Сухая масса двс

Сухая масса двс

В сухую массу ДВС входит масса собственно двигателя и навешенных на него механизмов и трубопроводов, за исключением массы топлива, масла и воды.

Удельная масса двс

Удельная масса ДВС — это показатель его металлоемкости, измеряемый отношением сухой массы к эффективной мощности. По ГОСТ 4393—82 это отношение для малооборотных двухтактных дизелей в среднем 35 кг/кВт, для четырехтактных с частотой вращения до 1000 мин -1 — меньше 15 кг/кВт, а для дизелей с частотой вращения свыше 1000 мин -1 — меньше 12 кг/кВт. У карбюраторных ДВС этот показатель доходит до 2 кг/кВт

Литровая масса двс

Литровая масса ДВС — это показатель, измеряемый отношением массы ДВС к рабочему объему всех его цилиндров. Для тяжелых дизелей это отношение составляет 160—120 кг/л, для средних 100—75 кг/л, для легких дизелей 70—35 кг/л.

Рабочие циклы и способы их осуществления

В связи с возвратно-поступательным движением поршня сгорание топлива в поршневых двигателях возможно лишь последовательными порциями, причем сгоранию каждой порции должен предшествовать ряд подготовительных процессов.

Совокупность различных процессов, происходящих в цилиндре в определенной последовательности, называется рабочим циклом; во время работы двигателя рабочий цикл периодически повторяется.

Таким образом, периодичность процессов в цилиндре, вытекающая из принципа действия поршневого двигателя, и простота способов

охлаждения его деталей позволяют осуществлять цикл поршневого двигателя в значительно более широких температурных пределах, чем циклы тепловых двигателей других типов. Из термодинамики известно, что КПД теплового двигателя прямо пропорционален разности температур горячего и холодного источника теплоты; чем она больше, тем выше КПД. Именно этим объясняется, почему поршневой двигатель имеет самый высокий КПД по сравнению с КПД других тепловых двигателей.

Состав смеси характеризуется коэффициентом  избытка воздуха, представляющим собой отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому для полного сгорания топлива и определяемому из стехиометрических соотношений по элементарному составу топлива. При увеличении коэффициента  смесь обедняется, так как уменьшается относительное количество топлива в ней; и наоборот, при уменьшении коэффициента о смесь обогащается.

В рассмотренной схеме подготовка смеси воздуха с топливом, т. е. процесс смесеобразования, происходит в основном вне цилиндра, поэтому двигатели, работающие по этой схеме 1а, называют также двигателями с внешним смесеобразованием. К таким двигателям относятся карбюраторные двигатели, работающие на бензине, газовые двигатели, также двигатели впрыскиванием топлива во впускной трубопровод, т. е. двигатели, в которых применяется топливо, легко испаряющееся и хорошо перемешивающееся с воздухом при обычных условиях.

Степень наполнения цилиндра свежим зарядом оценивают коэффициентом _V наполнения, который показывает отношение действительного количества G₁ заряда, оставшегося в цилиндре, к тому количеству, которое могло бы заполнить рабочий объем V_h цилиндра при температуре Т_k и давлении р_k заряда, т.е.

uде р_k — плотность заряда при давлении p_k и температуре T_k.

Из индикаторной диаграммы рабочего цикла двухтактного двигателя (см. рис. 5а) видно, что на части хода поршня, когда происходит газообмен, полезная работа очень мала, т.е. практически не совершается. Объем V_m соответствующий этой части хода поршня, называется потерянным. Тогда объем, описываемый поршнем при движении от точки б, определяющей момент начала сжатия, до ВМТ и называемый действительным рабочим объемом, V ’ _h=V_h—V_n

Таким образом, действительная степень сжатия

Геометрическая степень сжатия выражается той же формулой, что и для четырехтактных двигателей

Отношение потерянного объема V_n к геометрическому рабочему объему V_h представляет собой долю потерянного объема на процесс газообмена

В двухтактных двигателях  = 10. 38 %.

Индикаторные диаграммы термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания (рис.4) различаются между собой по характеру процессов передачи теплоты. В современных поршневых двигателях в зависимости от характера выделения теплоты при сгорании топлива рабочие циклы приближаются к термодинамическим циклам с подводом теплоты Q₁ или при постоянном объеме (рис. 4а), или при постоянном давлении (рис. 4б), или к смешанному циклу с подводом части теплоты Q‘₁ при постоянном объеме и части теплоты Q«₁ при постоянном давлении (рис. 4в).

Как известно из курса технической термодинамики, термический КПД цикла возрастает с увеличением степени сжатия е, уменьшением степени предварительного расширения p=V_z /V_c и повышением степени увеличения давления Х=р_г/р_с— Следовательно, для улучшения экономичности рабочего цикла в двигателях внутреннего сгорания желательно увеличивать степень сжатия и использовать процесс сгорания топлива с подводом теплоты при постоянном объеме. Однако при повышении  и λ в цилиндре двигателя резко возрастают максимальные значения давления и температуры, а также потери на трение. Применение степени сжатия больше 12. 14 нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение ее практически не влияет на экономичность.

Индикаторные диаграммы термодинамических циклов при различных условиях подвода теплоты

Индикаторная диаграмма двигателя представляет собой рабочий цикл, а площадь, ограниченная ею (в определённом масштабе),— индикаторную работу цикла.

Чем больше индикаторная работа L_i , тем лучше использование рабочего объема V_h цилиндра двигателя.

Если принять, что на поршень действует некоторое условное постоянное давление р_ь совершающее в течение одного хода поршня работу, равную работе L, газов за цикл, то

Это условное давление р_i принято называть средним индикаторным давлением. Среднее индикаторное давление численно равно высоте прямоугольника с основанием, равным рабочему объему V_h., и площадью, равной площади индикаторной диаграммы.

Если рабочий цикл двигателя происходит по схеме, описанной выше, то обеспечивается хорошее смесеобразование и использование рабочего объема цилиндра (коэффициент избытка воздуха  =0,8. 1,1). Однако ограниченность степени сжатия смеси не позволяет улучшить экономичность двигателя.

В случае осуществления рабочего цикла по схеме, показанной на рис. 16, процесс смесеобразования происходит только внутри цилиндра. Рабочий цилиндр в данном случае заполняется не смесью, а воздухом (впуск), который подвергается сжатию. В конце процесса сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо. При впрыскивании оно мелко распиливается и перемешивается с воздухом. Частицы топлива, соприкасаясь с горячим воздухом, испаряются, образуя топливовоздушную смесь.

Воспламенение смеси при работе двигателя по этой схеме происходит в результате высокого сжатия воздуха до температуры самовоспламенения смеси. Впрыскивание топлива во избежание преждевременного самовоспламенения начинается только в конце сжатия. К моменту самовоспламенения обычно процесс впрыскивания топлива еще продолжается. Смесь, образующаяся при впрыскивании топлива, получается неоднородной, вследствие чего полное сгорание топлива возможно лишь при значительном избытке воздуха (при коэффициенте избытка воздуха  ≤ 1,2. 1,4). В результате более высокой степени сжатия, допустимой при работе двигателя по данной схеме, достигается более высокий КПД.

Таким образом, в двигателях, работающих по второй схеме, весь процесс смесеобразования и подготовка горючей смеси к сгоранию происходят внутри цилиндра. Поэтому такие двигатели называют двигателями с внутренним смесеобразованием.

Расстояние при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое называется ходом. S поршня и соответствует половине оборота коленчатого вала.

Рабочие процессы, совершаемые в течение одного хода поршня (часть рабочего цикла), называют тактом.

При перемещении поршня объем внутренней полости цилиндра меняется. Характерными объемами при этом принимаются следующие:

объем V_c внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ — объем камеры сгорания;

объем V_a внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ — полный объем цилиндра;

объем V_h описываемый поршнем между мертвыми точками,— рабочий объем цилиндра, измеряется обычно в литрах. Очевидно, что рабочий объем цилиндра

,

где D — диаметр цилиндра.

Полный объем одного цилиндра

Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные диаграммы

Схема работы двухтактного двигателя и индикаторная схема

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называют степенью сжатия и обозначают

Индикаторные диаграммы рабочего цикла:

а – четырехтактного двигателя;

б – двухтактного двигателя4

в – выпуска и впуска четырехтактного двигателя;

г – выпуска и впуска комбинированного четырехтактного двигателя

Такт как полезная индикаторная работа при заданных размерах цилиндра пропорциональна давлению p_i, совершенство рабочего процесса можно оценивать по среднему индикаторному давлению. Чем больше давление p_i, тем больше работа L_i, и, следовательно, рабочий объем цилиндра используется лучше.

Зная среднее индикаторное давление p_i (МПа), рабочий объем цилиндра V_h (л), число цилиндров I и частоту вращения n (об/мин) коленчатого вала, можно определить индикаторную мощность (кВт) двигателя

,

где  — тактность двигателя, для четырехтактных двигателей  = 4, для двухтактных двигателей  = 2.

Произведение iV_h, представляет собой рабочий объем двигателя.

Среднее эффективное давление и эффективная мощность

В отличие от индикаторной мощности полезную мощность, которую можно получить на валу двигателя, называют эффективной мощностью N_e двигателя. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности механических потерь, т.е.

Мощность N_m, соответствующую механическим потерям, и эффективную мощность N_е двигателя определяют опытным путем при стендовых и лабораторных испытаниях с помощью специальных нагрузочных устройств (динамометров), позволяющих получить крутящий момент М_е(Нм). При этом одновременно измеряют частоту вращения коленчатого вала, соединенного с тормозным устройством. Эффективная мощность

Для удобства сравнения различных двигателей при оценке эффективности их работы аналогично среднему индикаторному давлению p_i используют среднее эффективное давление р_e, которое определяют из выражения (в МПа)

Тогда эффективная мощность может быть найдена по формуле, аналогичной выражению для определения индикаторной мощности:

Что такое удельная масса двигателя

Альтернатива реактивному двигателю — электрический. Проблема в том, что удельная мощность современных электродвигателей для авиации не превышает 5 кВт/кг, в то время как реактивные обладают мощностью до 8 кВт/кг. То есть замена повлечет за собой снижение грузоподъемности самолета. Поэтому пока такой переход экономически нецелесообразен.

Специалисты Московского авиационного института (МАИ) сумели добиться большей мощности электродвигателя по сравнению с реактивным, что долгое время оставалось непреодолимой проблемой.

Применение сверхпроводниковых материалов способно увеличить удельную мощность электродвигателей. Ведь главная особенность сверхпроводников — значительное снижение или даже полное отсутствие электрического сопротивления. Следовательно, величина тока, обратно пропорциональная сопротивлению, возрастает, а вместе с ней увеличивается и мощность двигателя.

Система состоит из газотурбинного двигателя, вращающего электрический генератор, электродвигателя и кабельной линии, соединяющей их. Удельная мощность такой установки составляет свыше 10 кВт/кг, то есть больше, чем у реактивного двигателя.

Основная сложность перевода летательных аппаратов с реактивных на электрические двигатели заключается в необходимости перестроения всех внутренних систем самолета. Чтобы такой переход был эффективен с точки зрения экономики, необходимо не просто сравнять удельную мощность электрических двигателей с турбинными, а значительно увеличить.

Это можно будет осуществить, перейдя на охлаждение сверхпроводниковых двигателей жидким водородом (-253°C). Данная степень охлаждения сверхпроводников способна повысить удельную мощность двигателя до 30 кВт/кг. Но на данный момент проблема применения жидкого водорода заключается в том, что он взрывоопасен, дорого стоит и требует немало энергии для производства.

В январе 2019 года австралийская компания MagniX объявила, что выпустит первую партию электродвигателей для авиации уже в 2022 году. Установить их можно не только на новые, но и на нынешние самолеты, утверждают разработчики. Электродвигатели для самолетов от MagniX сделают перелеты в пять раз дешевле.

MagniX обещает в ближайшие годы выпустить линейку электродвигателей для винтовых самолетов. Установки первого поколения подойдут для легких воздушных судов вместимостью не больше 20 пассажиров.

Сообщается, что разработка австралийской компании выдает до 750 л. с. Предполагается, что установка станет аналогом турбовинтового авиационного двигателя Pratt and Whitney PT6, которым оснащены популярные модели легких пассажирских самолетов Beechcraft King Air и Cessna 208.

MagniX создаст несколько модификаций электромоторов. Одни подойдут для переоснащения уже существующих самолетов, в том числе популярной Cessna 208, другие предназначены для новых проектов. По расчетам, Cessna на электротяге пролетит до 280 км. А электросамолет, построенный с нуля, преодолеет уже 925 км на одном заряде. Инженеры MagniX приступили к испытаниям электродвигателя еще в сентябре. Тогда компания протестировала 350-сильную установку. Особый акцент на низкий вес — всего 50 кг.

Хотя электросамолетам потребуется дополнительная инфраструктура, авиаперевозчики все равно смогут сэкономить. Полеты на электротяге будут обходиться на 50-80% дешевле, чем обычные рейсы. В первую очередь, авиаперевозчики сэкономят на топливе. Например, расстояние в 185 км на Cessna 208, на топливо придется потратить $300-400. Такой же рейс на электротяге потребует электроэнергии на $12-14.

Полеты станут не только экономичными, но и экологичными, обещает MagniX. Самолет не будет производить вредных выбросов, а если для его зарядки использовать электроэнергию от возобновляемых источников, то рейс будет на 100% зеленым. Для Австралии это вполне достижимая цель, поскольку уже к 2030 году страна может полностью перейти на ВИЭ.

В 2015 году компания Siemens представила авиационный электромотор с рекордными характеристиками — двигатель весом всего 50 кг развивает мощность в 260 КВт. Такие характеристики двигателя позволяют создавать воздушные суда со взлетной массой до двух тонн. При этом для работы воздушного винта не требуется трансмиссия, поскольку мотор выдает 2500 оборотов в минуту.

Соотношение веса к мощности у нового электродвигателя Siemens составляет больше 5 кВт на один килограмм, что превышает аналогичный показатель даже турбореактивных двигателей. Электродвигатель может вращаться со скоростью практически от 0 до 2.5 тысяч оборотов в минуту, что позволяет устанавливать пропеллер прямо на его вал без необходимости использования промежуточного редуктора. И один такой двигатель может без особых затруднений поднять в воздух самолет с взлетным весом до двух тонн.

В апреле 2017 года прототип электрического самолета Extra 330LE, построенный Siemens, установил два мировых рекорда скорости в классе электрических самолетов с аккумуляторным питанием. Siemens, которым удалось создать новый двигатель, в котором сочетается большая энергетическая плотность, мощность и малый вес.

На дистанции 3 километра самолет развил максимальную скорость в 337.50 километров в час, при весе самолета до 1000 килограмм, и скорость 342.86 километров в час при весе самолета более 1000 килограмм.

Электродвигатель, приводящий в действие самолет Extra 330LE, обеспечил 260 кВт мощности при его весе всего в 50 килограмм. Разработка данного двигателя была выполнена в рамках более глобальной программы компании Siemens, целью которой является разработка электрических гибридных силовых систем для небольших самолетов регионального класса. Данная программа проводится при участии в ней специалистов компании Airbus, которая уже давно работает над собственным вариантом подобной системы под названием.

В 2014 году Airbus Group представила двухместный электрический самолет E-Fan, созданный при поддержке французского правительства. Довольно тихий электросамолет из углеволокна весит около 500 кг, использует литий-ионные полимерные аккумуляторы и оснащен двумя моторами мощностью по 60 КВт. Час полета стоит около £10, а батареи полностью заряжаются за 90 минут.

Из подобных, конкурентных, проектов можно отметить совместную работу НАСА и Boeing над гибридным электрическим самолетом SUGAR Volt («subsonic ultra-green aircraft research» — «исследование по созданию дозвукового весьма экологичного самолета») — самолета, работающего на комбинации запасенной в аккумуляторах электроэнергии и классического топлива. Проект впервые был предан огласке в 2012 году.

SUGAR, оснащен двигательной системой, которая была разработана для уменьшения расхода топлива более чем на 70 процентов, а потребления энергии — примерно на 55 процентов.

Самолет рассчитан на 154 пассажира и полет со скоростью 0,79 маха. Он будет требовать короткую взлетную дистанцию, и сможет летать на расстояние до 5630 километров.

По плану обычное топливо используется в таких энергозатратных маневрах, как взлет, а в полете двигатели самолета по большей части или почти полностью будут питаться от аккумуляторов. Точных сроков завершения проекта компания не назвала и планируют выдать готовый продукт примерно к 2030-2050 годам.

В июне 2017 года, на авиашоу в Ле-Бурже, израильский стартап Eviation Aircraft показал полностью электрический пассажирский самолет Alice, способный на одном заряде аккумуляторных батарей преодолеть дистанцию в 965 километров. Технологии, использованные при создании электрического самолета, были разработаны во время участия компании Eviation Aircraft в программе NASA On-Demand Mobility Program.

Небольшой электрический самолет может перевозить от шести до девяти пассажиров и двух членов экипажа на расстояния, покрывающие основную массу внутренних в большинстве стран и некоторую часть международных маршрутов. Основным достижением специалистов компании Eviation Aircraft является разработка нового типа воздушно-алюминиевой аккумуляторной батареи, емкости которой достаточно для накопления энергии, необходимой для дальнего перелета.

В самолете использована модернизированная воздушно-алюминиевая батарея, изначально разработанная компанией Phinergy Ltd. К этому добавлен буфер на традиционных аккумуляторных батареях, и умная система распределения энергии, основанную на использовании аналитических алгоритмов. Все это вместе представляет собой самую высокоэффективную энергетическую систему, позволяющую использовать каждую «крупинку» дефицитной энергии аккумуляторных батарей».

Компания Eviation Aircraft не намерена вступать в конкуренцию с другими компаниями, выпускающими самолеты. Компания Eviation Aircraft видит свет будущее в качестве воздушного аналога сервиса Uber.

Готовый прототип компания Eviation Aircraft покажет в середине 2019 года на парижском авиасалоне Ле-Бурже. Если после этого компании удастся привлечь $100 млн инвестиций, то к 2021 году Alice поступит в продажу. Ожидается, что девятиместный электросамолет будет стоить около $2 млн, но, стоит помнить, что владельцы судна сэкономят на топливе и на затратах на эксплуатацию.

Глава Tesla Илон Маск, который также проявляет интерес к области электрической авиации, считает, что для массового производства электросамолетов необходимо создать аккумулятор с плотностью энергии 400 Вт/ч на килограмм. Между тем, сегодня выпускаемые его компанией электромобили питаются от батарей с плотностью 250 Вт/ч на килограмм.

А в Норвегии планируют к 2040 году полностью перевести все местные пассажирские авиаперевозки на использование электрических летательных аппаратов.

Удельная мощность автомобиля

Опции темы

• Подписаться на эту тему…