Η ακτινωτή (radial) μηχανή, είναι ένας παλινδρομικός εμβολοφόρος κινητήρας εσωτερικής καύσεως, στον οποίο οι κύλινδροι κινούνται προς τα έξω απο έναν κεντρικό στροφαλοθάλαμο (crankcase).
Η χρήση των radial κινητήρων ήταν η κυρίαρχη επιλογή, πριν κάνουν την εμφάνισή τους οι στροβιλοκινητήρες. Τα περισσότερα βομβαρδιστικά του Β' Παγκοσμίου Πολέμου όπως τα Β-25 και τα Β-17 ή τα εμπορικά της εποχής εκείνης όπως το DC-3, είχαν ακτινωτούς κινητήρες.
Ιστορική ανασκόπηση:
Η ιστορία των κινητήρων αυτών ξεκινά απο παλιά, πριν ακόμη οι αδερφοί Ράιτ πραγματοποιήσουν τη πρώτη τους τροφοδοτούμενη πτήση τους, όταν ο C.M. Manly το 1901 δημιούργησε μια υγρόψυκτη 5-κύλινδρη ακτινωτή μηχανή για τα αεροσκάφη του αεροδρομίου Samuel Langley. Η μηχανή αυτή απέδιδε 52 HP στις 950 rpm.
Το 1903 - 1904, ο Jacob Ellehammer εμπνευσμένος απο τους κινητήρες μοτοσυκλετών, κατασκεύασε το πρώτο αερόψυκτο ακτινωτό κινητήρα στο κόσμο, ήταν ένας 3-κύλινδρος που αποτέλεσε βάση για τον 5-κύλινδρο που φτιάχτηκε το 1907.
Σήμερα: οι περισσότεροι ακτινωτοί κινητήρες είναι αερόψυκτοι.
Απο το 1909 - 1919, οι radial επισκιάστηκαν απο τους rotary (περιστροφικούς).
Αρχή λειτουργίας ενός Radial κινητήρα:
Σαν αρχή λειτουργίας, είναι ίδιος όπως ένας οποιοσδήποτε τετράχρονος εσωτερικής καύσεως κινητήρας. Αποτελείται απο 4 χρόνους λειτουργίας: την εισαγωγή, τη συμπίεση, τη καύση και την εκτόνωση και τέλος την εξαγωγή.
Έχουν μονό αριθμό κυλίνδρων, δηλαδή μπορεί να είναι 3-κύλινδρη, 5-κύλινδρη, κτλ. έτσι ώστε να υπάρχει μια ομαλή διατήρηση της ανάφλεξης. Για παράδειγμα σε έναν 5-κύλινδρο ακτινωτό κινητήρα, η τυπική σειρά ανάφλεξης θα είναι η εξής: 1 - 3 - 5 - 2 - 4 και πάλι στο 1. Αυτή η σειρά, δηλαδή αφήνοντας ένα κενό ανά κύλινδρο, κάνει πιο ομοιόμορφη τη κίνηση αφού η καύση στο κύλινδρο 1, βοηθά τη συμπίεση στον κύλινδρο 2.
Μηχανολογική επισκόπηση:
Η χρήση των radial κινητήρων ήταν η κυρίαρχη επιλογή, πριν κάνουν την εμφάνισή τους οι στροβιλοκινητήρες. Τα περισσότερα βομβαρδιστικά του Β' Παγκοσμίου Πολέμου όπως τα Β-25 και τα Β-17 ή τα εμπορικά της εποχής εκείνης όπως το DC-3, είχαν ακτινωτούς κινητήρες.
Η ιστορία των κινητήρων αυτών ξεκινά απο παλιά, πριν ακόμη οι αδερφοί Ράιτ πραγματοποιήσουν τη πρώτη τους τροφοδοτούμενη πτήση τους, όταν ο C.M. Manly το 1901 δημιούργησε μια υγρόψυκτη 5-κύλινδρη ακτινωτή μηχανή για τα αεροσκάφη του αεροδρομίου Samuel Langley. Η μηχανή αυτή απέδιδε 52 HP στις 950 rpm.
Το 1903 - 1904, ο Jacob Ellehammer εμπνευσμένος απο τους κινητήρες μοτοσυκλετών, κατασκεύασε το πρώτο αερόψυκτο ακτινωτό κινητήρα στο κόσμο, ήταν ένας 3-κύλινδρος που αποτέλεσε βάση για τον 5-κύλινδρο που φτιάχτηκε το 1907.
Σήμερα: οι περισσότεροι ακτινωτοί κινητήρες είναι αερόψυκτοι.
Απο το 1909 - 1919, οι radial επισκιάστηκαν απο τους rotary (περιστροφικούς).
Αρχή λειτουργίας ενός Radial κινητήρα:
Σαν αρχή λειτουργίας, είναι ίδιος όπως ένας οποιοσδήποτε τετράχρονος εσωτερικής καύσεως κινητήρας. Αποτελείται απο 4 χρόνους λειτουργίας: την εισαγωγή, τη συμπίεση, τη καύση και την εκτόνωση και τέλος την εξαγωγή.
Έχουν μονό αριθμό κυλίνδρων, δηλαδή μπορεί να είναι 3-κύλινδρη, 5-κύλινδρη, κτλ. έτσι ώστε να υπάρχει μια ομαλή διατήρηση της ανάφλεξης. Για παράδειγμα σε έναν 5-κύλινδρο ακτινωτό κινητήρα, η τυπική σειρά ανάφλεξης θα είναι η εξής: 1 - 3 - 5 - 2 - 4 και πάλι στο 1. Αυτή η σειρά, δηλαδή αφήνοντας ένα κενό ανά κύλινδρο, κάνει πιο ομοιόμορφη τη κίνηση αφού η καύση στο κύλινδρο 1, βοηθά τη συμπίεση στον κύλινδρο 2.
Μηχανολογική επισκόπηση:
- Αφού οι άξονες των κυλίνδρων είναι συνεπίπεδοι, είναι αδύνατο οι μπιέλες (connecting rods) να συνδέονται όλες άμεσα με τον στροφαλοφόρο άξονα εκτός και αν χρησιμοποιηθούν μηχανικά πολύπλοκες forked connecting rods (διχαλωτές ράβδοι). Επειδή αυτή η μέδοθος δεν φάνηκε ιδιαίτερα επιτυχής, πλέον χρησιμοποιείται ευρέως ένα συγκρότημα master and articulating (κύριων και αρθρικών) ραβδών -όπως ονομάζεται- το οποίο τα έμβολα με τον στροφαλοφόρο άξονα. Στη διάταξη αυτή, το ανώτατο έμβολο συνδέεται άμεσα με τον στροφαλοφόρο άξονα μέσω μιας κύριας ράβδου ενώ τα υπόλοιπα έμεσα μέσω αρθρικών ραβδών. Επίσης μέσω της διάταξης αυτής, μπορεί να προστεθούν έξτρα σειρές ακτινικών κυλίνδρων, όπου θα αυξήσουν τη χωρητικότητα του κινητήρα χωρίς να αλλάξουν τη διάμετρό του.
 |
| Master rod (upright) slaves and balances from a two-row 14-cylinder Pratt & Whitney Twin Wasp |
Για την ιστορία να πούμε πως ο πρώτος ακτινωτός κινητήρας που έφερε 2
γραμμές κυλίνδρων, ήταν ο 160 HP Gnome "Double Lambda". Ο μεγαλύτερος
ακτινωτός πολλών σειρών κινητήρας που κατασκευάστηκε ποτέ, ήταν ο Zvezda
M503, υγρόψυκτος, ο οποίος είχε 7 επικεφαλής εκκεντροφόρους (bank) , 42
κυλίνδρους, ζύγιζε 5.400 κιλά, είχε κυβισμό 143.600 cc και ισχύ 3.942
HP. Ο κινητήρας αυτός, χρησιμοποιούσε ως καύσιμο πετρέλαιο και
κατασκευάστηκε το 1970 απο τη Σοβιετική Ένωση και χρησιμοποιήθηκε κυρίως
σε Σοβιετικούς πυραύλους.
 |
| Zvezda M503 |
- O στροφαλοφόρος άξονας κατά τη διάρκεια ενός κύκλου, εκτελεί 2 περιστροφές.
- Οι radial κινητήρες, χρησιμοποιούν τα λιγότερα cam lobes σε σχέση με τους υπόλοιπους κινητήρες. Γιατί αυτό;..... διότι τα cam lobes τοποθετούνται σε 2 σειρές για την εισαγωγή και την εξαγωγή. Έτσι για έναν 5-κύλινδρο radial κινητήρα, απαιτούνται 4 cam lobes ενώ για έναν αντίστοιχο 5-κύλινδρο εν σειρά κινητήρα με ίδιο αριθμό βαλβίδων, θα απαιτούνταν 10 cam lobes.
- Ο δακτύλιος (ring) του εκκεντροφόρου (camshaft), περιστρέφεται πιο αργά και προς την αντίθετη κατεύθυνση, σε σχέση με τον στροφαλοφόρο.
- Στους περισσότερους radial κινητήρες, χρησιμοποιούνται δισκοειδής βαλβίδες (poppet valves) οδηγούμενες απο τα pushrods (ωστήρια) και τα lifters, πάνω στο cam plate το οποίο είναι ομόκεντρο με τον στροφαλοφόρο άξονα, αλλά με μικρότερες ακτίνες, μέσω της χρήσης μεμονωμένων εκκεντροφόρων εντός του στροφαλοθαλάμου κάθε κυλίνδρου. Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιας μηχανολογικής διάταξης, είναι οι κινητήρες: Kinner B-5 και Shvetsov M-11.
Radial engines VS Inline engines:
2. Ανοχή στις Βλάβες: γενικά, συστήματα ψύξης που χρησιμοποιούν υγρά είναι πιο ευάλωτα σε βλάβες, αφού μπορεί εύκολα να προκύψει διαρροή. Σε αερόψυκτους κινητήρες, δεν υπάρχει τέτοιος κίνδυνος.
3. Απλότητα Κατασκευής: οι radial κινητήρες έχουν μικρότερους και πιο άκαμπτους στροφαλοφόρους άξονες σε σχέση με τους υγρόψυκτους inline και επίσης χρειάζονται και λιγότερα έδρανα στήριξης για τον στροφαλοφόρο.
4. Αξιοπιστία: στους radial το μικρότερο μήκος στροφαλοφόρου, παράγει και λιγότερους κραδασμούς, άρα θα έχουμε και μειωμένη κόπωση άρα και μικρότερη φθορά.
Video με το τρόπο λειτουργίας ενός radial κινητήρα
Πολλοί είναι αυτοί που μπερδεύουν τους radial (ακτινωτούς) κινητήρες με τους rotary (περιστροφικούς). Η βασική διαφορά, είναι οτι στους περιστροφικούς κινητήρες το μπλόκ των κυλίνδρων μαζί με το στροφαλοθάλαμο περιστρέφονται γύρω απο τον στροφαλοφόρο άξονα, ο οποίος παραμένει ακίνητος. Το ακριβώς αντίθετο γίνεται στους ακτινωτούς!
Βιβλιογραφία: 1) https://en.wikipedia.org/wiki/Radial_engine
2) http://www.mekanizmalar.com/radial_engine.html
3) https://www.google.gr/search?hl=el&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1366&bih=657&q=airplane+radial+engine&oq=airplane+radial+engine&gs_l=img.3..0i19j0i8i30i19.1994.7270.0.7501.22.18.0.2.2.0.491.3201.0j1j6j2j2.11.0....0...1ac.1.64.img..9.13.3221...0.Vg5MGbTId-4#imgrc=F5v3c0MHBzal2M%3A
Που πλεονεκτεί ο radial κινητήρας;
1. Βάρος: αερόψυκτοι radial κινητήρες ζυγίζουν λιγότερο απο τους αντίστοιχους υγρόψυκτους inline2. Ανοχή στις Βλάβες: γενικά, συστήματα ψύξης που χρησιμοποιούν υγρά είναι πιο ευάλωτα σε βλάβες, αφού μπορεί εύκολα να προκύψει διαρροή. Σε αερόψυκτους κινητήρες, δεν υπάρχει τέτοιος κίνδυνος.
3. Απλότητα Κατασκευής: οι radial κινητήρες έχουν μικρότερους και πιο άκαμπτους στροφαλοφόρους άξονες σε σχέση με τους υγρόψυκτους inline και επίσης χρειάζονται και λιγότερα έδρανα στήριξης για τον στροφαλοφόρο.
4. Αξιοπιστία: στους radial το μικρότερο μήκος στροφαλοφόρου, παράγει και λιγότερους κραδασμούς, άρα θα έχουμε και μειωμένη κόπωση άρα και μικρότερη φθορά.
Που μειονεκτεί ο radial κινητήρας;
1. Ψύξη: στη περίπτωση αερόψυκτου radial κινητήρα με κυλίνδρους σε περισσότερες απο μία σειρές, η ψύξη δε θα είναι ομοιόμορφη, αφού οι πίσω σειρές των κυλίνδρων θα επηρεάζονται τόσο απο τη θερμότητα των μπροστινών σειρών όσο και απο τη μειωμένη ψύξη που θα συγκαλύπτεται απο αυτές.
2. Οπισθέλκουσα: λόγω του οτι οι κύλινδροι εκτίθενται διαρκώς στη ροή του αέρα, αυξάνεται αισθητά και η οπισθέλκουσα. Η λύση στο πρόβλημα αυτό, είναι η προσθήκη ειδικά σχεδιασμένων περιβλημάτων με διαφράγματα, έτσι ώστε ο αέρας να ρέει ανάμεσα στους κυλίνδρους. Η 1η λύση ήρθε απο έναν Βρετανό η οποία ονομάστηκε "Townend ring" ή αλλιώς και "drag ring", η οποία ήταν μια ειδικά διαμορφωμένη στενή ζώνη γύρω απο τον κινητήρα που καλύπτε τις κυλινδροκεφαλές και έτσι μειωνόταν η οπισθέλκουσα. Η 2η λύση, η οποία χρησιμοποιείται κατα κόρον σήμερα ονομάζεται NACA cowling, η οποία ναι μεν είναι και αυτή ένα ειδικά διαμορφωμένο περίβλημα αλλά πέραν της μείωσης της οπισθέλκουσας, προσφέρει και βελτιωμένη ψύξη.
3. Ισχύς: επειδή στους ακτινωτούς κινητήρες, ο κάθε κύλινδρος φέρει τη δικιά του κυλινδροκεφαλή, δε θα ήταν καθόλου πρακτικό να υπάρξει μια βαλβίδα πολλαπλής κίνησης βαλβίδων. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούν 2 βαλβίδες pushrod type valvetrain, όπως ονομάζονται, οι οποίες όμως επιδρούν αρνητικά στη παραγωγή ισχύς. Η καλύτερη λύση, είναι οι κυλινδρικές βαλβίδες, αλλά η αυξημένη πολυπλοκότητά τους, το υψηλό κόστος συντήρησης και η μειωμένη αξιοπιστία τις περιορίζει στη χρήση.
4. Ορατότητα: λόγω του αυξημένου τους πλάτους, οι radial κινητήρες προσφέρουν μειωμένη ορατότητα στο πιλοτήριο στα μονοκινητήρια αεροσκάφη.
Επίσης οι "μικροί" radial κινητήρες (3-κύλινδρος και 5-κύλινδρος) υποφέρουν απο τραχιά λειτουργία και μειωμένη αξιοπιστία.
Video με το τρόπο λειτουργίας ενός radial κινητήρα
Πολλοί είναι αυτοί που μπερδεύουν τους radial (ακτινωτούς) κινητήρες με τους rotary (περιστροφικούς). Η βασική διαφορά, είναι οτι στους περιστροφικούς κινητήρες το μπλόκ των κυλίνδρων μαζί με το στροφαλοθάλαμο περιστρέφονται γύρω απο τον στροφαλοφόρο άξονα, ο οποίος παραμένει ακίνητος. Το ακριβώς αντίθετο γίνεται στους ακτινωτούς!
Βιβλιογραφία: 1) https://en.wikipedia.org/wiki/Radial_engine
2) http://www.mekanizmalar.com/radial_engine.html
3) https://www.google.gr/search?hl=el&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1366&bih=657&q=airplane+radial+engine&oq=airplane+radial+engine&gs_l=img.3..0i19j0i8i30i19.1994.7270.0.7501.22.18.0.2.2.0.491.3201.0j1j6j2j2.11.0....0...1ac.1.64.img..9.13.3221...0.Vg5MGbTId-4#imgrc=F5v3c0MHBzal2M%3A
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου