«ФИЗИОЛОГИЯ» ДВИГАТЕЛЯ РМЗ – 640 «БУРАН»
Представленные здесь результаты стендовых испытаний являются продолжением работы тех же авторов, опубликованных в журнале «Моделист-конструктор» № 9 за 2000год.
Эти опыты с «народным» мотором «Буран» покажутся архаичными на фоне быстрого внедрения ВМУ на базе моторной техники автоконверсий, снегоходной, двигателей «Ротакс» и т. д., вместе с тем они могут быть полезны для конструкторов любительских СЛА, использующих этот ДВС для ВМУ.
Цель исследования – определение внутренних параметров, эксплуатационных характеристик и возможных пределов форсировки мотора без радикальных переделок цилиндропоршневой группы.
Испытания проводились на комплексном моторном стенде.
В его состав вошли: балансирный станок, мулинетка с 7-ю парами тормозных лопаток различной площади, устанавливаемых на концах лопастей, штихпробер с герконовыми контактами для регистрации расхода топлива и приборное оборудование для измерения скорости вращения вала двигателя и температуры под свечами зажигания.
Перед испытаниями двигатель устанавливался на мотораме станка со всеми штатными коммуникациями и уравновешивался в горизонтальной и вертикальной плоскостях так, чтобы центр тяжести мотора с моторамой находился в окрестностях оси вращения люльки станка.
Станок с двигателем тарировался рядом фиксированных моментов для построения тарировочного графика. По нему определялся фактический момент работающего мотора.
Для повышения точности измерений Мкр шарнирные соединения установлены на подшипниках качения. Станок оборудован двумя масляными демпферами.
Нужно отметить, что условия испытаний мотора на станке наиболее полно приближаются к условиям работы ВМУ на летательном аппарате, позволяют наиболее точно согласовать мощности винта и двигателя.
Этап 1. Испытания до модернизации.
Двигатель имеет двухканальную продувку.
Определялись параметры внешней и винтовой характеристик с удельными расходами топлива. Мотор испытывался со штатными агрегатами завода-изготовителя. Кроме этого, на нем установлен клиноременный редуктор с отношением 1:2,15, карбюратор К-62Ж с диаметром главного жиклера 1,36мм. Внешняя нагрузка – воздушный винт 1,6м х 0,72м, мулинетка. Бензин – АИ – 92, масло – МГД-14м в отношении 1:50. Максимальная мощность определялась в л.с. и приводилась к условиям МСА. Результаты испытаний отражены на графике - 1.
Этап 2. Испытания после модернизации.
Работы проводились в объеме, указанном выше. Результаты – на графике – 2.
Этап 3. Испытания без клиноременного редуктора и воздуходувки.
На двигателе демонтировался клиноременный редуктор, вентилятор с приводом, магдино, карбюратор. Вновь установлены: спроектированный и изготовленный планетарный редуктор с упругой муфтой, с передаточным отношением 1: 1,62, установлен карбюратор «Иков», с диаметром главного жиклера 1,55 мм, 2-х искровое магнето 149А-1, авиационные свечи СД-49СММ. Для улучшения искрообразования уменьшен зазор между контактом бегунка распределителя и контактами высокого напряжения. Опережение зажигания выставлялось по максимальной мощности. Ручной запуск оставлен штатным. На цилиндры установлены декомпрессоры и изготовленные обратные пластинчатые клапаны, увеличена степень сжатия, частично изменена газодинамика.
В такой комплектации проводились испытания для определения параметров внешней характеристики и индикаторной диаграммы, удельные расходы топлива, механические и газодинамические потери мощности на трение и продувку, механический КПД.
Результаты отражены на графиках 9 - 12. Определение индикаторной мощности и механического КПД производилось известным способом, заключающимся в следующем:
• Снимались характеристики при полном дросселе на одном и двух цилиндрах.
• При условии равенства скоростей вращения вала мотора на одном и двух цилиндрах, разность между мощностями дает величину индикаторной мощности одного цилиндра. Полная индикаторная мощность, развиваемая двумя цилиндрами, выразится Ni=2(Ne2 – Ne1).
Это равенство подтверждалось при смене прокручиваемых цилиндров.
Для определения мощности трения использована зависимость Nтр = А* n m , где m = 1,8 – 2,5 (у разных авторов).
Взят общепринятый показатель m= 2.
Для сохранения условий смазки прокручиваемого цилиндра он термоизолировался. Температура под свечей поддерживалась в диапазоне 70 - 80гр.С. Определялись потери мощности на продувку. Для этого демонтировалась головка испытываемого цилиндра, который притягивался к картеру штатными гайками через проставки. Цилиндр термоизолировался.
Анализ результатов.
Этап 1. Мотор до модернизации.
Среднее эффективное давление по результатам испытаний – 3,6 кГс/см2 , что свидетельствует о значительных резервах повышения мощности двигателя.
Заводские фазы газораспределения:
- выхлопа – 156о ПКВ;
- перепуска – 126о ПКВ;
- впуск - 144о ПКВ.
Нужно отметить небольшой угол предварения выпуска – 15о, что может быть причиной отравления топливо-воздушной смеси сгоревшими газами и невозможности повышения литровой мощности.
Характерен большой удельный расход топлива на максимальных режимах:
0,433кгС/л.с.ч. - по винтовой характеристике;
0,416кгС/л.с. ч. - по внешней характеристике.
Такие значительные расходы объясняются неудачным выбором фаз и слабым согласованием с ними выхлопной и всасывающей систем.
Зафиксированные минимальные устойчивые обороты двигателя -1180об/м.
Эффективный КПД на максимальном режиме составил 14,5%.
Этап 2. После модернизации.
Среднее эффективное давление – 4,4 кГс/см 2.
Существенно сократились удельные расходы топлива:
0,332кгС/л.с.ч. – по винтовой характеристике;
0,321кгС/л.с.ч. – по внешней характеристике.
Минимальные устойчивые обороты понизились до 992об/м.
Эффективный КПД повысился на 4,2% и составил 18,7%.
Этап 3. Без клиноременного редуктора и воздуходувки.
Получены следующие параметры: удельные расходы топлива по винтовой характеристике - 0,338кГс/л.с.ч. ., по внешней - 0,320кГс/л.с.ч .
Среднее эффективное давление в этой комплектации – 5,06 кГс/см2.
Механический КПД на эксплуатационных режимах изменялся от 84,7% до 78,6%.
Максимальный эффективный КПД составил:
18,4% - по винтовой характеристике;
18,8% - по внешней характеристике.
Потери на привод клиноременного редуктора и вентилятора, по нашим оценкам составили 10,3 – 10,8%.
Интересно отметить, что найденная мощность, затрачиваемая на трение, изменяется не по закону Nтр = An2, а имеет более сложную зависимость, показывающую, что работа трения по мере увеличения числа оборотов растет быстрее, чем Аn2.
Рассматривая зависимость эффективного КПД от оборотов можно отметить, что максимум КПД модернизированного мотора лежит в диапазоне 5050 – 5400 об/м.
Здесь можно ожидать наибольшей экономичности ВМУ для модернизированного «Бурана».
Что касается максимальной мощности, она может достичь 50 – 52 л.с. при повышении Pe до 5,8 – 6,1 кГс/ см2 это, конечно, повлечет за собой более радикальную переделку мотора.
Приведенные результаты стендовых испытаний на балансирном станке, дают общую картину внутренних механических и газодинамических потерь и их влияния на эксплуатационные показатели «Бурана» и подобных двухтактных, карбюраторных ДВС с кривошипно-камерной продувкой. Такие испытания более полно характеризуют мотор с его эксплуатационной и конструктивной стороны.
Много нареканий по поводу этого мотора можно услышать среди конструкторов любительских СЛА, но хочется высказать и приятные слова в адрес его создателей.
ДВС «Буран» составил целую эпоху в истории возвращения и дальнейшего развития авиационного технического творчества в нашей стране.
Несмотря на многие недостатки, присущие этому двигателю, он выполнил большую историческую и общественно-полезную миссию.
Эпоха его стремительно пронеслась на крыльях энтузиастов неба и авиации! Сейчас он скорее выполняет роль кубиков конструктора для реализации творческого, неповторимого потенциала, игры воображения, приобретения инженерно-конструкторского опыта, и приятнейших переживаний в случае технической удачи.
Здесь нужно говорить скорее не о технологическом несовершенстве мотора, а о непродуманной технической и экономической политике тогдашнего авиапрома и вышесидевших ведомств в области создания широкой номенклатуры маломощных ДВС для легкой и сверхлегкой авиации, но это тема совсем другого разговора.
Всем удачи!
Испытания проведены с октября 2006г. по январь 2007г. в Москве.
15 января 2012г. В. Новосельцев.
E-mail – grymmant@list.ru