МОТОРНЫЕ СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА И ГОРЮЧЕЕ
Для хорошей работы авиамотора необходима соответствующая смазка. Смазка имеет настолько важное значение, что если при отсутствии нужных сортов масел приходится пользоваться неподходящими сортами, то это вызывает даже некоторую потерю мощности мотора. Прежде чем переходить к смазке, познакомимся со смазочным маслом.
Смазочное масло (пишется продуктом перегонки нефти. Капля нефти, как показано на рис. 256-262, состоит из смеси различных химических соединений водорода с углеродом, которые сильно отличаются по своей структуре. Поэтому специфические свойства углеводородов с различным молекулярным строением также различны.
В настоящее время из нефти добывается около 500 различных углеводородных соединений, но, конечно, имеется еще немало других соединений, которые до сих нор неизвестны химикам. Водород и углерод, если они не соединены химически с какими-нибудь
другими элементами, сохраняют свои свойства. Древесный уголь, графит и алмаз, являющиеся разными формами углерода, отличаются друг от друга как по внешнему виду, так и по физическим свойствам. Как видно из рис. 256-262, это различие зависит от расположения атомов и характера связи между ними.
Например, бутан и метан, представляющие собой только два из тысяч углеводородов, образующих сырую нефть, имеют различный удельный вес, точку кипения и пр.
Как ни видите из формулы, приведенной на рисунке, это различие вызывается не только числом атомов углерода и водорода, входящих в соединение, но и их расположением. Хотя эти сведения не имеют прямого отношения к вопросам смазки, все же их следует знать.
Масляная пленка. Смазать какую-нибудь часть машины- это значит отделить друг от друга поверхности двух движущихся частей машины маслиной пленкой. Например, стенки поршня должны быть отделены от стенок цилиндра тончайшей масляной пленкой. Но задача не будет еще полностью разрешена, если мы удовлетворимся смазкой движущихся частей и не примем во внимание температуры смазываемых частей и окружающей их среды и давления, производимого этими частями на масляную пленку. Смазочное масло, пригодное для авиамотора, работающего в тропиках, не будет годиться для того же самого мотора при полетах самолета вблизи Северного полюса. Чтобы понять важность применения соответствующего сорта смазочного масла, представим себе, что случится со швейной машиной, если ее смазывать таким же сортом смазочного масла, который употребляется для паровозов, и наоборот, если паровоз смазывать маслом, предназначенным* для швейной машины.
Рис. 263. Здесь для наглядности показана очень толстая масляная пленка. Когда вал неподвижен, масло выдавливается иод действием веса вала. В точке касания В. как видно из рисунка, толщина масляной пленки весьма мала. Эта пленка в точке В не должна исчезать ни при каких обстоятельствах. Часто бывает, что смазочная пленка вокруг вала А образуется только при движении вала. Взгляните на рис. 264, где вал А только что начал вращаться в направлении, указанном изогнутой стрелкой. Вал изменил свое положение, причем тончайшая масляная пленка, отделявшая его от подшипника, передвинулась к С. По мере возрастания скорости вращения вал вследствие вязкости смазочного масла увлекает его за собой, как показано на рис. 265, до тех пор, пока не будет достигнута полная скорость вращения.
Рис. 266. Вы видите, что по время движения вала смазочное масло, увлекаемое им, распределяется более равномерно. Чтобы вы лучше представили себе работу масляной пленки, давления, оказываемые на нее вращающимся валом, указаны на рисунке в следующем порядке:
в точке G - высокое давление
» » D - максимальное давление
» » H - уменьшающееся давление
» » F - минимальное давление
Когда мы говорим, что смазочное масло, применяемое для авиамотора, хорошее, это значит, что оно не содержит посторонних примесей, например, серы, от которой масло приобретает свойство вызывать коррозию деталей мотора, и что оно не выделяет углеродистых соединений и других осадков после работы в моторе. Однако это не означает, что оно является подходящим для любого авиамотора.
Рис. 267. Вязкость смазочного масла определяется следующим образом. В прибор для определения вязкости наливают 60 куб. см масла. Вода в наружной «бане» доводится до температуры, при которой предполагается определить вязкость масла. Удаляют пробку, запирающую сточное отверстие в дне прибора, и наблюдают по часам, в течение какого времени взятое количество масла вытечет. Ясно, что чем выше температура, тем меньше времени потребуется па вытекание масла.
Рис. 268. Для определения пригодности того или иного смазочного масла необходимо знать температуру его застывания и замерзания. Большинства смазочных масел состоит из парафиновых углеводородов, так что если мы нальем такое масло в бутылку и обложим ее льдом, то парафин совместно с другими веществами выпадет из масла при охлаждении. Температура, при
которой это происходит, называется температурой застывании масла.
При дальнейшем понижении температуры смазочное масло в бутылке становится таким густым, что не вытекает из бутылки при ее наклоне. Температура, при которой это происходит, называется точкой замерзания масла. Для определения этой температуры бутылку наклоняют после каждого понижения температуры на несколько градусов. Температура, при которой масло становится совершенно неподвижным, является истинной температурой замерзания. Смазочные масла с очень высокими температурами застывания и замерзания не подходят для смазки моторов, работающих в районах с низкой температурой.
Рис. 269. Такое же важное значение имеет температура вспышки смазочного масла: по этой температуре можно определить химическую устойчивость масла при высокой температуре. Температура вспышки определяется так; испытываемое смазочное масло наливается, как показано на рисунке, в бронзовую чашку, которую затем постепенно подогревают. При каждом повышении температуры на 5° С пробуют зажечь масло - до тех пор, пока не вспыхнут пары масла у его поверхности.
Та температура, при которой пары масла воспламеняются и горят в течение 5 секунд, и будет температурой вспышки смазочного масла; чем выше эта температура, тем меньше изменяются свойства масла от высокой температуры.
Идеальным смазочным маслом было бы такое масло, которое не меняло бы своей вязкости с изменением температуры. Кривая вязкости такого масла представляла бы собой горизонтальную прямую.
Рис. 270. Кривая вязкости данного смазочного масла показывает, что масло, испытываемое, положим, при 98° С, при этой температуре вытекает из прибора, служащего для определения вязкости в 100 секунд. Когда же ото масло будет охлаждено до 38° С, оно вытечет в 1100 секунд. Смазочное масло с пологой кривой вязкости, указанной на рисунке, вытекавшее в 100 секунд при 100° С, вытечет при 38° С в течение 600 секунд.
Из сказанного ясно, что предпочтение следует отдать маслу с пологой кривой вязкости; такое масло не так легко подвергается влиянию изменения температуры, особенно когда авиамотору приходится работать при чрезвычайно больших ее колебаниях.
При выборе нужного сорта масла для данного мотора необходимо учитывать климатические условия, при которых мотору придется работать.
В тропиках, где мотору приходится работать при высокой температуре, мы должны применять масло, обладающее вязкостью, приближающейся к наибольшей. Наоборот, в холодных странах нельзя пользоваться таким смазочным маслом, там более подходит значительно менее вязкое масло.
От правильной смазки и применения правильного сорта масла зависят безопасность полета, а также сроки осмотра мотора и замены некоторых его частей.
Авиационный бензин. Бензин, являющийся одним из продуктов перегонки нефти, представляет собой соединение углеводородов, точки кипения которых колеблются между 37,8-204,4″С. В состав бензина входит ряд углеводородов: пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан и ундекан.
Еще недавно качество бензина определялось его удельным весом на том основании, что чем легче бензин, тем он более летуч. Считалось, что чем более он летуч, тем лучше. В настоящее время такой способ определения качества горючего признан ошибочным. Основная оценка авиабензина производится по его антидетонационным свойствам, которые определяются так называемым октановым числом (см. стр. 150).
Конечно, бензин, применяемый для авиамоторов, не должен содержать воды и других посторонних примесей. Он должен обладать соответствующей летучестью и не детонировать. Летучесть имеет весьма важное значение, так как слишком низкая температура испарения
горючего может вызвать газовые пробки и неравномерные вспышки и цилиндрах.
Применение для мотора непригодного горючего можно сравнить с попыткой кормить лошадь рыбой, а кошку сеном. Если животные отказываются есть такую пищу, это не беда, но если они проглотят ее, получится несварение желудка. Почему же не обращаться с мотором так же, как мы обращаемся с живыми существами? В конце концов, мы можем получить наилучшие результаты от мотора лишь в том случае, если сделаем для него все необходимое. Кроме того, следует помнить, что всякие ненормальности в работе машины могут быть отнесены за счет плохого ухода за ней. Эти ненормальности вызываются не только небрежностью, но чаще всего недостаточными знаниями. Даже наиболее распространенный авиационный бензин может оказаться непригодным, если он не соответствует данному мотору. Так, для мотора с большой степенью сжатия, требующего горючего с более высоким октановым числом, не подходит горючее с низким октановым числом (об этом будет сказано ниже).
Рис. 271. Летучесть. Взгляните на рисунок и представьте себе, что в карбюраторе находится бензин, обладающий большой летучестью, т. е. что горючее испаряется в коллекторе раньше, чем оно засасывается воздухом при ходе всасывания поршни.
В результате этого окажется невозможным получить соответствующую смесь, так как цилиндры будут заполнены парами горючего и не дадут достаточного доступа воздуху, необходимому для полного сгорания смеси,
Рис. 272. Пусковые свойства. Каждый сорт бензина имеет определенную температуру кипения и парообразования. Если мы нагреем какой-нибудь сорт бензина ниже температуры его кипения, то испарится только часть его, тогда как более тяжелые составные части останутся в жидком состоянии. Когда мотор запускается в холодную погоду, температура в коллекторе может быть ниже точки парообразования горючего. В этом случае во время всасывания в цилиндры попадет только часть горючего, а остальная часть останется в виде капелек на стенках коллектора. В результате получится очень бедная смесь, и мотор не запустится.
Лучшей смесью горючего для всех температур является смеси из 13 частей воздуха (но весу) и 1 части горючего. Эту пропорцию желательно сохранять и в тех случаях, когда мотор запускается при более низкой температуре, чем температура, необходимая для хорошего испарения бензина. Посредством дросселя мы можем регулировать количество поступающего воздуха и, следовательно,
получить хорошую смесь при запуске. Если мы имеем два сорта бензина, из которых один испаряется на 10% своего объема при 62,8° С, а другой только при 75° С, можно рассчитывать на легкий запуск при более низкой температуре с первым бензином, а не со вторым. Таким образом, первый бензин (с более низкой температурой испарения 10% объема) более подходит-для холодных областей, а второй-для тропиков.
Рис. 273. Приемистость. После того как мотор запущен, пройдет некоторое время, прежде чем впускной коллектор нагреется достаточно для испарения всего горючего. Мотор должен быстро достигнуть большого числа оборотов даже при низкой температуре. Для хорошей приемистости авиамотора необходимо, чтобы горючее испарялось во время пробы на 50% при температуре не выше 100° С. Бензин с 50% разгонкой при 132,2° С дает такую же быструю приемистость, как и бензин с 50% разгонкой при 100° С, но не раньше, чем нагреется впускной коллектор. В холодном климате бензин с 50% разгонкой обеспечивает лучшую приемистость при более низкой температуре, и наоборот.
Рис. 274. Равномерность распределения. Смесь
должна не только равномерно распределяться по всем цилиндрам, но также -не перегреваться, иначе плотность ее будет падать, и мотор будет сжигать в единицу времени меньше горючего (по весу), в результате чего уменьшится его мощность. Поэтому необходимо
149
знать максимально допустимую температуру, не вызывающую чрезмерного расширения смеси. Правильное распределение горючего во многом зависит от конструкции впускного коллектора, как это можно видеть у мотора Райт «Циклон». Но это не значит, что мотор будет удовлетворительно работать при неподходящем горючем. Способность смеси равномерно распределяться по цилиндрам определяется температурой 90% разгонки, т. е. температурой, при которой испаряется 90% горючего. В виде примера можно указать, что горючее, пригодное для мотора «Циклон», должно давать 90% разгонку примерно при 135° С. Чем выше температура среды, окружающей впускной коллектор, тем выше должна быть температура 90% разгонки.
Рис. 275. В бензине не должно быть серы или каких-либо соединений серы, и в особенности сернистого водорода. Последний особенно вредно действует на все металлические части мотора, а также на бензопроводы, карбюратор и пр. Для испытания горючее наливают в колбу, которую нагревают примерно до 50° С. После этого в колбу опускают чистую медную пластинку и оставляют в ней на три часа. Медная пластинка но должна обесцветиться. Проба должна установить, что горючее не содержит более 0,1% серы.
Рис. 276. При продолжительном хранении в бензине могут образоваться смолистые отложения. Смолистые отложения свидетельствуют о недостаточно хорошей очистке бензина. Поэтому рекомендуется испробовать горючее путем испарения 100 куб.см бензина. После испарения должно остаться не более 10 мг смолы.
Рис. 277. Если горючее имеет свойство испаряться уже при низкой температуре, то в бензопроводах возникает газовая пробка, особенно в жаркую погоду, главным образом, когда горячий мотор работает вхолостую. Это случается и на быстро поднимающихся истребителях. Газовая пробка в этом случае возникает от быстрого уменьшения атмосферного давления с высотой. Из практики ^установлено, что давление бензиновых паров, нагретых до температуры 38С, не должно превышать во время проб 0,5 атмосферы.
Рис. 278. Ни при каких обстоятельствах нельзя допускать, чтобы мотор работал на бензине, вызывающем детонацию. Такой бензин приводит не только к значительному уменьшению мощности, но также и к перегреву мотора, в результате чего мотор быстро изнашивается. Антидетонационные свойства горючего определяются так называемым октановым числам. Антидетонационные свойства горючего условились оценивать, сравнивая его с эталонным горючим, составленным из смеси в разной пропорции изооктана, устойчивого против детонации, и гептана, весьма склонного к детонации. Если горючее имеет октановое число 80, то это означает, что
по своим антидетонационным качествам оно равноценно эталонному горючему, состоящему из 80% изооктана и 20% гептана.» Чем выше степень сжатия, тем больше должно быть октановое число горючего. Детонация характеризуется высокой скоростью сгорания горючего. Например, при нормальных условиях горючее сгорает со скоростью 13,72 м в секунду. Если мы применим то же горючее в моторе со слишком высокой степенью сжатия для этого горючего, то горючее будет сгорать со скоростью, во много раз превышающей нормальную скорость сгорания. Представьте, как это будет вредно для мотора!
Помните, что мы всегда можем применять горючее с более высоким октановым числом, чем требуется для данного мотора, но никогда не следует применять горючее с меньшим октановым числом, иначе возможны серьезные повреждения мотора.
Обычно полагают, что горючее с более высоким октановым числом является непосредственной причиной увеличения мощности любого мотора. Горючее с большим октановым числом, применяемое в моторе с низкой степенью сжатия, никогда не увеличит его мощности и не уменьшит его удельного расхода топлива. Чтобы повысить мощность мотора^ не увеличивая его веса и не изменяя его литража, следует повысить степень сжатия или подать более плотную смесь в цилиндры (дли этого применяются нагнетатели). Но при повышении степени сжатия горючее с милым октановым числом
151
будет детонировать, что приведет к уменьшению мощности мотора и повышению температуры в цилиндрах. Поэтому рекомендуется применять горючее с большим октановым числом, способное выдержать большое сжатие до зажигания без признаков детонации. Таким образом в результате более высокой степени сжатия большее число калорий тепла превращается в механическую энергию, которая в свою очередь увеличивает мощность мотора.
Когда применяют горючее с большим октановым числом на моторе, специально для него предназначенном, можно вводить в мотор более плотную смесь (посредством повышения давления в коллекторе), причем эту смесь можно сжать в камере сгорания, не опасаясь детонации.
Отсюда следует, что более выгодно иметь мотор, работающий на горючем с большим октановым числом. Конструирование такого мотора и разрешает задачу увеличения мощности; мощность в данном случае увеличивается благодаря повышению степени сжатия или давления во всасывающем коллекторе, а не вследствие повышения числа калорий тепла. Дело в том, что горючее с меньшим или большим октановым числом не увеличивает и не уменьшает числа калорий тепла.
Побороть страх можно или пренебрежением опасностью,или с помощъю знаний;, как правило, последний путь является лучшим.
