Pytanie:
W jaki sposób zbyt szybkie zmniejszenie mocy silnika tłokowego może go uszkodzić?
Qantas 94 Heavy
2014-01-04 09:21:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W wielu miejscach stwierdzono, że należy powoli zmniejszać moc, aby zapobiec uszkodzeniu silnika. W zależności od tego, z kim rozmawiasz, niektórzy mówią, że powinieneś zmniejszyć ciśnienie w kolektorze o 1 cal na minutę, inni mówią, że dwa. Nie jestem jednak pewien, jak szybkie zmniejszenie mocy spowoduje uszkodzenie silnika, a jeśli to zrobisz, co by się stało. Czy ktoś mógłby to wyjaśnić?

Siedem odpowiedzi:
#1
+20
Lnafziger
2014-01-04 09:49:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Głównym problemem związanym ze zbyt szybkim zmniejszaniem mocy jest możliwość szokowego chłodzenia silnika. Nagły spadek mocy, szczególnie na dużych wysokościach, gdzie jest zimno, może spowodować gwałtowny spadek temperatury silnika, co może spowodować uszkodzenie głowic cylindrów.

Jednak teoria jest bardzo kontrowersyjna, ponieważ nie ma dowód, że chłodzenie powoduje problem, aw rzeczywistości silnik schładza się znacznie szybciej, gdy wyłączysz go pod koniec lotu. Bardzo dobry artykuł omawiający bardziej szczegółowe informacje na temat chłodzenia silników lotniczych znajduje się tutaj: fizyka i metalurgia „chłodzenia szokowego”.

Jednym z bardziej interesujących punktów, które omawia, jest to, że tylko około 12% ciepła wytwarzanego podczas spalania przechodzi przez blok i jest rozpraszane przez chłodzenie powietrzem (żebra chłodzące). Oznacza to, że większość ciepła i tak odprowadza się już gdzie indziej (największa część wychodzi z układu wydechowego), a „chłodzenie powietrzem” i tak nie robi tak dużej różnicy.

Jak zawsze, upewnij się, że przestrzegasz wszystkich zaleceń i ograniczeń producenta POH lub silnika w odniesieniu do chłodzenia silnika, CHT itp., ponieważ mogą oni mieć procedury również z innych powodów.

Nigdy nie poświęcałem zbyt wiele uwagi teorii chłodzenia szokowego dla przeciętnego samolotu GA. Wystarczy pomyśleć o wszystkich trenerach z wieloma silnikami, które regularnie wyłączają niekrytyczny silnik, prawdopodobnie dziesiątki razy dziennie. Jak często w tych silnikach pojawiają się problemy, których nie widzą inne silniki? Teraz, jeśli leciałeś silnikiem z turbodoładowaniem na wysokości 25 000 stóp i nagle szarpnąłeś przepustnicę do biegu jałowego, widziałem, jak to działa. Jeśli robiłeś to wielokrotnie, widziałem, że ma to bardzo zły efekt.
Mój TIO-540 podczas rejsu przy 30-calowym MP ma temperaturę na wlocie turbiny 300F CHT i 1550F dla turbosprężarki. To sprawia, że ​​jest to jeden z najgorętszych silników w GA. POH zaleca 5 minut, jeśli zostanie schłodzony przed wyłączeniem, aby zapobiec gromadzeniu się gorącego oleju w pobliżu turbosprężarki.Zazwyczaj pozwalam silnikowi pracować na biegu jałowym, aż wszystkie temperatury się ustabilizują, co oznacza, że ​​przy pracującym silniku więcej ciepła nie będzie się rozpraszać, a potem wciągam mieszankę.
Delikatnie zmniejszam też moc podczas zejścia do 20 "MP, w którym to momencie nie jest już gorąco (względnie), a potem się tym nie przejmuję. 10 minut to typowe zejście z typowych wysokości rejsowych u nastolatków na Prawdą jest, że 175-200 k. Nie możesz zejść na 30 "bez udania się na totemy Vne
Nie wiem, jaką wartość ma chłodzenie wstrząsowe, ale problem w tym, że cylindry stygną szybciej niż tłoki, co zmniejsza luz między nimi i zwiększa zużycie. Po wyłączeniu silnika tłoki nie poruszają się, więc nie ma to znaczenia.
#2
+14
voretaq7
2014-01-05 14:20:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Generalnie nie jestem fanem teorii chłodzenia szokowego, ale jestem fanem zasady „nie nadużywaj silnika”.

Silniki tłokowe mają dużo ruchomych części. Nagłe zmiany mocy, niezależnie od tego, czy są spowodowane zwiększaniem przepustnicy, czy jej zwalnianiem, powodują, że wszystkie te ruchome części zmieniają prędkość szybciej niż chcieliby tego bezwładność i życzliwość.

Jeśli chcesz być uprzejmy dla silnika, który otwiera lub zamyka przepustnica w rozsądnym tempie podczas normalnej pracy. Rozsądne różnice oczywiście - Generalnie 2-3 sekundy od biegu jałowego do pełnego otwarcia wydają się rozsądne w przypadku startów (możesz być nieco bardziej agresywny przy przywracaniu z przeciągnięcia po wyłączeniu zasilania, ale 1-2 sekundy na ponowne wciśnięcie przepustnicy nie powinno tak naprawdę) wpływają na regenerację).
Z drugiej strony rzadko trzeba przechodzić z całkowicie otwartej przepustnicy na bieg jałowy, ale podczas ćwiczeń w scenariuszach z wyłączeniem silnika lub podobnych zajmie to sekundę lub dwie, aby płynnie zmniejszyć moc z jazdy na biegu jałowym, a raczej niż zwykłe szarpanie za przepustnicę jest przyjemniejsze dla Ciebie i Twojego silnika.


Oczywiście wszystkie powyższe rady dotyczące bycia miłym dla silnika wychodzą przez okno w prawdziwej sytuacji awaryjnej - Twoim priorytetem jest bezpieczeństwo, bezpieczeństwo Twoich pasażerów i ludzi na ziemi.
Jeśli faktycznie przeciągniesz skrzydło, musisz przerwać start lub dzieje się cokolwiek innego, gdy Twoim pierwszym odruchem jest gwałtowna zmiana mocy, nie wahaj się, czy szybko wrzucić przepustnicę tam, gdzie potrzebujesz, a silnik może polubić lub wbijaj w bryłę, o ile robi to, co mu każą.

#3
+7
Frank
2015-08-26 17:33:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Myślę, że należy porzucić ideę chłodzenia szokowego jako pojedynczego zdarzenia, które spowoduje natychmiastowe pęknięcie cylindra. Zamiast tego należy myśleć o nim jako o cyklicznym zmęczeniu termicznym, w którym uszkodzenia materiału będą narastały w wyniku szeregu takich cyklicznych zdarzeń.

Cykle termiczne są nieodłączną częścią normalnego zużycia &a, które każdy silnik wysokoprężny musi wytrzymać i które ostatecznie skutkuje ograniczonym TBO zamiast nieskończonej żywotności silnika. Rozruch zimnego silnika, wyłączenie gorącego silnika lub duże zmiany ustawienia mocy należą do normalnego cyklu pracy. Określony TBO silnika domyślnie obejmuje pewną liczbę cykli termicznych tego rodzaju, które można utrzymać bez przedwczesnej awarii.

Producenci turbin, którzy mają do czynienia z podobnymi problemami ograniczającymi żywotność, przyjmują bardziej wyrafinowane podejście i wyraźnie uwzględniają zarówno liczba cykli, jak i liczba godzin pracy (ciągłej pracy) w okresie międzyprzeglądowym (= TBO). Ponadto uwzględnia się ciężkość różnych zdarzeń, stosując odpowiednie współczynniki wagi. Zimny ​​start np. kosztuje dłuższą żywotność silnika niż ciepły rozruch i dlatego ma wyższy współczynnik masy. Teraz powinna stać się oczywista analogia do kwestii chłodzenia szokowego. Ogólnie rzecz biorąc, każda redukcja mocy gorącego silnika po wznoszeniu z pełną mocą reprezentuje cykl zmęczenia cieplnego niektórych części silnika, ale ilość przyrostowych uszkodzeń spowodowanych przez ten cykl zmęczenia jest określana przez szereg czynników: Jak gorący jest silnik i jak szybko zmniejsza się moc. Jeśli zostanie to zrobione agresywnie, narastające uszkodzenia będą znacznie większe niż szkody spowodowane delikatną i stopniową redukcją mocy. W ten sposób silnik zużywa nieproporcjonalnie dużo swojego całkowitego czasu życia w porównaniu z bardziej ostrożną obsługą. Pęknięcie nie powstanie natychmiast, ale silnik, który jest regularnie traktowany w tak surowy sposób, z pewnością nie osiągnie pełnego TBO.

Kilka słów o fizyce zmęczenia cieplnego i pękania:

Liczy się nie sama szybkość chłodzenia, ale gradienty temperatury, które powstają podczas chłodzenia, tj. niejednorodność pola temperatury. Naprężenia termiczne są powodowane przez obszary w strukturze, w których swobodna rozszerzalność cieplna (lub skurcz) jest ograniczana przez silne gradienty temperatury. Silne gradienty temperatury są spowodowane szybkim nagrzewaniem lub szybkim chłodzeniem. W obu przypadkach wymagane są wysokie współczynniki przenikania ciepła. W przypadku szybkiego chłodzenia wysokie współczynniki przenikania ciepła to np. spowodowane silnym przepływem powietrza wewnątrz osłony w bezpośrednim następstwie dużej prędkości powietrza Sytuacja pogarsza się w regionach, w których łączą się materiały o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej (AL i stal) lub w miejscach o dużej koncentracji naprężeń (nacięcia, ostre narożniki Z drugiej strony podatność metalu na uszkodzenia zmęczeniowe zależy od bezwzględnego poziomu temperatury, przy której występują naprężenia termiczne. Ten sam gradient temperatury w gorącym kawałku metalu jest znacznie bardziej szkodliwy, niż gdyby metal był w chłodniejszym stanie.

Teraz mamy wszystkie składniki, aby lepiej zrozumieć, co naprawdę oznacza chłodzenie szokowe: silnik, który jest bardzo gorący po długim okresie wznoszenia z pełną mocą, podlega szybkiej redukcji mocy, a jednocześnie samolot jest rozpędzany do dużej prędkości (wyobraź sobie zejście holownika po holowaniu aero). Strumień powietrza wewnątrz osłony jest znacznie zwiększony, a silnik jest szybko (i niejednorodnie) schładzany. Powstały strumień ciepła indukuje gradienty temperatury i wynikające z tego naprężenia termiczne w konstrukcji. Podczas gdy dla większości konstrukcji te naprężenia termiczne są nieistotne, istnieje kilka miejsc ograniczających żywotność, takich jak gniazda zaworów wydechowych itp., Gdzie w wyniku tych naprężeń powstaje pewna ilość uszkodzeń zmęczeniowych. Rzeczywista wielkość uszkodzeń zmęczeniowych jest determinowana przez powagę zdarzenia, tj. Im cieplejszy silnik, tym agresywniejsza redukcja mocy po wznoszeniu i im szybsze przyspieszanie samolotu, tym więcej uszkodzeń zostanie wywołanych.

Wracając do mojego wstępnego stwierdzenia: nie wierzę w chłodzenie szokowe jako pojedyncze zdarzenie, które mogłoby spowodować pęknięcie głowicy cylindrów za jednym razem, ale zdecydowanie wierzę, że takie zdarzenia, jak opisane powyżej, pochłaniają nieproporcjonalną ilość żywotność silnika i przedwczesne pękanie jest bardzo prawdopodobne, jeśli tego rodzaju profil misji jest powtarzany zbyt często.

#4
+3
barit1
2014-12-12 20:44:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Gwałtowne zmiany przepustnicy? Samoloty spadochroniarskie widzą DUŻO chłodzenia szokowego i płacą za to w czasie remontu. A jeśli uważasz, że głowice cylindrów nie wydzielają dużo ciepła, spójrz, jak ewoluowały głowice cylindrów w latach 30-40. Późniejsze płetwy R-2800 są precyzyjnie obrobione, co jest przeciwieństwem wcześniejszych silników z odlewanymi żebrami.

A gwałtowne przyspieszenie przepustnicy może pożreć cię żywcem w niektórych samolotach z II wojny światowej. Wiele T-6 zabierało swoich pilotów w chwasty na pokładzie statku powietrznego. BT-13 lub PT-22 może się szybko toczyć, jeśli będziesz się spieszyć z gazem.

Pracowałem w centrum spadochronowym z napędem tłokowym przez 10 lat - niczego nie szokowaliśmy. Pilot zmniejsza moc na około minutę przed zrzutem i zamyka klapy maski. Temperatura silnika była dużo niższa przed szybkim zniżaniem. Nasze silniki zwykle przechodziły do ​​TBO bez zbyt wielu problemów.
Problemy T / O wynikają jednak z trudności w skompensowaniu nagłej zmiany momentu obrotowego, a nie z jakiegokolwiek problemu, jaki spowodowałby on w samym silniku.
Inną kwestią związaną z operacjami spadochronowymi w porównaniu z „normalnymi” operacjami jest to, że prawie cały czas na silniku spędza się na wznoszeniu, bez długich okresów rejsu (i stosunkowo mniejszego zużycia), jakie występuje w normalnym silniku.
#5
+2
Skip Miller
2014-12-14 08:29:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Silniki z przekładnią - te, w których silnik napędza śmigło przez skrzynię biegów, dzięki czemu silnik może obracać się z wyższymi obrotami niż śmigło - są również podatne na uszkodzenia, jeśli przepustnica zostanie zbyt szybko zmniejszona. Nigdy nie powinieneś latać tymi silnikami, aby śmigło napędzało silnik. Innymi słowy, przepływ powietrza przez śmigło próbuje napędzać silnik na wyższe obroty. Najwyraźniej skrzynie biegów nie są przystosowane do przenoszenia sił w tym kierunku.

Tak więc latając z silnikiem z przekładnią, przepustnicę należy powoli zmniejszać. Pomocne może też być odpowiednie użycie dźwigni sterującej śmigłem

Czy obejmuje to turbośmigłowce Garrett TPE331? Jeśli nie, to dlaczego nie?
rbp, nie wiem, czy jakikolwiek samolot turbośmigłowy ma ten problem. Być może ich konstrukcja jest solidniejsza. Miejmy nadzieję, że niektórzy kierowcy turbośmigłowców mogą to skomentować.
Czy skrzynie biegów w lotnictwie są o wiele bardziej delikatne niż skrzynie biegów do samochodów? Regularnie używam hamowania silnikiem podczas jazdy, co robi dokładnie to, co opisujesz, @SkipMiller,, z wyjątkiem tego, że koła obracają silnik zamiast śruby.
Robię to też w samochodzie. Myślę, że odpowiedź na twoje pytanie brzmi „tak”. W lotnictwie jest wiele opowieści o starych żonach (OWT), ale nigdy nie słyszałem o radach „nie pozwól, by śmigło napędzało silnik”, opisywanej jako OWT. Mam nadzieję, że niektórzy kierowcy silników z przekładnią mogą skomentować.
#6
  0
Guest
2015-03-21 00:13:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nigdy nie miałem problemów z silnikiem podczas opadania, ale miałem 2 awarie silnika krótko po starcie. Jedna pęknięcie głowicy cylindrów około 5 minut po starcie (C-150) i jeden zatarty zawór (C-172) mniej niż minutę po starcie.

Nie jestem pewien dokładnej przyczyny, ale Podejrzewam, że szybkie nagrzewanie silnika miało ten sam negatywny wpływ, ale w odwrotnej kolejności, chłodzenie szokowe.

Teraz upewniam się, że silnik jest ciepły (przez to, co jest dostępne ...) przed odlecieć. Na liście kontrolnej może być napisane „temperatura silnika na zielonym”, ale dlaczego nie pozwolić mu wspiąć się nieco dalej w kierunku środka greenu, aby pozwolić silnikowi nieco się rozszerzyć przed dodaniem pełnej mocy przy starcie? Silnik nadal nagrzewa się i rozszerza na biegu jałowym, a po włączeniu mocy startowej wkrótce się nagrzeje.

Być może większość naprężeń / uszkodzeń silnika ma miejsce przy starcie, a nie przy opadaniu.

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
view on stackexchange narkive permalink

W silnikach z turbodoładowaniem wirnik obraca się bardzo szybko (ponad 25 000 obr / min), ma bardzo małe tolerancje i działa w temperaturach EGT (ponieważ sprężarka jest napędzana spalinami).

Zgodnie z instrukcją M20M (turbo Mooney), silniki te muszą zostać poddane 5-minutowemu okresowi schłodzenia, aby olej nadal krążył w turbosprężarce i odprowadzał ciepło.

Sposób, w jaki latam tym samolotem, polega na zmniejszeniu mieszanki w tym samym czasie co moc na początku zniżania, aby utrzymać wysokie temperatury i zwiększyć mieszankę powoli podczas opadania, aby obniżyć temperaturę silnika. Następnie podczas wyłączania uruchamiam silnik z całkowicie cofniętą przepustnicą i pozwalam wszystkim temperaturom (CHT, EGT, olej i TIT) ustabilizować się. Gdy temperatura ustabilizuje się przy najniższym ustawieniu mocy, nie będzie już można odprowadzać ciepła z silnika.

enter image description here



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...