Ροπή και Ισχύς


[ Τύποι κινητήρων ] - [ Τα μέρη των κινητήρων ] - [ Αρχή λειτουργίας ] - [ Ο κυβισμός ] - [ Η εκκίνηση ] - [ Το στρώσιμο ] - [ Κινητήρες ABC ] - [ Το καρμπυρατέρ ] - [ Σιγαστήρες ] - [ Συντονιζόμενες εξατμίσεις ] - [ Φροντίδα - Συντήρηση ] - [ Βάσεις ] - [ Ψύξη ] - [ Δεξαμενές υγρών καυσίμων ] - [ Το μπουζί πυράκτωσης ] - [ Καύσιμα ] - [ Η έλικα ]
Φαίνεται ότι υπάρχει μεγάλη σύγχυση σε ότι αφορά τις ιπποδυνάμεις των αερομοντελιστικών κινητήρων. Πολλοί θα ήθελαν να ξέρουν αν οι μηχανές τους βγάζουν την ισχύ που διαφημίζουν, ή απορούν γιατί δεν αναπτύσσουν τις στροφές της μέγιστης ιπποδύναμης.

 

Ροπή (torque)

Ροπή είναι η πραγματική ικανότητα περιστροφής που αναπτύσσει ο άξονας σαν αποτέλεσμα της καύσης στον κύλινδρο.

Ροπή = δύναμη * απόσταση

Η ροπή εκφράζεται σε: "newtons * meters" (N*m), ή σε "ounces * inches" (oz*in)

 

Δυναμόμετρα

Οπως ο κινητήρας προσπαθεί να γυρίσει τον φορτισμένο με την έλικα άξονα, σύμφωνα με το αξίωμα δράση -αντίδραση, ο τελευταίος προσπαθεί να γυρίσει όλο τον κινητήρα προς την αντίθετη φορά.

Το σχήμα δείχνει μια θεωρητική συσκευή μέτρησης ροπής. Η βάση του κινητήρα μπορεί να περιστραφεί γύρω από ένα άξονα, στην ευθεία του άξονα περιστροφής του στροφάλου. Η περιστρεφόμενη βάση έχει βιδωμένο ένα βραχίονα (μοχλό). Κατά την λειτουργία ισσορροπούμε την τάση περιστροφής:

  • Κρεμώντας σε μία απόσταση A του μοχλού διαφορετικά βαρίδια Β, ή
  • Μετακινώντας κατά μήκος του μοχλού A ένα συγκεκριμένο βαρίδι B, ή
  • Τοποθετώντας τον μοχλό στην αντίθετη πλευρά και ακουμπώντας την ελεύθερη άκρη του σε μία ζυγαριά.

Συνθετώτερα και ακριβέστερα όργανα, τα δυναμόμετρα, βασίζονται στην αντίστοιχη αντίδραση περιστροφής με εφαρμογή τεχνητού φορτίου, μεταβάλλοντας την δύναμη πέδησης, δηλαδή φρενάροντας με κάποιο τρόπο τον στρόφαλο. Οι συσκευές αυτές δεν προορίζονται για τον ερασιτέχνη.

Αποδιδόμενη ισχύς στροφάλου (break horsepower - B.H.P.)

Η αποδιδόμενη ισχύς (A.I.), είναι το έργο που παράγεται από τον στρόφαλο (άξονα), ανά μονάδα χρόνου. Η Α.Ι. δεν μπορεί να μετρηθεί κατ' ευθείαν, αλλά υπολογίζεται έμμεσα από το γινόμενο της ροπής και των στροφών που είναι εύκολο να μετρηθούν.

Αποδιδόμενη Ισχύς (σε HP) = ροπή * στροφές / Κ

Οπου: Κ = 1.008.400 (αν χρησιμοποιούμε oz, in, min) ή K= 7.600 (αν χρησιμοποιούμε Kp, m, sec)

Αποδιδόμενη Ισχύς (σε kW) = ροπή * στροφές / Κ

Οπου: Κ = 9.550 (αν χρησιμοποιούμε N, m, min)

 

Η καμπύλη της ροπής

Σημειώνουμε τις τιμές της ροπής που μετράμε σε διάφορες στροφές λειτουργίας. Τις στροφές τις μεταβάλλουμε αλλάζοντας το φορτίο, συνηθέστερα την έλικα, ρυθμίζοντας πάντα για την ταχύτερη δυνατή λειτουργία με αυτή.
Υπάρχουν φορτία που δεν είναι έλικες, οπότε ο κινητήρας ψύχεται με άλλο τρόπο.

Αν αποτυπώσουμε τις διάφορες τιμές της ροπής σε ένα σύστημα αξόνων Ροπής/Στροφών (TORQUE/RPM) πέρνουμε την τυπική καμπύλη ροπής που δείχνει το παραπλεύρως σχήμα.
Παρατηρούμε ότι: σε κάποιο σημείο η ροπή είναι μεγαλύτερη. Αυτό το σημείο συνήθως αντιστοιχεί σε χαμηλές στροφές, και σημαίνει ότι η έλικα ήταν μεγάλη. Πιό αριστερά από αυτό το σημείο, δηλαδή σε πιό χαμηλές στροφές, η καμπύλη χαμηλώνει λίγο, αλλά η περιοχή αυτή δεν μας ενδιαφέρει. Ο κινητήρας σαφώς δεν αναπνέει σωστά.

Δεξιότερα από τη μέγιστη ροπή οι τιμές αρχίζουν να μειώνονται, ευλόγως, αφού για να επιτευχθούν οι αυξήσεις των στροφών, βιδώνουμε όλο και μικρότερες έλικες. Από ένα σημείο και μετά προς τα δεξιά η καμπύλη πέφτει με μεγαλύτερη κλίση, αφού στις πολύ ψηλές στροφές αναπτύσσονται μεγαλύτερες εσωτερικές τριβές.

Αρα αν αγνοήσουμε τα δύο άκρα της καμπύλης, σε γενικές γραμμές, μπορούμενα πούμε ότι: όσο πιό μεγάλο φορτίο γυρίζει ο κινητήρας (χαμηλές στροφές - αριστερά στην καμπύλη), η ροπή του είναι μεγαλύτερη, και ότι όσο πιό μικρό φορτίο γυρίζει (ψηλές στροφές - δεξιά στην καμπύλη) η ροπή του είναι μικρότερη.

 

Η καμπύλη της ισχύος

Σε ένα άλλο σύστημα αξόνων Αποδιδόμενης Ισχύος/Στροφών (BHP/RPM) σημειώνονται τα αποτελέσματα των υπολογισμών βάσει του τύπου που δώσαμε παραπάνω, για να εμφανιστεί η καμπύλη της ισχύος.

Στην αρχή η Α.Ι. είναι αυξανόμενη και η καμπύλη έχει ανοδική πορεία. Παρ' όλο που η ροπή έχει μία μικρή πτώση, τα γινόμενά της με τις στροφές είνα αυξανόμενα.
Σε κάποιο σημείο όμως η πτώση της ροπής είναι μεγαλύτερη αναχαιτίζοντας την άνοδο και στην συνέχεια υπάρχει σαφής μείωση και των δύο.
Η καμπύλη ανέρχεται έως ένα μέγιστο πέρα από το οποίο κατέρχεται. Το μέγιστο αυτό μας δείχνει την μεγίστη Α.Ι. (στην τυπική καμπύλη του παραδείγματος .35 hp), και τις στροφές στις οποίες την αποδίδει (12.900).

 

Από τι άλλο επηρεάζονται οι δύο καμπύλες;

Η καμπύλη εξαρτάται από:
  • τις παραμέτρους ατμοσφαιρική πίεση, σχετική υγρασία, θερμοκρασία.
  • το καύσιμο και την κατανάλωσή του.
  • το είδος του σιγαστήρα, ή την μη ύπαρξη σιγαστήρα.
  • την ποιότητα του ελεγχόμενου κινητήρα
Ισχυρότερο καύσιμο παράγει μεγαλύτερες πιέσεις και συνεπώς μεγαλύτερη ροπή στροφάλου.
Το είδος του καρμπυρατέρ, όπως και η μεγαλύτερη διατομή του (και η πιθανή βοήθεια από πίεση ή αντλία), επιτρέπει ως ένα βαθμό την είσοδο και την καύση μεγαλύτερης ποσότητας μίγματος αέρος καυσίμου.
Ολοι οι σιγαστήρες δεν είναι ίδιοι, ιδίως όταν οι συντονιζόμενοι (πίπες) πρέπει να ρυθμιστούν για να συντονιστούν με την συχνότητα λειτουργίας, το καύσιμο τις ατμοσφαιρικές συνθήκες κ.λ.π. Πολλοί δοκιμαστές, δίνουν δύο καμπύλες ροπής και ισχύος, μία με τον σιγαστήρα του κατασκευαστή και μία χωρίς αυτόν.
Οπως είναι φυσικό, οι μετρήσεις των εργοστασίων γίνονται σε ένα κινητήρα πολύ προσεγμένο (BLUEPRINT). Πιο αντιπροσωπευτικά είναι τα τεστ των περιοδικών γιατί γίνονται χωρίς συμφέρον σε κομμάτια παραγωγής από τους ίδιους ανθρώπους στις ίδιες συνθήκες.

Αρα όταν συγκρίνουμε τις καμπύλες ροπής/ισχύος διαφόρων κινητήρων, θα πρέπει να παίρνουμε όλα αυτά υπ' όψη.

 

Μπορώ να διαγνώσω την ισχύ του κινητήρα μου χωρίς δυναμόμετρο;

Αυτό γίνεται αν έχουμε στη διάθεσή μας μία σειρά από γνωστά φορτία. Ο καθηγητής P.Demuth, έφτιαξε καμπύλες ισχύος για κοινές έλικες, που μπορεί να βρεί ο κάθε αερομοντελιστής.

Παράδειγμα: αν ο κινητήρας γυρίζει την συγκεκριμένη έλικα super-nylon 10Χ6 στις 10.000 σαλ αποδίδει εκείνη την στιγμή 0,3 kW αν την γυρίζει στις 11.000 σαλ 0,4 kW κ.ο.κ. Αλλάζοντας έλικες/φορτία μπορούμε να αποτυπώσουμε απ' ευθείας την καμπύλη ισχύος χωρίς να μετρήσουμε ενδιάμεσα την ροπή.

 

Σε ποιές στροφές πρέπει να λειτουργεί ο κινητήρας;


Εστω οι καμπύλες ροπής και ισχύος μίας 25άρας. Αν σημειώσουμε επάνω στα σημεία της καμπύλης ισχύος τις έλικες με τις οποίες επιτεύχθηκαν, βλέπουμε ότι σε στατική λειτουργία η 8Χ4 τον βοηθάει να εργαστεί σε μία περιοχή στροφών που αντιστοιχούν στην μέγιστη ισχύ.
Γνωρίζοντας ότι στην πτήση αυξάνονται οι στροφές, επειδή μειώνονται οι αντιστάσεις της έλικας, θα κρίναμε ότι μία 9Χ4 θα λειτουργεί στην πτήση στην ίδια αποδοτική περιοχή στροφών που λειτουργεί με την 8Χ4 εν στάσει.
Η αποστολή της έλικας όμως, δεν είναι να φορτίζει τον στρόφαλο, αλλά να έλκει το αεροπλάνο. Γι' αυτό στην πράξη θα δοκιμάσουμε κι' άλλα από τα αμέσως μεγαλύτερα μεγέθη έλικας, όπως την 8Χ6, την 8.5Χ6, την 9Χ5 κ.λ.π. ψάχνοντας για τον αποδοτικότερο συμβιβασμό ισχύος και έλξης ανάλογα με της ανάγκες της πτήσης.
Φυσικά αποκλείεται να επιλέξουμε την 7Χ4 αφού στην περιοχή πέρα του μέγιστου Α.Ι. και η ισχύς και ο βαθμός απόδοσης της μικρότερης έλικας θα είναι μικρότερα.
Αυτός είναι ο λόγος που οι κινητήρες δεν γυρίζουν τις στροφές που δείχνουν τα φυλλάδιά τους. Αυτά τα νούμερα είναι μόνο για τη διαβάθμιση της ισχύος του κινητήρα.

Με εξαίρεση πάντα τους κινητήρες των αγωνιστικών κατηγοριών όπως F2A, F1C F3D, κ.λ.π. οι υπόλοιποι κινητήρες φορτίζονται με μεγαλύτερη έλικα για να λειτουργούν κάπου μεταξύ της μέγιστης ροπής και της μέγιστης ισχύος, αποσκοπώντας στην επίτευξη της μεγαλύτερης έλξης.

 

Υπάρχουν κινητήρες με μέγιστη ισχύ σε χαμηλότερη περιοχή στροφών;

Σήμερα υπάρχουν. Τις παλιές εποχές ο συναγωνισμός ανάγκασε τους κατασκευαστές να στραφούν σε κινητήρες που ο καθένας θα έπιανε μερικές στροφές περισσότερο από τον ανταγωνισμό. Σ΄ αυτό συνετέλεσε το ότι μέχρι και πρόσφατα, δεν υπήρχαν έλικες με βήμα μεγαλύτερο από 6 ίντσες. Για να πιάσει ταχύτητα πτήσης με τέτοιο βήμα χρειάζονται πολλές στροφές.

Ξαφνικά "εγένετο φως". Και οι έλικες άρχισαν να παράγονται με μεγαλύτερα βήματα (ακόμα και με 15 ίντσες), και σχεδιάστηκαν κινητήρες για αργές στροφές.

Στους δίχρονους glow στράφηκαν σε long stroke (διαδρομή μεγαλύτερη από διαμέτρο), και φυσικά καλύτερο σχεδιασμό (θυρίδων, διασποράς καυσίμου, χρονισμό και καρμπυρατέρ) που τους επιτρέπουν να γυρίζουν μεγάλη έλικα και να λειτουργούν αποδοτικά στην περιοχή των 9-10.000 σαλ.

Αντίθετα οι τετράχρονοι (σήμερα τρίτης γεννιάς) εκ της φύσης τους είναι "ροπάτοι" χωρίς να αγνοήσουμε και την συμμετοχή του νιτρομεθάνιου στο καύσιμο. Προορίζονται για λειτουργία στην περιοχή των 8.500 - 10.500 σαλ.

Αντίστοιχα δεν πρέπει να ξεχνάμε και τους diesel που μπορούν να γυρίσουν μεγαλύτερες έλικες στις ίδιες ή χαμηλότερες στροφές.

Τέλος οι spark ignition (βενζινοκινητήρες) λειτουργούν σε πολύ χαμηλότερη περιοχή στροφών, αλλά έχουν μεγάλη ροπή και επιτρέπουν την χρήση έλικας με μεγάλη διάμετρο και βήμα που είναι πολύ αποδοτική.

 

Ποιό κριτήριο είναι απαραίτητο στην επιλογή κινητήρα;

Ο αρχάριος δυσκολεύεται να καταλάβει, γιατί ο ακριβός, πολύστροφος, και με μεγάλη ιπποδύναμη 40ρης δεν μπορεί να έλξει σωστά το απλό εκπαιδευτικό του μοντέλο.

Αν έχουμε να διαλέξουμε ανάμεσα σε ένα αγωνιστικό 40ρη με 2,5 ίππους στις 22.000 σαλ και ένα απλό 40ρη με 0,7 ίππους στις 15.000 σαλ, όλοι καταλαβαίνουμε ότι το μεγάλο δυσκίνητο και βαρύ εκπαιδευτικό μοντέλο θα τραβήξει καλύτερα μία 10Χ6 που ο απλός 40ρης θα γυρίσει στις 11-12.000 σαλ, και όχι η 8Χ6 που αναγκαστικά "θα φορέσει" ο αγωνιστικός 40ρης για να πιάσει το ελάχιστο των 18.000 στροφών όπου και αρχίζει να αναπνέει. Θα επαναλάβουμε και εδώ ότι "πρώτα διαλέγουμε την έλικα για την κάθε αποστολή και μετά τον κινητήρα που θα την γυρίσει".

Συμβουλή: Δες στους καταλόγους ποιά μεγέθη ελίκων προτείνουν οι κατασκευαστές για τους κινητήρες τους στην πράξη. Από εκεί θα αποφασίσεις αν ο κινητήρας που σε ενδιαφέρει είναι κατάλληλος για το συγκεκριμένο μοντέλο.

Παράδειγμα:

Αριστερά βλέπουμε μαζί, για ευκολία στην σύγκριση, δύο τυπικές καμπύλες ισχύος / ροπής μία ενός τετράχρονου 90άρη και μία ενός δίχρονου 60άρη.

Και οι δύο κινητηρες του παραδείγματός μας βγάζουν την ίδια μέγιστη ισχύ, αλλά σε διαφορετική περιοχή στροφών, όπως αναμένεται, αφού ο τετράχρονος παράγει μεγαλύτερη ροπή, σε χαμηλότερες στροφές (η καμπύλη ροπής του είναι πιό αριστερά και πιό ψηλά από αυτή του δίχρονου).

Ποιόν από αυτούς τους κινητήρες θα έβαζες σε ένα μεγάλο μοντέλο μακέττα (scale) με πολλές αντιστάσεις και ποιόν σε ένα γρήγορο και ευέλικτο μοντέλο καθημερινής ευχαρίστησης (sport);


 

[ Τύποι κινητήρων ] - [ Τα μέρη των κινητήρων ] - [ Αρχή λειτουργίας ] - [ Ο κυβισμός ] - [ Η εκκίνηση ] - [ Το στρώσιμο ] - [ Κινητήρες ABC ] - [ Το καρμπυρατέρ ] - [ Σιγαστήρες ] - [ Συντονιζόμενες εξατμίσεις ] - [ Φροντίδα - Συντήρηση ] - [ Βάσεις ] - [ Ψύξη ] - [ Δεξαμενές υγρών καυσίμων ] - [ Το μπουζί πυράκτωσης ] - [ Καύσιμα ] - [ Η έλικα ]


 

Πρώτη σελίδα/Home Περιεχόμενα