Высотная характеристика

Высотной характеристикой называют зависимость эффективной мощности и удельного расхода топлива от высоты полета при постоянном числе оборотов и наивыгоднейшем составе смеси.

Рис.. Высотная характеристика двигателя М-14П на режимах: 1 – 8

ТОПЛИВО (БЕНЗИН), ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В ПОРШНЕВЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

К началу 2000 года нефтеперерабатывающие заводы России резко снизили (а некоторые вообще прекратили) производство авиационного бензина Б-91/115, в связи с чем возникла необходимость срочного исследования возможности использования альтернативного топлива (автомобильного бензина) при эксплуатации воздушных судов с поршневыми двигателями.

В России, а также в СССР исследования возможности и условий применения автомобильного топлива в авиации не проводились, поэтому был проведен анализ таких исследований, проведенных в зарубежных странах. В США и Великобритании усиленно проводились работы по замене авиационных бензинов на высокооктановые автомобильные бензины с целью их широкого применения в поршневых авиационных двигателях. С этой целью было произведено сопоставление особенностей авиационного и автомобильных бензинов по основным эксплуатационным показателям и химическому составу. Высказано мнение, что для поршневых авиационных двигателей, предназначенных для работы на авиационном бензине с октановым числом менее 80 по моторному методу, нет необходимости проведения проверки пригодности автомобильного бензина по детонационной стойкости, но для двигателей, рассчитанных на авиационный бензин с более высокими октановыми числами, необходимы проверочные испытания по специальной программе. Серия стендовых испытаний на автомобильных бензинах с октановыми числами от 82 до 90 и различными физико-химическими характеристиками была проведена на лёгком двигателе AVCO Lycoming-320 в стандартных условиях. Летные испытания проводились на самолете Cessna-150. При испытаниях было показано, что наиболее летучие автомобильные топлива дают худшее распределение топливной смеси по цилиндру из-за широкого фракционного состава. Параметры мощности двигателя давления в камере сгорания, температура выхлопных газов и материалов конструкции цилиндров указывали на возможность образования паровых пробок. Вероятность их образования зависит также от высоты и скорости полета воздушного судна. Более летучие топлива способствуют образованию паровых пробок при более низкой температуре.

Необходимо иметь ввиду, что автомобильные бензины имеют примерно вдвое большее давление насыщенных паров по сравнению с авиационными бензинами (для авиабензинов давление насыщенных паров 295…370 мм рт. ст., а для автобензинов 530…620 мм рт. ст.). При высотных полетах летательных аппаратов в топливной системе вследствие интенсивного испарения автомобильного бензина могут образовываться паровые пробки, вызывающие серьезные перебои в работе двигателя. При подъеме летательного аппарата на высоту давление на входе в топливный насос понижается, что вызывает уменьшение избытка давления в трубопроводах по сравнению с давлением насыщенных паров бензина. На некоторой высоте, когда давление насыщенных паров бензина приближается к давлению перед насосом, происходит интенсивное выделение паров бензина и растворенного в бензине воздуха, приводящее к образованию паровых пробок в трубопроводах и к возникновению кавитации в топливной системе летательных аппаратов. При интенсивном образовании паровых пробок (кавитации) в топливной системе по трубопроводам движется сжижаемая смесь жидкости с газами и парами бензина. В ней легко возникают резкие пульсации давления, которые вызывают перебои в расходе бензина вследствие разрыва струи топлива. Поэтому следует проводить летные испытания конкретных двигателей по определению предельной высоты полета, допустимой по критерию образования паровых пробок в топливной системе летательных аппаратов.

В настоящее время в ряде зарубежных стран (Великобритании, Австралии, США) обобщен опыт применения автомобильного бензина различных марок при эксплуатации легких самолетов с поршневыми двигателями вследствие сокращения поставок и более высокой цены авиационного топлива. В материалах приведены результаты стендовых и летных испытаний поршневых авиадвигателей с различной степенью сжатия на автомобильном бензине вместо стандартных авиационных бензинов при различных температурах воздуха на входе. Отмечено, что основные трудности эксплуатации авиационных поршневых двигателей на автомобильном бензине, включая ухудшение горячего запуска, связаны с повышенной летучестью и возможностью образования паровых пробок в системе питания топливом, что будет вызывать самовыключение двигателей при кавитационных режимах работы топливной системы. При испытаниях указанный дефект возникал при температурах наружного воздуха более +38°С При температурах ниже +30°С образование паровых пробок маловероятно. В общем случае переход на автомобильный бензин не приводит к падению мощности авиационного двигателя.

Другие проблемы, которые могут возникнуть при использовании автомобильных бензинов взамен авиационных - это детонация и выделение кристаллов льда при низкой температуре. Ухудшение эксплуатационных характеристик, зависание клапанов, старение материалов, стабильность топлива при хранении – это дополнительные проблемы, требующие значительного времени для их решения.

В статьях обращено внимание на повышенную загрязненность автомобильного бензина, хранимого в бочках и мелкой таре, и необходимость тщательной фильтрации перед заправкой самолетов. Воздушные регистры ряда стран Запада пока не дали официального разрешения на широкое применение автомобильных бензинов в поршневой авиации. Пока проводятся исследования в этом направлении. Так, FAA (США) дало официальное разрешение на применение стандартного автомобильного бензина вместо авиационного на легких самолетах Cessna 150 с поршневым двигателем Continental O-200. Этому предшествовали летные испытания в течение 730 часов с использованием 15 различных партий автомобильного бензина. Испытания включали проверку на появление паровых пробок в системе топливопитания на высотах до 3800 метров.

Для предварительного рассмотрения возможности применения автомобильного бензина вместо авиационного на самолетах и вертолетах с поршневыми двигателями, эксплуатирующимися в Российской Федерации, было произведено сравнение физико-химических характеристик и качества авиационного бензина Б-91/115 и автомобильных бензинов АИ-92, АИ-93 и АИ-95 разных марок. (Табл. 1)

Из приведенных данных видно, что основными отличиями автомобильных бензинов от авиационных являются:

- худшая детонационная стойкость (значение октанового числа, определенного по моторному методу, на 6 единиц ниже);

- меньшее содержание свинца, что является положительным фактором, так как уменьшает возможность отложения окислов свинца на конусах изоляторов и в камерах свечей зажигания, вызывающих калильное зажигание;

- значительно большее давление насыщенных паров (примерно в 2 раза), а также более высокие значения температур 90%-го отгона и конца кипения может привести к образованию паровых пробок в топливной системе двигателя и кавитационным явлениям в топливном насосе;

- повышенное содержание ароматических и олефиновых углеводородов, а также смолистых веществ в автомобильных бензинах может привести к повышенному нагарообразованию в цилиндрово-поршневой группе двигателя и вызвать перегрев двигателя. Повышается возможность возникновения калильного зажигания, снижения мощности и перебоев в работе двигателя, а также увеличения смолистых отложений в топливной системе самолета (вертолета). Содержание ароматических и олефиновых углеводородов (йодное число) стандартами на автомобильные бензины не регламентируется. Однако, в соответствии с нормами комплексов методов квалификационной оценки авиационных и автомобильных бензинов, эти бензины могут иметь существенные различия по содержанию в них ароматических и олефиновых (непредельных) углеводородов. Так, например, содержание ароматических углеводородов в автомобильных бензинах может быть почти в два раза больше, чем в авиационных;

- большее содержание серы, сернистых и органических соединений кислотного характера в автомобильных бензинах могут вызвать коррозию деталей. Продукты сгорания сернистых соединений - оксиды серы могут привести к коррозионному повреждению выхлопного тракта двигателя. Это, возможно, потребует применения в поршневых авиационных двигателях масел, содержащих антикоррозионные присадки.

Дата добавления: 2014-01-07