Mesin Pesawat

Mesin pesawat. Pengembangan dan penyempurnaan mesin pesawat terus dilakukan secara berkesinambungan ke arah pemenuhan persyaratan:

  1. Bobot mesin yang ringan dengan suplai bahan bakar, air dan oli,
  2. Compactness (dimensi keseluruhan kecil),
  3. Balance. Selain persyaratan yang disebutkan, ada juga d.b. dua disampaikan:
  4. Keandalan operasi,
  5. Ketinggian, yaitu kemampuan mesin untuk mengembangkan daya yang diperlukan pada ketinggian tertentu.
Mesin Pesawat
Foto oleh Daniel Torobekov dari Pexels

Satu-satunya mesin yang diproduksi secara massal yang memenuhi kebutuhan penerbangan hingga hari ini tetap merupakan mesin pembakaran internal bensin empat langkah, tetapi pada saat yang sama, seseorang dapat mengamati penetrasi bertahap ke dalam penerbangan mesin bahan bakar berat – diesel penerbangan. Turbin gas dan uap belum memiliki aplikasi praktis, meskipun pemikiran teknis sedang bekerja keras untuk masalah ini. Pengalaman terbang dengan mesin uap dibuat di AS pada tahun 1933.

Pesawat, yang dilengkapi dengan mesin uap ekspansi ganda dengan dua silinder kerja ganda, terbang di lapangan terbang di Oakland.Ukuran silinder tekanan tinggi adalah 3′ x 3 dan silinder tekanan rendah adalah 5,5′ x 3″. Keinginan untuk mengoperasikan mesin bahan bakar berat di pesawat dijelaskan oleh fakta bahwa mereka kurang berbahaya dalam hal kebakaran daripada yang berbahan bakar bensin, dan terlebih lagi, mereka lebih ekonomis. Dalam hal berat jenis, mesin bahan bakar berat lebih berat daripada mesin bensin karena kecepatan yang lebih rendah, tekanan efektif rata-rata yang lebih rendah dan tekanan maksimum yang lebih tinggi di dalam silinder mesin.

Konsumsi bahan bakar yang lebih rendah dari mesin diesel pesawat sampai batas tertentu mengkompensasi kelebihan berat jenis. Jadi, mesin bensin mengkonsumsi daya penuh tidak kurang dari 0,24-0,25 kg / l. dari. jam, mesin bahan bakar berat mengkonsumsi 0,17-0,18 kg / l. dari. jam, dan untuk setiap jam penerbangan, diperoleh penghematan 50-80 g/l. dari. Dengan penerbangan sepuluh jam, pengoperasian mesin bahan bakar berat akan memberikan keuntungan beban pesawat 0,5-0,8 kg per hp. dari. mesin atau akan memungkinkan Anda untuk menempatkan motor dengan berat jenis yang lebih besar.

Mesin-mesin ini telah diuji dan dipasang di pesawat. Pengujian telah menunjukkan bahwa mesin Packard tidak dapat berjalan pada 225 hp untuk waktu yang lama. s., termasuk data berat jenis 1,05 diremehkan, dan akan lebih tepat untuk mengambil 180-190 hp sebagai kekuatan mesin ini. dari. dan kemudian berat jenis mesin akan menjadi sekitar 1,2. Mesin Bristol Phoenix, di sisi lain, dapat ditandai dengan tenaga yang sedikit lebih tinggi dari 350 hp. dari.; kemudian. bobot spesifik mesin pesawat bahan bakar berat modern mendekati 1,2 kg/l.

Pembersihan mesin dilakukan oleh pompa sentrifugal. Mesin Junkers memiliki konsumsi bahan bakar yang sangat rendah, yang sangat luar biasa untuk mesin dua langkah. Bahan bakar untuk mesin pesawat bahan bakar berat adalah minyak gas biasa (minyak penyulingan antara minyak tanah dan minyak solar). Diesel belum digunakan secara luas dalam penerbangan, tetapi masa depan terbuka bagi mereka (untuk lebih jelasnya, lihat di bawah – mesin pesawat bahan bakar berat ). Mesin pesawat bensin yang beroperasi pada siklus empat langkah, sebagaimana disebutkan, adalah jenis mesin utama yang digunakan dalam penerbangan.

Dua langkah belum menemukan aplikasi, meskipun prototipe tenaga kecil muncul dari waktu ke waktu. Dengan diameter silinder 150-160 mm, daya liter mesin dua langkah ternyata tidak lebih besar dari mesin empat langkah, karena hilangnya langkah kerja pada jendela pembersihan dan karena konsumsi daya pompa pembersih, dan karena bobot liter kira-kira sama, maka berat jenis mesin dua langkah sama dengan mesin empat langkah, atau bahkan lebih. Konsumsi bahan bakar mesin dua langkah akan selalu lebih tinggi, bahkan jika kita tidak menghitung kehilangan bahan bakar selama pembersihan dengan campuran karburator, karena daya yang dihabiskan untuk pompa blow-off di mesin berkecepatan tinggi tidak membayar off dengan peningkatan efisiensi mekanik, seperti pada mesin diesel berat.

Mempertahankan ketinggian dengan mesin dua langkah lebih sulit dan membutuhkan lebih banyak tenaga untuk supercharger karena konsumsi udara per hp. dari. Sebuah mesin 2-tak memiliki lebih dari mesin 4-tak. Sangat mungkin bahwa mesin dua langkah dengan ukuran silinder kecil, berdiameter hingga 100-110 mm, akan menemukan aplikasi, terutama sehubungan dengan penggantian karburasi bensin dengan injeksi langsung ke dalam silinder, diikuti dengan pengapian dari lilin listrik, yang akan menghindari kehilangan bahan bakar selama pembersihan.

Eksperimen injeksi langsung bensin dengan nosel ke dalam silinder mesin, yang dilakukan dengan mesin Hornet empat langkah dari Pratt dan Whitney pada tahun 1932, menunjukkan kemungkinan menggunakan metode ini, meskipun kesulitan dalam mengatur tenaga mesin belum akhirnya. terselesaikan. Beralih ke empat langkah mesin pesawat bensin Keandalan mesin pesawat biasanya ditentukan dengan memeriksa pengoperasian mesin pada mesin uji, secara bertahap masing-masing 5 jam.

Selama setiap pengujian lima jam, motor harus berjalan selama 5 menit pada daya maksimum yang diizinkan untuk itu 1/2 jam atau 1 jam pada daya pengenal (yaitu, pada daya yang ditandai dengan motor ini) dan sisa waktu pada daya setidaknya 90% dari daya pengenal. Umur motor tanpa cacat dan menentukan keandalan. Saat ini, di semua negara, durasi pengerjaan mesin ditetapkan untuk mesin pesawat setidaknya 100 jam.Beberapa sampel mesin pesawat memiliki keandalan 300 jam atau bahkan lebih (sampai 500) pada mesin.

Persyaratan keandalan membatasi kemampuan untuk meringankan berat motor dan memaksa produksi dan perakitan mesin pesawat dengan sangat hati-hati. Distorsi di bagian utama yang mentransmisikan beban dan pada permukaan gosok dikontrol dan dihilangkan secara ketat. Jarak bebas pemasangan diatur dalam batas yang sangat sempit dan diamati dengan ketat selama perakitan.

Terlepas dari semua ketelitian perakitan dan produksi, karena ketegangan bagian yang tinggi dalam operasi, masa pakai mesin pesawat dalam operasi pendek, dan durasi rata-rata dari perbaikan hingga perbaikan hanya 2-3 kali lebih lama dari durasi pengerjaan. mesin saat menentukan keandalan.

Seperti yang Anda lihat, setelah 5-6 perbaikan, hampir semua bagian motor seharusnya. diganti dengan yang baru. Jika tidak ada persyaratan untuk keandalan, mesin pesawat dapat dibuat dengan berat jenis yang jauh lebih rendah.

Mesin pesawat didefinisikan sebagai ketinggian di mana mesin masih mampu memberikan daya yang sama dengan daya pengenalnya di darat. Dalam mesin konvensional, tunduk pada konstanta putarannya, daya berkurang saat naik ke ketinggian sesuai dengan persamaan di mana N e adalah daya efektif dalam – tekanan di atmosfer sekitarnya, T – suhu absolut, indeks h berarti di ketinggian dan 0 – di tanah. Mesin membutuhkan udara untuk beroperasi, dan kita dapat mengasumsikan bahwa untuk satu indikator/jam mesin pesawat membutuhkan 2,65-2,8 kg udara.

Saat naik ke ketinggian, berat udara yang dihisap oleh mesin berkurang karena penurunan kepadatan di atmosfer, dan tenaga mesin berkurang. Untuk mencegah penurunan daya, pompa udara-supercharger dipasang ke mesin pesawat, yang memompa jumlah udara yang tepat ke dalam mesin dan dengan demikian memungkinkan mesin memberi kita tenaga yang kita butuhkan di ketinggian.

Jelas, sangat mungkin, bahkan ketika mesin berjalan di tanah, untuk memompa udara ke dalamnya dalam jumlah yang lebih besar daripada yang dapat langsung dihisap, dan dengan demikian meningkatkan daya yang dikembangkan oleh mesin ini. Metode ini sebenarnya digunakan dan disebut engine boost. Hampir semua mesin pesawat modern yang kuat, terutama yang dirancang untuk keperluan militer, memiliki daya super dan memiliki ketinggian yang tinggi. Dalam Gambar. 4 menunjukkan mesin Hispano-Suiza 860 hp. dari. tipe 12 Ybrs, dilengkapi dengan supercharger sentrifugal A, yang dipasang di belakang mesin.

Hal ini diperlukan untuk supercharge mesin ketinggian tinggi untuk mempertahankan daya yang cukup dalam penerbangan, dan peningkatan daya karena supercharging harus menutupi konsumsi untuk rotasi supercharger. Tingkat dorongan ditentukan oleh rasio tekanan di pipa hisap motor atau di pipa pelepasan pompa (p k ) dengan tekanan atmosfer di tanah (p 0 ). Pada mesin modern, rasio (p k /p 0 ) berkisar antara 1,05-1,23. Dorongan dikendalikan oleh manometer yang menunjukkan tekanan dalam pipa hisap. Saat mendaki ke ketinggian, jumlah udara yang dihembuskan biasanya diatur sehingga tekanan hisap dijaga konstan. Perubahan daya dengan ketinggian pada kecepatan mesin yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 5 untuk motor Curtiss-Conqueror yang dilengkapi supercharger sentrifugal (p k / p 0 ) = 1,09.

Sampai ketinggian yang ditandai dengan titik a, kompresor mampu mempertahankan p k = Const, untuk ketinggian tinggi daya turun, seperti pada motor konvensional. Dalam Gambar. Gambar 6 menunjukkan mesin Wright “Cyclone” berpendingin udara dengan supercharger yang terletak di penutup belakang bak mesin.

Mesin pesawat yang dilengkapi dengan supercharger dan beroperasi dengan supercharger memiliki konsumsi bahan bakar yang lebih tinggi daripada mesin tanpa supercharger, karena sebagian daya dihabiskan untuk memutar supercharger, dan di samping itu, ketika supercharger, mesin biasanya beroperasi dengan kekurangan daya. udara 10-15% ( a = 0,85 -0,9). Konsumsi bahan bakar modern untuk mesin tersebut adalah sekitar 0,26 – 0,28 kg / l. dari. jam.

Semakin besar ketinggian yang supercharger dapat memberikan nilai konstan p k, dan semakin besar p k, semakin banyak daya yang harus dikeluarkan untuk rotasi supercharger dan semakin sulit untuk mengembalikannya karena dorongan. Batas dorongan yang berbeda ditentukan oleh keandalan mesin dan untuk mobil balap (Rolls-Royce R, Tabel 4) itu dibawa ke (p k /p 0 ) = 2.32. Untuk mesin pesawat yang dimaksudkan untuk operasi terus menerus, dorongan tidak melebihi 1,2; memanaskan udara di dalam pompa hingga suhu di atas 120°C dan meningkatkan tekanan di dalam silinder mempersulit kerja mesin pesawat yang sudah berat.

Pada ketinggian 4000-5000 m masih memungkinkan untuk memiliki daya pengenal yang sama di tanah dengan motor dengan supercharger seperti tanpa supercharger; pada ketinggian yang lebih tinggi, kehilangan daya ke supercharger tidak mungkin. dikompensasi oleh dorongan, dan daya pengenal motor mulai turun dibandingkan dengan motor tanpa supercharger. Temperatur tinggi dari udara yang dipompa ke dalam mesin memaksa pendingin udara antara mesin dan kompresor, menghasilkan peningkatan berat dan hambatan dalam penerbangan. Ketika mesin pesawat beroperasi di dekat permukaan tanah, supercharger harus dilepaskan dari motor.

Memecahkan masalah ketinggian adalah salah satu tugas hari ini; penerbangan tidak hanya membutuhkan motor dengan ketinggian 4.000-5.000 m, tetapi juga motor stratosfer dengan ketinggian 12.000-15.000 m dan berat jenis 1,2-1,5 kg/l. dari. Sebuah sentrifugal satu tahap, supercharger non-shutdown, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4 dan 6 tidak dapat memenuhi ketinggian yang lebih tinggi, dan kemudian mereka membuat multi-tahap, dari supercharger.

Berat tambahan dari blower sentrifugal satu tahap adalah sekitar 0,03 hingga 0,045 kg/l. dari. motor. Supercharger sentrifugal yang sangat ringan telah menyebabkan penggunaannya secara luas di mesin pesawat. Untuk jenis supercharger lainnya, lihat Mesin pesawat (I). Ada upaya untuk menggunakan supercharger piston untuk mesin pesawat, tetapi yang terakhir masih dalam tahap percobaan.

Terlepas dari peningkatan keandalan dan ketinggian, berat jenis mesin pesawat berkurang karena pengisian berlebih dan peningkatan jumlah putaran, yang dimungkinkan seiring dengan berkembangnya pengalaman dalam produksi dan teknologi. Mengganti babbit pada bantalan dengan perunggu timah memungkinkan untuk meningkatkan tekanan dalam pekerjaan menggosok bagian. (Perunggu Amerika biasanya memiliki komposisi Cu – 58%, Pb – 45%, Ni – 2%.) Karburasi gigi gir dengan penggilingan selanjutnya, nitrasi gigi karena kualitas bahan dan pemrosesan yang tinggi memungkinkan untuk dibuat penggerak yang mudah dan andal ke mesin supercharger dan girboks, yang tanpanya peningkatan dan peningkatan kecepatan mesin tidak akan mungkin dilakukan.

RPM saat ini. untuk mesin radial yang kuat, 2000-2400 rpm harus dipertimbangkan, untuk 2000-2600 rpm berbentuk V. Dengan peningkatan jumlah putaran, kecepatan gerakan relatif dari bagian yang bergesekan meningkat dan gaya inersia dari bagian yang bergerak meningkat, akibatnya tegangan permukaan kerja meningkat dan keausan meningkat; jika dilakukan dengan tidak benar, sedikit distorsi di bawah beban atau ekspansi termal menyebabkan overheating, perebutan dan kerusakan pada bagian. Pergi ke kecepatan yang lebih tinggi tanpa perbaikan teknologi atau desain yang memadai umumnya memerlukan perampingan silinder secara simultan sedemikian rupa sehingga daya yang diambil dari satu silinder dan dari seluruh mesin biasanya berkurang.

Oleh karena itu, mesin yang kuat hanya secara bertahap meningkatkan jumlah putaran dari tahun ke tahun, karena pada saat yang sama perlu meningkatkan total tenaga mesin. Peningkatan dorongan dicegah dengan peningkatan intensitas mesin, yang disebabkan oleh peningkatan tekanan dan suhu selama dorongan. Selain itu, selama supercharging, muncul pertanyaan yang sangat penting tentang bahan bakar apa yang harus digunakan dalam mesin pesawat. Fenomena detonasi membutuhkan penggunaan hanya bahan bakar kelas khusus, sehingga mencegah meluasnya penggunaan boost tinggi dalam operasi.

Motor berpendingin udara modern normal dengan supercharger dan gearbox dengan kapasitas 600-700 hp. dari. digunakan dalam penerbangan sipil dan militer. Untuk kendaraan militer, ketinggian motor ditingkatkan dengan meningkatkan rasio gigi dari motor ke supercharger. Dalam Gambar. 12 dan dua baris motor berpendingin udara berbentuk bintang Gnome dan Ron 700 hp. dari. dengan 14 silinder.

Berat spesifik dan ketinggian motor belum mencirikan kualitas mesin pesawat. Berkaitan dengan kecepatan terbang pesawat yang terus meningkat, pertanyaan tentang ukuran mesin, kenyamanan capping, secara umum, pertanyaan tentang hambatan aerodinamis tambahan yang disebabkan oleh penempatan mesin di pesawat, menjadi semakin penting. Di arah ini, perjuangan motor bertenaga air dan pendinginan udara adalah tipikal.

Berat jenis motor berpendingin air tanpa air dan radiator kurang dari motor berpendingin udara, dimensi motor berpendingin air juga lebih kecil, tetapi jika Anda memperhitungkan berat air dan radiator dan memperhitungkan resistensi yang disebabkan oleh penempatan radiator, maka pertanyaan tentang keuntungan menjadi diragukan. Pada daya sedang (di bawah 500 hp) dan rendah (di bawah 250 hp), pendingin udara digunakan hampir secara eksklusif. Mesin bertenaga normal (600-850 hp) memiliki perjuangan yang keras kepala, dan dengan kekuatan 1000 hp. dari. dan lebih banyak lagi yang hanya menggunakan pendingin air.

Di hadapan fairing melingkar di sekitar motor, udara lewat di antara itu dan badan pesawat, mendinginkan kepala motor sebagai bagian yang paling panas; Pada saat yang sama, permukaan pendinginan motor harus sedikit dinaikkan. Pada motor berpendingin air, tujuannya adalah untuk mengurangi hambatan yang ditimbulkan oleh radiator, baik dengan memasukkan permukaan radiator ke permukaan sayap, atau dengan mengurangi luas radiator dengan menaikkan suhu motor. -cairan pendingin titik 170 didih dengan sekitar pada radiator di atas 100 °C, bukan air yang digunakan untuk pendinginan, melainkan campuran air dan etilen glikol C2H4(OH)2 °C.

Alih-alih pendinginan air, pendinginan uap-air juga digunakan, di mana hanya uap yang masuk ke radiator, yang sekali lagi memungkinkan untuk mengurangi area radiator dan mengurangi resistensi yang disebabkan olehnya. Skema pendinginan air-uap ditunjukkan pada Gambar. 17, di mana a adalah radiator, b adalah peralatan sentrifugal, c adalah pompa, d adalah komunikasi dengan udara, d adalah uap, e adalah saluran kondensat, g adalah air, h adalah uap dan air.

Mesin Pesawat
Foto oleh Thirdman dari Pexels

Selain mesin yang bertenaga, mesin pesawat dengan kapasitas sekitar 100-250 hp juga sedang dikembangkan. dari. untuk pesawat sipil untuk penggunaan individu dan untuk mesin pelatihan. Perkembangan mereka sedang berlangsung. arr. ke arah keandalan, kemudahan perawatan dan biaya rendah. Motor ini secara eksklusif berpendingin udara – sejajar atau berbentuk bintang (Gbr. 9 dan 11 dan Tabel 4).

Mesin Pesawat

Mesin Pesawat Bahan Bakar Berat. Sampai saat ini, hanya mesin kompresi tinggi yang diketahui, itulah sebabnya mesin pesawat bahan bakar berat biasanya juga disebut aerodiesel. Bahan bakar berat adalah bahan bakar cair yang memiliki tekanan uap rendah pada suhu biasa dan oleh karena itu tidak dapat digunakan secara langsung pada mesin dengan karburator konvensional. Di bawah nama “diesel” adalah kebiasaan untuk memahami mesin pembakaran internal dengan kompresi satu udara, dengan pasokan bahan bakar ke ruang pembakaran pada akhir langkah kompresi dan dengan penyalaan bahan bakar dari panas kompresi tanpa menggunakan sumber api (lilin) ​​dan permukaan yang dipanaskan.

Sebagai bahan bakar untuk mesin diesel kecepatan tinggi, termasuk mesin pesawat bahan bakar berat, pemotongan minyak digunakan, dimulai dengan minyak tanah berat, minyak gas dan minyak pelumas ringan (minyak solar). Minyak mentah dan bahan bakar minyak tidak dapat digunakan dengan baik dalam mesin diesel kecepatan tinggi karena komposisi heterogenitas yang besar, adanya asphaltenes dan tar, yang mencemari mesin dan memerlukan kondisi khusus untuk pembakaran sempurna. Untuk digunakan dalam penerbangan, seseorang harus bergantung pada sulingan, minyak gas yang mendidih hampir sepenuhnya di perangkat Engler dan minyak solar ringan (bahan bakar surya).

Selain sejumlah sifat fisik yang menentukan kualitas teknologi dan komersial bahan bakar, meteran yang saat ini digunakan juga menentukan kemudahan penyalaan bahan bakar diesel di dalam silinder. American Society for Testing and Materials Draft Standard for Diesel Fuels menyediakan 5 tingkatan. Untuk yang pertama, ditujukan untuk mesin diesel berkecepatan tinggi dengan jumlah putaran per menit. lebih dari 1000 dan membutuhkan bahan bakar dengan viskositas rendah.

Untuk bahan bakar diesel penerbangan, Junkers menetapkan titik tuang -35°C. Persyaratan untuk titik tuang rendah berat dan bertentangan dengan persyaratan untuk mudah terbakar yang baik yang disediakan oleh konstituen dari bahan bakar seri lilin. Pemanasan bahan bakar di pesawat tidak nyaman. Indeks diesel adalah produk dari titik anilin dalam °F dan berat jenis dalam derajat API dibagi 100. Titik anilin adalah suhu terendah di mana bagian yang sama dengan volume anilin yang baru disuling dan bahan bakar tercampur sempurna dan memberikan campuran.

Nomor cetene ditentukan pada mesin dengan mengukur durasi penundaan pengapian dalam derajat rotasi poros saat beroperasi pada bahan bakar tertentu. Jika bahan bakar referensi referensi yang terdiri dari campuran cetene (C 16 H 32 ), yang terbakar dengan baik, dan alfa-metil naftalena (C 10 H 11 ), yang biasanya tidak terbakar di mesin diesel, juga memberikan penundaan penyalaan, maka sampel uji diberi nomor setena yang sama dengan % kandungan setena dalam bahan bakar referensi. Baru-baru ini, meter telah diusulkan – konstanta viskositas-berat dihitung dari viskositas kinematik dan berat jenis bahan bakar.

Ini setara dengan angka cetene dan sangat mudah ditentukan. Keuntungan menggunakan bahan bakar berat:

  1. Keselamatan kebakaran hampir lengkap dalam penerbangan dan jika terjadi kecelakaan;
  2. Transportasi, penyimpanan, dan pengurangan kerugian yang lebih mudah;
  3. Jangkauan yang lebih luas dari fraksi bahan bakar langsung yang cocok dari minyak bumi;
  4. Harga lebih murah.

Pada bulan Januari 1935, harga bahan bakar jet di AS adalah 5 sen per galon dan minyak gas 2 sen per galon. Namun, diharapkan bahwa saat mesin HFO berkembang biak dengan cepat, perbedaan harga antara bensin dan minyak gas akan menyempit. Ada upaya penggunaan bahan bakar berat pada mesin pesawat kompresi rendah dengan pengapian busi konvensional (Hesselmann) dengan cara menginjeksikan bahan bakar ke dalam silinder; meskipun demikian, mesin ini masih kurang ekonomis dibandingkan dengan karburator.

Bahan bakar di mesin pesawat yang diinjeksi di bawah tekanan 200 atau lebih kg/cm 2 di ruang pembakaran silinder pada akhir langkah kompresi, dihancurkan menjadi tetesan kecil (diameter 0,005-0,01 mm) untuk meningkatkan permukaan reaksi dan penguapan bahan bakar dan untuk distribusi yang lebih baik dalam isi pembakaran ruang angkasa. Yang terakhir ini juga dicapai dengan memasok bahan bakar dari beberapa lubang dan mengatur pergerakan muatan di ruang pembakaran untuk membentuk campuran yang paling homogen.

Organisasi gerakan pengisian dicapai dengan pergerakan udara yang diarahkan, terutama saat mengisi silinder, yang dilakukan dengan pelindung lateral katup hisap, menempatkan pemandu di nozel di depan katup, memiringkan jendela pembersihan, dll. Udara, yang masuk, menerima gerakan rotasi di dalam silinder, yang tetap pada saat penyalaan bahan bakar dan mendorong pencampuran yang kuat dari tetesan bahan bakar yang disuntikkan dengan udara.

Tugas memilih jumlah, ukuran dan lokasi lubang injeksi bahan bakar, tekanan bahan bakar yang disuntikkan dan organisasi pergerakan udara di ruang bakar adalah yang utama dalam industri diesel pesawat terbang. Solusi mereka yang tepat memastikan aliran pembakaran yang tepat, dan melaluinya – efisiensi dan kekuatan mesin pada kecepatan dan rasio kompresi tertentu.

Bahan bakar menyala di dalam silinder setelah beberapa waktu (0,0003-0,003 detik atau 3-20° putaran engkol tergantung pada rpm), dan penundaan penyalaan ini tergantung pada kerapatan muatan silinder dan sifat bahan bakar, Ch. arr. struktur kimia dan kondisi untuk transfer panas dari udara ke bahan bakar. Ada dua teori pengapian bahan bakar: yang pertama, karena Tauss, Schulte dan Zass, adalah teori pengapian melalui penguraian peroksida tidak stabil yang sebelumnya terakumulasi dalam silinder selama periode tunda pengapian.

Dekomposisi disertai dengan pelepasan panas yang signifikan dan cepat, yang memastikan kombinasi sisa bahan bakar dan produk dekomposisi dengan oksigen, yaitu pembakaran; oleh karena itu, semakin rentan terhadap pembentukan peroksida (peroksida), semakin mudah menyala di dalam silinder, semakin pendek periode tunda. Teori ini mengasumsikan penyalaan bahan bakar dalam bentuk cair. Teori kedua, yang dikemukakan oleh Boerlage dan Broeze Belanda, menyatakan bahwa bahan bakar yang dimasukkan ke dalam silinder mengalami dekomposisi – retak.

Produk peluruhan bahkan sejumlah kecil molekul bahan bakar bereaksi langsung dengan oksigen, dengan cukup panas yang dilepaskan pada titik-titik tertentu untuk mempercepat dan menyelesaikan reaksi. Hubungan langsung dengan oksigen dimungkinkan dalam diesel hanya ketika ikatan dalam molekul bahan bakar dihancurkan atau cukup dilemahkan oleh aksi termal. Pembentukan uap dan dekomposisi bahan bakar dalam mesin diesel sangat penting. Itu. sebagian didukung oleh teori Rippel, yang pada tahun 1907 menunjukkan perlunya pra-penguapan dan pembentukan gas.

Diagram indikator mesin diesel kecepatan tinggi, diambil dari waktu ke waktu, menunjukkan bahwa periode penundaan penyalaan, dari saat pasokan bahan bakar ke silinder dimulai hingga tekanan di dalam silinder mulai meningkat secara nyata, diikuti oleh periode tajam peningkatan tekanan, dalam banyak kasus disertai dengan ketukan yang kuat di dalam silinder. Semakin awal bahan bakar menyala, semakin pendek periode penundaan penyalaan, semakin sedikit bahan bakar yang tidak terbakar memiliki waktu untuk menumpuk di dalam silinder, semakin halus peningkatan tekanan dan semakin lemah ketukan.

Meningkatkan rasio kompresi, atau dorongan, membuat pembakaran lebih halus dan membantu menghilangkan ketukan mesin; menurunkan rasio kompresi, serta pelambatan, sebaliknya, membuat pengoperasian mesin pesawat lebih kaku dan gelisah, menyebabkan knocking. Rasio kompresi tinggi digunakan dalam mesin pesawat bahan bakar berat untuk mempersingkat periode jeda pengapian dan menekan knocking. Tindakan yang sama harus dilakukan untuk memastikan keandalan penyalaan dan kemungkinan pengoperasian mesin di ketinggian.

Konsekuensinya adalah tekanan kompresi tinggi, dan tekanan maksimum di dalam silinder mencapai 75-90 kg / cm 2. Mesin pesawat bahan bakar berat semuanya dibuat dengan ruang pembakaran satu rongga, dan hanya satu Daimler-Benz yang dibuat dengan ruang depan. Ini karena keinginan untuk mendapatkan mesin yang paling ekonomis, untuk mengurangi rasio permukaan ruang bakar dengan volumenya dan membuat yang terakhir kompak. Meskipun pekerjaan besar dan gigih menuju penggunaan lengkap udara di dalam silinder, pembakaran di mesin pesawat tidak dapat dilakukan dengan sedikit kelebihan udara.

Biasanya, mulai dari nilai koefisien udara berlebih a = 1,6-1,4, asap mesin mulai meningkat seiring dengan berkurangnya udara berlebih. Mesin pesawat yang ada biasanya beroperasi dengan kelebihan udara di atas, menghasilkan tekanan indikator yang lebih rendah daripada mesin karburator. Rasio tekanan maksimum dengan indikator rata-rata ternyata sekitar 9,5-11,5, sedangkan untuk mesin karburator terletak di kisaran 4,5-5,5. Ini menunjukkan keniscayaan untuk mendapatkan bobot yang lebih berat per 1 liter. dari. untuk mesin pesawat berbahan bakar berat versus mesin karburator dengan tingkat kemampuan produksi yang sama dari seni desain dan skema desain mesin yang sama.

Mesin dua langkah menjanjikan berbagai pilihan untuk mengurangi bobot mesin per tenaga kuda. s., tetapi dari mesin pesawat dua langkah yang berfungsi, hanya mesin Junkers yang diketahui sejauh ini. Langkah-langkah yang bertujuan untuk mengurangi tekanan maksimum secara bersamaan menyebabkan penurunan efisiensi mesin dan, tampaknya, ditinggalkan. Keinginan utama adalah untuk mendapatkan mesin yang sangat ekonomis. Konsekuensi dari tekanan tinggi diatasi dan harus diatasi dengan tindakan konstruktif dan pembuatan diagram mesin yang sesuai.

Pada tahun-tahun awal pengembangan mesin diesel berkecepatan tinggi, diterima bahwa kecepatan tinggi tidak biasa untuk mesin dengan injeksi bahan bakar ke dalam silinder karena kelambatan pembakaran. Saat ini, dapat dianggap bahwa dalam proses menyiapkan muatan untuk pembakaran dan dalam pembakaran itu sendiri, tidak ada batasan untuk mencapai kecepatan yang sama seperti pada mesin karburator. Efisiensi mesin pesawat dapat dicapai dengan sangat tinggi. Mesin Junkers Yumo-4 memiliki konsumsi minimum 148 g/per jam, atau i = 42% pada nilai kalor bahan bakar 10200 kal. Biaya dengan kekuatan penuh – dari 165-178 g /jam.

Efisiensi ini adalah kualitas utama dari mesin kompresi tinggi. Dalam penerbangan panjang, biaya rendah lebih dari mengimbangi berat jenis yang besar. Mesin pesawat juga dibedakan oleh fakta bahwa pada beban rendah, konsumsi bahan bakar per liter. dari. /jam meningkat jauh lebih lambat dibandingkan dengan mesin karburator. Konsumsi daya yang lebih rendah secara umum dan beban mesin yang lebih rendah memungkinkan untuk mencatat rekor durasi penerbangan pada 25-28 Mei 1931 pada pesawat dengan mesin pesawat Packard tanpa pengisian bahan bakar pada 84 jam 32 m. belum dicapai oleh pesawat manapun dengan mesin bahan bakar ringan.

Bahan bakar melewati saluran a pemegang nosel b ke nosel itu sendiri c dan menghasilkan tekanan pada permukaan kerucut jarum yang diisi pegas d. Ketika tekanan dengan nilai tertentu melebihi gaya (pengencangan) pegas, jarum naik dan mengalirkan bahan bakar ke nozel e, dari mana bahan bakar dikeluarkan dengan kecepatan tinggi ke dalam silinder dan dihancurkan. Lubang nozzle dibuat dengan diameter 0,2 hingga 0,45 mm. Dimensi ini (b.h. dengan diameter 0,25-0,3 mm) memerlukan penyaringan bahan bakar yang sangat teliti untuk menghindari penyumbatan.

Penyalaan dan penghentian pasokan bahan bakar secara tiba-tiba diperlukan untuk mendapatkan atomisasi yang tepat dan menghindari kebocoran bahan bakar dari injektor. Untuk ini, antara lain, cut-off di pompa digunakan – plunyer tumpang tindih dengan lubang b – dan jarum diisi dengan pegas di nosel. Pengoperasian sistem bahan bakar (pompa, tabung, injektor) sangat kompleks dari sudut pandang mekanis, karena kompresibilitas bahan bakar dan elastisitas dinding tabung menyebabkan gelombang tekanan yang dapat sangat mempengaruhi perbedaan pasokan bahan bakar ke silinder. Jumlah, lokasi, dan diameter lubang di nosel biasanya dipilih melalui eksperimen jangka panjang.

Mesin Terbang
Foto oleh Prateek Katyal dari Pexels

Bahan bakar memasuki nosel injektor melalui pengeboran b sepanjang potongan c-c. Pancaran yang mengalir dari mereka bertabrakan dan membentuk pancaran dalam bentuk kipas datar. Setiap silinder mesin diservis oleh pompanya sendiri, dan pompa dapat dipisahkan atau dibuat dalam satu blok.

Selain keuntungan penggunaan bahan bakar berat dan efisiensi tinggi mesin pesawat bahan bakar berat, terutama di bawah kondisi beban rendah, ada sejumlah fitur lain yang mengharuskan pengenalan mesin diesel ke dalam operasi di armada udara.. Yang paling penting adalah sebagai berikut:

  1. Peningkatan keandalan operasi, karena sistem bahan bakar mesin pesawat jauh lebih andal daripada sistem pengapian dan karburasi. Kerusakan pada satu pompa atau injektor tidak menghentikan pengoperasian mesin, membuat satu silinder tidak beroperasi.
  2. Radiator lebih kecil, meskipun persentase perpindahan panas ke dinding mesin pesawat bahan bakar berat lebih besar daripada di mesin karburator, tetapi karena konsumsi bahan bakar rendah, jumlah panas per 1 liter. dari. ternyata kurang.
  3. Menghilangkan efek magneto pada komunikasi radio.
  4. Kemungkinan luas menggunakan dua langkah.

Selain tekanan kompresi dan pembakaran yang tinggi dan tekanan indikator rata-rata yang lebih rendah dibandingkan dengan mesin karburator, yang menyebabkan lebih banyak beban pada gaya, berikut ini harus dikaitkan dengan kelemahan mesin pesawat.

  1. Perpindahan besar yang diperlukan pada kecepatan yang sama, yang menyebabkan, meskipun terjadi penurunan ketinggian silinder, karena rasio kompresi yang tinggi, peningkatan ukuran mesin.
  2. Awal yang sulit – diperlukan sarana awal yang kuat. Mesin pesawat tidak hanya harus dihidupkan untuk mendapatkan percikan api yang menyalakan campuran jadi, tetapi harus diputar untuk mendapatkan suhu yang cukup dari udara yang dikompresi di dalam silinder untuk memberikan flash.
  3. Biaya tinggi karena bobot yang tinggi dan perawatan yang lebih besar diperlukan dalam pembuatan yang disebabkan oleh tekanan tinggi.
  4. Mesin bahan bakar berat pesawat membutuhkan penanganan yang lebih hati-hati dan akurat serta kualifikasi personel yang lebih tinggi (perawatan saat ini tampaknya akan lebih mudah).
  5. Dengan penyumbatan sebagian lubang di beberapa nozel atau kebocoran pipa, penurunan daya dikompensasi dengan peningkatan pasokan bahan bakar ke mesin, sementara beberapa silinder akan kekurangan beban, sementara yang lain akan kelebihan beban. Penting untuk memantau suhu knalpot dan keseragamannya.
  6. Dalam operasi diesel rentan terhadap asap, bahan bakar tidak mengering seperti bensin dan debu menempel pada noda darinya, menjaga kebersihan pesawat lebih sulit.

Ketinggian tertinggi yang dicapai oleh mesin diesel adalah 9000 m (Phoenix, 1934). Di meja. 7 menunjukkan data jenis modern utama (1934) mesin pesawat bahan bakar berat.

Ciri khas desain adalah pengikatan silinder dengan bantuan cincin penjepit majemuk a, dikencangkan dengan mur dengan ulir kanan dan kiri. Pompa c dan nosel b dibuat dalam wadah yang sama. per silinder r yang melaluinya pembuangan dan penghisapan terjadi. Pasokan udara ke katup diatur sedemikian rupa sehingga membuat yang terakhir dalam gerakan intensif.

Mesin yang dirancang dan dieksekusi dengan sangat baik tidak digunakan karena ketidaksempurnaan pembakaran bahan bakar, yang menyebabkan kegagalan piston. Di antara silinder, pompa bahan bakar a dan darinya pipa injeksi b ke injektor c. Prechamber a dan nozzle b. Ara. 23 dan 2 menggambarkan bagian melintang dan membujur dari mesin Junkers Yumo-4. Pada mesin dua langkah ini, 2 piston bergerak ke arah yang berbeda dalam silinder yang relatif sangat panjang.

Pergerakan piston ditransmisikan ke poros engkol, berputar dalam satu arah dan saling berhubungan oleh sistem roda gigi. Satu poros dipasang dengan fase tertentu relatif terhadap yang lain, sebagai akibatnya jendela knalpot terbuka terlebih dahulu a, dan kemudian lubang pembersihan terbuka b. Udara penghisap, yang disuplai oleh kipas yang digerakkan dari poros bawah, diarahkan ke dalam silinder melalui pipa c dan sejumlah besar lubang kecil b masing-masing diarahkan untuk mendapatkan gerakan rotasi udara di dalam silinder.

Selama langkah kompresi, lubang pembuangan dan pembuangan ditutup pada saat yang bersamaan, dan kompresi dimulai. Bahan bakar disuntikkan dari empat injektor d. Bahan bakar disuplai ke setiap silinder oleh dua pompa yang 2 nozel. Omong-omong, dalam proses pembuatan mesin ini, ada banyak masalah dengan piston dan ring. Dalam model ini, piston dilengkapi dengan bagian bawah yang berfungsi yang terbuat dari baja dan cincin obturator kontinu atas. Jelas, bagian bawah memiliki suhu yang sangat tinggi dalam operasi, yang, bersama dengan rasio kompresi yang tinggi, memastikan pengapian dan pembakaran bahan bakar yang cepat.

Bentuk ruang bakar yang sangat baik dengan rasio rendah dari permukaan pembuangan panas terhadap volume, pembakaran yang cepat dan sempurna memberikan mesin ini efisiensi yang tinggi. Mesin Yumo-5 berbeda dari Yumo-4 terutama dalam ukuran.

Saat ini, dapat dianggap bahwa kondisi pembakaran bahan bakar yang efisien di dalam silinder mesin pesawat bahan bakar berat telah cukup diperjelas. Hal ini diperlukan untuk menemukan skema desain dan fitur yang memungkinkan untuk mendapatkan bobot struktur yang rendah dan bentuk struktur yang sesuai baik untuk mesin itu sendiri maupun untuk pompa dan nozel, memberikan ketinggian maksimum, efisiensi mesin pesawat bahan bakar berat, keandalan dan, jika mungkin, berat jenis rendah.

Diperbarui Rabu, 11 Mei 2022 oleh Widya Kathy Nuraini

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *