Altitude effectsEdit
Rolls-Royce Merlin, um carro de motor de avião da segunda Guerra Mundial. O supercharger é na parte traseira do motor à direita
Um compressor Centrífugo de uma Bristol Centaurus radial de motores de aeronaves.
Superchargers são uma adição natural aos motores de pistão de aeronaves que se destinam a funcionar a altas altitudes. À medida que uma aeronave sobe para uma altitude mais elevada, a pressão do ar e a densidade do ar diminuem., A saída de um motor pistão cai por causa da redução na massa de ar que pode ser puxado para o motor. Por exemplo, a densidade do ar a 30.000 pés (9,100 m) é 1⁄3 do que no nível do mar, assim apenas 1⁄3 da quantidade de ar pode ser puxado para o cilindro, com oxigênio suficiente para fornecer combustão eficiente para apenas um terço da quantidade de combustível. Assim, a 9 100 m, apenas 1⁄3 do combustível queimado no nível do mar pode ser queimado. (Uma vantagem da menor densidade de ar é que a fuselagem experimenta apenas cerca de 1/3 do arrasto aerodinâmico., Além disso, verifica-se uma diminuição da contrapressão nos gases de escape. Por outro lado, mais energia é consumida segurando um avião com menos ar para gerar elevação.um sobrealimentador pode ser considerado como aumentando artificialmente a densidade do ar comprimindo-o ou como forçando mais Ar do que o normal para o cilindro cada vez que o pistão se move para baixo no curso de admissão.um supercharger comprime o ar de volta para o nível do mar-pressões equivalentes, ou mesmo muito mais elevadas, a fim de fazer o motor produzir tanta potência em altitude de cruzeiro como faz no nível do mar., Com o arrasto aerodinâmico reduzido em alta altitude e o motor ainda produzindo potência nominal, um avião superchargado pode voar muito mais rápido em altitude do que um naturalmente aspirado. O piloto controla a saída do supercharger com o acelerador e indiretamente através do controle do regulador de hélice. Uma vez que o tamanho do supercharger é escolhido para produzir uma determinada quantidade de pressão em altas altitudes, o supercharger é sobredimensionado para baixa altitude. O piloto deve ter cuidado com o acelerador e observar o manómetro de pressão para evitar um aumento excessivo a baixa altitude., À medida que a aeronave sobe e a densidade do ar cai, o piloto deve abrir continuamente o acelerador em pequenos incrementos para manter a potência total. A altitude a que o acelerador atinge o máximo de abertura e o motor ainda está produzindo potência nominal total é conhecida como a altitude crítica. Acima da altitude crítica, a potência do motor vai começar a cair à medida que a aeronave continua a subir.
Efeitos de temperatureEdit
Supercharger CDT vs. altitude., O gráfico mostra as diferenças de CDT entre um supercharger de impulso constante e um supercharger de impulso variável quando utilizado em uma aeronave.tal como discutido acima, a sobrealimentação pode causar um pico na temperatura, e temperaturas extremas podem causar detonação da mistura combustível-ar e danos ao motor. No caso de aeronaves, isso causa um problema em baixas altitudes, onde o ar é mais denso e mais quente do que em altitudes elevadas. Com altas temperaturas do ar ambiente, a detonação pode começar a ocorrer com a leitura do Manómetro do colector muito abaixo da linha vermelha.,um sobrealimentador optimizado para altas altitudes causa o problema oposto no lado da ingestão do sistema. Com o acelerador retardado para evitar um aumento excessivo, a temperatura do ar no carburador pode cair o suficiente para fazer com que o gelo se forme na placa do acelerador. Desta forma, gelo suficiente poderia acumular-se para causar falha do motor, mesmo com o motor funcionando a potência nominal total. Por esta razão, muitas aeronaves sobrecarregadas apresentavam um medidor de temperatura do ar do carburador ou luz de aviso para alertar o piloto de possíveis condições de gelo.,
várias soluções para estes problemas foram desenvolvidas: intercoolers e aftercoolers, Injeção Anti-detonante, superchargers de duas velocidades e superchargers de duas fases.
duas velocidades e dois estágios superchargersEdit
na década de 1930, dois passeios de velocidade foram desenvolvidos para superchargers para motores aeronáuticos que fornecem operações de aeronaves mais flexíveis. O arranjo também implicou mais complexidade de fabricação e manutenção., As engrenagens conectaram o supercharger ao motor usando um sistema de embraiagens hidráulicas, que foram inicialmente ativadas manualmente ou desativadas pelo piloto com um controle no cockpit. Em baixas altitudes, a engrenagem de baixa velocidade seria usada para manter as múltiplas temperaturas baixas. A cerca de 3.700 m, quando o acelerador estava cheio para a frente e a pressão de distribuição começou a cair, o piloto retirava o acelerador e mudava para a engrenagem mais alta, em seguida, reajustar o acelerador para a pressão de variedade desejada., Instalações posteriores automatizaram a mudança de velocidade de acordo com a pressão atmosférica.na batalha da Grã-Bretanha, os aviões Spitfire e Hurricane movidos pelo motor Rolls-Royce Merlin foram equipados em grande parte com superchargers monocelulares e monofásicos. Stanley Hooker da Rolls Royce, a fim de melhorar o desempenho do Motor Merlin, desenvolveu duas velocidades supercharging com aftercooling com uma aplicação bem sucedida no Rolls Royce Merlin 61 motor aero em 1942. Cavalos de potência e desempenho foram aumentados em todas as altitudes., Os desenvolvimentos de Hooker permitiram que os aviões que eles impulsionaram para manter uma vantagem crucial sobre os aviões alemães que eles se opuseram durante a Segunda Guerra Mundial, apesar dos motores alemães serem significativamente maiores em deslocamento. Os Superchargers de dois estágios também eram sempre de duas velocidades. Depois que o ar foi comprimido no estágio de baixa pressão, o ar fluiu através de um radiador intercooler onde ele foi resfriado antes de ser comprimido novamente pelo estágio de alta pressão e, em seguida, possivelmente também após o resfriado em outro trocador de calor., Compressores de dois estágios proporcionaram um desempenho muito melhor em alta altitude, como tipificado pelo Rolls-Royce Merlin 61 motor Supermarine Spitfire Mk IX e o Mustang norte-americano.em alguns sistemas de duas fases, as portas amortecedores seriam abertas ou fechadas pelo piloto, a fim de contornar uma fase, conforme necessário. Alguns sistemas tinham um controle do cockpit para abrir ou fechar um amortecedor para o intercooler/aftercooler, proporcionando outra maneira de controlar a temperatura., Os motores Rolls-Royce Merlin tinham controle de impulso totalmente automatizado, com tudo o que o piloto tinha que fazer era avançar o acelerador com o sistema de controle limitando impulso conforme necessário até a altitude máxima foi alcançada.artigo principal: turbocompressor um sobrealimentador accionado mecanicamente tem de retirar a sua potência do motor. Tomando um único estágio Supercharged motor, como um antigo Rolls-Royce Merlin, por exemplo, o supercharger usa até cerca de 150 hp (110 kW)., Sem um supercharger, o motor poderia produzir cerca de 750 cavalos (560 quilowatts), mas com um supercharger, produz cerca de 1.000 hp (750 kW)—um aumento de cerca de 400 hp (750 – 150 + 400 = 1000 CV), ou um ganho líquido de 250 CV (190 kW). É aqui que a principal desvantagem de um supercharger se torna aparente. O motor tem que queimar combustível extra para fornecer energia para conduzir o supercharger. O aumento da densidade do ar durante o ciclo de entrada aumenta a potência específica do motor e a sua relação potência / peso, mas ao custo de um aumento do consumo específico de combustível do motor., Além de aumentar o custo de funcionamento da aeronave, um supercharger tem o potencial de reduzir a sua gama global para uma carga de combustível específica.
ao contrário de um supercharger impulsionado pelo próprio motor, um turbocompressor é conduzido usando os gases de escape desperdiçados do motor. A quantidade de potência no gás é proporcional à diferença entre a pressão dos gases de escape e a pressão do ar, e esta diferença aumenta com a altitude, ajudando um motor turbocomprimido a compensar a mudança de altitude., Isto aumenta a altura a que a potência máxima de saída do motor é alcançada em comparação com o Supercharger boosting, e permite um melhor consumo de combustível em alta altitude em comparação com um motor supercharged equivalente. Isso facilita o aumento da verdadeira velocidade do ar a alta altitude e dá uma maior gama operacional do que um motor de propulsão equivalente usando um supercharger.a maioria dos motores de aeronaves utilizados durante a Segunda Guerra Mundial usavam superchargers mecanicamente, porque eles tinham algumas vantagens significativas de fabricação sobre turbocompressores., No entanto, o benefício para a gama operacional foi dada uma prioridade muito maior para as aeronaves americanas devido a uma exigência menos previsível sobre a gama operacional e ter que viajar para longe de suas bases de origem. Consequentemente, turbocompressores eram empregados sobretudo na América motores de aeronaves, tais como o Allison V-1710 e a Pratt & Whitney R-2800, que eram comparativamente mais pesado quando o turbo, e adicionais necessárias condutas de caro, de alta temperatura de ligas de metais na turbina a gás e um pré-seção da turbina do sistema de escape., O tamanho do ducto sozinho era uma consideração séria do projeto. Por exemplo, o F4U Corsair e o P-47 Thunderbolt, usado o mesmo motor radial, mas grande em forma de barril fuselagem do turbo P-47 foi necessária por causa da quantidade de dutos para e a partir do turbocompressor na parte traseira da aeronave. O F4U usou um supercharger Inter-refrigerado de duas fases com um layout mais compacto. No entanto, turbocompressores foram úteis em bombardeiros de alta altitude e alguns caças devido ao aumento do desempenho de alta altitude e alcance.,os motores de pistão Turbocomprimidos também estão sujeitos a muitas das mesmas restrições de funcionamento que os motores de turbina a gás. Os motores turbocomprimidos também exigem inspecções frequentes dos seus turbocompressores e sistemas de escape para procurar possíveis danos causados pelo calor extremo e pressão dos turbocompressores. Tal dano foi um problema proeminente nos primeiros modelos do Boeing B-29 Superfortress bombardeiros de alta altitude usados no Pacific Theater of Operations durante 1944-45.,
Turbo motores de pistão, continuou a ser usado em um grande número de pós-guerra, aviões, como o B-50 Superfortress, o KC-97 Stratofreighter, o Boeing Stratoliner, o Lockheed Constellation, e o C-124 Globemaster II.
Em tempos mais recentes a maioria dos motores de aeronaves da aviação geral (luz aviões) são naturalmente aspirados, mas o número menor de aviação moderna motores de pistão, projetado para executar em altas altitudes uso do turbocompressor ou turbo-normalizador de sistemas, em vez de um compressor expulsos de virabrequins. A mudança de pensamento deve-se em grande parte à economia., A gasolina de aviação já foi abundante e barata, favorecendo o simples mas faminto combustível supercharger. Como o custo do combustível aumentou, o supercharger comum caiu em desgraça. Além disso, dependendo do fator de inflação monetária que se usa, os custos de combustível não diminuíram tão rapidamente quanto os custos de produção e manutenção.
efeitos do octano combustível ratingEdit
até finais da década de 1920, todos os combustíveis para automóveis e para aviação eram geralmente classificados a 87 octanas ou menos. Esta é a classificação que foi alcançada pela simples destilação do petróleo” bruto leve”., Motores de todo o mundo foram projetados para trabalhar com este grau de combustível, que estabeleceu um limite para a quantidade de impulso que poderia ser fornecido pelo supercharger, mantendo uma razão de compressão razoável.
octano potenciado através de aditivos, como tetraetilhead, foi uma linha de pesquisa a ser explorada na época. Usando estas técnicas, menos valioso crude ainda poderia fornecer grandes quantidades de gasolina útil, o que fez dele um processo econômico valioso., No entanto, os aditivos não se limitaram a fazer óleo de má qualidade em gasolina de 87 octanas; os mesmos aditivos também poderiam ser usados para impulsionar a gasolina para classificações muito mais altas de octanas.o combustível de octanas superiores resiste à auto-ignição e à detonação melhor que o combustível de octanas baixas. Como resultado, a quantidade de impulso fornecido pelos superchargers poderia ser aumentada, resultando em um aumento na saída do motor., O desenvolvimento de combustível de aviação de 100 octanas, pioneiro nos EUA antes da guerra, permitiu o uso de maiores pressões de impulso para ser usado em motores de aviação de alto desempenho e foi usado para desenvolver saídas de alta potência-por curtos períodos-em vários dos aviões recordes de velocidade pré – guerra. O uso operacional do novo combustível durante a Segunda Guerra Mundial começou no início de 1940, quando o combustível de 100 octanas foi entregue à Força Aérea Real Britânica a partir de refinarias na América e nas Índias Orientais. A Luftwaffe alemã também tinha Suprimentos de combustível similar.,até o final da guerra, o combustível estava sendo entregue a uma taxa nominal de 150 octanas, em que os motores aero de final da guerra, como o Rolls-Royce Merlin 66 ou o Daimler-Benz DB 605DC desenvolveu até 2.000 hp (1.500 kW).