Pregunta:
¿Cómo puede dañarlo una reducción de potencia demasiado rápida en un motor de pistón?
Qantas 94 Heavy
2014-01-04 09:21:30 UTC
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En muchos lugares, se ha dicho que debe reducir la potencia lentamente para evitar daños en el motor. Dependiendo de con quién hable, algunos dicen que debe reducir la presión del colector en 1 pulgada por minuto, otros dicen que dos. Sin embargo, no estoy seguro de cómo una reducción rápida de potencia dañará un motor y, si lo hace, qué pasaría. ¿Alguien podría explicarme?

Seven respuestas:
#1
+20
Lnafziger
2014-01-04 09:49:37 UTC
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La principal preocupación citada con respecto a reducir la potencia demasiado rápido es que podría enfriar el motor por un choque. Una disminución repentina de la potencia, especialmente en altitudes elevadas donde hace frío, puede provocar una rápida disminución de la temperatura del motor que puede provocar daños en las culatas.

Sin embargo, la teoría es muy controvertida porque no existe evidencia de que el enfriamiento causa un problema y, de hecho, el motor se enfría mucho más rápido cuando lo apaga al final de un vuelo. Un muy buen artículo con más detalles sobre el enfriamiento de los motores de aviones está aquí: la física y metalurgia del "enfriamiento por choque".

Uno de los puntos más interesantes que analiza es que solo alrededor del 12% del calor generado por la combustión termina atravesando el bloque y se disipa mediante enfriamiento por aire (aletas de enfriamiento). Esto significa que la mayor parte del calor ya se está yendo a otra parte de todos modos (la mayor parte sale por el escape), y el "enfriamiento por aire" no hace una gran diferencia de todos modos.

Como siempre, asegúrese de seguir todas las recomendaciones y limitaciones de su POH o del fabricante del motor con respecto a la refrigeración del motor, CHT, etc., ya que también podrían tener procedimientos por otras razones.

Nunca le he dado mucha importancia a la teoría del enfriamiento por choque para el avión GA promedio. Solo piense en todos los entrenadores de motores múltiples que apagan regularmente el motor no crítico posiblemente docenas de veces al día. ¿Con qué frecuencia esos motores desarrollan problemas que el otro no ve? Ahora, si usted estuviera volando un motor turboalimentado a 25,000 pies y de repente pusiera el acelerador al ralentí, podría ver que tiene un efecto. Si lo hiciera repetidamente, podría ver que tendría un efecto muy malo.
Mi TIO-540 en crucero a 30 "MP funciona a 300F CHT y a una temperatura de entrada de la turbina de 1550F para el turbocompresor. Eso lo convierte en uno de los motores de funcionamiento más calientes en GA. El POH recomienda 5 minutos si se enfría antes del apagado para evitar que el aceite caliente se acumule cerca del turbocompresor Normalmente dejo que el motor funcione al ralentí hasta que todas las temperaturas se estabilicen, lo que significa que no se disipará más calor con el motor en marcha, y luego extraer la mezcla.
También reduzco suavemente la potencia en el descenso a 20 "MP, momento en el que ya no hace calor (relativamente), y luego no me preocupo. 10 minutos es un descenso típico desde altitudes de crucero típicas en los adolescentes en 175-200 nudos cierto. No puedes descender a 30 "sin dirigirte a las salas Vne de todos modos.
No sé cuánto valor tiene el enfriamiento _shock_, pero el problema es que los cilindros se enfrían más rápido que los pistones, lo que reduce el espacio entre ellos y aumenta el desgaste. Cuando apaga el motor, los pistones no se mueven, entonces no importa.
#2
+14
voretaq7
2014-01-05 14:20:21 UTC
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Por lo general, no soy un fanático de la teoría del enfriamiento por choque, pero soy un fanático de "no abuse de su motor".

Los motores de pistón tienen muchas piezas móviles. Los cambios abruptos de potencia, ya sean causados ​​por el avance del acelerador o por retardarlo, hacen que todas esas partes móviles cambien de velocidad más rápido de lo que le gustaría a la inercia y la amabilidad.

Si quieres ser amable con tu motor, abre o cierra el acelerador a un ritmo razonable durante las operaciones normales. Lo razonable varía, por supuesto: generalmente, 2-3 segundos desde el ralentí hasta el acelerador a fondo parecen razonables para los despegues (puede ser un poco más agresivo en la recuperación de pérdida de energía, pero tomar 1-2 segundos para empujar el acelerador hacia adentro no debería realmente afectar su recuperación). Por otro lado, rara vez debería tener que pasar de aceleración completa a ralentí, pero cuando practique escenarios de motor apagado o similares, tome uno o dos segundos para reducir suavemente la potencia de crucero a ralentí que simplemente apretar el acelerador es mejor para usted y su motor.


Por supuesto, todos los consejos anteriores sobre cómo ser amable con su motor se van por la ventana en una emergencia real: su prioridad es su seguridad, la seguridad de sus pasajeros y la seguridad de las personas en tierra.
Si realmente detiene el ala, o necesita abortar un despegue, o cualquier otra cosa que suceda cuando su primer instinto sea un cambio rápido de potencia, no lo haga dude en rápidamente poner el acelerador donde lo necesite, y el motor puede o aglomerarlo siempre que haga lo que se le dice.

#3
+7
Frank
2015-08-26 17:33:36 UTC
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Creo que hay que abandonar la idea del enfriamiento por choque como un evento único que hará que un cilindro se rompa inmediatamente. En su lugar, hay que pensar en ello como una fatiga térmica cíclica en la que el daño material se acumulará gradualmente a través de una serie de eventos cíclicos de este tipo.

Los ciclos térmicos son una parte inherente del desgaste normal de & que debe soportar cualquier motor de CI y que al final da como resultado un TBO finito en lugar de una vida útil infinita del motor. El arranque de un motor frío, el apagado de un motor caliente o cambios importantes en el ajuste de potencia pertenecen a un ciclo de funcionamiento normal. El TBO especificado de un motor contiene implícitamente un cierto número de ciclos térmicos de este tipo que pueden mantenerse sin fallas prematuras.

Los fabricantes de turbinas que se enfrentan a problemas similares que limitan la vida útil adoptan un enfoque más sofisticado e incluyen explícitamente tanto el número de ciclos como el número de horas de funcionamiento (servicio continuo) en sus consideraciones de intervalo de mantenimiento (= TBO). Además, la gravedad de los diferentes eventos se considera aplicando los respectivos factores de peso. Un comienzo en frío, p. Ej. cuesta más vida útil del motor que un arranque en caliente y, por lo tanto, tiene un factor de peso más alto. Ahora debería hacerse evidente la analogía con el problema del enfriamiento por choque. En general, cada reducción de potencia de un motor caliente después de un ascenso a plena potencia representa un ciclo de fatiga térmica para ciertas partes del motor, pero la cantidad de daño incremental causado por este ciclo de fatiga está determinada por varios factores: Qué tan caliente está el motor y qué tan rápido se reduce la potencia. Si se hace de manera agresiva, el daño incremental será significativamente mayor que el daño causado por una reducción de potencia suave y gradual. Por tanto, el motor consumirá una cantidad desproporcionada de su vida útil total en comparación con un manejo más cuidadoso. No se formará una grieta de inmediato, pero un motor que se trate de manera tan dura con regularidad seguramente no alcanzará el TBO completo.

Algunas palabras sobre la física de la fatiga térmica y el agrietamiento:

No es la velocidad de enfriamiento en sí lo que cuenta, sino los gradientes de temperatura que se acumulan durante el enfriamiento, es decir, la falta de homogeneidad del campo de temperatura. Las tensiones térmicas son causadas por regiones dentro de una estructura donde la expansión térmica libre (o contracción) está restringida por fuertes gradientes de temperatura. Los gradientes de temperatura fuertes son causados ​​por un calentamiento rápido o un enfriamiento rápido. En ambos casos se requieren altos coeficientes de transferencia de calor. En caso de enfriamiento rápido, los coeficientes de transferencia de calor altos son, por ejemplo, causada por un fuerte flujo de aire dentro del carenado como consecuencia directa de una alta velocidad del aire La situación se agrava en regiones donde materiales con diferentes coeficientes de expansión térmica se acoplan (AL y acero) o en lugares con altas concentraciones de tensión (muescas, esquinas afiladas Por otro lado, la susceptibilidad de un metal al daño por fatiga depende del nivel de temperatura absoluta en el que se producen las tensiones térmicas. El mismo gradiente de temperatura en una pieza de metal caliente es significativamente más dañino que si el metal está en un estado más frío.

Ahora tenemos todos los ingredientes para comprender mejor lo que realmente significa el enfriamiento por choque: un motor que está muy caliente después de un período prolongado de escalada a plena potencia sufre una rápida reducción de potencia y, simultáneamente, el avión se acelera a una alta velocidad. (imagina el descenso de un remolcador después de un remolque aéreo). El flujo de aire dentro de la capota aumenta significativamente y el motor se enfría rápidamente (y de manera no homogénea). El flujo de calor resultante induce gradientes de temperatura y las consiguientes tensiones térmicas en la estructura. Si bien para la mayor parte de la estructura estas tensiones térmicas son insignificantes, hay algunos puntos que limitan la vida útil, como los asientos de las válvulas de escape, etc., donde una cierta cantidad de daño por fatiga está evolucionando debido a estas tensiones. La cantidad real de daño por fatiga está determinada por la gravedad del evento, es decir, cuanto más caliente esté el motor, más agresiva será la reducción de potencia después del ascenso y cuanto más rápida sea la aceleración del avión, más daño se producirá.

Llegando a mi declaración inicial: no creo en el enfriamiento por choque como un evento único que podría causar el agrietamiento de la culata de un solo uso, pero definitivamente creo que los eventos descritos anteriormente consumen una cantidad desproporcionada de La vida útil del motor y el agrietamiento prematuro es muy probable si este tipo de perfil de misión se repite con demasiada frecuencia.

#4
+3
barit1
2014-12-12 20:44:19 UTC
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¿Cambios rápidos de aceleración? Los aviones de paracaidismo ven MUCHO enfriamiento por impacto, y lo pagan en el momento de la revisión. Y si cree que las culatas de cilindros no eliminan mucho calor, observe cómo evolucionaron las culatas de cilindros durante los años 30-40. Las aletas posteriores del R-2800 están finamente mecanizadas, un gran contraste con los motores anteriores con aletas fundidas.

Y el rápido avance del acelerador puede devorarte vivo en algunos aviones de la Segunda Guerra Mundial. Muchos T-6 llevaron a sus pilotos a la maleza de TO. El BT-13 o el PT-22 pueden girar si tienes prisa con el acelerador.

Trabajé en un centro de paracaidismo impulsado por pistones durante 10 años; no nos enfriaron nada. El piloto reduce la potencia aproximadamente un minuto antes de la caída y cierra las solapas del capó. La temperatura del motor era mucho más baja antes del rápido descenso. Nuestros motores generalmente pasaban a TBO sin demasiados problemas.
Sin embargo, los problemas de T / O se deben a la dificultad para compensar el cambio repentino de par en lugar de a cualquier problema que pudiera causar con el motor en sí.
Otro problema con una operación de paracaidismo en comparación con las operaciones "normales" es que casi todo el tiempo en el motor se pasa en el ascenso, sin los largos períodos de crucero (y el desgaste relativamente menor) que ve un motor normal.
#5
+2
Skip Miller
2014-12-14 08:29:07 UTC
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Los motores con engranajes, aquellos en los que el motor impulsa la hélice a través de una caja de cambios para que el motor pueda girar más rpms que la hélice, también son susceptibles de sufrir daños si el acelerador se reduce demasiado rápido. Nunca debe hacer volar estos motores de modo que la hélice impulse el motor. En otras palabras, el flujo de aire a través de la hélice intenta impulsar el motor a una velocidad más alta. Evidentemente, las cajas de cambios no están diseñadas para soportar las fuerzas en esta dirección.

Así que mientras vuela un motor con engranajes, el acelerador debe reducirse lentamente. El uso apropiado de la palanca de control de la hélice también puede ayudar

¿Esto incluye turbopropulsores Garrett TPE331? Si no es así, ¿por qué no?
rbp, no sé si algún turbohélice experimenta este problema. Quizás su diseño sea más robusto. Con suerte, algunos conductores de turbohélice pueden comentar.
¿Son las cajas de cambios de la aviación mucho más frágiles que las cajas de cambios de los automóviles? Regularmente utilizo el frenado del motor cuando conduzco, que hace exactamente lo que estás describiendo, @SkipMiller,, excepto que son las ruedas las que hacen girar el motor en lugar de la hélice.
También hago esto en un coche. Supongo que la respuesta a tu pregunta es "Sí". Hay un montón de Old Wives 'Tales (OWT) en la aviación, pero nunca he oído hablar del consejo "no dejes que la hélice impulse el motor" que se describe como OWT. Una vez más, espero que algunos conductores de motores con engranajes puedan comentar.
#6
  0
Guest
2015-03-21 00:13:42 UTC
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Nunca he tenido problemas con el motor en el descenso, pero he experimentado dos fallos en el motor poco después del despegue. Una culata se agrieta unos 5 minutos después del despegue (C-150) y una válvula atascada (C-172) menos de un minuto después del despegue.

No puedo estar seguro de la causa exacta, pero Sospecho que el calentamiento rápido del motor tuvo el mismo efecto negativo, pero en orden inverso, del enfriamiento por choque.

Ahora, me aseguro de que el motor esté caliente (a través de lo que esté disponible ...) antes. quitarse. La lista de verificación puede decir "temperatura del motor en el green", pero ¿por qué no dejar que suba un poco más hacia el centro del green para permitir que el motor se expanda un poco más antes de agregar toda la potencia en el despegue? El motor todavía tiene algo de calentamiento y expansión que hacer mientras está inactivo, y está a punto de calentarse rápidamente una vez que se aplica la potencia de despegue.

Quizás la mayor parte del estrés / daño del motor ocurra en el despegue, no en el descenso.

Si bien esto es interesante y también está relacionado con el choque térmico, esto no responde a la pregunta.
#7
  0
rbp
2015-03-22 19:53:03 UTC
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En los motores turboalimentados, el impulsor gira muy rápido (más de 25.000 RPM), tiene tolerancias muy pequeñas y funciona a temperaturas EGT (ya que el compresor es impulsado por los gases de escape).

De acuerdo con el manual M20M (turbo Mooney), estos motores deben recibir un período de enfriamiento de 5 minutos para garantizar que el aceite continúe circulando por el turbo y se lleve el calor.

La forma en que vuelo este avión es reducir la mezcla al mismo tiempo que la potencia al iniciar el descenso, para mantener altas las temperaturas y aumentar la mezcla lentamente durante el descenso para reducir las temperaturas del motor. Luego, al apagarlo, hago funcionar el motor con el acelerador completamente hacia atrás y dejo que todas las temperaturas (CHT, EGT, aceite y TIT) se estabilicen. Una vez que las temperaturas se estabilizan en la configuración de potencia más baja, no se puede extraer más calor del motor.

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