет воды, подаваемой
в цилиндры, так как преждевременный повышенный износ порш-
невых колец — явление, обычное для (этих моторов в эксплоата-
ционной практике.
Разрушение поршня произошло из-за плохого качества ре-
монта.
Оценка работы системы впрыска воды
Вся система впрыска, включая и автоматику, регулирующую
подачу воды, в течение всей 50-часовой летной эксплоатации са-
молета работала надежно и без каких-либо существенных де-
фектов.
В процессе эксплоатации был внесен ряд непринципиальных
изменений в монтажную схему для обеспечения лучшей герметич-
ности системы и улучшения прочности отдельных узлов.-
Испытанная система впрыска воды оказалась надежной в ра-
боте при низких температурах.
Температура воды как в баке, так и в магистрали к концу по-
летов, включая и полеты при температурах окружающего воздуха
минус 30°С, всегда оставалась выше О С (табл. 16).
Другими словами: при полетах продолжительностью до 4 ча-
сов и при температурах окружающего воздуха—30еС и даже при
более низкой температуре нет опасности, связанной с замерзани-
ем воды в системе.
При остановках мотора выявилась необходимость немедленно
сливать воду из магистрали — от бака до помпы, продувать ее с
помощью насоса и заполнять антифризом или спиртом во избежа-
ние замерзания воды в трубопроводах.
В остальной части системы впрыска (от клапана РПД-1 до
форсунок) при остановках мотора вода не замерзает ввиду хоро-
шей продувки воздухом (см. описание системы, глава III).
Состояние моторов и системы впрыска воды
после испытания
После окончания 50-часового летного испытания моторов
АШ-62ИР с впрыском воды были сняты три цилиндра (1, 4
и 7) на левом моторе и два цилиндра (1 и 4) на правом
моторе.
Поршни, цилиндры, клапаны и всасывающая система на обоих
моторах оказались в хорошем состоянии.
Все поршневые кольца свободно перемещались в поршневых
канавках. Никаких отложений накипи и смолистых осадков не
было обнаружено ни во всасывающей системе, ни в камере сго-
рания. Днища поршней были покрыты ровным, очень тонким сло-
ем нагара.
Таблица 18
Нагар на поршнях после 50 часов летного испытания
Деталь Нагар на поршне, г
Правый мотор
поршень №4............................................
Левый мотор
поршень К° 7..........................................
поршень Кл 4.....................................
0,7
2,0
1,3
Нагар на выхлопных и всасывающих клапанах незначитель-
ный. Свечи оказались совершенно чистыми. Обычных свинцовых
отложений на них не было.
Форсунки, водопомпа, соединения подводящей магистрали и
редукционные клапаны оказались в хорошем состоянии.
Стальные клапаны автоматической подачи воды заржавели и
требовали зачистки и притирки.
Выводы
На основании проведенного 50-часового летного испытания мо-
торов АШ-62ИР на самолете № 3974 с ^впрыском воды на
топливе—30% автомобильного крекинг-бензина -ф 70% Б-70 +
+ 2 см3 Р-9 с октановым числом 80 установлено следующее:
1. Два мотора АШ-62ИР в течение всего 50-часового летного
испытания проработали на земле 4 ч. 45 м. и в воздухе 54 ч. 47 м.
без каких-либо дефектов, связанных с впрыском воды.
Впрыск воды в двигатель в количестве 25—30% весового рас-
хода топлива обеспечивал надежную работу моторов на топливе
с октановым числом 80 на всех режимах, вместо топлива с окта-
новым числом 89—91, и не вызвал никаких вредных отложений
на деталях мотора.
2. В течение всего 50-часового испытания не было обнаружено
никаких дефектов, связанных с применением топлива, содержа-
щего в своем составе 30% автомобильного сернистого крекннг-бен-
ял
<ина. Топливо состава 30% автомобильного крекинг-бензина 4
4- 70% Б-70 + 2 см3 Р-9 ю октановым числом 80 вполне пригодно
для работы моторов АШ-62ИР на крейсерских режимах и с при-
менением Ьпрыска воды — на режимах взлета и номинала.
3. При работающих моторах система впрыска воды работала
надежно при низких температурах. Нет опасности замерзания во-
ды в трубопроводах и баке при зимних рейсах продолжительно-
стью в 4 часа, если вода в бак заправляется с температурой нс
ниже 50—60°С.
При остановках мотора часть системы от бака до перепускно-
го клапана подвержена быстрому остыванию и требует после оста-
новки мотора немедленного слива воды и заполнения антифризом
или спиртом.
400-часовая летная эксплоатация моторов АШ-62ИР с впрыском
воды
В период с 19/VI 1943 г. по 8/1 1944 г. были проведены летные
испытания транспортного самолета, оборудованного системой
впрыска воды, описанной в главе III. Целью испытания явилась:
проверка работы моторов |АШ-62ИР на низкооктановом топливе
с впрыском воды во всасывающую систему до полней выработ-
ки 'моторного ресурса в 400 часов и проверка эксплоатационных
качеств системы впрыска воды.
Подготовка к испытанию
На самолете № 3972 были установлены ремонтные мото-
ры: левый № 6202116 и правый Jsrs 620833.
До постановки на самолет левый мотор имел три ремонта и
наработал 1096 ч. 13 м., правый мотор имел один ремонт и нара-
ботал 523 -ч. 23 м. Оба мотора выпуска 1941 г., завода № 19.
Для контроля за работой мотора и системой впрыска было уста-
новлено следующее дополнительное оборудование:
I. Термопары ТЦТ-5 под задние свечи цилиндров.
2. Газоанализаторы ГЭА-50 на каждый мотор.
3. Счетчик расхода горючего «Баузер».
После оборудования система была опробована на земле и в
воздухе.
Пробой моторов установлено, что система подачи воды и ав-
томатика работают надежно. Моторы работают нормально.
Температура головок цилиндров при впрыске воды ниже, чем
при работе без впрыска. Во время опробования применялось топ-
ливо 1.5Б-70.
Условия проведения испытания
Испытание самолета производилось при полетах по трассам
ГВФ (Москва—Казань, Москва—Ташкент, Ташкент—Фрунзе и
т. д.) с выполнением нормальных транспортных работ в обычных
эксплоатационных условиях.
Я!
Всего было совершено 146 рейсовых полетов при температурах
наружного воздуха от —15° до +45°.
Испытания проводились на топливе 1.5Б-70 и 2Б-70 (или
2АРБ-70). Топливо 1.5Б-70 (октановое число 82) не всегда обес-
печивает горизонтальный крейсерский полет. .При полете в усло-
виях нормального температурного градиента по высотам (6,5° на
1000 м) топливо 1,5Б-70 обеспечивает бездетонационную работу
лоторов до температур +40°. Температура головок цилиндров не
превышает 160—180°С и признаков детонации не наблюдается.
Если температурный градиент мал или имеется инверсия («тепло-
вые подушки», встречающиеся в Средней Азии), то температура
головок на крейсерских режимах для высоты 3—4 тыс. м дости-
гает 200—2103 и появляется черный дым на выхлопе. Переклю-
чение питания моторов на 2Б-70 (октановое число 85) устраняет
детонацию. Поэтому испытание в условиях Средней Азии прохо-
дило на топливе 2Б-70 или 2АРБ-70, имеющем достаточный за-
пас по октановому числу для крейсерских режимов во всех слу-
чаях эксплоатацпи.
Для смазки моторов применялось масло 'МК как свежее, так
и регенерированное (главным образом последнее).
Заправка водой производилась из водозаправщиков, водораз-
борных колонок и колодцев (в Ургенче и Хиджини вода бралась
из колодцев слабосоленая).
Автомат подачи воды был отрегулирован на ее подачу, начи-
ная с Рк = 700 мм рт. ст. Редукционный клапан установлен на
давление 3 ат.
Режимы работы моторов за время испытания соответствовали
принятым 'в эксплоатацпи в рейсовых условиях: режим набора вы-
соты—л=185О об/мин, Рк =700 ’ 710 мм рт. ст., крейсерский ре-
жим—л=1850 об/мин, Рк — 620 660 мм рт. ст.
Наличие водомера и счетчика горючего («Баузера») позволяло
определить расходы воды и топлива.
Средний процент расхода воды на взлете в весовом отношении
к топливу составлял 28,7%. На взлете и наборе высоты в течение
13 мин. при постоянном давлении воды в 3 ат расход воды ссста
вил 35.2%.
Повышение относительного расхода воды на режимах набора
гысоты объясняется отсутствием автомата регулировки расхода
воды по Р к
При работе моторов в воздухе и на земле велся протокол ис-
пытания, причем объектом наблюдений являлись:
1. Температура головок всех цилиндров.
2. Температура масла на входе и выходе из мотора.
3. Число оборотов.
4. Наддув.
5. Давление масла и бензина.
6. Скорость полета.
7. Высота полета.
8. Температура смеси за карбюратором.
9. Качество смеси по газоанализатору.
82
10. Характер выхлопа.
11. Плавность работы моторов.
12. Работа водосистемы—циркуляция и давление.
Рассмотрим некоторые материалы испытания, характеризую-
щие эффект впрыскиваемой воды.
Влияние впрыска воды на температурный
режим работы
За весь период эксплоатацпи в диапазоне температур среды
от минус 15° до плюс 45°С температуры головок цилиндров при
впрыске воды были нормальные как на топливе 1.5Б-70, так и на
топливе 2Б-70 и 2АРБ-70.
Чтобы определить степень снижения температур в полете при
впрыске воды, меняли величину наддува с 620 мм рт. ст. до
710 мм рт. ст. При наддуве 620 мм рт. ст. впрыска воды не бы-
ло, при наддуве 710 мм рт. ст. автомат срабатывал и подавалась
вода.
Скорости полета, а следовательно, условия обдува менялись
мало.
В табл. 19 и на графике (рис- 52) приведены замеры двух ис-
пытаний для правого мотора. Изменения температур левого мо-
тора аналогичны.
Рис. 62. Влияние впрыска воды на температуру головок
цилиндров мотора АШ-62ИР в полете.
Анализируя приведенную таблицу, легко заметить охлаждаю-
щий эффект воды. При одинаковых внешних условиях полета при
впрыске воды температура головки ниже на 20—45°, чем при ра-
боте без впрыска, несмотря на увеличенный наддув при впрыске.
«3
Таблица 19
КЗ о КЗ м S
6 S ф X пЗ <*> У ф 2 U2 °- S.S с g в> х 3 я °- о а * t*5 о 3 to CL Е Ф X to о. Е
m tn 0
О о
•п о о ш
О 1 о со to
•-“4 •—ч •—4 ’ —
——
о IO О ОО
00 СО у*ч со Г**ч
1 ч-ч •“4 •—ч V—1
tt о О 04 О ю
о оо ю О
CJ *~4 •—4
1
со а »о «о |П О in Q О
»—4 •—4 ^-4 •—4
О
со о о О о ю
О ю со СО 04 ш in
Ч Ф —« —4 гч •“ч
й
«5 Q. О «г\ Ю ю
^У о to СП С7>
Н1 04 т—ч •“1
КЗ
сх
о к о ю iO о 1Г>
2 со 00 тг оо
<□ •“Ч »—ч »—4 •-*4
F-
о ю О о од
04 Г/) СО СТ)
•—ч »—4 •^4 Ч
о ОО г\э Q IQ
со СО СО о СП
*—4 ч»-4
ела вы- ход. 92 92 92 107 со СТ)
КЗ
п
о ж* о и 09 S 3 г2 сП СО
о
о среды О о 04 + О о 04 + $2 ± + О 3 | еО1+°Г о81+АО о о +
сП О
КЗ 'J
о 3 н £ 3 О 250 О сч о О1 1 2000 2700 S 04
X) е О
эеь гоя О о «о иэ О
‘1130<10ЯЗ С4 04 —' 04
•и ‘id О О о О О
0-1 v*4 *-ч
ки -VJ СО Г'' с^» to СО
ф Cl о о о о о
ннп,‘ро do »о 00 00 оо »л оо
•—I
ьииехнпэи 7 ля ЗЕ- та
I'lEtf 2 1 X чу >1
84
Значительное понижение температуры цилиндра от впрыска
воды представляет самостоятельный интерес. В практике экс-
плоатации .моторов АШ-62ИР на транспортном самолете в жао-
ких районах нашей страны даже при работе на высокооктановом
топливе (90—92) моторы на режимах взлета и набора высоты
как правило, перегреваются (температура головок достигает
250—260е) и появляется детонация.
Такое положение приводит к необходимости ограничивать вре-
мя взлета самолета (только утром или вечером) и производить
набор высоты, чередуя его с горизонтальными площадками.
Таким образом впрыск воды, помимо антидетонационного эф-
фекта, дает возможность, понижая температурный режим мото-
ра, летать без ограничений в жарких районах.
Опенка работы моторов
Состояние моторов периодически контролировалось путем:
1) Проверки компрессии цилиндра по манометру.
2) Проверки состояния свечей.
3) Периодического осмотра цилиндрово-поршневой группы со
съемкой цилиндров.
В конце испытания моторы были сняты, полностью разобраны
и продефектированы.
Компрессия за все время испытания была хорошая, а это в
большей степени отражает хорошее состояние клапанов поршней
и колец.
Свечи осматривались одновременно с проверкой компрессии,
а также в случаях появления тряски или падения оборотов при
проверке зажигания переключением магнето. Свечи применялись
трех типов: ВГ-12, ВГ-2 -и ЗЭМГ. Все эти типы свечей работали
нормально.
При периодических контрольных осмотрах деталей цилиндро-
во-поршневой группы через 56 часов, 125 часов, 185 часов и 300
часов работы .моторов в воздухе с впрыском воды детали были
найдены в удовлетворительном состоянии. Нагар на клапанах и в
камерах сгорания отсутствовал, нагар на днищах поршней был
весьма незначителен и довольно рыхлым. Максимальное количе-
ство нагара на днище поршня составило 10 г, минимальное—4 г.
Следов коррозии на деталях мотора при осмотре не было обна1
ружено. Отмечены обычные дефекты цилиндров, характерные для
моторов АШ-62ИР,—кольцевая выработка гильз цилиндров.
Первые 180 часов моторы работали хорошо, развивая полную
мощность и нормально расходуя бензин и масло. После наработ-
ки 180 часов левый мотор стал заметно увеличивать расход мас-
ла, появилось забрасывание маслом свечей и, как следствие^ это-
го, тряска мотора из-за отказа отдельных свечей. Заменой не-
скольких цилиндров повышенный расход масла, происходивший
нз-за кольцевой выработки гильз цилиндров мотора, был доведен
до нормального. Свечи стали работать удовлетворительно.
По выработке межремонтного ресурса расход масла повысился
8.»
до 4 кг/час на мотор (технический максимум расхода масла
18 кг/час на мотор).
В процессе всего испытания моторы развивали полную взлет-
ную мощность при /г=2200 об/мин, наддув равнялся 1050 мм рт. ст.
Состояние моторов после выработки полного
межремонтного ресурса
По окончании испытания моторы были разобраны и проведены
следующие работы:
1. Осмотр всех деталей моторов до и после промывки их.
2. Микрометрический обмер всех трущихся деталей.
3. Дефектация всех деталей обоих моторов.
4. Снятие нагаров с деталей цилиндрово-поршневых групп мо-
торов и их взвешивание.
5. Отбор отложений из полости мотылевой шейки.
Нагары на деталях цилиндрово-поршневых групп испытуе-
мых моторов по их количеству, виду и характеру ничем не от-
личаются от нагаров на таких же деталях моторов после ста
часов работы. Цифровые данные нагаров и отложений по количе-
ству приведены в табл. 20.
Таблица 20
Количество нагара на деталях моторов (а граммах)
Мотор № 6202116 (левый) Мотор № 620823 (правый)
Клапан всасывания Клапан всасывания
। № цчлпндр Поршень Камера сгорания со стороны штока со стороны камеры сгорания всего Клапан выхлопа Поршень Камера сгорания со стороны штока со стороны камеры сгорания всего Клапан выхлопа
1 7,6 6,7 1.6 0,3 1,9 3,8 5.6 5,1 1,1 2,7 3,8 2,55
2 8,8 7,2 4,7 0,5 2,2 4,44 5,4 3,3 3,7 1,2 4,9 1,57
3 7,1 4,4 2,0 0,6 3,6 3,85 7,4 3,5 3,2 0,5 3,7 5,63
4 7,2 5,7 3,0 0,4 3,4 2,75 8,4 5,4 3,0 2,3 5,3 4,33
5 11,3 6,2 3,4 1,3 4,7 2,25 5,9 3,4 1,8 0,5 2,3 2,26
6 11,2 7,3 1,7 2,2 3,9 3,49 4,2 3,0 1,8 0,2 2,3 2,20
7 9,8 6,4 2,1 2,6 4,7 5,39 6,4 3,5 1,9 0,2 2,1 2,13
8 5,8 5,2 3,8 1,2 5,0 5,52 4,2 3,3 1,9 0,3 2,2 1,48
9 5,3 5,0 2,8 0,6 3,4 5,74 7,0 4,9 3,2 0,3 3,5 3,78
Данные микрометрических обмеров и дефектных ведомостей
мотора установили, что состояние деталей обычное для моторов,
нормально отработавших свой межремонтный ресурс.
На рис. 53 и 54 приведены фотографии поршней и клапанов,
после работы.
Количество отбракованных деталей и причина отбраковки—
обычная для моторов данного типа, выработавших свой межре-
монтный ресурс.
8о
Общее состояние моторов после выработки ресурса—нормаль-
ное, моторы подлежат обычному ремонту.
Ряс. 53. Внешний вид поршней левого мотора после отработки меж-
ремонтного ресурса.
На основании проведенных испытаний и дефектаций моторов
можно сделать следующие выводы:
1. Моторы АШ-62ИР отработали полный межремонтный 400-ча-
совой ресурс без каких-либо дефектов, связанных с впрыском
воды во всасывающую систему моторов.
Рис. 54. Внешний вид клапанов пяти цилиндров левого мотора
после отработки межремонтного ресурса.
2. Впрыск воды в двигатель в количестве 23—30% к расходуе-
мому топливу (по весу) обеспечивает надежную работу моторов
без перегрева и детонации на топливе с октановым числом 80—
82 на режимах взлета, номинала и наборе высоты при температу-
рах окружающей среды до +45РС.
3. Износы за время 400-часового испытания с впрыском воды
нормальны и не превышают износов, обычно наблюдаемых за
межремонтный срок работы моторов без впрыска воды.
4. Коррозии на деталях моторов при 400-часовой работе с
впрыском воды нет.
>?
5. Нагароотложения на клапанах, поршнях и в камерах его
рання за 400-часовое испытание с впрыском воды меньше обычно
наблюдаемых за время отработки моторами межремонтного ре-
сурса в 400 часов без впрыска воды.
6. Обычная пресная вода, чистая от механических примесей и
даже слабосоленая (вода из кслодцев Ново-Ургенч ш Хиджини).
может быть использована для впрыска ее в мотор. Эффект от
впрыска при разных ее качествах остается практически неизмен-
ным.
7. Применение впрыска воды значительно снижает температур-
ный режим моторов. Этим повышается надежность работы, осо-
бенно на взлете, наборе высоты и в случаях полета на одном мо-
торе.
Получившееся снижение температур головок цилиндров па
25—50‘С предотвращает перегрев моторов на взлете и дает воз-
можность увеличить полетный вес самолета.
s
ГЛАВА VI
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВПРЫСКА ВОДЫ В
АВИАДВИГАТЕЛИ
Использование впрыска воды для форсирования мощности
авиадвигателей
Как отмечалось выше, впрыск воды, оказывая значительный
антидетонационный эффект, может служить средством для форси-
рования мощности авиационного двигателя. Причем это средство
форсирования мощности создает сравнительно менее напряжен-
ные условия работы двигателя при повышении давления наддува,
чем это обычно имеет место в существующей практике.
В действительности, как было показано выше, подача воды на
всасывании двигателя снижает, с одной стороны, максимальное
давление в цилиндре и с другой—резко снижает температурный
режим двигателя.
Чтобы показать эффект впрыска воды при форсировании мощ-
ности двигателя увеличением давления наддува Рк , был произве-
ден соответствующий расчет для двух способов подавления дето-
нации. Первый, обычно применяющийся способ—увеличение окта-
нового числа топлива (например добавлением разного рода анти-
детонаторов и детонационно-стойких компонентов топлив), второй
способ заключается в том, что октановое число топлива остается
неизменным, но по мере повышения Рк увеличивается количество
впрыскиваемой воды, необходимой для подавления детонации.
Расчет был произведен для двигателя воздушного охлаждения
мощностью в 1000 л. с. при Рк =1000 >мм рт. ст. Исходные дан-
ные для определения потребного количества воды для подавления
детонации, изменения максимального давления в цилиндре и тем-
пературы головки цилиндра были взяты на основе эксперимен-
тальных материалов, изложенных выше. Например, совершенно
обоснованно можно считать, что для состава смеси, соответствую-
щего форсированному режиму двигателя “=0,70, на каждые
100 мм рт. ст. повышения давления наддува требуется впрыски-
вать воду в котичестве 10% веса топлива.
1-9
Повышение мощности двигателя с ростом Р к считалось по об-
щепринятым формулам. При определении эффективной мощности
учитывалась возрастающая мощность, потребная для вращения
нагнетателя, служащего для создания требуемого давления над.
дува, и повышение температуры рабочей смеси по мере увеличе-
ния Рк .
Результаты произведенного расчета представлены на рис 55.
Рис. 55. Изменение ,/У. и tlo, цилиндров при форсировании
мощности мотора наддувом и подавлении детонации двумя
способами: впрыском воды н антидетонатором—ТЭС
Как видно из этого графика, рост мощности по давлению над-
дува в случае впрыска воды по сравнению с обычным способом
происходит более интенсивно за счет охлаждения рабочей смеси.
При этом считалось, что 50% воды, впрыскиваемой в нагнетатель
90
или до него, успевает испариться до дилиндров, тем самым охла-
ждая рабочую смесь и повышая мощность двигателя.
Таким образом, в данном случае вода, подаваемая для подав-
ления детонации, выполняет одновременно и функции промежуточ-
ного охладителя рабочей смеси.
Из графика изменения мощностей видно, что в случае впрыс-
ка воды повышение Рк на 40% дает такой же рост мощности, как
и повышение 1\ на 54% при обычном способе подавления дето-
нации. Замедленный рост мощности в последнем случае происхо-
дит за счет увеличения температуры на всасывании.
Замечательным является то, что при впрыске воды происходит
значительно менее интенсивный рост максимального давления в
цилиндре Рг, являющегося фактором, определяющим прочность
основных деталей двигателя, а температурная напряженность ци-
линдров также возрастает менее интенсивно. В случае впрыска
воды у всасывающего клапана, как видно из рис. 21, температура
цилиндров будет даже падать, несмотря на рост Рк .
Из графика (рис. 55) также видно, что при впрыске воды для
достижения значения Р2, нормально получающегося от увеличе-
ния Рк на 40%, нужно форсировать двигатель по Рк на 60%.
Что касается факта снижения температурной напряженности
цилиндров двигателя, то это равносильно увеличению охлаждаю-
щей поверхности (оребрения) цилиндров и улучшению капотажа
двигателя на самолете. На практике при форсировке двигателей
по наддуву приходится заботиться об увеличении охлаждающей
поверхности цилиндров двигателя и о его лучшем капотировании,
что связано с известными констоуктивными и производственными
трудностями и часто является большим тормозом на пути разви-
тия авиационных двигателей.
Приведенный график с совершенной определенностью доказы-
вает, что впрыск воды, применяющийся для подавления детона-
ции, может служить весьма эффективным и желательным средст-
вом форсирования мощности авиадвигателей.
Использование впрыска воды для снижения температуры воздуха
после нагнетателя
Применение двухступенчатых и многоскоростных нагнетателей
для увеличения наддува и высотности приводит, как известно, к
повышению температуры воздуха, поступающего в двигатель, что
сопровождается увеличением потребного октанового числа топли-
ва и уменьшением мощности двигателя, вызывая необходимость
постановки специальных радиаторов (интеркулеров) для охлаж-
дения воздуха. Постановка дополнительных радиаторов в системе
всасывания двигателя связана с потерей напора Рк и дополни-
тельным лобовым сопротивлением.
Вода, обладающая большой охлаждающей способностью, буду-
чи впрыснута во всасывающую систему после нагнетателя, может,
очевидно, не только подавлять детонацию, но и в качестве проме-
жуточного охладителя снижать температуру воздуха до требуемой
г.сличнны.
91
Этот способ охлаждения воздуха устраняет указанные выше
недостатки, связанные с постановкой дополнительных радиаторов
Для оценки необходимого количества воды, потребного для
охлаждения воздуха, поступающего из нагнетателя, был произ-
веден расчет, результаты которого представлены на рис. 56.
Условия расчета были следующие:
1. Два значения давления наддува Р,.=\ 100 и 1400 мм рт. ст.
2. Воздух охлаждается до 120сС.
3. Состав смеси я =0,70; я£0 = 10,45, т. е. на каждый ки-
лограмм топлива расходуется 10,45 кг воздуха.
4. Адиабатический к.п.д. нагнетателя был принят равным 0,65.
Учитывая высокие температуры воздуха tK и большие расхо
ды его, так как подобные высокие наддувы применяются у двига-
телей большой мощности, было принято, что впрыснутая вода
полностью испаряется и отдает всю теплоту испарения.
Из графика (рис. 56) можно видеть, как возрастает темпера
гура воздуха, идущего из нагнетателя, в зависимости от высот-
Рис. 56. Влияние впрыска воды на Тк и у воздуха мотора при РА=1400
и 1100 мм рт. ст.
92
ности двигателя без охлаждения и какое количество воды в про-
центах к топливу требуется для охлаждения воздуха до 120С
(= 393).
Из этого же графика можно видеть, что для получения тем-
пературы воздуха= 120°С на высоте 12 000 м для Рк =1100 .мм
рт. ст. требуется впрыскивать воды 34,5%, а для Рк =1400 мм
рт ,ст—50,5%. Такие количества воды достаточны для снижения
октанового числа топлива на 9—12 пунктов.
Отсюда следует, что впрыск воды одновременно с подавлением
детонации может с успехом выполнять функции промежуточного
радиатора, позволяя тем самым повышать мощность и высот-
ность авиационных двигателей.
Применение впрыска воды для охлаждения воздуха после на-
гнетателя имеет перед обычным промежуточным радиатором яв-
ные преимущества, так как в первом случае отсутствуют потери
напора от гидравлических сопротивлений и дополнительное лобо-
вое сопротивление.
Заключение
Вышеизложенное дает основание сделать следующие выводы.
Впрыск воды на всасывании авиадвигателя может служить:
1. Мощным средством подавления детонации и на форсиро-
ванных авиадвигателях дает возможность использовать топлива с
пониженным (на 10—15 пунктов) октановым числом, в частности
пригодные для крейсерских режимов.
Переход авиадвигателей на более низкооктановое топливо зна-
чительно расширяет топливные ресурсы авиации и дает экономию
в дорогостоящих антидетонаторах.
2. Прекрасным средством для форсирования (мощностей авиа-
двигателей; замечательным в этом случае является то, что темпе-
ратурный режим двигателя не повышается по мере увеличения
давления наддува и что, кроме тага, рост (максимального давле-
ния в цилиндре с увеличением Рк. происходит менее интенсивно,
чем без воды.
3. Для снижения температурной напряженности авиадвигате-
лей, улучшая тем самым капотаж двигателя на самолете и аэро-
динамику последнего.
4. Для повышения экономичности авиадвигателя за счет обед-
нения состава смеси; температурный режим двигателя в этом слу-
чае не повышается.
5. В качестве промежуточного радиатора воздуха, идущего
из нагнетателя, тем самым повышая высотность двигателя без
необходимости постановки промежуточного радиатора.
Так как впрыск воды на всасывании двигателя не отражается
в худшую сторону на работе двигателя и состоянии деталей,
то возможны различные варианты целевого применения впрыска
воды в авиационных двигателях.
Способ внутреннего охлаждения двигателя таит в себе боль-
шие возможности практического использования. Впрыск воды мо-
93
ж^т оказаться действенным и полезным средством при решении
целого ряда эксплоатационных н конструктивных вопросов. По-
давление детонации, увеличение ресурсов авиатоплив за счет
применения низкооктановых топлив, получение экономии в рас-
ходовании топлива и антидетонаторов, устранение перегрева дви-
гателя, форсирование двигателя по мощности, устранение явления
пригорания поршневых колец и ряд других задач могут получить
положительное решение при умелом использовании впрыска воды.
БИБЛИОГРАФИЯ.
1. Двигатель с калильной головкой и его работа на различных видах топ-
лива, „Kraftstoff № 1. 1940 г.
2. Баженов Ц1., Бев втрыска воды в цилиндры СТЗ-ХТЗ не работать,
«Тракторист-комбайнер», VIII, № 15, 1940 г.
3. Кузнецов И. Г., Значение подачи воды в двигатель трактора, «Ме-
ханизация социал, сельского хозяйства», № 4, 1937 г.
4. К л е.р ж е, Химия рабочего процесса в двигателях с впрыском воды,
.Aerienne", А® 165, 1934 г.
5. Кур инг М. С., Впрыск воды и смеси (воды со апиртом в авиамотор
Ягуар с наддувом, „Canadian Journal <>I Research", i. 16, секции A, air. 1938 r
6. Сорочинский A. iM. и Семенов К- А., Повышение экономич-
ности карбюраторных двигателей Шри впрыске воды, 1«Автотра1кторное дело»,
№ 12, 1939 г.
7. Ill тех ер М С-, Впрыск воды для уменьшения детонации, Труды
МАИ, т. 3, сборник 2, 1940 г.
8. Р н д л ь В., Влияние присадок к горючему на экономичность двигате-
лей внутреннего сгорания ,A1Z“. № 2, 1940 г.
9. Тим а ни А. Е., Применение антидетонаторов при кратковременном по-
вышении мощности авиадвигателей, «АТ z », т. 44, № 5, 1941 г
10. Прескотт Е. Л., Двигатели для будущих военных (Самолетов,
.Mechanical Engineering', т. 58, № 3, 1936 г.
11. Хайвс Е. В., Смите Ф. Л., Авиадвигатели высокой мощности. ,SAE“
т. 46, № 3, 1940 г.
12. Циннер К., Теоретические предпосылки влияния добавки воды на
рабочий процесс двигателей внутреннего сгорания, „Forschung",т. И,№5,1940г
13. Гуревич М. Б., Система впрыска воды в двигатель на новом аме-
риканском истребителе Р-47, «Сандерболт», «Экспресс-информация БНТ
НКАП», № 2 н № 7, 1944 г.
14. Мартыненко, Впрыск воды в топливо-воздушную смесь, «Иностр,
авиахроннка ГК НИИ ВВС КА», № 1—2, 1944 г.
VL
ОГЛАВЛЕНИЕ
Cr
Предисловие . ... !
Введение.. . . . . . . . ;
Глава I
Исследование впрыска воды на одноцилиндровом
двигателе Вокеш
Антидетонационный эффект ............................. '
Различия между действиями впрыска воды, впуска водяного пара
и углекислого газа . . . . ..............
Глава II Л
Исследование впрыска воды на одноцилиндровом
двигателе с цилиндром мотора АШ-62
Антидетонационный эффект от впрыска воды ... ... К
Влияние впрыска воды на мощность и экономичность . ... I!
Влияние, впрыска воды на тепловое состояние авиационного
двигателя . . ........ . .... 2!
Глава HI 3i
Конструкция систем впрыска воды
Схема впрыска воды на транспортном самолете . 4i
Система впрыска воды иа торпедном катере 5
Сравнение схем впрыска воды для испытуемого транспортного
самолета и самолета «Сандерболт» ........ . . 6;
Глава IV 5
Длительные стендовые испытания авиадвигателей
с впрыском воды
Выбор топлив для испытаний . .... ......... 5
IOC-часовое испытание одноцилиндровой установки АШ-62
С впрыском ВОДЫ....................................... Э;
100-чассвое испытание мотора АШ-62ИР с впрыском воды . &
Испытание двигателей «Паккард» 4М-2500 с впрыском воды . . 7.
Глава V 7
Летные испытания авиамоторов с впрыском воды
50-часовое летное испытание моторов АШ-62ИР с впрыском воды 7
400-часовая летная эксплэатация моторов АШ-62ИР с впрыском
воды : . 3
Глава VI &
Перспективы приме иен ня впрыска воды в авиа-
двигатели
Использование впрыска воды для форсирования мощностей
авиадвигателей ... . ............ . . , 8'
Использование впрыска воды для снижения температуры воздуха
после нагнетателя ... .
Заключение ... ... ...... 9.
Библиография . ........... ..................&