Domanda:
Come può la riduzione della potenza troppo rapida su un motore a pistoni danneggiarlo?
Qantas 94 Heavy
2014-01-04 09:21:30 UTC
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In molti luoghi è stato affermato che dovresti ridurre la potenza lentamente per evitare danni al motore. A seconda di chi parli, alcuni dicono che dovresti ridurre la pressione del collettore di 1 pollice al minuto, altri due. Tuttavia, non sono sicuro di quanto la riduzione rapida della potenza possa danneggiare un motore e, se lo fai, cosa succederebbe. Qualcuno potrebbe spiegare?

Sette risposte:
#1
+20
Lnafziger
2014-01-04 09:49:37 UTC
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La preoccupazione principale citata riguardo alla riduzione troppo rapida della potenza è che potresti raffreddare il motore. Un improvviso calo di potenza, in particolare ad altitudini elevate dove fa freddo, può causare un rapido abbassamento della temperatura del motore che può causare danni alle testate.

Tuttavia la teoria è molto controversa perché prova che il raffreddamento crea un problema, e infatti il ​​motore si raffredda molto più velocemente quando lo si spegne alla fine di un volo. Un ottimo articolo che approfondisce più nello specifico il raffreddamento dei motori degli aerei è qui: la fisica e la metallurgia del "raffreddamento d'urto".

Uno dei punti più interessanti di cui si discute è che solo il 12% circa del calore generato dalla combustione finisce per farsi strada attraverso il blocco e viene dissipato dal raffreddamento ad aria (alette di raffreddamento). Ciò significa che la maggior parte del calore sta già andando da qualche altra parte (la maggior parte esce dallo scarico) e il "raffreddamento ad aria" non fa comunque una grande differenza.

Come sempre, assicurati di seguire tutte le raccomandazioni e le limitazioni del tuo POH o del produttore del motore per quanto riguarda il raffreddamento del motore, i CHT, ecc. poiché potrebbero avere procedure anche per altri motivi.

Non ho mai messo molte scorte nella teoria del raffreddamento d'urto per l'aereo GA medio. Basti pensare a tutti i trainer multimotore là fuori che spengono regolarmente il motore non critico forse dozzine di volte ogni giorno. Quante volte quei motori sviluppano problemi non visti dagli altri? Ora, se stavi pilotando un motore turbo a 25.000 piedi e improvvisamente tirassi l'acceleratore al minimo, potrei vederlo avere un effetto. Se lo facessi ripetutamente, potrei vedere che ha avuto un effetto molto negativo.
Il mio TIO-540 in crociera a 30 "MP funziona con una temperatura di 300F CHT e 1550F di ingresso della turbina per il turbocompressore. Questo lo rende uno dei motori più caldi in GA. Il POH consiglia 5 minuti di raffreddamento prima dello spegnimento per evitare che l'olio caldo si accumuli vicino al turbocompressore. In genere lascio che il motore giri al minimo fino a quando tutte le temperature si stabilizzano, il che significa che non si dissiperà più calore con il motore acceso, quindi tiro la miscela.
Riduco anche delicatamente la potenza in discesa fino a 20 "MP che a quel punto non fa più caldo (relativamente), e quindi non preoccuparti. 10 minuti è una tipica discesa dalle tipiche altitudini di crociera negli adolescenti a 175-200 nodi veri. Non si può scendere a 30 "senza dirigersi comunque verso le corsie Vne
Non so quanto valore abbia il raffreddamento _shock_, ma il problema è che i cilindri si raffreddano più velocemente dei pistoni, il che riduce il gioco tra loro e aumenta l'usura. Quando spegnete il motore, i pistoni non si muovono, quindi non importa.
#2
+14
voretaq7
2014-01-05 14:20:21 UTC
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Io in genere non sono un fan della teoria del raffreddamento degli shock, ma sono un fan del "non abusare del tuo motore".

I motori a pistoni hanno molte parti mobili. Cambiamenti improvvisi di potenza, causati dall'avanzamento o dal ritardo dell'acceleratore, fanno sì che tutte quelle parti in movimento cambino velocità più velocemente di quanto l'inerzia e la gentilezza vorrebbero.

Se vuoi essere gentile con il tuo motore, apri o chiudi l'acceleratore a un ritmo ragionevole durante le normali operazioni. Ragionevole varia ovviamente - Generalmente 2-3 secondi dal minimo al massimo dell'acceleratore sembrano ragionevoli per i decolli (potresti essere un po 'più aggressivo nel ripristino dello stallo allo spegnimento, ma impiegare 1-2 secondi per spingere nuovamente l'acceleratore non dovrebbe davvero influenzare il tuo recupero).
D'altra parte, dovresti raramente passare dal pieno al minimo, ma quando ti eserciti in scenari di spegnimento del motore o simili, impiegare un secondo o due per ridurre gradualmente la potenza da crociera a inattivo piuttosto che tirare semplicemente l'acceleratore è più bello per te e il tuo motore.


Ovviamente tutti i consigli sopra sull'essere gentili con il tuo motore vanno fuori dalla finestra in una vera emergenza: la tua priorità è la tua sicurezza, la sicurezza dei tuoi passeggeri e la sicurezza delle persone a terra.
Se in realtà stai bloccando l'ala, o hai bisogno di interrompere un decollo, o qualsiasi altra cosa accade dove il tuo primo istinto è un rapido cambio di potenza, non farlo esita a mettere rapidamente l'acceleratore dove ti serve e il motore può piacere o raggruppalo finché fa ciò che gli viene detto.

#3
+7
Frank
2015-08-26 17:33:36 UTC
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Penso che si debba abbandonare l'idea del raffreddamento dell'ammortizzatore come un singolo evento che provocherà immediatamente la rottura di un cilindro. Invece si deve pensarlo come una fatica termica ciclica in cui il danno materiale verrà accumulato in modo incrementale attraverso un numero di tali eventi ciclici.

I cicli termici sono una parte intrinseca della normale usura & che qualsiasi motore IC deve sopportare e che alla fine si traduce in un TBO finito invece di una durata infinita del motore. L'avviamento di un motore freddo, l'arresto di un motore caldo o modifiche importanti nella regolazione della potenza appartengono a un normale ciclo di funzionamento. Il TBO specificato di un motore contiene implicitamente un certo numero di cicli termici di questo tipo che possono essere sostenuti senza guasti prematuri.

I produttori di turbine che hanno problemi simili che limitano la vita adottano un approccio più sofisticato e includono esplicitamente sia il numero di cicli che il numero di ore di funzionamento (servizio continuo) nel loro intervallo di manutenzione (= TBO) considerazioni. Inoltre, la gravità dei diversi eventi viene considerata applicando i rispettivi fattori di peso. Un avvio a freddo, ad es. costa più vita del motore rispetto a un avviamento a caldo e quindi ha un fattore di peso maggiore Ora l'analogia con il problema del raffreddamento dell'ammortizzatore dovrebbe diventare evidente. In generale, ogni riduzione di potenza di un motore caldo dopo una salita alla massima potenza rappresenta un ciclo di fatica termica per alcune parti del motore, ma la quantità di danno incrementale causato da questo ciclo di fatica è determinata da una serie di fattori: Quanto è caldo il motore e quanto velocemente viene ridotta la potenza. Se viene eseguito in modo aggressivo, il danno incrementale sarà significativamente maggiore del danno causato da una riduzione della potenza delicata e graduale. Pertanto il motore consumerà una quantità sproporzionata della sua vita totale rispetto a una gestione più attenta. Un crack non si formerà immediatamente, ma un motore trattato in modo così duro su base regolare sicuramente non raggiungerà il TBO completo.

Qualche parola sulla fisica della fatica termica e del cracking:

Non è la velocità di raffreddamento in sé che conta, ma i gradienti di temperatura che si creano durante il raffreddamento, cioè la disomogeneità del campo di temperatura. Le sollecitazioni termiche sono causate da regioni all'interno di una struttura in cui l'espansione termica libera (o ritiro) è vincolata da forti gradienti di temperatura. Forti gradienti di temperatura sono causati da un rapido riscaldamento o da un rapido raffreddamento. In entrambi i casi sono richiesti coefficienti di scambio termico elevati. In caso di raffreddamento rapido coefficienti di scambio termico elevati sono ad es. causato da un forte flusso d'aria all'interno della carenatura come conseguenza diretta di un'elevata velocità dell'aria, la situazione si aggrava nelle zone in cui si accoppiano materiali con coefficienti di dilatazione termica differenti (AL e acciaio) o in posizioni con elevate concentrazioni di sollecitazioni (tacche, spigoli vivi D'altra parte la suscettibilità di un metallo ai danni da fatica dipende dal livello di temperatura assoluta a cui si verificano le sollecitazioni termiche. Lo stesso gradiente di temperatura in un pezzo di metallo caldo è significativamente più dannoso che se il metallo fosse in uno stato più freddo.

Ora abbiamo tutti gli ingredienti per capire meglio cosa significa veramente raffreddamento d'urto: un motore che è molto caldo dopo un periodo prolungato di arrampicata a piena potenza subisce una rapida riduzione della potenza e contemporaneamente l'aereo viene accelerato ad una velocità elevata (immagina la discesa di un rimorchiatore dopo un rimorchio aereo). Il flusso d'aria all'interno della carenatura è notevolmente aumentato e il motore si raffredda rapidamente (e in modo disomogeneo). Il flusso di calore risultante induce gradienti di temperatura e conseguenti sollecitazioni termiche nella struttura. Mentre per la maggior parte della struttura queste sollecitazioni termiche sono insignificanti, ci sono alcuni punti limitanti la vita come le sedi delle valvole di scarico ecc. Dove una certa quantità di danni da fatica si sta evolvendo a causa di queste sollecitazioni. La quantità effettiva di danni da fatica è determinata dalla gravità dell'evento, cioè più caldo è il motore, più aggressiva è la riduzione di potenza dopo la salita e più veloce è l'accelerazione dell'aereo, più danni saranno indotti.

Venendo alla mia dichiarazione iniziale: non credo nel raffreddamento degli ammortizzatori come un singolo evento che potrebbe causare la rottura della testata in una volta sola, ma credo assolutamente che tali eventi come descritti sopra consumino una quantità sproporzionata di la durata del motore e il cracking prematuro sono molto probabili se questo tipo di profilo di missione viene ripetuto troppo frequentemente.

#4
+3
barit1
2014-12-12 20:44:19 UTC
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Cambiamenti rapidi dell'acceleratore? Gli aerei da paracadutismo vedono MOLTO raffreddamento d'urto e lo pagano al momento della revisione. E se pensi che le testate dei cilindri non dispongano di molto calore, guarda come si sono evolute le testate dei cilindri negli anni '30 -'40. Le pinne successive dell'R-2800 sono finemente lavorate, in netto contrasto con i motori precedenti con pinne fuse.

E il rapido avanzamento dell'acceleratore può mangiarti vivo su alcuni aerei della seconda guerra mondiale. Molti T-6 hanno portato i loro piloti nelle erbacce su TO. Il BT-13 o il PT-22 potrebbero schioccare se hai fretta con l'acceleratore.

Ho lavorato in un centro di paracadutismo a pistoni per 10 anni - non abbiamo raffreddato nulla. Il pilota allevia l'alimentazione circa un minuto prima della caduta e chiude i lembi del cappuccio. La temperatura del motore era molto più bassa prima della rapida discesa. I nostri motori di solito sono andati a TBO senza troppi problemi.
I problemi di T / O sono tuttavia dovuti alla difficoltà di compensare il cambio improvviso di coppia piuttosto che a qualsiasi problema che potrebbe causare al motore stesso.
Un altro problema con un'operazione di paracadutismo rispetto alle operazioni "normali" è che quasi tutto il tempo sul motore viene speso in salita, senza i lunghi periodi di crociera (e l'usura relativamente inferiore) che vede un normale motore.
#5
+2
Skip Miller
2014-12-14 08:29:07 UTC
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I motori a ingranaggi, quelli in cui il motore aziona l'elica attraverso un cambio in modo che il motore possa girare a regimi più elevati rispetto all'elica, sono anche suscettibili di danni se l'acceleratore viene ridotto troppo rapidamente. Non dovresti mai far volare questi motori in modo che l'elica stia guidando il motore. In altre parole, il flusso d'aria attraverso l'elica cerca di portare il motore a un numero di giri più alto. Evidentemente le scatole del cambio non sono costruite per portare le forze in questa direzione.

Quindi, durante il volo con un motore a ingranaggi, l'acceleratore deve essere ridotto lentamente. Anche un uso appropriato della leva di comando dell'elica può essere d'aiuto

Questo include i turboelica Garrett TPE331? In caso contrario, perché no?
rbp, non so se qualche turboelica presenta questo problema. Forse il loro design è più robusto. Si spera che alcuni driver turboelica possano commentare.
Le scatole del cambio dell'aviazione sono molto più fragili delle scatole del cambio delle automobili? Uso regolarmente il freno motore durante la guida, che fa esattamente quello che stai descrivendo, @SkipMiller, tranne che sono le ruote che fanno girare il motore invece dell'elica.
Lo faccio anche in macchina. Immagino che la risposta alla tua domanda sia "Sì". Ci sono un sacco di Old Wives 'Tales (OWT) nell'aviazione, ma non ho mai sentito parlare del consiglio "non lasciare che l'elica guidi il motore" descritto come OWT. Ancora una volta, spero che alcuni piloti di motori con cambio di velocità possano commentare.
#6
  0
Guest
2015-03-21 00:13:42 UTC
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Non ho mai avuto problemi al motore in discesa, ma ho riscontrato 2 guasti al motore subito dopo il decollo. Una crepa nella testata del cilindro circa 5 minuti dopo il decollo (C-150) e una valvola bloccata (C-172) meno di un minuto dopo il decollo.

Non posso essere sicuro della causa esatta, ma Sospetto che il rapido riscaldamento del motore abbia avuto lo stesso effetto negativo, ma in ordine inverso, del raffreddamento dell'ammortizzatore.

Ora, mi assicuro che il motore sia caldo (tramite ciò che è disponibile ...) prima decollare. La lista di controllo potrebbe dire "eng temp in the green", ma perché non lasciarlo salire un po 'più in alto verso il centro del green per consentire al motore di espandersi ancora un po' prima di aggiungere la massima potenza al decollo? Il motore ha ancora un po 'di riscaldamento ed espansione da fare quando è al minimo e sta per riscaldarsi rapidamente una volta applicata la potenza di decollo.

Forse la maggior parte delle sollecitazioni / danni al motore si verifica al decollo, non in discesa.

While this is interesting and related to thermal shock too, this doesn't answer the question.
#7
  0
rbp
2015-03-22 19:53:03 UTC
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Nei motori turbocompressi, la girante gira molto velocemente (25.000+ giri / min), ha tolleranze molto piccole e funziona a temperature EGT (poiché il compressore è azionato dai gas di scarico).

Secondo il manuale M20M (turbo Mooney), a questi motori deve essere concesso un periodo di raffreddamento di 5 minuti per garantire che l'olio continui a circolare attraverso il turbo e porti via il calore.

Il modo in cui volo questo aereo è ridurre la miscela contemporaneamente alla potenza all'inizio della discesa, al fine di mantenere alte le temperature e aumentare la miscela lentamente durante la discesa per abbassare le temperature del motore. Quindi, allo spegnimento, faccio girare il motore con l'acceleratore completamente indietro e lascio che tutte le temperature (CHT, EGT, olio e TIT) si stabilizzino. Una volta che le temperature si sono stabilizzate alla potenza più bassa, non è più possibile estrarre calore dal motore.

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Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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