MOTORE ALTERNATIVO
AERONAUTICO
Massima affidabilità
Leggerezza
Aerodinamicità, cioè
minima sezione
esposta al moto.
Che cos'è il motore ?
E' una macchina che trasforma:
energia chimica (contenuta nella benzina)in
energia
termica
(ottenuta mediante
combustione della benzina stessa con l'ossigeno
dell'aria)
in
energia meccanica
tramite il moto alternativo del pistone
contenuto nel cilindro
TIPI DI MOTORE
ALTERNATIVO AERONAUTICO
Motori a scoppio (accensione per scintilla)
A due tempi
A quattro tempi
Motori Diesel (accensione per compressione)
Disposizione dei cilindri:
A stella (molto usati in passato, ora abbandonati
dall'avvento del motore a turbina)
A cilindri contrapposti
CICLO TERMICO DEL
MOTORE
Ciclo OTTO (dal nome dell'ingegnere che lo teorizzò):
ASPIRAZIONE : il pistone si abbassa e aspira nel cilindro
la miscela aria-benzina da bruciare. La valvola di
aspirazione è aperta, quella di scarico chiusa.
COMPRESSIONE : il pistone sale, entrambe le valvole sono
chiuse.
SCOPPIO-ESPANSIONE : provocato dalla scintilla della
candela, con la seguente spinta del pistone verso il basso.
SCARICO : il pistone risale spingendo all'esterno i gas
combusti.
FASI DEL MOTORE A SCOPPIO
Per funzionare, il motore ha bisogno :
Della DISTRIBUZIONE : sistema che apre e chiude le
valvole di aspirazione e scarico nel momento opportuno.
Dell'ACCENSIONE :
sistemsa che invia la corrente alle
candele nel momento opportuno.
Dell'ALIMENTAZIONE :
sistema che prepara e invia al
motore la giusta miscela aria-benzina.
Della LUBRIFICAZIONE :
sistema che mantiene
lubrificato il motore.
Del RAFFREDDAMENTO
motore alla giusta temperatura.
: sistema che mantiene il
SISTEMA DI DISTRIBUZIONE
E' costituito da un albero a camme, il quale viene posto in
rotazione dall'albero motore con rapporto di trasmissione 2:1.
Durante un ciclo l'albero motore compie due giri, mentre l'albero
a camme ne fa uno solo, comandando l'apertura e la chiusura delle
valvole di aspirazione e di scarico.
la valvola di aspirazione viene aperta 12° prima che cominci
l'aspirazione e viene chiusa 55° dopo che è iniziata la fase di
compressione.
la valvola di scarico viene aperta 60° prima che cessi l'espansione
e viene chiusa 10° dopo la fine della fase di scarico.
L'intervallo di tempo 12°+10°=22° in cui le valvole sono entrambe
aperte viene definito lavaggio, la nuova miscela aiuta a spingere fuori i
residui gas di scarico.
ANTICIPI E RITARDI NELL’AZIONAMENTO
DELLE VALVOLE
COMANDO DELLE VALVOLE DI ASPIRAZIONE E
SCARICO
SISTEMA DI ACCENSIONE
Nel motore aeronautico si utilizza il sistema a MAGNETE, atto a
produrre alta tensione (da 15000 a 20000 volt), necessaria per
ottenere la scintilla fra gli elettrodi della candela. Il sistema è
costituito da:
Un magnete (generatore elettrico che prende il moto dal
motore)
Un ruttore (camma rotante che scarica a massa la corrente generata
dal magnete)
Un distributore (spazzola rotante che invia la corrente alle
candele, la scintilla viene fatta scoccare circa 15° o 20° prima
che il pistone raggiunga il p.m.s.)
Un condensatore (evita lo scintillio sul ruttore)
Le candele
Un interruttore d'accensione.
CIRCUITO DI ACCENSIONE A MAGNETE
SISTEMA DI ALIMENTAZIONE
A CARBURATORE
Mediante la pompa azionata dal motore o per
caduta, la benzina viene inviata al carburatore dove
avviene la preparazione della miscela aria-benzina.
Questo sistema non è in grado di distribuire la miscela
in modo uniforme a tutti i cilindri ma, data la sua
semplicità è universalmente impiegato per motori di
potenza limitata, in genere fino a 180 CV
CIRCUITO DI ALIMENTAZIONE A CARBURATORE
SISTEMA DI ALIMENTAZIONE
AD INIEZIONE
E' costituito da quattro elementi :
Pompa meccanica azionata dal motore (preleva la benzina dal
serbatoio e lo mette in pressione)
Complesso di controllo del flusso aria-benzina (dosa la
miscela aria-benzina in base alla posizione della valvola a farfalla e
del correttore di miscela)
Divisore (invia la miscela agli ugelli)
Ugelli di iniezione tanti quanti sono i cilindri del motore
(iviano la miscela nel collettore di aspirazione, a monte della valvola
di aspirazione)
CIRCUITO DI ALIMENTAZIONE AD INIEZIONE
SISTEMA DI LUBRIFICAZIONE
Una pompa preleva l'olio lubrificante contenuto nella
coppa, e dopo il passaggio attraverso due filtri lo invia
nei condotti che lo convogliano a tutte le parti in
movimento del motore.
L'olio di lubrificazione inoltre raffredda le parti
interne del motore, ad esempio per motori che
contengono 8 Kg di olio, il minimo per garantire la
lubrificazione è di soli 2Kg, ma il minimo per garantire
un buon raffreddamento è di circa 5 Kg.
IMPIANTO DI LUBRIFICAZIONE DEL MOTORE
SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO
Il raffreddamento viene realizzato ad aria,
sfruttando il flusso generato dal moto dell'aereo e
dell'elica.
I cilindri sono muniti di alettature come quelle dei
motori di motocicletta.
Le parti interne del motore vengono raffreddate
dall'olio di lubrificazione, perciò molti motori sono
dotati di radiatore dell'olio, attraverso il quale il
lubrificante cede all'aria il calore asportato
dall'interno.
L’eccessiva temperatura del motore
può provocare :
• L’autoaccensione : si verifica quando la miscela si
incendia prima dello scoccare della scintilla.
È’ provocata da zone incandescenti all’interno della
camera di scoppio che si comportano come candele
ad incandescenza e incendiano la miscela durante la
fase di compressione.
• La detonazione : si verifica quando la propagazione
della fiamma avviene in un tempo brevissimo
durante il quale l’albero motore non riesce a
ruotare del giusto numero di gradi. Questo origina
onde di pressione che viaggiano a velocità
supersonica scaricandosi come martellate sul cielo
dei pistoni e sulle parti interne del motore
LA POTENZA
L'energia fornita all'albero motore, facendolo girare,
compie un lavoro.
Il lavoro compiuto nell'unità di tempo costituisce la
potenza di un motore, la quale può variare entro due
valori massimo e minimo.
L'unità di misura della potenza, nel Sistema
Internazionale è il Watt [W], molto usato il suo
sottomultlipo chilowatt [kW]
Nel Sistema Tecnico si ultilizza il cavallo vapore [Cv], che
gli anglosassoni chiamano horsepower [hp]
1 Cv = 0,735 kW
Grafico della potenza in funzione del n° di
giri del motore
IL CONSUMO
CONSUMO ORARIO (Ch) : rappresenta il peso di carburante
consumato dal motore per ogni ora di funzionamento. Serve per
determinare l'autonomia oraria, a parità di potenza rimane costante
al variare della quota. Si esprime in [g/h], [kg/h], oppure [l/h],
[lbs/h], [gal/h].
CONSUMO SPECIFICO (Cs) : è il rapporto tra il consumo
orario e la potenza del motore, permette di confrontare motori
diversi mettendo in luce quello che ha il migliore rendimento. Si
esprime in [g/Cv h], oppure [Kg/kW h]
Grafico del consumo specifico in funzione di
n° di giri del motore
IL RENDIMENTO
Dato che il motore è una macchina trasformatrice di
energia da uno stato all’altro, il “pedaggio” che si
deve pagare per questa trasformazione è molto
alto.
Energia chimica posseduta dal carburante 100%
Perdita nei gas di scarico 42%
Perdita per il raffreddamento 28%
Perdita per attriti 10%
Energia meccanica all’albero motore 20%
IL TITOLO DELLA MISCELA
Rappresenta il rapporto tra il peso in grammi dell'aria e
quello della benzina che compongono la miscela.
Il titolo di 15 : 1 viene detto stechiometrico perchè la
benzina brucia completamente senza lasciare nei gas di
scarico nè ossigeno allo stato liquido, nè incombusti
carboniosi. La temperatura della combustione è massima.
Con miscela povera, ad esempio 20 : 1, nei gas di scarico si
trova anidride carbonica e ossigeno allo stato libero.
Con miscela ricca, ad esempio 10 : 1, nei gas di scarico si
trova anidride carbonica e ossido di carbonio.
IL TITOLO DELLA MISCELA
Il minor consumo best economy si realizza con titolo di
circa 16,5 : 1
La massima potenza best power si realizza con titoli
compresi fra 12,5 e 13,5 : 1 (leggermente inferiore di
quello stechiometrico perché la fiamma della
combustione si propaga meglio nella miscela ricca, e
l’eccesso
di
carburante
contribuisce
al
raffreddamento del motore)
La massima temperatura è ottenuta con il titolo
stechiometrico 15 : 1
Perchè smagrire la miscela ?
• Il motore consuma di meno = minor costi di
esercizio
• Il motore gira più “rotondo” = minori vibrazioni
• Maggior autonomia = maggior sicurezza
• Minor “imbrattamento” e maggior durata delle
candele = maggior sicurezza e minori costi
• Camere di combustione più pulite =
possibilità di preaccensione e detonazione
minore
• Mantenimento della temperatura del motore al
valore normale (165 °F = 74 °C)
Quando si deve correggere la
miscela ?
• Crociera : smagrire sempre la miscela, qualunque sia la
quota di volo, purché il motore eroghi il 75% o meno della
potenza massima.
• Salita : senza EGT correggere la miscela solo al di sopra
di 5000 ft
con EGT correggere la miscela anche durante la
salita, purché non si scenda sotto il titolo di
best power
EGT = Exhaust Gas Temperature (strumento che indica la temperatura
dei gas di scarico)
Il carburante
Benzina Avio AVGAS 100 LL
AVGAS = aviation gasoline
100 = numero di ottano
LL = Low Lead (basso contenuto di piombo)
Il numero di ottano esprime il potere antidetonante della
benzina, cioè la sua capacità di ritardare più o meno
l’insorgere della detonazione nei cilindri. La gradazione
dell’attuale Avgas è 96/100, (96 per miscela povera, 100 per
miscela ricca).
La volatilità rappresenta la capacità della benzina di evaporare
quando sottoposta ad una determinata pressione, per la
benzina avio deve essere tale da farla evaporare solo al di
sotto di una determinata pressione (mezza atmosfera).
Procedura di messa in moto
(alimentazione a carburatore)
• A freddo :
Aria carburatore
Fredda
Miscela
Ricca
Master
On
Pompa elettrica
On
Pressione carburante
In arco verde
Cicchetto
Qualche smanettata
Manetta
¼ aperta
Area circostante
Libera
Magneti
Start
Pressione olio
In arco verde
Manetta
1000 /1200 RPM
Pompa elettrica
Off
Procedura di messa in moto
(alimentazione a carburatore)
• A caldo :
stessa procedura a freddo ma senza cicchetto
• Avviamento mancato :
Può dipendere da eccessivo carburante dovuto ai
ripetuti cicchetti dando fumate nere e ritorni di
fiamma. Procedere nel seguente modo:
Miscela
chiusa
Manetta
tutta aperta
Magneti
start
Riprendere quindi la procedura normale senza
cicchetti.
Procedura di messa in moto
(alimentazione ad iniezione)
• A freddo :
Manetta
aperta 1 cm
Master
on
Pompa elettrica
on (10 sec.)
Miscela
ricca finché si ha lettura sul flussometro
Miscela
povera
Magneti
start
Quando il motore parte arricchire totalmente la
miscela e regolare la manetta come necessario
Procedura di messa in moto
(alimentazione ad iniezione)
• A caldo :
Manetta
aperta 1 cm
Master
on
Pompa elettrica
on (5 sec.)
Miscela
povera
Magneti
start
Quando il motore parte arricchire totalmente la
miscela e regolare la manetta come necessario
Procedura di messa in moto
(alimentazione ad iniezione)
• Motore ingolfato :
Manetta
tutta aperta
Master
on
Pompa elettrica
off
Miscela
povera
Magneti
start
Quando il motore parte arricchire totalmente la
miscela e togliere manetta come necessario.
Classificazione dei motori
aeronautici a pistoni
Si utilizza una serie di lettere e di numeri, che
indicano le caratteristiche principali del
propulsore. Il codice del modello del motore è
formato da tre parti:
• Il prefisso, costituito da una o più lettere che
indicano le caratteristiche essenziali del motore.
• La parte centrale, costituita da tre cifre che
indicano la cilindrata espressa in pollici cubi
(1 pollice cubo = 16,388 cc)
• Il suffisso, costituito da un gruppo di lettere e
cifre che indicano altre caratteristiche del motore
e degli accessori.
PREFISSO
L Lefthand (con rotazione sinistrorsa)
T Turbocharged (turbocompresso)
V Vertical (verticale, per elicottero)
H Horizontal (orizzontale, per elicottero)
A Acrobatic (per aereo acrobatico)
I Fuel injected (a iniezione)
G Geared (con riduttore)
S Supercharged (sovralimentato)
O Opposed cylinder (a cilindri
contrapposti)
Numero
[pollici
cubi]
Tre cifre
che
indicano
la
cilindrata
SUFFISSO
Sigle corrispondenti a
caratteristiche specificate
dal manuale del costruttore.
Alcuni esempi
• O-320-A1C : motore a cilindri contrapposti, normalmente
aspirato, alimentato a carburatore, con rotazione destrorsa, in
presa diretta, 320 pollici cubi di cilindrata (5244 cc). L’albero e
la flangia hanno dimensioni corrispondenti al numero 1, gli
accessori corrispondono alla lettera C.
• TIGO-541-K1G5
: motore con cilindri contrapposti
turbocompresso, alimentato ad iniezione, con rotazione
destrorsa, dotato di riduttore. Cilindrata 540 pollici cubi
(8849 cc), scatola degli ingranaggi integrale. Caratteristiche di
potenza conformi alla lettera K, albero e flangia di dimensioni
corrispondenti al numero 1, accessori G, contrappesi
sull’albero corrispondenti al numero 5.