Frage:
Wie kann eine zu schnelle Leistungsreduzierung eines Kolbenmotors ihn beschädigen?
Qantas 94 Heavy
2014-01-04 09:21:30 UTC
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An vielen Stellen wurde angegeben, dass Sie die Leistung langsam reduzieren sollten, um Motorschäden zu vermeiden. Je nachdem, mit wem Sie sprechen, sagen einige, dass Sie den Krümmerdruck um 1 Zoll pro Minute reduzieren sollten, andere sagen zwei. Ich bin mir jedoch nicht sicher, wie schnell eine Leistungsreduzierung einen Motor beschädigen kann, und wenn ja, was würde passieren? Könnte jemand erklären?

Sieben antworten:
#1
+20
Lnafziger
2014-01-04 09:49:37 UTC
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Das Hauptanliegen im Zusammenhang mit einer zu schnellen Leistungsreduzierung besteht darin, dass Sie den Motor unter Schock abkühlen könnten. Ein plötzlicher Leistungsabfall, insbesondere in großen Höhen, in denen es kalt ist, kann zu einem raschen Temperaturabfall des Motors führen, der die Zylinderköpfe beschädigen kann.

Die Theorie ist jedoch sehr umstritten, da es keine gibt Beweise dafür, dass die Kühlung ein Problem verursacht, und tatsächlich kühlt der Motor viel schneller ab, wenn Sie ihn am Ende eines Fluges abstellen. Ein sehr guter Artikel, der näher auf die Kühlung von Flugzeugtriebwerken eingeht, ist hier: die Physik und Metallurgie der "Schockkühlung".

Einer der interessanteren Punkte, die diskutiert werden, ist, dass nur etwa 12% der durch die Verbrennung erzeugten Wärme durch den Block gelangt und durch Luftkühlung (Kühlrippen) abgeführt wird. Dies bedeutet, dass der größte Teil der Wärme ohnehin schon woanders hingeht (der größte Teil geht aus dem Auspuff), und die "Luftkühlung" macht sowieso keinen großen Unterschied.

Wie immer Stellen Sie sicher, dass Sie alle Empfehlungen und Einschränkungen Ihres POH oder Motorherstellers in Bezug auf Motorkühlung, CHTs usw. befolgen, da diese auch aus anderen Gründen Verfahren enthalten können.

Ich habe noch nie viel Wert auf die Theorie der Stoßkühlung für ein durchschnittliches GA-Flugzeug gelegt. Denken Sie nur an all die mehrmotorigen Trainer da draußen, die den unkritischen Motor regelmäßig abstellen, möglicherweise dutzende Male täglich. Wie oft entwickeln diese Motoren Probleme, die der andere nicht sieht? Wenn Sie nun einen Turbomotor in einer Höhe von 25.000 Fuß fliegen und plötzlich den Gashebel in den Leerlauf ziehen, kann ich sehen, dass sich dies auswirkt. Wenn Sie es wiederholt machten, konnte ich sehen, dass es einen sehr schlechten Effekt hatte.
Mein TIO-540 fährt bei einer Fahrt mit 30 "MP 300F CHT und 1550F Turbineneintrittstemperatur für den Turbolader. Damit ist er einer der heißesten Motoren in GA. Der POH empfiehlt 5 Minuten bei Abklingzeit vor dem Abschalten, um zu verhindern, dass sich heißes Öl ansammelt In der Nähe des Turboladers lasse ich den Motor normalerweise im Leerlauf laufen, bis sich alle Temperaturen stabilisiert haben, was bedeutet, dass bei laufendem Motor keine Wärme mehr abgeführt wird, und ziehe dann das Gemisch.
Ich reduziere auch sanft die Leistung beim Abstieg auf 20 "MP, was zu diesem Zeitpunkt nicht mehr (relativ) heiß ist, und mache mir dann keine Sorgen. 10 Minuten sind ein typischer Abstieg von typischen Reiseflughöhen im Teenageralter bei 175-200kts wahr. Sie können nicht bei 30 "absteigen, ohne ohnehin zu Vne zu gehen
Ich weiß nicht, wie viel Wert die Schockkühlung hat, aber das Problem ist, dass die Zylinder schneller abkühlen als die Kolben, was den Abstand zwischen ihnen verringert und den Verschleiß erhöht. Wenn Sie den Motor abstellen, bewegen sich die Kolben nicht, es spielt also keine Rolle.
#2
+14
voretaq7
2014-01-05 14:20:21 UTC
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Ich bin im Allgemeinen selbst kein Fan der Schockkühlungstheorie, aber ich bin ein Fan von "Missbrauche deinen Motor nicht".

Kolbenmotoren haben viele bewegliche Teile. Abrupte Leistungsänderungen, unabhängig davon, ob der Gashebel vorgeschoben oder verzögert wird, führen dazu, dass alle diese beweglichen Teile schneller als Trägheit und Freundlichkeit ihre Geschwindigkeit ändern.

Wenn Sie freundlich zum Öffnen oder Schließen Ihres Motors sein möchten das Gas in einem angemessenen Tempo während des normalen Betriebs. Angemessen variiert natürlich - Im Allgemeinen scheinen 2-3 Sekunden vom Leerlauf bis zum Vollgas für Starts angemessen zu sein (Sie sind möglicherweise etwas aggressiver bei der Wiederherstellung des Abschaltstalls, aber es sollte eigentlich nicht 1-2 Sekunden dauern, bis Sie den Gashebel wieder einschieben Auswirkungen auf Ihre Erholung).
Auf der anderen Seite sollten Sie selten von Vollgas auf Leerlauf umschalten müssen, aber wenn Sie Motorausfall-Szenarien oder ähnliches üben, dauert es ein oder zwei Sekunden, um die Leistung von Fahrt auf Leerlauf reibungslos zu reduzieren als nur Gas zu geben, ist für Sie und Ihren Motor schöner.


Natürlich gehen alle oben genannten Ratschläge, wie Sie nett zu Ihrem Motor sein können, im Ernstfall aus dem Fenster - Ihre Priorität liegt bei Ihnen Sicherheit, die Sicherheit Ihrer Passagiere und die Sicherheit der Menschen am Boden.
Wenn Sie den Flügel tatsächlich blockieren oder einen Start abbrechen müssen oder etwas anderes passiert, wenn Ihr erster Instinkt eine schnelle Leistungsänderung ist, tun Sie dies nicht Zögern Sie, schnell den Gashebel dort zu platzieren, wo Sie ihn benötigen, und der Motor kann es mögen es oder klumpen es, solange es tut, was es gesagt hat.

#3
+7
Frank
2015-08-26 17:33:36 UTC
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Ich denke, man muss die Idee der Stoßkühlung als ein einziges Ereignis aufgeben, bei dem ein Zylinder sofort reißt. Stattdessen muss man es als zyklische thermische Ermüdung betrachten, bei der Materialschäden durch eine Reihe solcher zyklischen Ereignisse schrittweise akkumuliert werden.

Wärmezyklen sind ein fester Bestandteil des normalen &-Verschleißes, den ein Verbrennungsmotor aushalten muss und der letztendlich zu einer endlichen TBO anstelle einer unendlichen Lebensdauer des Motors führt. Das Starten eines kalten Motors, das Abstellen eines heißen Motors oder wesentliche Änderungen der Leistungseinstellung gehören zu einem normalen Betriebszyklus. Das spezifizierte TBO eines Motors enthält implizit eine bestimmte Anzahl solcher Wärmezyklen, die ohne vorzeitigen Ausfall aufrechterhalten werden können.

Turbinenhersteller, die sich mit ähnlichen lebensbeschränkenden Problemen befassen, verfolgen einen differenzierteren Ansatz und schließen dies explizit ein sowohl die Anzahl der Zyklen als auch die Anzahl der Betriebsstunden (Dauerbetrieb) in ihren Überlegungen zum Wartungsintervall (= TBO). Darüber hinaus wird die Schwere verschiedener Ereignisse durch Anwendung der jeweiligen Gewichtsfaktoren berücksichtigt. Ein Kaltstart, z.B. kostet mehr Motorlebensdauer als ein Warmstart und hat daher einen höheren Gewichtsfaktor. Nun sollte die Analogie zum Problem der Stoßkühlung offensichtlich werden. Im Allgemeinen stellt jede Leistungsreduzierung eines heißen Motors nach einem Aufstieg bei voller Leistung einen thermischen Ermüdungszyklus für bestimmte Teile des Motors dar. Die Höhe des durch diesen Ermüdungszyklus verursachten zusätzlichen Schadens wird jedoch durch eine Reihe von Faktoren bestimmt: Wie heiß ist der Motor? und wie schnell die Leistung reduziert wird. Wenn es aggressiv gemacht wird, ist der inkrementelle Schaden erheblich größer als der Schaden, der durch eine sanfte und allmähliche Leistungsreduzierung verursacht wird. Somit verbraucht der Motor im Vergleich zu einer vorsichtigeren Handhabung einen unverhältnismäßig großen Teil seiner Gesamtlebensdauer. Ein Riss bildet sich nicht sofort, aber ein Motor, der regelmäßig so hart behandelt wird, erreicht mit Sicherheit nicht die volle TBO.

Einige Worte zur Physik der thermischen Ermüdung und Rissbildung:

Es zählt nicht die Abkühlrate an sich, sondern die Temperaturgradienten, die sich während des Abkühlens aufbauen, dh die Inhomogenität des Temperaturfeldes. Thermische Spannungen werden durch Bereiche innerhalb einer Struktur verursacht, in denen die freie Wärmeausdehnung (oder -schrumpfung) durch starke Temperaturgradienten eingeschränkt wird. Starke Temperaturgradienten werden entweder durch schnelles Erhitzen oder schnelles Abkühlen verursacht. In beiden Fällen sind hohe Wärmeübergangskoeffizienten erforderlich. Im Falle einer schnellen Abkühlung sind hohe Wärmeübergangskoeffizienten z.B. verursacht durch einen starken Luftstrom innerhalb der Motorhaube als direkte Folge einer hohen Luftgeschwindigkeit. Die Situation verschärft sich in Regionen, in denen sich Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten paaren (AL und Stahl) oder an Orten mit hohen Spannungskonzentrationen (Kerben, scharfe Ecken) ) Andererseits hängt die Anfälligkeit eines Metalls für Ermüdungsschäden vom absoluten Temperaturniveau ab, bei dem die thermischen Spannungen auftreten. Der gleiche Temperaturgradient in einem heißen Metallstück ist wesentlich schädlicher als in einem kälteren Zustand.

Jetzt haben wir alle Zutaten, um besser zu verstehen, was Stoßkühlung wirklich bedeutet: Ein Motor, der nach längerem Steigen unter voller Leistung sehr heiß ist, wird schnell reduziert und gleichzeitig wird das Flugzeug auf eine hohe Fluggeschwindigkeit beschleunigt (Stellen Sie sich den Abstieg eines Schleppers nach einem Flugzeug vor). Der Luftstrom in der Motorhaube wird erheblich erhöht und der Motor schnell (und inhomogen) abgekühlt. Der resultierende Wärmefluss induziert Temperaturgradienten und daraus resultierende thermische Spannungen in der Struktur. Während diese thermischen Spannungen für den größten Teil der Struktur unbedeutend sind, gibt es einige lebensbeschränkende Stellen wie Auslassventilsitze usw., an denen sich aufgrund dieser Spannungen ein gewisser Ermüdungsschaden entwickelt. Das tatsächliche Ausmaß des Ermüdungsschadens wird durch die Schwere des Ereignisses bestimmt, d. H. Je heißer der Motor, je aggressiver die Leistungsreduzierung nach dem Aufstieg und je schneller die Beschleunigung des Flugzeugs ist, desto mehr Schaden wird induziert.

Kommen wir zu meiner ersten Aussage: Ich glaube nicht an Schockkühlung als ein einzelnes Ereignis, das auf einmal zu Zylinderkopfrissen führen könnte, aber ich glaube definitiv, dass solche Ereignisse, wie oben beschrieben, eine unverhältnismäßige Menge an verbrauchen Motorlebensdauer und vorzeitiges Knacken sind sehr wahrscheinlich, wenn diese Art von Missionsprofil zu häufig wiederholt wird.

#4
+3
barit1
2014-12-12 20:44:19 UTC
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Schnelle Gaswechsel? Fallschirmspringer sehen eine Menge Schockkühlung und zahlen diese bei der Überholung. Und wenn Sie der Meinung sind, dass Zylinderköpfe nicht viel Wärme abgeben, schauen Sie sich an, wie sich die Zylinderköpfe in den 30er bis 40er Jahren entwickelt haben. Die späteren R-2800-Flossen sind fein bearbeitet, ein ziemlicher Gegensatz zu früheren Motoren mit gegossenen Flossen.

Und ein schneller Gasvorschub kann Sie in einigen Flugzeugen des Zweiten Weltkriegs lebendig fressen. Viele T-6 brachten ihre Piloten auf TO ins Unkraut. Der BT-13 oder PT-22 kann schnell einrasten, wenn Sie es mit dem Gas eilig haben.

Ich habe 10 Jahre in einem kolbengetriebenen Fallschirmsprungzentrum gearbeitet - wir haben nichts schockgekühlt. Der Pilot entspannt die Stromversorgung etwa eine Minute vor dem Abwurf und schließt die Motorhaubenklappen. Die Motortemperatur war vor dem schnellen Abstieg viel niedriger. Unsere Motoren gingen normalerweise ohne zu viele Probleme zu TBO.
Die T / O-Probleme sind jedoch eher auf die Schwierigkeit zurückzuführen, die plötzliche Änderung des Drehmoments zu kompensieren, als auf Probleme, die sie mit dem Motor selbst verursachen würden.
Ein weiteres Problem bei einem Fallschirmsprungbetrieb im Vergleich zu einem "normalen" Betrieb besteht darin, dass fast die gesamte Zeit am Motor für den Aufstieg aufgewendet wird, ohne die langen Kreuzfahrtzeiten (und den relativ geringen Verschleiß), die ein normaler Motor sieht.
#5
+2
Skip Miller
2014-12-14 08:29:07 UTC
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Getriebemotoren - solche, bei denen der Motor den Propeller über ein Getriebe antreibt, damit der Motor höhere Drehzahlen als der Propeller drehen kann - können ebenfalls beschädigt werden, wenn die Drosselklappe zu schnell reduziert wird. Sie sollten diese Motoren niemals fliegen, damit die Stütze den Motor antreibt. Mit anderen Worten, der Luftstrom durch die Stütze versucht, den Motor auf eine höhere Drehzahl zu bringen. Offensichtlich sind die Getriebe nicht dafür gebaut, die Kräfte in diese Richtung aufzunehmen.

Während Sie einen Getriebemotor fliegen, muss der Gashebel langsam reduziert werden. Eine angemessene Verwendung des Propellersteuerhebels kann ebenfalls hilfreich sein.

Umfasst dies Garrett TPE331 Turboprops? Wenn nicht, warum dann nicht?
rbp, ich weiß nicht, ob bei Turboprops dieses Problem auftritt. Vielleicht ist ihr Design robuster. Hoffentlich können einige Turboprop-Fahrer einen Kommentar abgeben.
Sind Luftfahrtgetriebe so zerbrechlicher als Automobilgetriebe? Ich benutze regelmäßig Motorbremsen während der Fahrt, was genau das tut, was Sie beschreiben, @SkipMiller,, außer dass es die Räder sind, die den Motor anstelle der Stütze drehen.
Das mache ich auch im Auto. Ich denke, die Antwort auf Ihre Frage lautet "Ja". Es gibt viele Old Wives 'Tales (OWT) in der Luftfahrt, aber ich habe noch nie von dem als "OWT" bezeichneten Rat "Lassen Sie den Propeller nicht den Motor antreiben" gehört. Auch hier hoffe ich, dass einige Getriebemotorenfahrer Kommentare abgeben können.
#6
  0
Guest
2015-03-21 00:13:42 UTC
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Ich habe beim Abstieg noch nie Motorprobleme gehabt, aber kurz nach dem Start sind 2 Motorausfälle aufgetreten. Ein Zylinderkopfriss ca. 5 Minuten nach dem Start (C-150) und ein festsitzendes Ventil (C-172) weniger als eine Minute nach dem Start.

Ich kann die genaue Ursache nicht sicher sein, aber Ich vermute, dass die schnelle Erwärmung des Motors den gleichen negativen Effekt hatte, jedoch in umgekehrter Reihenfolge, wie die Stoßkühlung.

Jetzt stelle ich sicher, dass der Motor warm ist (über was auch immer verfügbar ist ...) ausziehen, starten, abheben, losfahren. Auf der Checkliste steht möglicherweise "Eng temp in the green", aber warum nicht etwas weiter in die Mitte des Grüns klettern, damit sich der Motor etwas weiter ausdehnen kann, bevor beim Start die volle Leistung hinzugefügt wird? Der Motor hat im Leerlauf noch etwas zu heizen und zu expandieren und wird sich nach dem Anlegen der Startleistung schnell erwärmen.

Möglicherweise tritt der größte Teil der Motorbelastung beim Start auf, nicht beim Abstieg.

While this is interesting and related to thermal shock too, this doesn't answer the question.
#7
  0
rbp
2015-03-22 19:53:03 UTC
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Bei Turbomotoren dreht sich das Laufrad sehr schnell (25.000+ U / min), hat sehr kleine Toleranzen und arbeitet bei EGT-Temperaturen (da der Kompressor vom Abgas angetrieben wird).

Gemäß dem Handbuch M20M (Turbo Mooney) müssen diese Motoren eine Abkühlzeit von 5 Minuten erhalten, um sicherzustellen, dass das Öl weiterhin durch den Turbo zirkuliert und die Wärme abführt.

Die Art und Weise, wie ich dieses Flugzeug fliege, besteht darin, die Mischung gleichzeitig mit der Leistung zu Beginn des Abstiegs zu reduzieren, um die Temperaturen aufrechtzuerhalten und die Mischung zu erhöhen langsam während des Abstiegs, um die Motortemperaturen zu senken. Beim Abstellen lasse ich den Motor mit vollständig zurückgesetztem Gas laufen und lasse alle Temperaturen (CHT, EGT, Öl und TIT) sich stabilisieren. Sobald sich die Temperaturen bei der niedrigsten Leistungseinstellung stabilisiert haben, kann dem Motor keine Wärme mehr entzogen werden.

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