Наддув против корректора или извечная борьба самолёта с лётчиком

[terror]

Дорогие товарищи лётчики!

Далеко не все из нас точно знают, как работает дозировка газировки и подача сиропа дроссель, нагнетатель и корректор авиационного мотора. А точнее, как происходит регулирование давления наддува и как это влияет на мощность двигателя.

• Какой у нас наддув? Турбо же?

Нет. Не турбо. Двигатель у нас с приводным нагнетателем. А «Турбо» — это жевачка такая, кстати.

• Наддув нужен, чтобы мощность двигателя увеличить?

Не совсем. Наддув нам нужен не столько для увеличения мощности двигателя, сколько для компенсации падения атмосферного давления, уменьшающегося с высотой. Для сгорания бензина нужно строго определённое количество воздуха. С подъёмом на высоту атмосферное давление падает, значит, количество воздуха уменьшается, количество сгорающего бензина тоже, мощность двигателя без наддува равномерно падает – чем выше, тем меньше мощность. Чтобы поддерживать постоянное давление на впуске, придумали нагнетатель.

• Хорошо, как он работает?

Центробежная крыльчатка компрессора нагнетателя приводится во вращение непосредственно от двигателя через зубчатую передачу. То есть двигатель всегда крутит её с постоянной скоростью и затрачивает на это часть мощности (20-30%, между прочим).

• Окей, прикольно! Но, если скорость вращения постоянная, тогда, получается, на земле давление нагнетателя слишком большое? А ещё по прибору мы знаем, что наддув у нас постоянный. Как так? Как оно, всё-таки, работает?!

Производительность нагнетателя регулировать мы не можем, так как приводится он непосредственно от мотора и вращается поэтому с постоянными оборотами. А регулировать надо! Приходится часть работы по нагнетанию просто, таки, сбросить за борт - в механизм управления дроссельной заслонкой встраивается специальный анероид, который не даёт дроссельной заслонке открыться полностью, даже когда лётчик даёт полный газ. То есть крыльчатка воздух давит, но заслонка не даёт ему полностью пройти, и давление устанавливается такое, какое нужно (1050 мм. рт. ст. на Яке на полной мощности, например). Чем выше поднимается самолёт, тем больше анероид открывает дроссель. То есть давление на впуске всегда остаётся постоянным несмотря на набор высоты. Однако это продолжается только до определённой высоты, где скорости нагнетателя уже не хватает, чтобы поддерживать такое давление. Такая высота называется границей высотности (около 2000м для того же М-105 яка), примерно с этой высоты давление на впуске начинает падать.

• У нас же есть вторая скорость («ступень») нагнетателя!

Верно! После второй границы высотности лётчик включает вторую скорость нагнетателя. Нагнетатель вращается быстрее, можно лезть дальше.

• Докуда?

До второй границы высотности. Для Яка – 4000м. Скоростей больше нет. Так что после этой высоты мощность двигателя начинает постепенно снижаться, как и в случае с безнаддувным двигателем. Более того, так как бензина для такого количества воздуха оказывается много (богатая смесь), дрыгатель не просто теряет в мощности, а ещё и начинает всё больше дымить. Приходится пользоваться корректором (он же «высотный газ», он же «смесь», она же Нина Канценеленбоген), балансируя количество бензина в смеси. Так мы поддерживаем максимальную доступную мощность для данной высоты.

• Окей, ясно, но как это всё сказывается на скорости самолёта?

А так – до первой границы высотности скорость всё время растёт, и даже немного выше её она ещё сохраняет рост. По двум причинам: воздух становится более разряжённым, мощность двигателя плюс-минус сохраняется. С первой границы высотности мощность, а за ней и скорость начинают падать до момента включения 2-й скорости нагнетателя. Дальше скорость снова растёт до второй границы высотности, а потом начинает, к сожалению, падать вместе с мощностью двигателя. И что?! Да! Нет!! Не только скорость, но и скороподъёмность ведёт себя точно так же, по понятным причинам.

• Почему вторую скорость нельзя включать раньше времени?

Двигатель расходует большую часть мощности на вращение нагнетателя. При этом, как мы помним, до первой границы высотности часть этой работы просто теряется и лишь только на границе высотности работа используется полностью. А теперь представьте – если включить вторую скорость до первой границы высотности, то ещё большая часть работы двигателя уйдёт на вращение крыльчатки. Но эта большая скорость работы совсем ни на что не повлияет, так как давление просто будет ещё больше убираться тем самым анероидом. Проверьте сами, включите первую скорость на земле и посмотрите, изменилось ли как-то давление наддува. А если давление наддува не поменялось – зачем нам вторая скорость? То есть, раньше времени включая вторую скорость, мы снижаем мощность двигателя, а значит скорость, и скороподъёмность.

• Окей, но первая граница высотности на 2000м. Почему включаем на 2300?

Ответом этому – график скорости, приведённый ниже. Дело в том, что наддув не падает внезапно. Представим, что двигатель расходует на первой ступени 10% мощности, а на второй - 30% на вращение нагнетателя. Допустим наддув упал на 10%. Включив вторую ступень, мы восстановим наддув, приобретём 10%, но потеряем-то мы 20%! Поэтому нагнетатель следует переключать на высоте выше первой границы, когда выгода от включения второй скорости перевесит потери. В случае с яком – 2300м. Ещё хуже будет – забыть включить скорость. На графике всё видно. Слева типичный график (это Спит XIV), где по Х – скорость, а по Y – высота. Чётко видно две границы высотности, высоту включения нагнетателя и падение мощности на большой высоте. Теперь если мы проведём ещё две линии, то будет видно, что произойдёт с скоростью, если скорость нагнетателя неправильная.

• Ясно. Нахрена нам корректор и почему мотор дымит?

Мотор дымит на низах, потому что это такой способ уменьшения его тепловой нагруженности, он в целом немного меньше греется сам, снижается температура клапанов, поршней, уменьшается вероятность детонации, что тогда было большой проблемой (см. наддув 1,42ATA у мессера, тупо клапана прогорали). На высоте дымит, потому что наддува мало. Чтобы не дымил – пользуйтесь корректором. Кстати, обратите внимание, что между 2000 и 2300 (пока не включена вторая ступень) будет всё больше дымить – пользуйтесь корректором, после включения второй скорости корректор надо вернуть назад в исходное.

• Где турбо?

Турбонаддув кажется лучшим решением, так как на его работу расходуется энергия, которая бы иначе улетела в трубу, но у него есть минусы – нагрев смеси от турбины, он тяжелее, больше, куча всяких трубок, более сложное управление и со слабостью металлургии в то время сделать надёжную турбину было очень сложно. А теперь помножьте это на то, что разница в мощности до высоты 6км не превышала 6%. Да, дальше эта разница подскакивала в разы, но такие высоты были актуальны на западном фронте. Так что серийное производство самолётов с турбонаддувом во время войны смогли освоить только в США (P-47 и P-38, не считая бобров). И да, обычный приводной нагнетатель там тоже был, турбо "включалось" по мере подъёма.

• Чо там с шагом винта?

Если вы в полёте уменьшили газ, а шаг оставили на максимуме, то самолёт будет лететь куда медленнее, чем когда шаг бы стоял соответственно. Почему? Потому что нагнетатель. Вся работа нагнетателя теперь: а) расходуется вообще впустую, б) её часть берётся от набегающего потока, то есть самолёт тормозится. Ну, не только нагнетатель, конечно, но простое трение тоже, но всё же – нагнетатель.

[Melnik]

Инф включает нагнетатель рано, потому что наддув падает, а так он подскакивает сразу. То есть даже с бОльшим наддувом мощность не увеличится из-за потерь на нагнетатель?

[terror]

29 минут назад, melnik сказал:

Инф включает нагнетатель рано, потому что наддув падает, а так он подскакивает сразу. То есть даже с бОльшим наддувом мощность не увеличится из-за потерь на нагнетатель?

Верно мысль уловил ты, юный падаван! Помедитируй на фиолетовую стрелочку.

[terror]

Спрашивают: почему наддув падает до первой границы высотности?

Отвечаем: потому что давление на земле не всегда равно 760мм рт. ст., ну и "граница высотности" дело условное, так скажем. Но это не повод сильно раньше времени включать нагнетатель.

[Grizli]

Террор, перенеси это пожалуйста в библиотеку материалов ,в матчасть куда. Тут забудем уже через месяц, а там - сохранится! И классно, доходчиво всё расписал! 

[Patriot]

Вот что говорил ветеран про двигатели М-105, М-105ПФ

 

[Bzzzt]

49 минут назад, Patriot сказал:

Вот что говорил ветеран про двигатели М-105, М-105ПФ

 

Воспоминания это интересно, но лучше читать РЛЭ.

[terror]

В общем, слова камрада Патриота навели меня на мысль, что где-то вкралась ошибка. И действительно, вкралась. Итак, всё не так, точнее, всё так, но есть нюанс.

Граница высотности у М-105ПФ гораздо ниже 2000м, точно найти не удалось, но я так понимаю, в игре это около 1500м, что похоже на правду. Сути особо это не меняет, всё равно баланс давление-мощность не оправдывает раннего переключения нагнетателя, надо переключать как положено. Но и тут есть нюанс, Степанец пишет, что для достижения максимальной скороподъёмности надо бы переключать нагнетатель раньше, с 2000м, а для максимальной скорости - с 2500м, потому что на высокой скорости напором воздуха в тоннеле всасывающего патрубка карбюратора создаётся дополнительное давление, а 2300м - просто удобно запомнить лётчику, поэтому так и написано, так и надо делать. Это надо, конечно, проверить в игре, но я уверен, что там разница - в 3-5км/ч или в 0,2-0,3 м/c будет. Поэтому рекомендация та же - переключайте как положено на 2300 и не морочьте себе голову.

Степанец вот: https://airpages.ru/dc/doc111.shtml

Изначальный текст исправлю. Вечером проверю скорость и скороподъёмность.

[Patriot]

Я лишь хотел привести мнение ветерана-летчика для лучшего примера. Почему? Различных справочных данных очень много, но иногда хочется знать информацию от первого лица. После таких воспоминаний цифры оживают с учетом боевого опыта и сопутствующих условий.  Так же хотел бы обратить Ваше внимание на деталь: вопрос ветерану задавался про форсированный М-105, а ответ там прозвучал про обычный (как мне кажется). Лично мне было интересно как летчик чувствовал прибавку в мощности после переключения на 2 ступень. Чувствуете ли Вы этот рывок?

Вот ссылка на учебный фильм, где говорится про переключение на 2 ст. на 2000 м для М-105ПФ (15 мин 50 сек).

 

[terror]

Всё замерил. Итоги замеров - читайте Степанца, там всё написано и у нас работает строго точно так же. Скоростной наддув, с удивлением констатирую, в игре есть.

Таким образом:

1. В статье есть недочёты. Исправлю.
2. При наборе высоты нагнетатель можно переключать раньше: 1500м, 2000м, 2300м - разница не более чем в 10-15 секунд при наборе 4000м. Но, в идеале, можно щёлкнуть на 2000м
3. Для максимальной скорости можно переключать нагнетатель чуть выше - на 2500м, как и написано. Скорость больше на 4-6км/ч.
4. Границы высотности в игре (когда наддув начинает падать): 1-я - 750м, 2-я - 3000м.
5. Так как самолёты у нас разные - не компостируйте себе мозги: переключайте по инструкции.

[Grizli]

То есть ты хочешь сказать, что я прочитал всю эту тему, что бы узнать, что должен делать всё также как и раньше!? Садист! 

[Bzzzt]

8 часов назад, Grizli сказал:

То есть ты хочешь сказать, что я прочитал всю эту тему, что бы узнать, что должен делать всё также как и раньше!? Садист! 

Ну, есть у нас пилоты, которые переключались по наддуву, а не по РЛЭ  Теперь, думаю, исправятся.

[Volga73]

Спасибо Иван! Не даром говорят «Век живи – век учись».

[Crus]

В 30.11.2023 в 08:26, Bzzzt сказал:

Ну, есть у нас пилоты, которые переключались по наддуву, а не по РЛЭ  Теперь, думаю, исправятся.

По-моему, так сложилось потому что стрелка наддува - быстрый индикатор. А скорость - медленный (разгон то не мгновенный, особенно близко к максималке, и нет физического ощущения ускорения, мы ж вирпилы).

[Melnik]

Классное видео на тему двигателя.