Sistemul de răcire al motorului
Când discutăm despre Cunoaşterea avionului ultrauşor, este extrem de important să înțelegem necesitatea utilizării sistemelor de răcire pentru motoarele cu piston.
Căldura excesivă este întotdeauna nedorită, atât în cazul motoarelor cu piston cât şi a celor reactive. În absenţa sistemelor de răcire, aceste motoare vor suferi daune majore după un anumit timp de funcţionare, ştiut fiind că funcţionarea lor se bazează pe transformarea căldurii în energie.
Aşa cum am văzut în postările anterioare, motorul cu ardere internă este un dispozitiv care convertește energia chimică a combustibilului în energie mecanică, care este livrată, mai apoi, arborelui cotit.
Această transformare se petrece cu o pierdere importantă de energie, astfel încât, chiar și cele mai eficiente motoare de avion pierd 60 până la 70% din energia generată de combustibil, mare parte din aceasta disipându-se în aer, sub formă de căldură reziduală.
În lipsa unui sistem care să preia şi să disipe această căldură reziduală, cilindrii pot deveni suficient de fierbinți pentru a se putea distruge complet.
Excesul de căldură care apare la funcţionarea unui motor cu ardere internă trebuie îndepărtat din următoarele considerente:
1. Afectează în mod negativ procesul de ardere al amestecului carburant, prin apariţia fenomenului de detonare.
2. Slăbeşte şi scurtează durata de viaţă a pieselor motorului.
3. Împiedică lubrifierea.
4. Măreşte uzura generală a motorului în timp.
În cazul unui motor de avion cu ardere internă tipic, jumătate din căldură se elimină prin gazele de ardere, restul fiind absorbită în motor.
Circuitul de ulei preia o parte din această căldură și o transferă în aer, prin intermediul radiatorului de ulei. Restul căldurii se disipă cu ajutorul sistemului de răcire al motorului.
Într-un motor, cilindrii sunt nişte componente cu dimensiuni destul de mari. Chiar şi aşa, suprafața lor exterioară nu este suficient de mare pentru o disipare eficientă a căldurii.
Din acest motiv, suprafaţa lor este mărită prin utilizarea aripioarelor de răcire, dispuse pe exteriorul cilindrilor. O astfel de soluţie tehnică mărește în mod substanţial transferul de căldură.
Marea majoritate a motoarele cu piston pentru aviaţie sunt răcite cu aer, excepţie făcând unele motoare Diesel şi o parte dintre motoarele care echipează aeronavele ultrauşoare, care folosesc un sistem de răcire mixt, atât cu aer cât şi cu lichid.
Avantajul major al unui sistem de răcire cu lichid este acela că motorul este menținut permanent la o temperatură aproximativ constantă, asigurând astfel o răcire mai uniformă.
Dezavantajele constau în faptul că sistemul este complex din punct de vedere constructiv și mai greu de întreținut. În plus, motoarele necesită circuite de apă în jurul cilindrilor, care duc, per ansamblu, la creşterea greutăţii.
Cilindrii unui motor răcit cu lichid, sunt prevăzuţi cu circuite în interiorul cărora se deplasează lichidul de răcire, având rolul de a elimina căldura excesivă.
Surplusul de căldură este apoi disipat în aer de un schimbător de căldură sau de un radiator.
Sistemul de răcire cu aer este mai simplu, a se vedea figura 1 şi asigură de cele mai multe ori o răcire eficientă.
Capotele și deflectoarele sunt concepute pentru a forța circulaţia aerului în jurul cilindrilor.
Deflectoarele direcționează aerul în jurul cilindrilor și împiedică formarea de zone stagnante de aer cald.
Răcirea cu aer
Sistemul de răcire cu aer al majorităţii motoarelor cu piston se compune, de obicei, din capota motorului, aripioarele de răcire de pe cilindri, deflectoare, iar unele utilizează o clapetă de răcire, al cărei rol este descris în continuare.
În completare, în cabina de pilotaj se găsesc indicatoare de temperatură ale sistemului, (temperatura capului cilindrului, temperatura uleiului, și temperatura gazelor de eșapament (EGT).
Fig.1
Aripioarele de răcire de pe cilindri, prin forma şi dimensiunile lor, contribuie la creşterea suprafeţei expuse a cilindrului, în acest fel fiind posibilă răcire o mai eficientă.
Rolul clapetei de răcire este de mărire sau micşorare a traseului de ieșire a aerului, aceasta fiind amplasată în spatele capotei motorului. Închiderea clapetei reduce suprafaţa de evacuare a aerului de sub capotă, ceea ce micşorează cantitatea de aer proaspăt care circulă pe suprafaţa cilindrului.
Clapeta se acţionează din cabină, electric sau mecanic.
Deschiderea clapetei duce la mărirea suprafaţei de evacuare a aerului de sub capotă, debitul de aer proaspăt în jurul cilindrilor se amplifică și temperatura motorului scade, astfel încît cilindrii pot fi menţinuţi la temperatura de funcţionare recomandată.
Răcirea cu lichid
Sistemul de răcire al motorului Rotax 912, prezentat în figura 2, este conceput pentru răcirea cu lichid a capetelor cilindrilor și răcirea cu aer a cilindrilor. Sistemul de răcire al capului cilindrilor este un circuit închis, cu un rezervor de expansiune.
Circulaţia lichidului de răcire de la radiator până la capete cilindrului, este asigurată de o pompă de apă, acţionată de arborele cu came. Din partea superioară a capetelor cilindrului, lichidul de răcire trece în vasul de expansiune.
Deoarece locația standard a radiatorului de răcire este sub nivelul motorului, vasul de expansiune, amplasat pe partea superioară a motorului, permite destinderea (creșterea în volum) lichidului de răcire.
Fig.2
Vasul de expansiune este închis cu un capac de presiune, prevăzut cu supapă de suprapresiune și supapă de retur. Odată cu creşterea temperaturii lichidului de răcire, supapa de suprapresiune se deschide și lichidul de răcire, aflat la presiune atmosferică, se curge printr-un furtun către vasul transparent de supraplin.
Când lichidul de răcire se răcește, este aspirat înapoi în circuitul de răcire. Temperatura lichidului de răcire este măsurată cu ajutorul sondelor de temperatură, amplasate în capetele cilindrilor 2 și 3. Valorile temperaturilor sunt citite în punctele cele mai fierbinţi din capul cilindrilor, în funcție de modul de instalare a motorului.
Atât sistemele de răcire cu aer cât şi cele cu lichid au un randament mai mare odată cu creşterea vitezei de deplasare a aeronavei. Ele se pot dovedi eficiente şi în cazul rulajului aeronavei pe sol dar, în multe cazuri, este indicat ca durata de efectuare a rulajelor sau de funcţionare a motorului la sol să fie pe cât posibil scurtate, pentru a se evita depăşirea temperaturii motorului.
Indicatorul de temperatură al cilindrului
Deoarece menţinerea temperaturii motorului în limitele operaţionale este vitală, majoritatea aeronavelor oferă pilotului posibilitatea monitorizării acesteia, figura 3, prin intermediul unui indicator de temperatură al capului cilindrului.
Fig.3
Acesta preia informaţii de la unul sau mai mulţi senzori, montaţi pe capul cilindrilor motorului. În cazul în care se utilizează un singur senzor, el este montat pe cilindrul cel mai fierbinte, de regulă unul dintre cilindrii din spate.
Gama normală de temperaturi de funcţionare a motorului este specificată în Manualul de operare al fiecărei aeronave: temperatura la chiulase, temperatura lichidului de răcire, temperatura uleiului, temperatura gazelor de evacuare, etc.
Metodele utilizate de către pilot pentru menţinerea în limite normale a temperaturilor sunt de asemenea prezentate în Manualul de operare al aeronavei. Printre măsurile luate se află următoarele:
- Reducerea puterii motorului;
- Creşterea vitezei;
- Acţionarea voleţilor de răcire ai motorului;
- Îmbogăţirea amestecului;
