Руководство пилота по аэронавтике » Глава 6. Системы самолета » Наддув и турбонаддув » Система наддува

Система наддува

Superchargers

Система наддува – приводимый в движение двигателем нагнетатель воздуха или компрессор, который обеспечивает сжатие подаваемого к двигателю воздуха, чтобы он мог произвести дополнительную мощность. Компрессор увеличивает давление во впускном коллекторе и усиливает впрыск топлива в цилиндры. Чем выше давление во впускном коллекторе, тем выше плотность рабочей смеси, тем большую мощность сможет произвести двигатель. На двигателях без наддува во впускном коллекторе не возможно создать давление выше атмосферного. Наддув может увеличить давление во впускном коллекторе более чем на 30" (762 мм) ртутного столба.

Например, на высоте 8000 футов (ок. 2500 м) обычный двигатель может выдать лишь 75% от той мощности, которую выдает на уровне моря, потому что воздух на бо`льшой высоте менее плотен. Компрессор сжимает воздух, увеличивая его плотность, тем самым увеличивая давление во впуском коллекторе. Поэтому двигатель на высоте в 8000 футов над уровнем моря все еще способен поддерживать давление в 25" ртутного столба во впуском коллекторе, тогда как без компрессора давление может быть только в 22" рт.ст. Компрессоры особенно ценны на больших высотах (таких как 18,000 футов или около 5500 м), где плотность воздуха в два раза меньше, чем на уровне моря. Использование наддува во многих случаях позволяет подавать воздух в двигатель той же плотности, что и на уровне моря. В обычных двигателях без наддува не возможно создать давление во впускном коллекторе выше чем атмосферное давление. С помощью наддува можно увеличить давление более чем на 30" (762 мм) ртутного столба.

Компоненты системы питания обычного двигателя и системы питания с наддувом одинаковы, за исключением наличия в последней компрессора, установленного между устройством измерения расхода топлива и впускным коллектором. Нагнетательный компрессор связан с двигателем через блок шестерен, которые могут обеспечить его работу на одной, двух или нескольких скоростях. Кроме того, у нагнетателей могут быть одна или несколько ступеней. Каждая ступень обеспечивает увеличение давление, и компрессоры могут быть классифицированы как одноступенчатые, двухступенчатые или многоступенчатые, в зависимости от того, сколько раз воздух проходит процесс сжатия.

Первые версии одноступенчатого, односкоростного компрессора могут упоминаться как “sea-level” нагнетатель. Двигатель, оборудованный этим типом наддува, называют “sea-level” двигателем. В таком двигателе используется единственная, управляемое шестерней крыльчатка увеличивающая мощность двигателя генерируемую на любых высотах. Недостаток такого типа двигателя – уменьшение снимаемой с дигателя мощности с увеличнием высоты.

Одноступенчатый, односкоростной нагнетатель можно найти на многих мощных звездообразных двигателях, которые используют воздухозаборник, направленный вперед, захватывающий набегающий поток воздуха, тем самым используя давление набегающего потока. Пступающий воздух попадает через трубочки к карбюратору, где топливо смешиваетс в необходимых пропорцих с потоком воздуха. Заряженная смесь топлива/воздуха направляется к нагнетателю или крыльчатке, которая ускоряет смесь. Проходя через диффузор скорость топливовоздушной смеси преобразуется в давление. После сжатия смесь высокого давления направляется в цилиндры.

У некоторых больших звездообразных двигателей, разработанных во время Второй Мировой Войны, есть одноступенчатый, нагнетатель с двумя скоростями. У такого нагнетателя единственная крыльчатка может иметь две скорости. Низкая скорость работы крыльчатки часто упоминается как низкая установка компрессора, в то время как высокую скорость рабочего колеса называют высокой установкой компрессора. На двигателях, оборудованных нагнетателем с двумя скоростями, управлением скоростью осуществляет специальное сцепление которое упраляется через гидропривод из кабины экипажа.

В обычных условиях набор высоты происходит при низком положении крыльчатки. В этом положении двигатель работает как форсированный на земле двигатель и его выходная мощность уменьшается с увеличением высоты. Однако, при достижении самолетом намеченной высоты, после снижения мощности двигтателя, положение крыльчатки контроллер переводит в высокое положение. Псле этого дроссель снова выставляют в положение обеспечивающее необходимое давление во впускном коллекторе. Двигатель, оборудованный таким типом нагнетателя, называют высотным двигателем. [Рисунок 6-14]

Рисунок 6-14. Выходная мощность обычного двигателя и двигателя с одноступенчатым двускоростным компрессором.

A supercharger is an engine-driven air pump or compressor that provides compressed air to the engine to provide additional pressure to the induction air so the engine can produce additional power. It increases manifold pressure and forces the fuel/air mixture into the cylinders. The higher the manifold pressure, the more dense the fuel/air mixture, and the more power an engine can produce. With a normally aspirated engine, it is not possible to have manifold pressure higher than the existing atmospheric pressure. A supercharger is capable of boosting manifold pressure above 30 "Hg.

For example, at 8,000 feet a typical engine may be able to produce 75 percent of the power it could produce at mean sea level (MSL) because the air is less dense at the higher altitude. The supercharger compresses the air to a higher density allowing a supercharged engine to produce the same manifold pressure at higher altitudes as it could produce at sea level. Thus, an engine at 8,000 feet MSL could still produce 25 "Hg of manifold pressure whereas without a supercharger it could produce only 22 "Hg. Superchargers are especially valuable at high altitudes (such as 18,000 feet) where the air density is 50 percent that of sea level. The use of a supercharger in many cases will supply air to the engine at the same density it did at sea level. With a normally aspirated engine, it is not possible to have manifold pressure higher than the existing atmospheric pressure. A supercharger is capable of boosting manifold pressure above 30 "Hg.

The components in a supercharged induction system are similar to those in a normally aspirated system, with the addition of a supercharger between the fuel metering device and intake manifold. A supercharger is driven by the engine through a gear train at one speed, two speeds, or variable speeds. In addition, superchargers can have one or more stages. Each stage also provides an increase in pressure and superchargers may be classified as single stage, two stage, or multistage, depending on the number of times compression occurs.

An early version of a single-stage, single-speed supercharger may be referred to as a sea-level supercharger. An engine equipped with this type of supercharger is called a sea-level engine. With this type of supercharger, a single gear-driven impeller is used to increase the power produced by an engine at all altitudes. The drawback with this type of supercharger is a decrease in engine power output with an increase in altitude.

Single-stage, single-speed superchargers are found on many high-powered radial engines and use an air intake that faces forward so the induction system can take full advantage of the ram air. Intake air passes through ducts to a carburetor, where fuel is metered in proportion to the airflow. The fuel/air charge is then ducted to the supercharger, or blower impeller, which accelerates the fuel/air mixture outward. Once accelerated, the fuel/air mixture passes through a diffuser, where air velocity is traded for pressure energy. After compression, the resulting high pressure fuel/air mixture is directed to the cylinders.

Some of the large radial engines developed during World War II have a single-stage, two-speed supercharger. With this type of supercharger, a single impeller may be operated at two speeds. The low impeller speed is often referred to as the low blower setting, while the high impeller speed is called the high blower setting. On engines equipped with a two-speed supercharger, a lever or switch in the flight deck activates an oil-operated clutch that switches from one speed to the other.

Under normal operations, takeoff is made with the supercharger in the low blower position. In this mode, the engine performs as a ground-boosted engine, and the power output decreases as the aircraft gains altitude. However, once the aircraft reaches a specified altitude, a power reduction is made, and the supercharger control is switched to the high blower position. The throttle is then reset to the desired manifold pressure. An engine equipped with this type of supercharger is called an altitude engine. [Figure 6-14]

Figure 6-14. Power output of normally aspirated engine compared to a single-stage, two-speed supercharged engine.


Система Orphus