Система запуска авиационного звездообразного поршневого двигателя
Полезная модель направлена на повышение надежности запуска авиационных двигателей в условиях различного диапазона температур окружающей среды. Указанный технический результат достигается тем, что в систему запуска дополнительно введен дополнительный топливный резервуар и воздушный редуктор, в смесесборнике установлена шнековая форсунка, дополнительный топливный резервуар трубопроводом через заливочный насос соединен с топливным баком и через воздушный редуктор с бортовым баллоном сжатого воздуха, а также со шнековой форсункой смесесборника. 1 илл.
Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к средствам, обеспечивающим запуск авиационных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано для обеспечения надежного запуска двигателей в условиях низких температур окружающей среды
Из уровня техники выявлено, что наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному техническому решению аналогом (прототипом) является стандартная система воздушного запуска для двигателей семейства М-14 (Авиационный двигатель АИ-14Р. Техническое описание. Н.А.Кащенко, Г.Ф.Черный, М.Э.Эльберт, В.Я.Зеземский и др., М.: Государственное научно-техническое издательство ОБОРОНГИЗ, 1961, 85 с.)
Известная система запуска авиационных звездообразных поршневых двигателей включает бортовой баллон сжатого воздуха, топливный бак, смесесборник с форсункой, распределитель сжатого воздуха, соединенные между собой системой трубопроводов с манометром и электроклапанами.
В известном техническом решении сжатый воздух из бортового баллона поступает в распределитель сжатого воздуха, откуда по трубкам проходит к пусковым клапанам, а затем в камеру сгорания цилиндра, где воздействует на поршень, в результате коленчатый вал проворачивается, засасывая при этом в цилиндры смесь, состоящую из бензина, впрыскиваемого струйной форсунки под давлением 1-2 кг/см2 пусковым насосом в смесесборник и воздуха, поступающего через карбюратор и нагнетатель двигателя. Недостатком этого ручного способа и системы запуска является трудность запуска двигателя при температуре окружающей среды ниже 5°С из-за низкой испаряемости топлива, впрыскиваемого струйной форсункой в смесесборник.
Технической задачей настоящей полезной модели является повышение надежности запуска авиационных двигателей в условиях различного диапазона температур окружающей среды.
Поставленная техническая задача решается тем, что в систему запуска авиационных звездообразных поршневых двигателей, включающую бортовой баллон сжатого воздуха, топливный бак, смесесборник с форсункой, распределитель сжатого воздуха, соединенные между собой системой трубопроводов с манометром и электроклапанами, дополнительно введен дополнительный топливный резервуар и воздушный редуктор, в смесесборнике установлена шнековая форсунка дополнительный топливный резервуар трубопроводом через заливочный насос соединен с топливным баком и системой трубопроводов соединен с одной стороны через воздушный редуктор с бортовым баллоном сжатого воздуха, а с другой стороны со шнековой форсункой смесесборника.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в смесесборник топливо из дополнительного топливного резервуара подают под давлением и через шнековую форсунку, проходя через которую топливо переходит в туманообразное состояние. Топливо затем равномерно распределяется по всем цилиндрам в такте всасывания.
Предложенная система запуска авиационных звездообразных поршневых двигателей поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема системы запуска.
На фиг.1 показан авиационный звездообразный поршневой двигатель 1 и схема системы его запуска.
Система запуска содержит топливный бак 2, бортовой баллон сжатого воздуха 3, смесесборник 4, распределитель сжатого воздуха 5, дополнительный топливный резервуар 6 объемом 500-700 см3. Экспериментально установлено, что указанный объем топлива является достаточным для подачи в смесесборник в течении 40-60 секунд. Входным трубопроводом 7 дополнительный топливный резервуар 6 через воздушный редуктор 8, электропневмоклапан 9, кран 10 и манометр 11 соединен с бортовым баллоном сжатого воздуха 3, а входным трубопроводом 12 через заливочный насос 13 с топливным баком 2. Выходным трубопроводом 14 дополнительный топливный резервуар 6 соединен с шнековой форсункой 15, установленной в смесесборнике 4.
Бортовой баллон сжатого воздуха 3 трубопроводом 16 соединен с распределителем сжатого воздуха 5.
Запуск осуществляют следующим образом.
Перед запуском двигателя 1 топливо из топливного резервуара 2 через заливочный насос 13 поступает в дополнительный топливный резервуар 6. При запуске двигателя 1 открывают кран 10 и сжатый воздух из бортового баллона 3 поступает к электропневмоклапану 9.
При нажатии на кнопку запуска на приборной панели электропневмоклапан 9 открывается и сжатый воздух с давлением 45-50 атм (указанный интервал величин давления установлен экспериментально и является оптимальным при осуществлении данной операции) из бортового баллона сжатого воздуха 3 поступает одновременно:
- во-первых, в распределитель сжатого воздуха 5, в котором через отверстия в золотнике (на чертеже не показано) под заданным давлением проходит в соответствующее отверстие крышки (на чертеже не показано) распределителя 5 и далее по пусковым трубкам к пусковым клапанам цилиндра двигателя 1. По давлением сжатого воздуха пусковой клапан двигателя 1 открывается и воздух поступает в камеру сгорания цилиндра двигателя 1. Расположение золотника в распределителе сжатого воздуха 5 обеспечивает возможность подачи сжатого воздуха для запуска в цилиндры двигателя 1 в начале такта расширения. Сжатый воздух, поступивший в цилиндр двигателя 1, воздействует на поршень, в результате чего коленчатый вал двигателя 1 проворачивается.
- во-вторых, в дополнительный топливный резервуар 6, откуда топливо под давлением сжатого воздуха подают в смесесборник 4. В смесесборнике 4 топливо под давлением 6-10 атм (указанный интервал величин давления установлен экспериментально и является оптимальным при осуществлении данной операции) пропускают через шнековую форсунку 15, посредством которой топливо переводят (топливо распыляется до туманообразного состояния) в туманообразное состояние,
откуда, смешиваясь с сжатым воздухом, поступающим через карбюратор (на чертеже не показано) сформированная гомогенная топливная смесь равномерно распределяется (засасывается в цилиндры)) по всем цилиндрам в такте всасывания.
Таким образом, для решения поставленной технической задачи предложенная схема системы запуска содержит шнековую форсунку, установленную в смесесборнике, через которую топливо под давлением подают из дополнительного топливного резервуара в смесесборник, где оно, распыленное до туманообразного состояния, смешивается с сжатым воздухом, поступающим в смесесборник через карбюратор, образует гомогенную топливную смесь, которая затем равномерно засасывается в такте всасывания в цилиндры.
Предлагаемая система запуска поршневого звездообразного двигателя прошла стендовые испытания. Предлагаемая система обеспечила надежный запуск двигателя при температурах окружающего воздуха от плюс 45°С до минус 20°С.
На испытательном стенде искусственным путем в диапазоне от +45°С до минус 20°С была создана температура окружающей среды, при которой проводились экспериментальные работы по предлагаемомой системе запуска га двигателе М-14П.
Оценка запуска производилась по результатам нижеследующих параметров:
- температура окружающей среды;
- скорости вращения коленчатого вала двигателя;
- величины падения давления сжатого воздуха в пусковом баллоне;
- количество запусков от пускового объектового баллона;
- времени от начала вращения коленчатого вала двигателя до устойчивой его работы со штатной агрегатной системой.
На стенде при запуске двигателя с различной температурой окружающего воздуха плюс 10-20°С, минус 10-15°С и минус 15-17°С получены следующие результаты измеряемых параметров.
Пример 1.
При температуре окружающего воздуха плюс 10-20°С
- запуск двигателя был выполнен с первой попытки (со штатной системой, как правило, со второй, а зачастую и с третьей)
- скорость вращения коленчатого вала двигателя при запуске 110-120 об/мин(со штатной системой 45-50 об/мин);
- давление в пусковом баллоне снизилось до 45 кг/см2 (со штатной системой до 35 кг/см2)
- время запуска равно 10-15 сек (со штатной системой не менее 2-3 мин при неудавшемся первом запуске)
- успешно выполненных запусков от пускового баллона было выполнено 7-9 запусков (со штатной системой 2-3 запуск)
Пример 2
При температуре окружающего воздуха минус 10-15°С
- запуск двигателя был выполнен с первой попытки (со штатной системой запуска с четвертой)
- скорость вращения коленчатого вала двигателя при запуске 90-100 об/мин(со штатной системой 30-40 об/мин);
- давление в пусковом баллоне снизилось до 40 кг/см2 (со штатной системой до 30 кг/см2)
- время запуска равно 20-25 сек (со штатной системой не менее 3-5 мин при неудавшихся первых 3-х запусков)
- успешно выполненных запусков от пускового баллона было выполнено 3 запуска (со штатной системой - один запуск) После чего повторная зарядка пускового баллона сжатым воздухом
Пример 3
При температуре окружающего воздуха минус 15-17°С
- запуск двигателя был выполнен с первой попытки (со штатной системой запуска с пятой)
- скорость вращения коленчатого вала двигателя при запуске 80-90 об/мин(со штатной системой 25-30 об/мин);
- давление в пусковом баллоне снизилось до 30 кг/см2 (со штатной системой до 20 кг/см 2)
- время запуска равно 30-35 сек (со штатной системой до 5-7 мин при неудавшихся первых 3-х запусков) Пускового баллона со сжатым воздухом, как правило, хватило на один запуск
- успешно выполненных запусков от пускового баллона было выполнено 3 запуска (со штатной системой - один запуск) После чего повторная зарядка пускового баллона сжатым воздухом
Преимуществом предлагаемой полезной модели являются:
- Надежный запуск двигателя при температурах окружающего воздуха от плюс 45°С до минус 15°С. За счет подачи туманно-образной топливо-воздушной смеси из смесесборника в цилиндро-поршневую группу и увеличения скорости вращения двигателя и увеличения скорости вращения коленчатого вала двигателя до 110-120 об/мин (со штатной системой 40-50 об\мин)
- Автоматизированный запуск увеличил частоту вращения коленчатого вала при прокрутке от баллона со сжатым воздухом с 50 об/мин до 100 об/мин. За счет боле ранней подачи сжатого воздуха от пускового баллона в цилиндрах в такте расширения 2-3° после верхней мертвой точки (при штатной системе 9-12° после верхней мертвой точки)
- Количество запусков от баллона со сжатым воздухом объемом 8 литров возросло до с 4 до 8. З счет уменьшения времени на каждый запуск 10-15 сек (со штатной системой 40-50 сек) использовался меньший объем сжатого воздуха с пускового баллона
- Запуск двигателя возможен при давлении воздуха в баллоне 15 атм. вместо 25 при серийной системе. За счет скорости вращения коленчатого вала двигателя 110-12- об/ мин в два раза больше, чем со штатной системой 40-50 об/ мин
Запланировано проведение испытаний непосредственно на летательном аппарате в фирме им. А.С.Яковлева и в сборной команде по высшему пилотажу России в Грязлово
Таким образом, предлагаемая система запуска полностью обеспечивают решение поставленной технической задачи.
Система запуска авиационных звездообразных поршневых двигателей, включающая бортовой баллон сжатого воздуха, топливный бак, смесесборник с форсункой, распределитель сжатого воздуха, соединенные между собой системой трубопроводов с манометром и электроклапанами, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введен дополнительный топливный резервуар и воздушный редуктор, в смесесборнике установлена шнековая форсунка, при этом дополнительный топливный резервуар трубопроводом через заливочный насос соединен с топливным баком и системой трубопроводов соединен с одной стороны через воздушный редуктор с бортовым баллоном сжатого воздуха, а с другой стороны - со шнековой форсункой смесесборника.