Avión: uso de motor de pistón, engranaje pequeño

Transporte y nuevo transporte: la energía, la contaminación, las innovaciones del motor, prototipo de automóvil, vehículos híbridos, prototipos, control de la contaminación, las normas de emisión, impuestos. no de modos de transporte individuales: transporte, organización, carsharing o carpooling. Transporte sin o con menos aceite.
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Avión: uso de motor de pistón, engranaje pequeño




por Christophe » 14/04/08, 13:20

He subido un informe de un pequeño proyecto estudiantil que hice en 2001 en motores de pistón en aviación (ligero pero no solo). Es bastante sintético y no enseñará nada a kk1 que sepa un poco sobre el campo. Para otros, dará algunos conceptos básicos.

Descarga aquí: Aviación, motores de pistón de aviación

Aquí esta el resumen

1. Evolución de los motores de pistón en la aviación
1.1. Los motores de historia
1.1.1. Los primeros motores
1.1.2. motores de émbolo
1.1.3. chorros
1.2. La influencia del plano en el automóvil
2. motores alternativos de tecnología existente
2.1. El papel de un propelente, en general
2.1.1. motores de accionamiento directo
2.1.2. motores de propulsión indirectos
2.2. motores de pistón: potencia y el rendimiento Noción
2.2.1. el rendimiento del motor
2.2.2. eficiencia de la hélice
2.2.3. el rendimiento general
2.3. Los diferentes tipos de motores de émbolo
2.3.1. Los motores en línea
2.3.2. motores radiales
2.3.3. motores planas
2.3.4. Motores en V
2.4. Estudio sobre la hélice
2.4.1. características geométricas de una hélice
2.4.2. Límites de una hélice
2.4.3. La hélice de paso variable
2.5. La variación en la potencia de un motor de pistón aviones
2.6. El funcionamiento del circuito de supresión gradual de la hélice
2.7. Características de un motor de avión en relación con el automóvil
2.7.1. Los componentes especiales
2.7.2. carburación estudio
2.7.3. La sobrealimentación en la aeronáutica
2.7.4. enfriamiento
3. Los reemplazos de motores de pistón de aviación
3.1. Otros sistemas de propulsión
3.1.1. turbopropulsores
3.1.2. turborreactores
3.1.3. los stratoréacteurs
3.1.4. Los motores de cohetes
3.2. La sustitución de los motores de pistones: el ejemplo de Canadair
3.3. Los motores diesel: el ejemplo de Renault Morane motor


Descarga aquí: Aviación, motores de pistón de aviación
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Christophe
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por Christophe » 14/04/08, 13:27

Después de la difusión de este informe, recibí un correo electrónico del Sr. Paul Lucas, cocreador del Diéselis, me hizo muchos comentarios sabios. Le pregunté si podía ponerlos aquí o mejor que él mismo registre en el forums.
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Christophe
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por Christophe » 14/04/08, 14:13

Aquí están los comentarios que integraré en el informe lo antes posible.

Paul Lucas escribió:1.1.2

>> se necesitaba otro tipo de motor, más ligero y musculoso

no, era una célula mejor diseñada que era esencial: si no estable y fácil de pilotar, que era al menos controlable, que no era el caso con las máquinas de Ader.

Por otro lado, su motor era claramente más potente y más ligero que el de Wright (12 cv).

La contribución decisiva del Wright no es su fuerza motriz, es su método experimental: pruebas, progresión metódica, aprendizaje del piloto y la práctica controlada del giro de tres ejes (deformación).



>> un motor de automóvil muy modificado

un motor tipo automóvil (4 cilindros en línea)



>> proporcione solo el impulso necesario

no levantar, velocidad



>> espíritu de san luis equipado con un torbellino

de un "Torbellino" de Wright.

La compañía lleva el nombre de los hermanos Wright, pero no forman parte de ella.



113


>> motores de pistón 1/2 kg de empuje por cada kg de motor

Empuje estático?

el empuje es de aproximadamente 1.5 a 2 kg por caballo

La masa de los motores de pistón desde la época de los primeros reactores (1944) era de alrededor de 0.5 a 0.6 kg / hp

que genera de 3 a 4 kg de empuje por kg de motor



>> durante una potente aceleración, las hélices ...

es a la velocidad máxima continua, en el nivel (velocidad de rotación + velocidad de avance) que surge el problema de velocidad en la punta de la cuchilla.



222 Eficiencia de la hélice

La siguiente fórmula es la que leemos en todos los libros, pero está abierta a discusión porque no representa la realidad física.

Si establecemos Vp = 0 (plano en el punto de parada), tenemos eficiencia cero, por lo tanto, en teoría, tracción cero, que no es el caso.

La hélice no acelera un avión, acelera una masa de aire.

Por lo tanto, deberíamos considerar no la velocidad del avión, sino la velocidad de la masa de aire que pasa a través de la hélice, que nunca es cero, incluso con el avión parado.

La velocidad aguas abajo de la hélice es> velocidad del avión.



>> eficiencia constante, cercana a 0.85

Depende del régimen de vuelo (ascenso o crucero).

La eficiencia varía más, dependiendo del régimen para el cual se optimiza la hélice, digamos de 0.70 a 0.85



23

>> 4 familias numerosas

2 familias: estrella,

en línea, simple o doble (V o plana)





132 Curtiss



>> el motor estrella más potente

estrella única: 2100 hp, ok

los motores de dos estrellas alcanzaron los 3500 hp



241 pálido y no pálido



>> el giro corresponde ...

El giro es una variación de la configuración para obtener una distribución de elevación óptima a lo largo de la cuchilla.



>> sección de referencia

al 70 o 75%, no al 50%



27

>> la velocidad es de alrededor de 3000 revoluciones

más bien 2500 - 2700



>> ... cuanto más estable es el par medio

es regular



311

Con la evolución del precio del petróleo (y las preocupaciones por la contaminación), hay una falta de información esencial sobre el TP (turbopropulsor): la variación de su consumo específico en función del% de potencia. Pude establecer una curva para el Cessna 208 Caravan (prueba de vuelo). El documento ATR validó la forma de esta curva. El sfc de una turbina en ralentí es muy alto, vea la curva adjunta (fuente doc. ATR). Alto consumo en el aparcamiento (ATR en modo Hotel: el motor derecho reemplaza al APU), al conducir, cuesta abajo. Esta información no aparece en ningún sitio de fabricante de TP, por supuesto. El muy bajo rendimiento de los reactores y TP con bajas cargas (y las emisiones asociadas, combustión incompleta) es responsable de la contaminación muy alta en los aeropuertos. Lo peor de todo, el Concorde: 800 kg a 1 tonelada de combustible para el rodaje.



32

>> Los TP todavía se utilizan en aviones envejecidos (?)

ATR 72-500, Bombardier Q-400: ¡consuma menos que los jets y venda muy bien!



>> la hélice permite alcanzar M 0.6 a M 0.8

M 0.5, ok, M 0.6 grande máx. Más allá de eso está la hélice transónica especial



32 Renault Morane

designación modificada posteriormente SR: Snecma-Renault



>> relación 10 entre el coche y el avión

Encuentro una relación de 3 a 5

coche de 40 a 80 kW / tonelada

aviones de 100 a 200 kW / tonelada



>> diseño robusto

el motor puede ser robusto pero el diseño?

La confiabilidad proviene de la eliminación del encendido, admisión por bomba de inyección en lugar de carburador, combustible que lubrica la bomba y, sobre todo, de la experiencia acumulada de millones (o miles de millones) de motores industriales y otros. Es por esta razón que un motor diesel de avión debe estar lo más cerca posible de la producción en masa y no un motor "ideal", cuyo desarrollo será inevitablemente largo y costoso. Desarrollar un motor "nuevo" cuesta tres veces más que modificar un motor existente. Orden de magnitud 3 ME en lugar de 100 - 30 (info ingeniero de motores de Renault). Se adjunta un extracto del documento Snecma sobre las opciones técnicas del motor SR.





>> especificaciones del motor diesel

Falta un criterio decisivo (respetado por Thielert, que utiliza las bases de Mercedes):

- el motor debe derivarse de un motor de automóvil para reducir los costes de desarrollo a un nivel soportable e integrar los conocimientos técnicos de la industria del automóvil (fiabilidad). El bloque debe modificarse lo menos posible. Esto implica un desplazamiento unitario <0.7 litros y refrigeración por agua. Casi todos los fabricantes de automóviles han renunciado a la refrigeración por aire. En la aviación, el enfriamiento por aire conduce a una limitación de la envolvente de vuelo: el motor siempre está demasiado caliente en el camino hacia arriba (enriquecemos para enfriarlo, ¡la parte superior!) Y demasiado frío en el camino hacia abajo, choque térmico. Los aviones rápidos propulsados ​​por motores Lycoming no pueden subir ni bajar abruptamente.



Conclusión

Lo que detuvo el desarrollo del motor de pistón en la década de 50 fue la limitación de velocidad (propulsión de la hélice), ante la demanda de alta velocidad (transatlántico de larga distancia), la llegada de reactores confiables Y el costo mínimo combustible El consumo de los primeros reactores fue muy alto. El último DC-7 y Lockeed Constellation tenían 30 y 35 litros de combustible, el B 000 capaz de cruzar el Atlántico de 707 a 80 litros.



Progreso del reactor

Aquí hay algunos documentos:



Mejora del rendimiento de los aviones 1960 - 2000. Ver documento Dgac - Snecma.

Los fabricantes de motores (reactores) presentan su progreso técnico con ventaja al "olvidar" los motores de pistón.

Los últimos motores "compuestos" que recuperaron energía de los gases de escape tenían un sfc de 0.175 kg / hp / h



idem, con cifras desde 1930.

Las cifras anteriores a 1960 muestran que se ha progresado principalmente en velocidad, pero no mucho en consumo / kilómetro.

Las aeronaves de media distancia (A320) consumen más que las de larga distancia, no porque sean menos eficientes, sino porque pasan más tiempo con poca carga del motor.



Perspectivas

Hoy podemos fabricar aviones con motores diesel (hélices) que consumen la mitad que los aviones turbopropulsores y tres veces menos que los aviones a reacción.

La contaminación del aeropuerto también se puede dividir por 10 (ciclo LTO):

. un A380 consume 3980 kg de combustible en el ciclo LTO, es decir, 7 kg para 550 pasajeros

. un avión con motor diesel consumiría 700 g por pasajero durante el mismo ciclo.

cordialement Bien,

Pablo lucas
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por Chatham » 14/04/08, 15:14

Generalmente estoy de acuerdo con los comentarios de Paul Lucas, excepto:
El motor de pistón más potente que ha estado en servicio desarrolló 3750 hp (Wright R3350 18cyl turbo compuesto en su última versión), pero 3500 hp (inyección directa de gasolina) en la superconstelación.
La eficiencia de la hélice del 70 al 85% en aviones pequeños, alcanzó el 98% en el mejor de los casos a la altitud y velocidad de mejor eficiencia: hélices soviéticas contrarrotativas de tipo transónico: ver bombardero TU 95 que vuela a 925 km / h (235kw / ton) con 15000 km de autonomía ... es mucho mejor que un avión B52 ... que es un poco más rápido (1000 km / h)

En la década de 50 también cambiamos a reactores por otros factores:
- 4 x menor costo de mantenimiento
-peso medio menos a igual empuje
- menos ruido y sin vibraciones
En cuanto a la velocidad, podríamos haber hecho aviones comerciales de hélice volando a 800 km / h sin demasiados problemas (ver TU 114 de los años 50 y 60 = 770 km / h cuando se navega ...)

En 1935, estaba el motor diésel estrella Clerget cuyo consumo era de 175 g / cv / h, el mismo que el Renault Morane 60 años después, pero con una relación potencia / peso mucho mejor que el SMA que realmente no tiene nada revolucionario ... y cuyo desarrollo se ha visto salpicado de numerosos incidentes : Mrgreen:
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por Christophe » 14/04/08, 15:43

Una buena curva es mejor que todos los discursos como decimos:

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Dernière édition par Christophe el 15 / 09 / 08, 22: 58, 2 editado una vez.
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por Por favor » 15/04/08, 19:26

> La eficiencia de la hélice del 70 al 85% en aviones pequeños, alcanzó el 98% (hélices contrarrotantes soviéticas)
No, ciertamente no: la máxima eficiencia de propulsión es de alrededor de 0.90 para un contrarrotatorio, y por debajo de Mach 0.7 La velocidad total (velocidad del avión más velocidad de rotación) hace de este Mach una barrera absoluta más allá de la cual la eficiencia solo puede disminuir porque la velocidad en la punta de la cuchilla excede M 0.80. Los aviones (alas elevadas, perfiles supercríticos) no superan M 0.85 por la misma razón.

> el bombardero TU 95 que vuela a 925km / h (235kw / ton) con 15000km de alcance ... significativamente mejor que un jet B52 ... que es solo un poco más rápido (1000km / h)

Tu 95, velocidad de crucero 720 a 750 km / h. Récord de velocidad registrado en 1989: 834 km / h. El Tu 95 pudo alcanzar esta velocidad porque era muy potente. Las hélices transónicas especiales (este no fue el caso con el Tu 95) pueden llegar a M 0.80, pero esto tiene el costo de una pérdida de eficiencia, que cae a alrededor de 0.82 a Mach 0.80.
Fuentes "Peyrat-Armandy, aviones de transporte", Tu-95 Bear Warbird Tech Series
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Chatham
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por Chatham » 15/04/08, 21:59

Christophe escribió:Una buena curva es mejor que todos los discursos como decimos:

https://www.econologie.com/photo/puissan ... iation.gif


Conozco esta curva, el problema es que está sesgada porque en los años 50 no había chárter, el avión era un medio de transporte de lujo y los puntos que se destacan por Los aviones jet recientes son las versiones de alta densidad (A380 con 800 asientos, por ejemplo ... (hola comodidad ...)
Por lo tanto, los aviones más modernos A340, B777 o A380 en versión normal tienen un consumo en realidad apenas equivalente al del BR763, que en sí mismo era ligeramente más bajo que el de la Superconstellation Loockeed 1049 (fuente Air France), lo cual es cierto. más rápido...

En cuanto a Plxdesi, tiende a reescribir el historial de la aviación sobre la base de una sola fuente ... Prefiero creer en fuentes más serias y múltiples, especialmente cuando la información se superpone ...
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por Christophe » 15/04/08, 22:04

Ah sí buen comentario Chatam ...

Además, falta el A380, debe estar "sur sureste" del B 777 supongo ...

Entonces, ¿qué están esperando para rehacer el diesel y luego los fabricantes?
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Andre
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por Andre » 16/04/08, 07:04

¡Hola

Para la aviación pequeña, pocos motores pequeños se han desarrollado y han tenido éxito (en el rango de 60 a 180 CV). No hablaría de confiabilidad, sino de la adaptación del avión / motor / hélice.
Entre los más exitosos, el Continental 90hp, el lycoming 180hp
El pobremente adaptado y más extendido el continental 100hp, el 85 hp, el Franklin 125hp
El peor enganche de la hélice del motor está en el Cessna 150 y es el avión más vendido ...
El motor de un avión debe tener un par elevado, tiene un diseño diferente al de un automóvil,
Debe girar a 2800 rpm como máximo, alcanzar su par máximo alrededor de las 2300 rpm, tener el 75% de su potencia a 2400 rpm, ser capaz de proporcionar el 80% de su potencia de forma continua y, si se monta en una hélice con un paso fijo, puede alcanzar el 100% de su potencia. su potencia nominal en nivel.
Siendo simple, ligero, robusto, es confiable,
Esto es adecuado para motores de desplazamiento (grandes) con un árbol de levas que tiene un par de par y potencia a baja velocidad (todo lo contrario del motor de automóvil afilado)

Extrañamente notamos que estas son características del motor diesel
La desventaja en el auto diesel es pesada, más lenta, necesita un volante bastante consistente, buscará su potencia máxima a velocidades de 4000 rpm, lo que requiere que el fabricante instale un reductor, que tiene desventaja de limitar la elección en las hélices.
Las hélices de metal con reductor de engranajes plantean un problema en los engranajes
Los reductores de correa requieren reemplazo de correa cada 500 horas
Un reductor es también pérdidas mecánicas, el aumento de peso en el motor se pierde en el reductor.
Otro problema en los motores de automóviles es toda la servidumbre electrónica que no se puede duplicar por confiabilidad, y que es menos útil en motores de velocidad constante.

En la aviación, la fiabilidad es anterior al rendimiento y la economía.

Si los fabricantes de automóviles hubieran diseñado un motor diesel de inyección indirecta mecánica, que tiene un desplazamiento bastante grande, su potencia máxima a 3000 rpm
Su par máximo a 2000 rpm es un peso interesante, sería el candidato ideal para un avión.

Al contrario de lo que mucha gente piensa acerca de las hélices, una hélice de paso variable, tiene un giro perfecto solo en una posición determinada, cuando la pala gira sobre el cubo, el giro teórico varía más rápidamente en la punta de la pala que en el cubo.
Se vuelve desfavorable para el gran paso.
Una hélice de paso variable solo es útil para un avión rápido, ya que montar una hélice de paso variable en un Piper J3 o un ULM que tiene una velocidad de 120 km / h cuesta arriba y una velocidad de crucero de 160 km / h es ridículo. La hélice con paso fijo bien proporcionado también es eficiente.
Una buena hélice tiene un deslizamiento de crucero bajo alrededor del 10%
Debe tener un diámetro lo suficientemente grande como para tener una velocidad al final de la cuchilla de alrededor de 750 kmh (la que gira más rápido en el Cessna 180 alcanza los 1050 kmh al final de la cuchilla en el despegue) en un crucero de alrededor de 800 kmh.
La tendencia es instalar hélices de pequeño diámetro, para compensar la falta de torque de los motores, esto hace un deslizamiento significativo en el despegue y el montaje. (caso de Cessna 150)
Hay varias escuelas de pensamiento dependiendo del país.
En Rusia son grandes hélices, caída pálida, punta cuadrada
En América es una hélice mínima grande de 1,80m a 2,15m con punta mediana, palas cuadradas o redondeadas. Duraluminio y composite
En Francia se trata de hélices pequeñas, con extremos estrechos, puntiagudos o ligeramente redondeados generalmente en madera o composite.

Las mejores hélices fueron diseñadas por Lucien Chauvier en los primeros días de la aviación, casi todas las hélices fueron tomadas de sus diseños.
A veces me pregunto por qué se pierde este conocimiento.

André
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por Por favor » 16/04/08, 10:56

> los puntos que se destacan para los aviones recientes son las versiones de alta densidad (A380 con 800 asientos por ejemplo ...
Esta cifra proviene de un documento de Dgac-Snecma de 2005. El A380 probablemente no está allí.
> Cuando está en Plxdesi, tiende a reescribir la historia de la aviación basándose en una sola fuente ... Prefiero creer en fuentes más serias.
1. ¿Quiere decir que el libro de Peyrat Armandy no es una fuente seria? Sería bueno citar sus fuentes.
2. El documento en el Tu-95 cita 14 récords mundiales, en velocidad y altitud en varias cargas. Si este avión pudiera alcanzar los 900 km / ho más, uno se pregunta por qué no se estableció este récord.
> La eficiencia de la hélice del 70 al 85% en aviones pequeños, alcanzó el 98% en el mejor de los casos ... hélices contrarrotantes.
La eficiencia de 0.98 que le da a una hélice que gira en sentido contrario es el valor teórico de la eficiencia propulsora (en fluido perfecto sin pérdidas por rotación), que obviamente es mejor que la eficiencia efectiva de la hélice, la que dio por " avionetas ". La interacción le da al Tu-95 una eficiencia propulsora de 0.988 para una eficiencia efectiva de la hélice de 0.90. Un "avión pequeño" puede llegar a un rendimiento efectivo de 0.86 a 0.87.
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