Авиация Второй мировой
На главнуюПоиск на сайте English
 
Боевые самолеты 1 МВ Истребители Боевые самолеты 2 МВ Содержание Германия Япония СССР США Великобритания Победы асов 2МВ Мощность ДВС Бронетехника Танки

Повышение мощности ДВС

Константин Иванов, Болгария, 2014.

Почему в самолетных двигателях Второй мировой войны впрыскивали смесь воды и метанола и двуокиси азота

Введение

Мощность двигателей - один из самых важных показателей боевых самолетов. Большая мощность двигателя обеспечивает, к примеру, большую скорость самолета и скороподъемность, а также малое время полного виража, что для боевой эффективности самолетов-истребителей имеет первостепенное значение.

Исключительно полезно и важно, чтобы самолетные двигатели имели большую мощность и на очень больших высотах полета:

1. На этих высотах атмосферный воздух имеет весьма малую плотность, при этом воздушное сопротивление самолетов резко уменьшается. Вот почему, если мощность двигателей такая же, как и на меньших высотах, самолеты могут иметь большие скорости и дальности полета.

2. На этих высотах самолеты могут быть недосягаемы для истребителей и зенитного огня противника.

Мощность двигателя прямо пропорциональна количеству бензина, сгораемого в единицу времени. Бензина в единицу времени можно подавать в двигатель сколько угодно безо всяких проблем.

Для сжигания определенного количества бензина, однако, необходимо определенное количество кислорода, а обеспечить его в большом количестве, сжечь в нем много бензина и получить большую мощность двигателя совсем не легко. Обычно кислород для сжигания бензина берется из воздуха, который впускается в цилиндры двигателя во время процесса впуска. Очевидно, что чем больше воздуха имеется в цилиндрах в конце процесса впуска и в начале процесса сжатия, тем больше бензина можно будет сжечь и тем большей будет мощность.

Количество воздуха в конце впуска прямо пропорционально давлению и обратно пропорционально абсолютной температуре воздуха. С подъемом на высоту давление атмосферного воздуха сильно уменьшается. Абсолютная температура также уменьшается, но в значительно меньшей степени.

Вот почему, если авиационный двигатель засасывает воздух напрямую из атмосферы, количество воздуха и кислорода в конце впуска и мощность двигателя резко уменьшаются с подъемом на высоту. Соответственно резко уменьшается и боевая эффективность самолетов - истребителей. Так было с британскими и французскими истребителями в Первую мировую войну.

В двигателях Второй мировой войны воздух уже не засасывался напрямую из атмосферы, а нагнетался в цилиндры через компрессор (нагнетатель). Таким образом, было возможно до определенной высоты полета, называемой "границей высотности" двигателя, поддерживать давление и количество воздуха в конце впуска, а также мощность двигателя, достаточно большими. При полете на высотах выше границы высотности мощность двигателя, однако, резко падала.

Зачем впрыскивали смесь воды и метанола.

Совершенно очевидно, что мощность двигателя дополнительно можно увеличить, если увеличить давление воздуха, подающегося компрессором, в конце впуска и начале сжатия. При этом, во сколько раз увеличивается давление воздуха от компрессора, во столько раз и увеличивается давление в конце сжатия и наибольшее давление при сгорании бензина. Это может привести к разрушению двигателя.

Впрыском в двигатель смеси воды и метанола, которая во время процесса сжатия должна находиться в цилиндре, можно добиться того, что даже при значительном увеличении давления в начале процесса сжатия, давление в конце сжатия и наибольшее давление при сгорании бензина остаются прежними, безопасными.

Во время процесса сжатия поршень движется от нижней к верхней мертвой точке и передает газу в цилиндре энергию в виде работы. Этой энергией давление и температура газа в цилиндре увеличиваются. Если в цилиндре находится смесь воды и метанола, эта смесь испаряется и отнимает у газа в виде тепла часть энергии, переданной ему поршнем. Вот почему при сжатии давление газа увеличивается в меньшей степени и даже при значительном увеличении давления в начале сжатия давление в конце сжатия и при сгорании бензина может остаться неизменным.

На высоте полета, несколько большей чем граница высотности, впрыск смеси воды и метанола прекращается, так как давление в начале и в конце сжатия и при сгорании бензина само собой резко уменьшается и двигатель не разрушается.

Впрыскиванием смеси воды и метанола в количестве 0,36-0,42 кг на килограмм бензина удавалось увеличить мощность самолетных двигателей в 1,15-1,25 раза (на 15-25%).

В последний период Второй мировой войны почти все немецкие и очень многие американские и японские самолеты - истребители имели двигатели с впрыском смеси воды и метанола. В Германии эта смесь имела обозначение MW-50 (50% метанола и 50% воды).

В СССР и Великобритании смесь воды и метанола в самолетных двигателях не впрыскивалась.

В самолетных двигателях впрыскивали для испарения во время сжатия не чистую воду, а ее смесь с метанолом по следующим причинам:

1. На больших высотах вода замерзает, а смесь воды и метанола - нет.

2. Для самолета вода является "мертвым грузом", метанол же не только испаряется и отнимает тепло во время сжатия, но и представляет собой топливо с октановым числом 105 - лучшее, чем бензин. При испарении, однако, он отнимает гораздо меньше тепла, чем вода.

Зачем впрыскивали двуокись азота.

Наибольшая граница высотности у лучших самолетных двигателей Второй мировой с компрессорами, получающими энергию от коленчатого вала, достигала 8-9 км.

Весьма большие границы высотности, порядка 11-12 км, можно получить компрессорами, получающими энергию от газовых турбин, через которые проходят выпускные газы от двигателей и отдают им часть своей энергии.

Немецкие газовые турбины для компрессоров бензиновых двигателей прогорали, однако, после 10-20 часов работы.

Вот почему немцы поднимали границу высотности двигателей преимущественно через впрыск двуокиси азота NO2, которую они обозначали, как GM1.

Когда самолет поднимается выше границы высотности двигателя, обеспечиваемой компрессором, количество впускаемого воздуха и кислорода в нем резко уменьшается. При этом сжигается меньше бензина, и мощность двигателя также резко идет вниз.

Если при достижении этой границы высотности в цилиндры двигателя начнет впускаться двуокись азота NO2, она разлагается на азот и кислород и этим дополнительным кислородом можно сжигать дополнительный бензин, который дает дополнительную мощность двигателю.

Чем выше летит самолет, тем больше впрыскивается NO2 и, таким образом, можно добиться, что мощность двигателя от прежней границы высотности, обеспечиваемой компрессором, до новой границы высотности, при которой количество NO2 больше не растет и остается неизменной.

Впрыскиванием NO2 граница высотности обычно увеличивается на 1,5-2 км. Здесь можно задать вопрос: "Почему подавали в двигатели NO2, а не чистый кислород?". Ответ очень простой. Кислорода надо сохранять в самолете в виде газа под очень большим давлением, закачанным в очень тяжелые стальные баллоны, которые еще и занимают много места. NO2 же можно сохранять в самолете в виде жидкости в относительно малом и весьма легком резервуаре из дуралюмина.

Впрыскивание NO2 имеет следующие, весьма большие недостатки:

1. Чтобы увеличить границу высотности на 2 км, надо было впрыскивать около килограмма NO2 на килограмм бензина, что очень много. Следовательно, самолет должен был нести большое количество NO2 - "мертвый груз", который снижал эффективность самолета.

2. Малая часть впрыскиваемой NO2 смешивалась с влагой из впускаемого в двигатель воздуха и получаются азотистая и азотная кислоты. Последняя чрезвычайно активна, разъедает двигатель и через 25-30 часов он выходит из строя.

Можно утверждать, что было бы гораздо выгоднее увеличивать границу высотности компрессором с газовой турбины при необходимости ее замены через 10-20 часов работы, чем впрыскивать и затем менять весь двигатель через 25-30 часов.

Из-за этих недостатков впрыскивание NO2 применялось сравнительно мало.

И все же с помощью NO2 (GM1) немцам удалось создать истребители Ta 152H-1 и Ju88G-7c (с двигателями Jumo 213F), которые могли полноценно сражаться н высотах полета порядка 12 км, что для времен Второй мировой войны было большим достижением.

Дата публикации на сайте: 02 10 2014 г.

02 10 2014 Ссылка на форуме по этой теме:

Авиадвигатели

10 10 2014 Обсуждение статьи:

Форум worldofwarplanes


©AirPages
2003-