MOTOARE DE AVION

MOTOARE DE AVION

Dorinta oamenilor de a zbura s-a manifestat inca din secolul 9 cand Abbas lbn Firnas a incercat sa zboare pentru prima oara cu un planor . Visul lui Leonardo da Vinci de a zbura in secolul 15 sa regasit in cateva proiecte dar el nu a incercat niciodata sa le puna in aplicare .Abia la sfarsitul secolului 18 in Europa industrializata au aparut primele incercari serioase de a zbura incapand cu baloanele cu aer cald in 1783 , continuand cu pionierul Otto Liliental in 1891 care a fost primul om care a avut mai multe incercari reusite de a zbura cu un planor nemotorizat si in final in 1903 fratii Wright care au reusit pentru prima oara in istorie sa ridice de la sol un aparat de zbor motorizat mai greu decat aerul .

Inca de la inceputurile zborului motorizat principala problema a arhitectilor zborului a fost greutatea foarte mare a motoarelor. Din aceasta cauza trebuia inventat un motor care sa vina cu raportul greutate putere echilibrat astfel incat sa poata ridica de la sol un aparat de zbor plus pasagerii aferenti .De aceea pana la aparitia motorului Otto sau motorului in 4 timpi in 1876 acest lucru era practic imposibil pentru ca motoarele cu abur erau foarte maru si foarte grele si nu aveau suficienta putere pentru a ridica un aparat de zbor . In urmatorii 10 ani 30000 de astfel de motoare au fost vandute ele fiind o alternativa excelenta la batranul si greoiul motor cu aburi.

Motorul cu ardere interna este motorul care transforma energia chimica a combustibilului care arde in interiorul motorului, in energie mecanica,prin transformarea energiei calorice rezultate in camera de ardere in miscare mecanica rectilinie ciclica si apoi in miscare de rotatie uniforma obtinuta la arborele cotit. Arderea combustibilului produce energie calorica in cilindrii motorului.Pentru obtinerea energiei calorice necesare se foloseste combustibilul lichid ca benzina, motorina sau gazul lichefiat.Oxigenul necesar arderii se obtine din aerul atmosferic.Combustibilul care in amestec cu aerul este ars se cheama carburant iar amestecul dintre carburant si aer se numeste amestec carburant.

Sunt 3 grupe mari de motoare cu ardere interna :

----Motoarele cu ardere interna cu piston FIG 1 ROLLS ROYCE

----Motoarele cu ardere interna rotative

Motoarele cu combustie interna rotative sunt utilizate pe scara mai redusa datorita problemelor tehnologice mari si a fiabilitatii mai scazute. Cel mai cunoscut tip de motor cu combustie interna rotativ este motorul Wankel. Fig 2

----Motoarele cu reactie FIG 3 Engine.f15

Motoarele in 4 timpi

Motorul Otto sau motorul in 4 timpi este probabil cel mai utilizat aflandu-se pe majoritatea autovehiculelor care circula pe drumurile din zilele noastre .

Ciclul de functionare este compus din 4 faze

A) Admisia

B) Compresie

C) Ardere

D) Evacuare

1. Cand pistonul se misca in jos supapa de admisie se deschide si lasa inauntru amestecul de combustibil. In acest timp supapa de evacuare este inchisa.

B. Supapa de admisie se inchide si cu pistonul mergand in sus amestecul se compreseaza (ambele supape sunt inchise).

C. Scanteia de la bujie se produce si amestcul compresat forteaza pistonul in jos (ambele supape sunt inchise)

D. Supapa de evacuare se deschide si gazele ies impinse de pistonul care se deplaseaza in sus.

In general motoarele mai mari in 4 timpi au mai mult de un cilindru , au aranjate in moduri diferite axa cu came , pot avea injectie, carburatie,turbo, mai multe valve pe fiecare cilindru dar niciuna din aceste caracteristici nu schimba principiul de baza a functionari.

Motoarele de aviatie cu piston a cunoscut I trecut o dezvoltare foarte mare , dar cu toate acestea ele nu puteau asigura zboruri comerciale la viteze si inatimi mari .Nici un avion cu piston nu a depasit niciodata viteza sunetului (1225 km pe ora). De aceea motoarele cu piston au fost inlocuite cand a aparut motorul cu turbina care este net superios din punct de vedere al performantelor

Din punct de vedere al dispunerii cilindrilor motoarele de aviatie se claifica in :

Motoare cu cilindrii in linie

Motoare cu cilindri opusi

Motoare cu cilindrii in V

Motoare cu cilindrii in stea

Cele mai utilizate motoare cu piston in aviatie sunt cele cu cilindrii opusi raciti cu aer . Acestor motoare le-au fost aduse imbunatatiri cum ar fi supra-alimentare cu turbocompreosare , injectie pe benzina , aprindere electronica ,comsum redus de carburant . Aceste motoare au siguranta si fiabilitate marita si costuri de intretinere mult mai reduse dacat la motoarele cu turbina , de aceea aceste motoare sunt foarte mult folosite pentru avioanele de clasa mica .Datorita faptului ca aceste motoare au un gabarit redus , putere mare si sunt racite cu aer funtionarea la sol la regimuri ridicate si durate mari este limitata dar pe durata zborului asigura parametri declarati ale avand posibilitatea sa functioneze intr-o gama larga de conditii meteorologice datorita echiparii cu o serie de sisteme speciale pentru corectarea amestecului de benzina aer pentru zborul la inatime , dispozitive pentru pentru zbor in conditii de givraj, sisteme pentru reglarea automata a turatiei motorului,pastrarea temperaturii motorului si a uleiului, aprindere dubla independenta de instalatia avionului prin magnetouri care sunt mici generatoare electrice de curent alternativ, folosite pentru producerea scanteilor electrice necesare aprinderii amestecului combustibil la motoarele cu aprindere electrica

Motorul este construit din mai multe elemente fixe si mobile

Elemente mobile : piston, biela , supape, arbore cotit, reductor , roti dintate ,etc

Elemente fixe : cilindrii, carcase, etc

Sisteme funtionale : carburatie, ungere , racire si agregate auxuliare

Pistonul : serveste la transmiterea fortei rezultate din preiunea gazeor de ardere catre arborele cotit prin intermediul bielei. Este echpat cu segmenti de atansare si sgementi de

ungere

.

Biela : este piesa prin intermediul careia se transforma miscarea de translatie a pistonului in miscare de rotatie a arborelui cotit

Arborele Cotit (vibrochen) : este piesa de baza a motorului pentru transmiterea preisunii gazelor de ardere din cilinfru preluate prin intermediul pistonului si bielei la elice sub forma de putere mecanica .Arborele cotit actioneaza diferiet mecanisme si agrgate ale motorului , pentru instalatia de ulei, combustibil, regulator elice, generator curent,etc cu ajutorul rotilor dintate

Reductorul este un mecanism cu roti dintate care reduce turatia intre motor si elice . Acest lucru este necesar la motoarele cu turatie ridicata ca varful palelor elicei la viteza maxima sa nu atinga viteza sunetului.

Supapele de admisie si supapele de evacuare asigura la fiecare doua rotatii ale vibrochenului umplerea cilindrului cu amestec de aer si evacuatea cilidrului de catre gazele de ardere.

Elicea : avand o forma aerodinamica speciala , transforma cu ajutorul fortelor aerodinamice puterea de rotatie primita de la arborele cotit al motorului in forta de tractiune care la randul ei asigura miscarea avionului .

SISTEMELE FUNCTIONALE:

1. Sistem de ungere

Sistemul de ungere are ca sarcini reducerea frecarii si uzurii, racire si curatire interioara , protectie anticoroziva si asigurarea uleiului pentru automate

2. Sistem de admisie aer si carburatie

Sistem de admisie aer si carburatie pentru formarea amestecului optim intre benzina si aer si in toate conditiile de zbor si asigurarea conditiilor de aprindere si ardere normala in cilindru

3. Sistem de supra-alimentare motor

Sistem de supra-alimentare motor cu aer in vederea pastrarii puterii motorului la unaltimi mari de zbor . Se folosesc compresoare de aer sau turbo-compresoare

4. Sistem de racire motor

Sistem de racire motor pentru asigurarea temperaturii optime de functionare in zbor si evitarea aparitiei detonatiei la motor

5. Sistem de aprindere/sistem pornire

Sistem de aprindere/ sistem pornire pentru asigurarea functionalitatii independente a motorului de instalatia avionului

6. Elicea

Elicea folosind principiile din legea a 3a lui Newton si din aerodincamica produce o forta de tractiune prin accelerarea unei mase relativ mari de aer spre inapoi. Pentru viteze si inaltimi mari de zbor se utilizeaza elici speciale cu reglare automata

MOTOARE CU TURBINA

Motorul cu turbina cunoscut in aviatie sub denumirea de motor reactie a aparut in prima jumatate a secolului 20. Au existat mai multi pionieri ai motorului cu reactie printre care englezul Frank Whittle (1930 Gloster Model E28/39 viteza370 mph), germanii Hans von Ohain and Max Hahn (avionul de lupta ME262, viteza 500MPH), italianul Secundo Campiri (Caproni-Campiri CC-2, viteza-doar 205mph) si nu in ultimul rand Henri Coanda care cu sprijinul inginerului Gustave Eiffel si savantului Paul Painlevé, care l-au ajutat sa obtina aprobarile necesare, Henri Coanda a efectuat experimentele aerodinamice prealabile si a construit in atelierul de carosaj al lui Joachim Caproni primul avion cu propulsie reactiva (de fapt un avion cu reactie, fara elice, numit conventional Coanda-1910) pe care l-a prezentat la al doilea Salon international aeronautic de la Paris (1910).

In timpul unei incercari de zbor din decembrie 1910, pe aeroportul Issy-les-Moulineaux de langa Paris, aparatul pilotat de Henri Coanda a scapat de sub control din cauza lipsei lui de experienta, s-a lovit de un zid de la marginea terenului de decolare si a luat foc. Din fericire, Coanda a fost proiectat din avion inaintea impactului, alegandu-se doar cu spaima si cateva contuzii minore pe fata si pe maini. Pentru o perioada de timp, Coanda a abandonat experimentele datorita lipsei de interes din partea publicului si savantilor vremii.

Coanda-1910

Motorul cu turbina este compus in principal din trei componente de baza

1.Compresorul

2.Camera de ardere

3.Turbina

1.Compresorul situat in partea frontala a motorului absoarbe aerul din atmosfera prin priza de aer a motorului ,il comprima si livreaza debitul de aer necesar in camera de ardere .

Exista 2 tipuri de compresoare

a)      centrifugal

b)      axial

Compresorul centrifugal este format dintr-un rotor realizeaza comprimarea aerului prin folosirea fortelor centrifugale .

Compresorul axial este format dintr-un numar de trepte cu palete mobile (rotor)si palete fixe (stator)

Ambele tipuri de compresoare sunt puse in miscare de catre turbina prin intermediul unor arbori de legatura.

2. Camera de ardere

In camera de ardere intra aerul de la compresor si combustibilul injectat , se realizeaza amestecul, aprinderea celor doua fluide la presiune constanta ,dirijand fluxul de gaze calde cu viteza mare catre turbina .

3. Turbina este formata din unul sau mai multe etaje de palete fixe sau mobile similare cu cele de la compresor si are rolul de a abosorbi suficienta energie de la curentul de gaze calde si de a o converti in energie mecanica suficienta pentru a roti compresorul si echipamentele motorului.

Ciclul de lucru al motorului cu turbina se aseamana cu cel al motorului cu piston in patru timpi, dar in cazul motorului cu turbina, arderea are loc la presiune constanta in timp ce la motorul cu piston, arderea are loc la volum constant. Studiul ambelor cicluri arata ca in fiecare caz exista: ADMISIE, COMPRESIE, ARDERE si EVACUARE. La motorul cu piston, ciclul este intermitent, pistonul fiind partea implicata in toti cei patru timpi. Dimpotriva, motorul cu turbina, are un ciclu continuu cu un compresor separat, un sistem de ardere, un sistem de evacuare si turbina. Ciclul continuu si absenta pieselor reciproce, dau o functionare mai lenta a motorului si fac posibil ca o cantitate mare de energie sa fie folosita pentru obtinerea randamentului propulsiv.

Exista 4 tipuri principale de motoare cu turbina

1.Turboreactoarele

2.Turboventilatoarele

3.Turbopropulsoarele

4.Turbomotoarele

1.Turboreactoarele sunt cele mai simple si mai vechi motoare fiind folosite la avioane de mare viteza la care suprafata frontala relativ mica si viteza mare de avacuare a gazelor este un avantaj.Turbina extrage de la curentul de gaze numai energia necesara pentru rotirea compresorului , lasand energia ramasa sa produca o tractiune cat mai mare

2.Turboventilatorul este cel maio raspandit tip de motor cu tubina folosit de avioanele de astazi . O parte din aerul care intra in motor este comprimat si introdus in camera de ardere urmand un flux corespunzator motorului turboreactor producand o parte relativ mica din tractiunea motorului (partea calda). Debitul de aer ramas este antrenat de ventilator nu trece prin motorul propriu zis si produce cealalta parte princip-ala de tractiune a motorului(partea rece). Datorit randamentului ridicat al ventilatorului se obtine o tractiune superioara si un consum redus de combustibil , cea ce face din turboventilator un motor perfect atat pentru avioanele civile cat si pentru cele militare.

3.Turbopropulsorul este un turboreactor care are o turbina suplimentara care foloseste energia ramasa de la gazele de evacuare pentru elicea motorului. Turbina de putere pune in miscare de rotatie elicea prin intermediul unui reductor si al unui arbore port-elice. Turbopropulsorul este un sitem de prpulsie foarte eficiet pentru viteze si inatimi de zbor relativ mici . Dezvoltari actuale ale tehnologiei elicilor demonstreaza fezbilitatea unei noi generatii de motoare de mare viteza cu elice.

4.Turbomotorul este un turbopropulsor fara elice , in acest caz turbina de putere este cuplata la un reductor sau direct printr-un arbore care face legatura cu rotorul de la elicopter. Ca si la turbopropulsor turbina de putere absoarbe cat mai mult de la energia ramasa la gazele de evacuare ,tractiunea reziduala directa a fluxului de gaze fiind foarte mica.