Определяем коэффициент наполнения двигателя с наддувом на расчетной высоте

2. Определяем коэффициент наполнения двигателя с наддувом на расчетной высоте

,

где  - приведенный коэффициент наполнения.

Примем , тогда

.

3. Находим давление в конце такта наполнения.

,

где p_r – давление остаточных газов в конце такта наполнения. Принимаем:

.

Степень подогрева свежей смеси в процессе наполнения  условно характеризует результат суммарного теплообмена смеси со стенками цилиндра и донышком поршня, а также понижение температуры за счет испарения топлива.

При ,. Тогда:

.

После подстановки найденных и полученных величин получим

.

4. Определяем коэффициент остаточных газов

,

где  - температура остаточных газов.

Примем , тогда:

.

5. Находим температуру газов в конце такта впуска

.

1.4 Расчет процесса сжатия

Цель расчета процесса сжатия – определение давления  и температуры  газов в конце этого процесса.

1. Давление в конце такта сжатия:

2. Температура в конце такта сжатия:

1.5 Расчет процесса сгорания

Цель расчета процесса сгорания – определение максимальных значений давления  и температуры  газов при сгорании топлива.

1. Температура  газов определим из уравнения сгорания, полученного на основании первого принципа термодинамики:

,

где  - низшая теплота сгорания топлива с учетом условий, при которых протекает процесс сгорания.

;

 - коэффициент эффективного выделения теплоты. Примем ;

 – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания  топлива.

Действительное количество воздуха для сгорания 1кг топлива будет составлять:

.

 - действительный коэффициент молекулярного изменения, где  - химический коэффициент молекулярного изменения.

Для случая  определяем

.

Тогда:

.

 - средняя молярная теплоемкость газов в интервале температур от 0 до .

Тогда

.

Подставим все известные величины в исходное уравнение:

Решим данное уравнение с помощью программного пакета MathCAD 13.

Расчет температуры  в пакете MathCAD 13

В результате получим: ,

2. Определим максимальное давление сгорания

1.6 Расчёт процесса расширения

Цель расчёта процесса расширения – определение давления  и температуры  в конце такта расширения.

1. Находим давление в конце такта расширения:

2.Находим температуру в конце такта расширения:

1.7 Определение индикаторных параметров двигателя

1. Индикаторное давление

,

где  - коэффициент полноты (скругления) индикаторной диаграммы. Примем .

 - степень повышения давления.

Тогда:

2. Определяем индикаторный КПД.

3. Удельный индикаторный расход топлива равен

.

1.8 Определение эффективных параметров двигателя

1. Среднее эффективное давление

,

где  - коэффициент, оценивающий долю индикаторной мощности, затраченной на привод нагнетателя.

Эффективный КПД нагнетателя:

 - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива, .

Тогда

.

Среднее давление механических потерь  характеризует мощность, затраченную на преодоление сил трения, на привод вспомогательных механизмов и агрегатов и на “насосные” потери.

Для определения  пользуются эмпирическими уравнениями, полученными на основании экспериментальных данных.

,

где

Среднее эффективное давление:

2. Механический КПД

3. Значение эффективного КПД

4. Удельный эффективный расход топлива

1.9 Определение геометрических параметров двигателя

1. Рабочий объем цилиндра двигателя

2. Определяем диаметр цилиндра  и ход поршня . Обозначим отношение . Тогда , откуда .

Значение m принимаем по прототипу .

.

3. Ход поршня .

4. Общий рабочий объем двигателя

5. Проверяем правильность расчетов основных размеров двигателя

.

 
2. Динамический расчет

Цель динамического расчета состоит в построении по данным теплового расчета индикаторной диаграммы и нахождении сил, действующих на все звенья кривошипно-шатунного механизма.

Выполнение динамического расчета авиационного поршневого двигателя связано с довольно большим объемом расчетной работы, поэтому целесообразно проводить его на ЭВМ. Особенность такого расчета – учет в нем главного динамического эффекта, создаваемого прицепными механизмами, - сил второго порядка. Динамический расчет звездообразного двигателя без учета этих сил неприемлем, поскольку при этом создается ложное впечатление об уравновешенности механизма и о запасах прочности коленчатого вала, редуктора и воздушного винта.

2.1 Допущения

1. Учитываем только силы избыточного давления газов на поршень и силы инерции КШМ.

2. Индикаторные диаграммы во всех цилиндрах считаем одинаковыми. Теоретические диаграммы корректируем только в точке, соответствующей концу сгорания.

В конце сжатия и расширения диаграммы не корректируем. Считаем, что в течение насосных ходов газовые силы пренебрежимо малы по сравнению с силами инерции КШМ. Поэтому в тактах всасывания и выхлопа газовые силы считаем равными нулю.

3. Предполагаем геометрическое подобие деталей КШМ проектируемого двигателя и прототипа.

4. Для расчета сил инерции реальное распределение масс в КШМ приводим к расчетной схеме, в которой все массы считаем точечными, сосредоточенными на осях поршневых пальцев и оси шатунной шейки коленчатого вала.

5. Приведенные массы поступательно-движущихся частей в цилиндре с главным и прицепным шатунами считаем одинаковыми.

6. Отличия в кинематике и динамике прицепных механизмов от центрального не учитываем вплоть до заключительного этапа динамического расчета. На заключительном этапе динамического расчета учитываем главный динамический эффект, создаваемый прицепными механизмами.