Højde effectsEdit
Rolls-Royce Merlin, en kompressor fly motor fra World War II. Kompressoren er på bagsiden af motoren på højre
En Centrifugal kompressorer af en Bristol Centaurus radial fly motor.
Superchargers er en naturlig tilføjelse til flystempelmotorer, der er beregnet til drift i store højder. Når et fly klatrer til en højere højde, falder lufttryk og lufttæthed., Udgangen af en stempelmotor falder på grund af reduktionen i luftmassen, der kan trækkes ind i motoren. For eksempel er lufttætheden ved 30,000 ft (9,100 m) 1⁄3 af den ved havoverfladen, således kan kun 1 3 3 af mængden af luft trækkes ind i cylinderen med nok ilt til at give effektiv forbrænding for kun en tredjedel så meget brændstof. Så ved 30,000 ft (9,100 m) kan kun 1⁄3 af det brændstof, der brændes ved havoverfladen, brændes. (En fordel ved den reducerede lufttæthed er, at flyskrogen kun oplever omkring 1/3 af det aerodynamiske træk., Derudover er der nedsat modtryk på udstødningsgasserne. På den anden side forbruges mere energi, der holder et fly op med mindre luft til at generere lift.)
en kompressor kan betragtes som enten kunstigt at øge luftens densitet ved at komprimere den eller som at tvinge mere luft end normalt ind i cylinderen, hver gang stemplet bevæger sig ned på indsugningsslaget.
en kompressor komprimerer luften tilbage til havniveau-ækvivalente tryk, eller endda meget højere, for at få motoren til at producere lige så meget kraft i krydstogthøjde som den gør ved havoverfladen., Med det reducerede aerodynamiske træk i høj højde og motoren stadig producerer nominel effekt, kan et superladet fly flyve meget hurtigere i højden end et naturligt aspireret. Piloten styrer superchargerens output med gashåndtaget og indirekte via propellerens regulatorstyring. Da størrelsen af kompressoren er valgt til at producere en given mængde tryk i store højder, er kompressoren overdimensioneret til lav højde. Piloten skal være forsigtig med gashåndtaget og se manifoldtrykmåleren for at undgå overforstærkning i lav højde., Når flyet klatrer og luftdensiteten falder, skal piloten kontinuerligt åbne gashåndtaget i små trin for at opretholde fuld effekt. Den højde, hvor gashåndtaget når fuld åben og motoren stadig producerer fuld nominel effekt er kendt som den kritiske højde. Over den kritiske højde begynder motoreffekten at falde, når flyet fortsætter med at klatre.
effekter af temperaturedit
Supercharger CDT vs. højde., Graf viser CDT forskellene mellem en konstant boost supercharger og en variabel boost supercharger, når den anvendes på et fly.
som beskrevet ovenfor kan superladning forårsage en stigning i temperaturen, og ekstreme temperaturer vil forårsage detonation af brændstof-luftblandingen og skade på motoren. I tilfælde af fly forårsager dette et problem i lave højder, hvor luften er både tættere og varmere end i store højder. Ved høje omgivelsestemperaturer kan detonation begynde at forekomme, når manifoldtrykmåleren aflæses langt under den røde linje.,
en supercharger optimeret til store højder forårsager det modsatte problem på indtagssiden af systemet. Med gashåndtaget retarderet for at undgå overforstærkning, kan lufttemperaturen i karburatoren falde lavt nok til at forårsage, at der dannes is ved gaspladen. På denne måde kunne der opsamles nok is til at forårsage motorfejl, selv med motoren i drift ved fuld nominel effekt. Af denne grund indeholdt mange superladede fly en karburatorlufttemperaturmåler eller advarselslys for at advare piloten om mulige isforhold.,
Flere løsninger på disse problemer blev udviklet: intercoolere og aftercoolers, anti-detonant injektion, to-trins kompressorer, og to-trins kompressorer.
To-trins og to-trins superchargersEdit
I 1930’erne, to-speed drev blev udviklet til superchargers for flymotorer, der giver mere fleksible luftfartøjet. Arrangementet medførte også mere kompleksitet i fremstilling og vedligeholdelse., Gearene forbandt superchargeren til motoren ved hjælp af et system med hydrauliske koblinger, som oprindeligt manuelt blev tilkoblet eller frakoblet af piloten med en kontrol i cockpiten. Ved lave højder ville lavhastighedsgearet blive brugt for at holde de mange temperaturer lave. Ved omkring 12.000 fod (3.700 m), når gashåndtaget var fuld fremad og manifoldtrykket begyndte at falde af, ville piloten forsinke gashåndtaget og skifte til det højere gear og derefter justere gashåndtaget til det ønskede manifoldtryk., Senere installationer automatiserede gearskiftet i henhold til atmosfærisk tryk.
i Slaget ved Storbritannien var Spitfire-og Hurricane-flyene drevet af Rolls-Royce Merlin-motoren stort set udstyret med et-trins og singlespeed superchargers. Stanley Hooker fra Rolls Royce, for at forbedre ydeevnen for Merlin-motoren, udviklede to-trins to-trins supercharging med efterkøling med en vellykket applikation på Rolls Royce Merlin 61 aero-motoren i 1942. Hestekræfter og ydeevne blev øget i alle højder., Hookers udvikling gjorde det muligt for flyet, de drev, at opretholde en afgørende fordel i forhold til det tyske fly, de modsatte sig under hele Anden Verdenskrig, på trods af at de tyske motorer var betydeligt større i forskydning. To-trins superchargers var også altid to-hastighed. Efter at luften var komprimeret i lavtrykstrinnet, flød luften gennem en intercooler radiator, hvor den blev afkølet, før den igen blev komprimeret af højtrykstrinnet og derefter muligvis også efterkølet i en anden varmeveksler., To-trins kompressorer leverede meget forbedret ydeevne i høj højde, som typisk af Rolls-Royce Merlin 61 po .ered Supermarine Spitfire Mk I.og den nordamerikanske Mustang.
i nogle to-trins systemer åbnes eller lukkes spjælddøre af piloten for at omgå et trin efter behov. Nogle systemer havde en cockpit kontrol til åbning eller lukning af en dæmper til intercooler/aftercooler, giver en anden måde at styre temperaturen., Rolls-Royce Merlin motorer havde fuldautomatisk boost kontrol med alle piloten skulle gøre var at fremme gashåndtaget med styresystemet begrænsende boost efter behov, indtil maksimal højde var nået.
Turboladeredit
en mekanisk drevet supercharger skal tage sin drivkraft fra motoren. Med en enkelt-trins en-trins supercharged motor, såsom en tidlig Rolls-Royce Merlin, for eksempel, supercharger bruger op omkring 150 hk (110 k.)., Uden en kompressor, motor kunne producere omkring 750 hestekræfter (560 kw), men med en kompressor, der producerer omkring 1.000 hk (750 kW)—en stigning på omkring 400 hp (750 – 150 + 400 = 1000 hp), eller en netto-gevinst på 250 hk (190 kW). Det er her, hvor den største ulempe ved en supercharger bliver tydelig. Motoren skal brænde ekstra brændstof for at give strøm til at drive superchargeren. Den øgede lufttæthed under indgangscyklussen øger motorens specifikke effekt og dens effekt-til-vægt-forhold, men på bekostning af en stigning i motorens specifikke brændstofforbrug., Ud over at øge omkostningerne ved at køre flyet har en supercharger potentialet til at reducere sit samlede sortiment for en bestemt brændstofbelastning.
i modsætning til en supercharger, der drives af selve motoren, drives en turbolader ved hjælp af den ellers spildte udstødningsgas fra motoren. Mængden af effekt i gassen er proportional med forskellen mellem udstødningstryk og lufttryk, og denne forskel stiger med højden, hvilket hjælper en turboladet motor til at kompensere for skiftende højde., Dette øger den højde, ved hvilken maksimal effekt af motoren opnås sammenlignet med supercharger boosting, og giver bedre brændstofforbrug i høj højde sammenlignet med en tilsvarende supercharged motor. Dette letter øget ægte flyvehastighed i høj højde og giver et større driftsområde end en tilsvarende boostet motor ved hjælp af en supercharger.de fleste flymotorer, der blev brugt under Anden Verdenskrig, brugte mekanisk drevne superladere, fordi de havde nogle betydelige produktionsfordele i forhold til turboladere., Fordelen for det operationelle interval fik imidlertid en meget højere prioritet for amerikanske fly på grund af et mindre forudsigeligt krav til det operationelle interval og at skulle rejse langt fra deres hjemmebaser. Derfor, turboladere var primært ansat i Amerikanske fly motorer, såsom Allison V-1710 og Pratt & Whitney R-2800, der var forholdsvis tungere, når turboladet, og krævede ekstra kanaler for dyrt høj-temperatur metal legeringer i gasturbine og en pre-turbine del af udstødningssystemet., Størrelsen af kanalerne alene var en alvorlig design overvejelse. For eksempel brugte både F4U Corsair og P-47 Thunderbolt den samme radiale motor, men den store tøndeformede skrog af den turboladede P-47 var nødvendig på grund af mængden af kanaler til og fra turboladeren bag på flyet. F4U brugte en to-trins interkølet supercharger med et mere kompakt layout. Ikke desto mindre var turboladere nyttige i bombefly i høj højde og nogle kampfly på grund af den øgede ydeevne og rækkevidde i høj højde.,
turboladede stempelmotorer er også underlagt mange af de samme driftsbegrænsninger som gasturbinemotorer. Turboladede motorer kræver også hyppige inspektioner af deres turboladere og udstødningssystemer for at søge efter mulige skader forårsaget af turboladernes ekstreme varme og tryk. Sådanne skader var et fremtrædende problem i de tidlige modeller af den amerikanske Boeing B-29 Superfortress højhøjde bombefly, der anvendes i Stillehavet teater af operationer i løbet af 1944-45.,
Turboladet stempelmotorer fortsatte med at blive brugt i en lang række af efterkrigstidens fly, såsom B-50 Superfortress, KC-97 Stratofreighter, Boeing Stratoliner, Lockheed Constellation, og C-124 Globemaster II.
I nyere tid er de fleste fly, motorer til general aviation (light fly) er naturligt indsugning, men de mindre antal af moderne luftfart stempel motorer, der er konstrueret til at køre i høje højder bruge turbolader eller turbo-normalizer systemer, i stedet for en kompressor drevet fra krumtapaksler. Ændringen i tænkning skyldes stort set Økonomi., Luftfartsben .in var engang rigelig og billig, hvilket favoriserede den enkle, men brændstof-sultne supercharger. Da brændstofomkostningerne er steget, er den almindelige supercharger faldet ud af fordel. Afhængigt af hvilken monetær inflationsfaktor man bruger, er brændstofomkostningerne ikke faldet så hurtigt som Produktions-og vedligeholdelsesomkostningerne har.
effekter af brændstof oktan ratingEdit
indtil slutningen af 1920 ‘ erne blev alt Bil-og flybrændstof generelt bedømt til 87 oktan eller mindre. Dette er den rating, der blev opnået ved simpel destillation af “let rå” olie., Motorer fra hele verden blev designet til at arbejde med denne brændstofkvalitet, som satte en grænse for mængden af boosting, der kunne leveres af superchargeren, samtidig med at der opretholdes et rimeligt kompressionsforhold.
oktan rating boosting gennem additiver, såsom tetraethyllead, var en linje af forskning, der blev undersøgt på det tidspunkt. Ved hjælp af disse teknikker kunne mindre værdifuld råolie stadig levere store mængder nyttig ben .in, hvilket gjorde det til en værdifuld økonomisk proces., Additiverne var imidlertid ikke begrænset til at fremstille olie af dårlig kvalitet til 87-oktan ben .in; de samme additiver kunne også bruges til at øge ben .inen til meget højere oktanvurderinger.
højere oktan brændstof modstår automatisk tænding og detonation bedre end lavt oktan brændstof. Som et resultat kunne mængden af boost, der leveres af superchargerne, øges, hvilket resulterer i en stigning i motoreffekten., Udviklingen af 100-oktan flybrændstof, der var banebrydende i USA før krigen, gjorde det muligt at bruge højere boosttryk til at blive brugt på højtydende luftfartsmotorer og blev brugt til at udvikle ekstremt høje effektudgange-i korte perioder – i flere af førkrigens hastighedsrekordfly. Operationel brug af det nye brændstof under Anden Verdenskrig begyndte i begyndelsen af 1940, da 100-oktanbrændstof blev leveret til British Royal Air Force fra raffinaderier i Amerika og Ostindien. Den tyske luft .affe havde også forsyninger af et lignende brændstof.,
at Øge banke rammerne af den gældende jetbrændstof blev en stor fokus på aero engine udvikling i løbet af World War II. Ved slutningen af krigen, brændstof, der leveres til en nominel 150-oktan, som sen-krig aero engines som Rolls-Royce Merlin 66 eller Daimler-Benz DB 605DC udviklet så meget som 2.000 hk (1,500 kW).