Høyde effectsEdit
Rolls-Royce Merlin, en kompressormatet motor fra andre Verdenskrig. Den kompressor på baksiden av motoren på høyre
En Sentrifugal supercharger av en Bristol Centaurus radial motor.
Superladere er et naturlig tillegg til fly stempel motorer som er beregnet for bruk i store høyder. Som et fly klatrer til en høyere høyde, lufttrykk og luft tetthet avtar., Resultatet av en stempelmotor synker på grunn av reduksjon i masse av luft som kan bli trukket inn i motoren. For eksempel, luft tetthet på 30.000 fot (9,100 m) er 1⁄3 av den på havet, derfor er det kun 1⁄3 av den mengde luft kan trekkes inn i sylinderen, med nok oksygen til å gi en effektiv forbrenning for bare en tredjedel så mye drivstoff. Så, i 30.000 fot (9,100 m), kun 1⁄3 av drivstoff brent på havet kan bli brent. (En fordel av redusert luft tetthet er at skroget opplevelser bare ca 1/3 av aerodynamisk luftmotstand., I tillegg er det nedsatt tilbake press på eksosen. På den annen side, det forbrukes mer energi å holde et fly opp med mindre luft i å generere heis.)
En supercharger kan bli sett på enten som kunstig å øke tettheten av luften ved å komprimere den, eller som tvinger mer luft enn normalt inn i sylinderen hver gang stempelet beveger seg ned på inntaket slag.
En supercharger komprimerer luften tilbake til havet-nivå-tilsvarende press, eller enda mye høyere, for å gjøre motoren produserer like mye kraft på cruise høyde som det gjør på havet., Med redusert aerodynamisk luftmotstand i stor høyde og motoren fortsatt å produsere merkeeffekt, en kompressormatet fly kan fly mye raskere på høyde enn en naturlig pustende en. Piloten styrer produksjonen av kompressor med gass og indirekte via propellen guvernør kontroll. Siden størrelsen på kompressor er valgt for å produsere en gitt mengde press i store høyder, supercharger er overdimensjonert for lav høyde. Piloten må være forsiktig med gassen og se manifold trykkmåler for å unngå over-boosting i lav høyde., Som flyet klatrer og luft-tetthet synker, piloten må kontinuerlig åpne gass i små doser for å opprettholde full effekt. Høyden der gassen når full åpne og motoren er fortsatt å produsere full nominell effekt er kjent som den kritiske høyde. Over kritisk høyde, motor effekt vil begynne å falle som flyet fortsetter å klatre.
Virkninger av temperatureEdit
Supercharger CDT vs. høyde., Grafen viser CDT forskjeller mellom en konstant-boost kompressor og en variabel-boost supercharger når det benyttes på et fly.
Som nevnt ovenfor, supercharging kan føre til en økning i temperatur, og ekstreme temperaturer vil føre til detonasjon av drivstoff- / luftblandingen og skader på motoren. I tilfelle av fly, fører dette til at et problem ved lave høyder, hvor luften er både tettere og varmere enn i store høyder. Med høye gasskonsentrasjoner temperaturer, detonasjon kunne begynne å skje med ladetrykket måle lesing langt under den røde linjen.,
En supercharger optimalisert for store høyder fører til det motsatte problemet på inntaket av systemet. Med gass tilbakestående for å unngå over-boosting, luft temperatur i forgasseren kan slippe lave nok til at isen skal legge seg på gass plate. På denne måten, nok is kan samle seg å føre til motorhavari, selv med motoren i drift ved full nominell effekt. Av denne grunn, mange kompressormatet fly inneholdt en forgasser air temperaturmåler eller varsellys for å varsle pilot av mulige isingsforhold.,
Flere løsninger på disse problemene ble utviklet: intercoolers og aftercoolers, anti-detonant injeksjon, to-trinns superladere, og to-trinns superladere.
To-trinns og to-trinns superchargersEdit
I 1930-årene, to-trinns stasjoner ble utviklet for superladere for aero engines å gi mer fleksible fly drift. Ordningen har også medført mer kompleksitet for produksjon og vedlikehold., Girene koblet supercharger til motoren ved hjelp av et system av hydrauliske clutcher, som i utgangspunktet var manuelt engasjert eller løsnet av pilot med en kontroll i cockpit. Ved lave høyder, low-speed gear ville bli brukt for å holde manifold lave temperaturer. På rundt 12 000 fot (3,700 m), når den var full gass fremover og ladetrykket begynte å falle av, pilot ville forsinke gass og skifte til høyere gir, så juster throttle til ønsket ladetrykket., Senere installasjoner automatisert utstyr endres i henhold til atmosfærisk trykk.
I Battle of Britain Spitfire og Hurricane-fly drevet av Rolls-Royce Merlin motor var i stor grad utstyrt med ett-trinns og singlespeed superladere. Stanley Hooker av Rolls Royce, for å forbedre ytelsen av Merlin motor, utviklet to-trinns to-trinns supercharging med aftercooling med et vellykket program på Rolls Royce Merlin 61 aero engine i 1942. Hestekrefter og ytelse ble økt i alle høyder., Hookers utviklingen tillatt flyet de drevet til å opprettholde en avgjørende fordel over den tyske fly de motsetning hele andre Verdenskrig, til tross for den tyske motorer å være betydelig større i vekt. To-trinns superladere var også alltid to-trinns. Etter at luften ble komprimert i lav-trykk scenen, luften strømmet gjennom en ladeluftkjøling radiator hvor det ble avkjølt før den blir komprimert igjen av høytrykks-scene og deretter muligens også aftercooled i en annen varmeveksler., To-trinns kompressorer gitt mye bedre høy høyde ytelse, som preget av Rolls-Royce Merlin 61 drevet Supermarine Spitfire Mk IX og den Nord-Amerikanske Mustang.
I noen to-trinns-systemer, demper dører vil bli åpnet eller lukket av piloten for å omgå en etappe som trengs. Noen systemer hadde en cockpit kontroll for å åpne eller lukke en demper til ladeluftkjøling/aftercooler, som gir en annen måte å kontrollere temperaturen., Rolls-Royce Merlin-motorer var fullt automatisert boost kontroll med alle pilot har å gjøre var på forhånd gass med kontrollsystem for å begrense løft som er nødvendig til maksimal høyde over havet ble nådd.
TurbochargingEdit
En mekanisk drevet kompressor har til å ta sin stasjon kraft fra motoren. Tar en ett-trinns single-speed kompressormatet motor, for eksempel en tidlig Rolls-Royce Merlin, for eksempel, kompressor bruker opp om 150 hk (110 kW)., Uten en supercharger, motoren kunne produsere ca 750 hestekrefter (560 kilowatt), men med en supercharger, det produserer om lag 1000 kw (750 kW), en økning på ca 400 kw (750 – 150 + 400 = 1000 kw), eller en netto gevinst på 250 kw (190 kW). Dette er hvor den viktigste ulempen med en supercharger blir tydelig. Motoren har for å brenne ekstra drivstoff for å gi strøm til å drive supercharger. Den økte luft tetthet under input syklus øker spesifikk effekt av motoren og dens kraft-til-vekt-forhold, men på bekostning av en økning i den spesifikke forbruk av drivstoff motoren., I tillegg til å øke kostnadene ved å kjøre flyet en supercharger har potensial til å redusere sin generelle rekkevidde for en spesifikk drivstoff belastning.
i motsetning til en supercharger drevet av motoren i seg selv, en turbo er drevet med noe annet bortkastet eksosen fra motoren. Mengden av kraft i gass er proporsjonal med forskjellen mellom eksos press og lufttrykk, og denne forskjellen øker med høyden, hjelpe en turboladet motor for å kompensere for å endre høyde., Dette øker høyden på hvilke maksimal utgangseffekt på motoren er oppnådd i forhold til supercharger øke, og gir bedre drivstofforbruk i stor høyde i forhold til en tilsvarende kompressormatet motor. Dette legger til rette for økt true airspeed på høy høyde, og gir en større operativ rekkevidde enn en tilsvarende økt motoren ved hjelp av en kompressor.
flertallet av fly motorer brukt i andre Verdenskrig, brukte mekanisk drevet superladere fordi de ikke hadde noen betydelig produksjon fordeler over turboladere., Men, fordelen til den operative område ble gitt en mye høyere prioritet til Amerikanske fly på grunn av en mindre forutsigbare krav på det operative området og måtte reise langt fra hjemmebasene. Følgelig, turboladere var i hovedsak ansatt i Amerikansk fly motorer som Allison V-1710 og Pratt & Whitney R-2800, som var relativt tyngre når turboladet, og det kreves ekstra kanaler for dyre høy temperatur metall-legeringer i gassturbin og en pre-turbin delen av eksosanlegg., Størrelsen på kanaler alene var en alvorlig design vederlag. For eksempel, både F4U Corsair og P-47 Thunderbolt brukt samme radial motor, men den store fat-formede skroget av den turboladede P-47 var nødvendig på grunn av mengden av kanaler til og fra turboen i den bakre del av flyet. Den F4U brukes for en to-trinns inter-avkjølt supercharger, med en mer kompakt utforming. Likevel, turboladere var nyttige i høytliggende bombefly og noen jagerfly på grunn av den økte høyden ytelse og rekkevidde.,
Turboladede motorer stempel er også underlagt mange av de samme operative restriksjoner som de av gass turbin motorer. Turboladede motorer også krever hyppige inspeksjoner av deres turboladere og eksos systemer for å søke etter mulige skader som er forårsaket av den ekstreme varmen og trykket i turboladere. Slik skade var et fremtredende problem i de tidlige modeller av Amerikanske Boeing B-29 Superfortress høytliggende bombefly brukt i Pacific Theater i Drift i 1944-45.,
Turboladede motorer stempel fortsatte å bli brukt i et stort antall av etterkrigstidens fly, slik som B-50 Superfortress, KC-97 Stratofreighter, Boeing Stratoliner, Lockheed Konstellasjon, og C-124 Globemaster II.
I nyere tid de fleste fly motorer for general aviation (lys fly) er naturlig aspirert, men mindre antall av moderne luftfart stempelmotor designet for å kjøre i store høyder bruke turbo eller turbo-normalizer systemer, i stedet for en supercharger drevet fra crankshafts. Endring i tenkning er i stor grad på grunn av økonomi., Luftfart bensin en gang var rikelig og billig, favorisere enkle, men drivstoff-sulten supercharger. Som kostnaden av drivstoff har økt, det vanlige supercharger har falt i unåde. Også, avhengig av hva monetære inflasjon faktor man bruker, drivstoffkostnader har ikke gått ned så fort som produksjon og kostnader til vedlikehold har.
Virkninger av drivstoff oktan ratingEdit
Inntil slutten av 1920-tallet, alle bil og flydrivstoff ble generelt vurdert på 87 oktan eller mindre. Dette er den vurdering som ble oppnådd av den enkle destillasjon av «light crude» olje., Motorer fra hele verden var utformet for å arbeide med dette drivstoffet, som setter en grense for mengden øker som kan være gitt av kompressor og samtidig opprettholde en rimelig komprimering.
Oktan vurdering frese gjennom tilsetningsstoffer, for eksempel tetraethyllead, var en linje av forskning blir utforsket på den tiden. Ved hjelp av disse teknikkene, mindre verdifull råolje kan fortsatt levere store mengder nyttig bensin, noe som gjorde det til en verdifull økonomisk prosess., Men, tilsetningsstoffer ikke var begrenset til å lage dårlig kvalitet olje i 87-oktan bensin, den samme tilsetningsstoffer kan også brukes til å øke bensin til mye høyere oktan rangeringer.
Høyere oktan motstår automatisk tenning og detonasjon bedre enn lav-oktan. Som et resultat, er det mengden av boost leveres av superladere kunne økes, noe som resulterer i en økning i motor utgang., Utvikling av 100-oktan flydrivstoff, utviklet i USA før krigen, gjorde bruk av høyere øke presset for å brukes på høy-ytelse luftfart motorer og ble brukt til å utvikle svært høy effekt utganger – i korte perioder – i flere av de pre-krigen hastighetsrekord på fly. Operativ bruk av nye drivstoff under andre Verdenskrig begynte i begynnelsen av 1940 når 100-oktan ble levert til det Britiske Royal Air Force fra raffinerier i Amerika og Øst-India. Det tyske Luftwaffe hadde også tilgang på en lignende drivstoff.,
å Øke banket grensene for eksisterende luftfart drivstoff ble et stort fokus på aero engine utvikling under andre Verdenskrig. Ved slutten av krigen, drivstoff ble levert med en nominell 150-oktan rating, som sen-krigen aero engines som Rolls-Royce Merlin 66 eller Daimler-Benz DB 605DC utviklet så mye som 2000 hp (1.500 kW).