موتورهاي پيستوني

[ریپورتر]

دانستن اصول كلي كاركرد موتور هواپيما براي خلبانان از اين نظر داراي اهميت است كه به آنها كمك ميكند كه بصورت بهينه تري از موتور هواپيما كار بكشند و نتيجتا عمر مفيد موتور را افزايش داده وباعث جلوگيري از از دست دادن موتور( engine fail) در حال پرواز شود.



حال بر اين مبنا به توضيحاتي كلي درباره موتورهاي پيستوني ميپردازيم:

اصول كار موتورهاي پيستوني:يكي از انواع موتورهاي پيستوني كه كار برد زيادي در هواپيما هاي تك موتوره دارد موتورپيستوني رفت وبر گشتي مي باشد .اين نوع موتور تقريبآ مشابه موتورهاي اتومبيل كار مي كند.
اما با سه اختلاف مهم:
1- اكثر موتورها در هواپيما بوسيله جريان هوا خنك مي شوند.اين مسئله باعث عدم نياز به يك رادياتور وخنك كننده و در نتيجه كاهش وزن هواپيما مي شود وبالا رفتن ضريب ايمني نسبت به موتورهايي كه با سيستم مايع خنك مي شوند نيز از مزاياي ديگر اين روش مي باشد زيرا دراين نوع موتورها از دست رفتن سيستم خنك كننده مايع معمولا باعث توقف كامل موتور مي شود.
2- در موتورهواپيما از يك سيستم احتراقي وجرقه زن دوگانه(dual ignition system) استفاده مي شود كه در آن هر سيلندر داراي دو جرقه زن يا spark plug بوده واين مسئله باعث افزايش توان احتراقي موتور شده ضمن اينكه اگر يكي از سيستم هاي جرقه زن از كار بيافتد سيستم دوم مي تواند به كار خود ادامه داده وموتوررا روشن نگه دارد (اما با توان كمتر)
3- در هواپيما به اين دليل كه موتور بايد در ارتفاعات مختلف از سطح دريا ودر نتيجه فشردگي هواي متغير كار كند يك سيستم كنترل سوخت در اختيار خلبان قرار دارد(mixture control) كه وظيفه آن تنظيم مقدار سوخت تزريقي به موتورنسبت به تراكم هوا ونتيجتآ متناسب نگه داشتن مخلوط سوخت به هوا (air to fuel ratio)جهت كار كرد بهينه موتور مي باشد.


سيكل چهار زمانه

يك موتور پيستوني داراي چهار مرحله كار كرد مي باشد:
كشش هوا به داخل (suction-intake): در اين مرحله پيستون درون سيلندر به سمت پايين حركت كرده ومخلوط سوخت وهوا را از طريق شير يكطر فه مربوط به آن به درون سيلندر مي كشد.

فشرده سازي (compression) : در اين مرحله در حالي كه هردو شير يكطرفه مربوط به ورود و خروج مخلوط سوخت بسته مي ماند پيستون درون سيلندر به سمت بالا حركت كرده ومخلوط را فشرده مي كند.
توليد نيرو (power) : در اين مرحله يك سيگنال الكتريكي از طريق سيستم احتراق باعث جرقه زدن جرقه زن ها(spark plug) درون سيلندر شده وباعث احتراق مخلوط سوخت وهوا گريده و احتراق به بنوبه خود باعث افزايش ناگهاني حجم سوخت آتش گرفته شده وپيستون را با فشار به سمت پايين درون سيلندر ميراند اين حركت پيستون باعث چرخش ميل لنگ (crank shaft) ودر نتيجه چرخش ملخ مي شود.

خروج مواد سوخته شده (exhaust) : هنگامي كه پيستون به پايين ترين نقطه در سيلندر رسيد ، شير خروج (exhaust valve) باز شده وبرگشت دوباره پيستون به سمت بالا باعث خروج مخلوط سوخته شده يا دود از سيلندر مي شود.

http://www.moller.com/files/compare.jpg

درتمام سيلندرها به ترتيب وبا اختلاف زماني نسبت به يكديگر چهار مرحله فوق اجرا شده بطوريكه درهر زمان حداقل يكي از سيلندرها در حال توليد نيرو يا به عبارت ديگر در مرحله سوم (power generation) قرار دارد.ادامه دارد...

[ریپورتر]

كاربراتور وتزريق سوخت:Carburator and injector
در اكثر موتورهاي پيستوني انتقال مخلوط سوخت و هوا به سيلندر بوسيله كا ربراتوريا سيستم تزريق سوخت انجام مي شود .وظيفه كاربراتور مخلوط كردن سوخت وهوا قبل از ورود به سيلندر مي باشد.سيستم كاربراتوري معمولآ در موتورهاي كوچك تر استفاده مي شود چون نسبتآ داراي قيمت كمتري است اما در موتورهاي بزرگ تر از سيستم تزريقي (injection) استفاده مي شود كه در آن سوخت به طور مستقيم به درون سيلندر پاشيده شده وعمل تركيب هوا وسوخت در مرحله كشش هوا به داخل (intake) انجام ميشود.

سيستم احتراقي:
وظيفه سيستم احتراقي توليد جرقه جهت احتراق مخلوط سوخت در سيلندر ميبا شد . در اكثر موتورها در هواپيما هاي مدرن جهت توليد جرقه از دستگاهي به نام مگنتو(magneto)استفاده مي شود . اگرچه اين سيستم به پيشرفتگي سيستمهاي احتراقي الكترونيكي در اتومبيل هاي پيشرفته جديد نيست اما مزايايي دارد كه باعث استفاده از آنها در موتورهاي هواپيما گرديده است.
اول اينكه سيستم مگنتو جرقه هاي داغ تري(hot spark) نسبت به سيستم مبتني بر باطري اتومبيل براي موتورهاي با دور بالا توليد مي كند.
وديگر اينكه اين سيستم هيچ وابستگي به منبع نيروي خارجي مانند باطري يا ژنراتوريا آلترناتور ندارد.

براي روشن كردن موتور، خلبان بايد استارتر را كه نيروي خود را از باتري ميگيرد فعال كرده تا ميل لنگ (crankshaft) به چرخش درآيد. مگنتو ها نيز همراه با ميل لنگ به چرخش درآمده واز طريق جرقه زن ها(sparker) توليد جرقه در هر سيلندر كرده و پس از روشن شدن موتور، استارتر از مدار خارج ميشود. از اين مرحله به بعد ديگر باتري ها هيچ نقشي در روشن ماندن موتور نخواهند داشت. بنا براين در صورت خاموش نمودن سوييچ باتري موتور همچنان به كار خود ادامه خواهد داد.

در اكثرهواپيماها موتورهاي پيستوني مجهز به سيستم احتراق دو گانه هستند (dual ignition system) كه در آن دو عدد مگنتو جريان الكتريكي لازم براي جرقه زن هاي هر سيلندر را توليد ميكنند يعني هر مگنتو يك گروه از جرقه زن ها را تغذيه ميكند. در هواپيماهايي نظير Cessna skyhawk 172 پنل استارت كه با نام مگنتو مشخص شده است داراي يك سوييچ پنج حالته شامل حالت هاي START,BOTH,L(left),R(right),OFF ميباشد. زماني كه سوييچ بر روي L ياR باشد تنها يكي از مگنتوها و نتيجتا يك گروه از جرقه زن ها در مدار قرار ميگيرند وزماني كه سوييچ بر روي حالتBOTH باشد هر دو مگنتو و هر دو گروه جرقه زن در مدار قرار ميگيرند.

مزاياي سيستم احتراق دو گانه:
- در صورت از كار افتادن يكي از مگنتوها يا قطع شدن مدارآن، مگنتوي ديگر به كار خود ادامه داده وميتواند موتور را روشن نگه داشته تا خلبان هواپيما را در يك حالت ايمن فرود آورد.
- مزيت ديگر اينست كه استفاده از دو جرقه زن در هر سيلندر باعث بهبود عمل احتراق وسوختن سريع تر و كامل ترمخلوط سوخت شده وبازدهي كار موتور را افزايش ميدهد.

كار كردن با سيستم Ignition :
معمولا خلبان بايد پس از روشن كردن موتور كليد استارت را بر روي حالت BOTH قرار داده و در حال پرواز نيز در همان حالت نگه دارد و پس از خاموش كردن موتور نيز آنرا بر روي حالت OFF قرار دهد. در صورتي كه خلبان كليد را پس از خاموش كردن موتور بر روي BOTH يا R ياL باقي بگذارد در صورت چرخيدن ملخ به هر دليل (البته به همراه باز بودن مخلوط سوخت) موتور، استارت شده و روشن ميگردد.(بدليل اينكه مگنتوها با چرخش توليد برق كرده وجرقه زن ها را تغذيه ميكنند)


چك قبل از پرواز(before takeoff check):
جهت اطمينان از كاركرد هردوسيستم Ignition،خلبان قبل از پرواز بايد تك تك حالتهاي R وL را آزمايش كند.دستورالعمل كار بدين صورت است كه دور (RPM) موتور هواپيما ابتدا بايد بر روي یک rpm تنظيم شود، سپس سوييچ استارت از حالت BOTH بهR و از R بهBOTH ودوباره ازBOTH به Lو نهايتا ازL بهBOTH تغيير حالت داده شود. در حالت هاي انتقال از BOTH بهL ياR كاهش كمي(معمولا 50) در دور موتور ديده ميشود. در صورتيكه مگنتوها به طور صحيح كار كنند اين كاهش دور موتور نبايد بيش از حدود 75rpm باشد

[ریپورتر]

خاموش كردن موتور(Engine shut down):
جهت خاموش كردن موتور ابتدا بايد اهرم كنترل مخلوط سوخت(mixture) را به سمت حالت idle cutoff حركت دهيم تا موتور كاملا خاموش شده و ملخ از حركت بايستد سپس كليد استارت را برروي OFF قرار دهيم.اين كار باعث اطمينان از عدم وجود باقيمانده سوخت در سيلندرها و استارت ناخواسته موتور ميگردد.


كنترل موتورهاي پيستوني:
در موتورهاي پيستوني معمولا جهت كنترل موتور از دو يا سه اهرم كنترل استفاده ميشود.
اهرم throttle كه مستقيما موتور را كنترل ميكند،اهرم propeller كه جهت كنترل دور موتور (RPM) مورد استفاده قرار ميگيرد و اهرم
mixture control كه جهت تنظيم مخلوط سوخت و هواي متناسب با ارتفاع پرواز هواپيما كاربرد دارد.
همچنين در موتورهاي كاربراتوري يك سيستم گرمكن يا carburetor heat جهت جلوگيري از يخ زدن مجراي ورودي كاربراتور استفاده ميگردد . در موتورهاي با قدرت 200 اسب بخار به بالا نيز معمولا از سيستم خنك كننده اي بنام cowl flap استفاده ميگردد.اين سيستم شامل دريچه ايست كه خلبان با بازو بسته كردن آن مقدار هواي عبوري از روي موتور را جهت خنك كردن آن كنترل ميكند.
باز كردنcowl flap خصوصا در زمان كاركرد موتور با قدرت بالا مانند زمان takeoff يا صعودهاي (climbs)مداوم داراي اهميت زيادي ميباشد.

http://www.aerotraining.com/html_gif/mixture_controls.jpg
ملخ(propeller):
موتورهاي پيستوني معمولا به دو نوع سيستم ملخ متصل ميشوند :ملخ هاي با زاويه شيب ثابت و ملخ هاي با دور ثابت.
ملخ هاي با زاويه شيب ثابت(fixed pitch):اين نوع ملخ ها مستقيما به ميل لنگ موتور(crank shaft) متصلند وبنابراين با همان سرعت موتور در حال چرخش هستند. در اين حالت انتقال نيرو مانند جعبه دنده (gear box) تك دنده اي انجام ميگردد.
در اين پيكر بندي ، راندمان پايين بوده اما ساده بودن سيستم مزيت اصلي آن محسوب ميگردد. تنها نمايشگر (gauge) مورد نيازدر اين سيستم نمايشگر دور موتور ميباشد.
ملخ هاي با سرعت چرخش ثابت(constant speed):در طراحي سيستم اين نوع ملخ از دستگاهي بنام governor استفاده گرديده است . كارgovernor تنظيم زاويه تيغه هاي ملخ (propeller) در حال پرواز است بطوريكه سرعت چرخش ملخ بر روي مقداري كه خلبان درخواست ميكند،ثابت نگه داشته شود. اين سيستم ملخ از بازدهي بالاتري نسبت به سيستم شيب ثابت برخوردار است بدين علت كه خلبان ميتواند در مواقعي كه به دور بالاي موتور نياز است مانند زمان بلند شدن (takeoff) دور موتور را بوسيله اهرم propeller برروي دور بالا يا ماكزيمم




قرار داده و در مواقعي كه نيازي به دور بالا نيست، آنرا برروي مقدار مورد نياز قرار دهد.
در سيستم ملخ با زاويه ثابت (fixed pitch) كنترل موتور بسيار ساده است به اين ترتيب كه خلبان با جلوبردن اهرم گاز(throttle) قدرت ودور موتور را افزايش داده وبا عقب كشيدن آن دور موتوررا كاهش ميدهد.نكته اي كه اهميت زيادي دارد اينست كه با افزايش سرعت هواپيما (air speed) دورموتور تمايل به زيادشدن دارد كه خلبان بايد جهت نگه داشتن آن در محدوده(range)مجاز كه برروي نمايشگر دور موتور درجه بندي شده است،اهرم گازرا به تناسب حركت دهد.
درسيستم ملخ بادورثابت (constant speed) كنترل موتور كمي پيچيده تر است. دراين سيستم قدرت موتور بوسيله اهرم گاز (throttle) ودورموتور بوسيله اهرم propeller كنترل ميشود وهر كدام از اين دومشخصه(قدرت موتورودورموتور) داراي نمايشگر مربوط به خود ميباشند.




منبع:http://aerospacetalk.ir