Magasság effectsEdit
A Rolls-Royce Merlin, egy kompresszoros légi jármű motor a második világháború. A turbófeltöltő a hátsó a motor jobb
Egy Centrifugális ellátva a Bristol Kentaur radiális légijármű-motor.
a Kompresszorok természetes kiegészítői a nagy magasságban történő működésre szánt Repülőgép dugattyús motoroknak. Ahogy egy repülőgép magasabb magasságra mászik, a légnyomás és a légsűrűség csökken., A dugattyús motor teljesítménye csökken a motorba húzható levegő tömegének csökkenése miatt. Például a 30 000 láb (9 100 m) légsűrűség 1⁄3 a tenger szintjén, így a levegő mennyiségének csak 1⁄3-a vonható be a hengerbe, elegendő oxigénnel, hogy hatékony égést biztosítson mindössze egyharmadnyi üzemanyag számára. Tehát 30 000 ft-nál (9 100 m) a tenger szintjén égetett üzemanyagból csak 1⁄3 éghető el. (A csökkent légsűrűség előnye, hogy a repülőgépkeret az aerodinamikai húzásnak csak körülbelül 1/3-át tapasztalja., Ezenkívül csökkent a kipufogógázok ellennyomása. Másrészt több energiát fogyasztanak, ha egy repülőgépet kevesebb levegővel tartanak, amelyben emelést generálnak.)
a kompresszor a levegő sűrűségének mesterséges növelésével vagy a normálisnál több levegőt kényszerít a hengerbe minden alkalommal, amikor a dugattyú lefelé mozog a szívóütemnél.
a kompresszor a levegőt a tengerszintnek megfelelő nyomásra vagy még sokkal magasabbra tömöríti annak érdekében, hogy a motor ugyanolyan teljesítményt nyújtson tengerjáró magasságban, mint a tengerszint feletti magasságban., A nagy magasságban csökkentett aerodinamikai húzással és a motor még mindig névleges teljesítményt nyújt, a feltöltött repülőgép sokkal gyorsabban repülhet magasságban, mint egy természetesen szívott Repülőgép. A pilóta a kompresszor kimenetét a fojtószeleppel, közvetve pedig a propeller kormányzó vezérlésén keresztül vezérli. Mivel a kompresszor méretét úgy választják meg, hogy egy adott nyomásmennyiséget nagy magasságban állítson elő, a kompresszort alacsony magasságban túlméretezik. A pilótának óvatosnak kell lennie a fojtószeleppel, és figyelnie kell a csővezeték nyomásmérőjét, hogy elkerülje a túlnövekedést alacsony magasságban., Ahogy a repülőgép felmászik és a levegő sűrűsége csökken, a pilótának folyamatosan kis lépésekben kell kinyitnia a fojtószelepet a teljes teljesítmény fenntartása érdekében. A magasság, amelyen a fojtószelep eléri a teljes nyitott, és a motor még mindig termel teljes névleges teljesítmény ismert, mint a kritikus magasságban. A kritikus magasság felett a motor teljesítménye csökkenni fog, ahogy a repülőgép tovább emelkedik.
a hőmérséklet Hatásaszerkesztés
Supercharger CDT vs.altitude., Grafikon mutatja a CDT közötti különbségek konstans-boost kompresszor és a változó-boost kompresszor, ha használják a repülőgép.
amint azt fentebb említettük, a feltöltés a hőmérséklet emelkedését okozhatja, a szélsőséges hőmérséklet pedig az üzemanyag-levegő keverék robbanását és a motor károsodását okozhatja. A repülőgépek esetében ez problémát okoz alacsony tengerszint feletti magasságban, ahol a levegő mind sűrűbb, mind melegebb, mint nagy magasságban. Magas környezeti levegő hőmérséklet esetén a robbanás akkor kezdődhet, ha a gyűjtőcső nyomásmérője messze a piros vonal alatt van.,
a nagy magasságokra optimalizált kompresszor az ellenkező problémát okozza a rendszer beviteli oldalán. A fojtószelep retardált, hogy elkerüljék túlzott fellendítése, levegő hőmérséklete a karburátor is csökken elég alacsony ahhoz, hogy okozhat jég képződik a fojtószelep lemez. Ilyen módon elegendő jég halmozódhat fel a motor meghibásodásához, még akkor is, ha a motor teljes névleges teljesítmény mellett működik. Emiatt sok feltöltött repülőgépben volt egy karburátor levegő hőmérsékletmérője vagy figyelmeztető lámpa, hogy figyelmeztesse a pilótát a lehetséges jegesedési körülményekre.,
ezekre a problémákra számos megoldást fejlesztettek ki: intercoolereket és utóhűtőket, detonáns elleni befecskendezést, kétsebességes kompresszorokat és kétfokozatú kompresszorokat.
kétsebességes és kétfokozatú kompresszorokszerkesztés
az 1930-as években kétsebességes hajtásokat fejlesztettek ki az aero motorok kompresszoraihoz, amelyek rugalmasabb Repülőgép-működést biztosítanak. A megállapodás a gyártás és a karbantartás összetettebbé tételét is magában foglalta., A fogaskerekek a kompresszort a motorhoz hidraulikus tengelykapcsolók rendszerével kapcsolták össze, amelyeket a pilóta kezdetben manuálisan bekapcsolt vagy kikapcsolt a pilótafülkében lévő vezérlővel. Alacsony magasságban az alacsony sebességű sebességváltót használják annak érdekében, hogy a sokrétű hőmérséklet alacsony maradjon. Mintegy 12.000 láb (3700 m), amikor a fojtószelep tele volt előre, s a nyomás csökkenni kezdett, a pilóta lenne fogyatékos a gázt, majd váltson magasabb sebességfokozatba, majd állítsa a kart a kívánt nyomás., A későbbi berendezések a légköri nyomásnak megfelelően automatizálták a sebességváltást.
A Brit csatában a Rolls-Royce Merlin motorral hajtott Spitfire és Hurricane repülőgépek nagyrészt egyfokozatú és egyfokozatú kompresszorokkal voltak felszerelve. Stanley Hooker a Rolls Royce-ból a Merlin motor teljesítményének javítása érdekében 1942-ben kifejlesztette a kétsebességes, kétfokozatú kompresszort utóhűtéssel, sikeres alkalmazással a Rolls Royce Merlin 61 aero motoron. A lóerő és a teljesítmény minden magasságban nőtt., Kurva fejlesztések lehetővé tette, hogy a légi jármű elindultak fenntartani egy fontos előnye a német repülőgépek ők ellenzik az egész második világháború, annak ellenére, hogy a német motorok lényegesen nagyobb elmozdulás. A kétfokozatú Kompresszorok szintén mindig kétsebességűek voltak. Miután a levegőt az alacsony nyomású szakaszban összenyomták, a levegő egy intercooler radiátoron keresztül áramlott, ahol lehűtötték, mielőtt a nagynyomású szakasz újra összenyomta volna, majd esetleg egy másik hőcserélőben is hűtötték., A kétfokozatú Kompresszorok sokkal jobb magassági teljesítményt nyújtottak, mint ahogy azt a Rolls-Royce Merlin 61 meghajtású Supermarine Spitfire Mk IX és az észak-amerikai Mustang jellemzi.
néhány kétfokozatú rendszerben a lengéscsillapító ajtókat a pilóta kinyitja vagy bezárja annak érdekében, hogy szükség szerint megkerülje az egyik fokozatot. Egyes rendszerek pilótafülke-vezérléssel rendelkeztek a csappantyú nyitására vagy bezárására az intercooler/aftercooler számára, ami egy másik módja a hőmérséklet szabályozásának., A Rolls-Royce Merlin motorjai teljesen automatizált boost vezérléssel rendelkeztek, minden pilótának meg kellett tennie a fojtószelepet a vezérlőrendszer korlátozó lökésével, szükség szerint a maximális magasság eléréséig.
Turbófeltöltésszerkesztés
a mechanikusan hajtott kompresszornak ki kell vennie a hajtóerejét a motorból. Figyelembe egyfokozatú egysebességes kompresszoros motor, mint például a korai Rolls-Royce Merlin, például, a kompresszor használ fel mintegy 150 le (110 kW)., Kompresszor nélkül a motor körülbelül 750 lóerőt (560 kilowatt) képes előállítani, de egy kompresszorral körülbelül 1000 lóerőt (750 kW) termel-ez körülbelül 400 le (750 – 150 + 400 = 1000 le), vagy nettó nyereség 250 LE (190 kW). Itt válik nyilvánvalóvá a kompresszor fő hátránya. A motornak extra üzemanyagot kell égetnie, hogy energiát biztosítson a kompresszor meghajtásához. A megnövekedett légsűrűség a bemeneti ciklus során növeli a motor fajlagos teljesítményét és teljesítmény-súly arányát,de a motor fajlagos üzemanyag-fogyasztásának növekedésével jár., A repülőgép üzemeltetésének költségeinek növelése mellett a kompresszornak lehetősége van arra, hogy csökkentse teljes tartományát egy adott üzemanyagterhelés esetén.
ellentétben a motor által hajtott kompresszorral, a turbófeltöltőt a motor egyébként elpazarolt kipufogógázával hajtják. A gázban lévő energia mennyisége arányos a kipufogónyomás és a Légnyomás közötti különbséggel, és ez a különbség a magassággal növekszik, segítve a turbófeltöltős motort a változó magasság kompenzálásában., Ez megnöveli azt a magasságot, amelynél a motor maximális teljesítményét elérik a kompresszor fokozásához képest, és lehetővé teszi a jobb üzemanyag-fogyasztást nagy magasságban, mint egy egyenértékű kompresszoros motor. Ez megkönnyíti a nagyobb tényleges légsebességet nagy magasságban, és nagyobb működési tartományt biztosít, mint egy kompresszort használó egyenértékűen megnövelt motor.
a második világháború alatt használt repülőgépmotorok többsége mechanikusan hajtott kompresszorokat használt, mivel jelentős gyártási előnyökkel rendelkeztek a turbófeltöltőkkel szemben., A működési tartomány előnye azonban sokkal nagyobb prioritást kapott az amerikai repülőgépek számára, mivel a működési tartomány kevésbé kiszámítható követelménye miatt messze kell utaznia a hazai bázisoktól. Következésképpen, turbófeltöltő főként alkalmazott Amerikai repülőgép-motorok, mint a Allison V-1710, valamint a Pratt & Whitney R-2800, amelyek viszonylag nehezebb, amikor turbós, valamint a szükséges további vezetékeken a drága, magas hőmérsékletű fémötvözetek a gázturbina egy pre-turbina szakasz a kipufogó rendszer., A csatorna mérete önmagában komoly tervezési szempont volt. Például mind az F4U Corsair, mind a P-47 Thunderbolt ugyanazt a sugárirányú motort használta, de a turbófeltöltős P-47 nagy hordó alakú törzsére volt szükség a repülőgép hátulján lévő turbófeltöltőhöz való leeresztés miatt. Az F4U kétfokozatú, interhűtéses kompresszort használt, kompaktabb elrendezéssel. Ennek ellenére a turbófeltöltők hasznosak voltak a nagy magasságú bombázókban és néhány vadászgépben a megnövekedett magassági teljesítmény és hatótávolság miatt.,
a turbófeltöltős dugattyús motorokra szintén ugyanazok a működési korlátozások vonatkoznak, mint a gázturbinás motorokra. A turbófeltöltős motoroknál a turbófeltöltők és a kipufogórendszerek gyakori ellenőrzése is szükséges ahhoz, hogy a turbófeltöltők szélsőséges hő-és nyomása által okozott esetleges károkat keressék. Az ilyen károk kiemelkedő problémát jelentettek az amerikai Boeing B-29 Superfortress nagy magasságú bombázók korai modelljeiben, amelyeket a csendes-óceáni műveleti Színházban használtak 1944-45-ben.,
Turbós, dugattyús motor továbbra is használták számos háború utáni repülőgépek, mint például a B-50 Superfortress, a KC-97 Stratofreighter, a Boeing Stratoliner, a Lockheed Constellation, valamint a C-124 Globemaster II.
az utóbbi időkben A legtöbb repülőgép-motorok általános célú repülés (fény repülőgépek) vagy szívó, de a kisebb számú, modern, légi közlekedés, dugattyús motor tervezése nagy magasságban használni, turbófeltöltő, vagy turbo-normalizáló rendszerek, ahelyett, hogy egy repülőgép hajtómű hajtott a főtengely. A gondolkodás változása nagyrészt a közgazdaságtannak köszönhető., A légi benzin egykor bőséges és olcsó volt, előnyben részesítve az egyszerű, de üzemanyag-éhes kompresszort. Ahogy az üzemanyag ára nőtt,a szokásos kompresszor kiesett. Attól függően, hogy milyen monetáris inflációs tényezőt alkalmazunk, az üzemanyagköltségek nem csökkentek olyan gyorsan, mint a termelési és karbantartási költségek.
az üzemanyag-oktánszám hatásaiszerkesztés
az 1920-as évek végéig az összes gépjármű-és repülési üzemanyagot általában 87 oktánszámra vagy annál kisebbre értékelték. Ez az a minősítés, amelyet a “könnyű nyers” olaj egyszerű desztillációjával értek el., A világ minden tájáról származó motorokat úgy tervezték, hogy ezzel az üzemanyag-fokozattal dolgozzanak, ami korlátozza a kompresszor által biztosítható növelés mennyiségét, miközben fenntartja az ésszerű tömörítési arányt.
az oktánszám az adalékanyagokon, például a tetraetilénen keresztül történő növelése akkoriban egy kutatási vonal volt. Ezekkel a technikákkal a kevésbé értékes nyersolaj továbbra is nagy mennyiségű hasznos benzint szállíthat, ami értékes gazdasági folyamatgá tette., Az adalékanyagok azonban nem korlátozódtak arra, hogy a rossz minőségű olajat 87 oktánszámú benzinré tegyék; ugyanazok az adalékanyagok is felhasználhatók a benzin sokkal magasabb oktánszámra történő növelésére.
A magasabb oktánszámú üzemanyag jobban ellenáll az öngyulladásnak és a detonációnak, mint az alacsony oktánszámú üzemanyag. Ennek eredményeként növelhető a töltők által szolgáltatott lökésmennyiség, ami a motor teljesítményének növekedését eredményezi., A háború előtt az USA-ban úttörő 100 oktánszámú repülési üzemanyag kifejlesztése lehetővé tette a nagyobb lökésnyomások használatát a nagy teljesítményű repülési motorokon, és rendkívül nagy teljesítményű kimenetek kifejlesztésére használták-rövid ideig-a háború előtti sebességrekord repülőgépek többében. A második világháború alatt az új üzemanyag operatív felhasználása 1940 elején kezdődött, amikor 100 oktánszámú üzemanyagot szállítottak a brit királyi Légierőnek az amerikai és a Kelet-indiai finomítókból. A német Luftwaffe hasonló üzemanyaggal is rendelkezett.,
Egyre nagyobb a kopogás korlátozza a meglévő légi közlekedési üzemanyagok lett a fő hangsúly aero motor fejlesztés a második világháború alatt. A végén a háború, üzemanyag szállították a névleges 150 oktánszámú értékelés, amely a késő háború repülőgép hajtóművek, mint a Rolls-Royce Merlin 66-os vagy a Daimler-Benz DB 605DC fejlett annyira, mint a 2000 le (az 1500 kW).