Aby samolot poruszał się w powietrzu, ciąg jest wytwarzany przez jakiś rodzaj napędu.Począwszy od pierwszego lotu braci Wright, wiele samolotów używało silników spalinowych do obracania śmigła w celu wytworzenia ciągu.Obecnie, większość samolotów lotnictwa ogólnego lub prywatnego jest napędzana silnikami spalinowymi, podobnie jak silniki w samochodach rodzinnych.Omawiając silniki, musimy rozważyć zarówno ich działanie mechaniczne, jak i procesy termodynamiczne, które umożliwiają maszynie wytwarzanie użytecznej pracy.Na tej stronie rozważymy termodynamikę czterosuwowego silnikaIC.
Aby zrozumieć, jak działa układ napędowy, musimy przestudiować podstawy termodynamiki gazów.Gazy mają różne właściwości, które możemy obserwować za pomocą naszych zmysłów, w tym ciśnienie gazu p, temperaturę T, masę i objętość V, która zawiera gaz.Uważna, naukowa obserwacja wykazała, że te zmienne są ze sobą powiązane, a wartości tych właściwości określają stan gazu.Proces termodynamiczny, taki jak ogrzewanie lub sprężanie gazu, zmienia wartości zmiennych stanu w sposób, który jest opisany przez prawa termodynamiki. Praca wykonana przez gaz oraz ciepło przekazane gazowi zależą od stanu początkowego i końcowego gazu oraz od procesu użytego do zmiany stanu. Możliwe jest przeprowadzenie serii procesów, w których stan zmienia się podczas każdego procesu, ale gaz ostatecznie powraca do stanu początkowego. Taka seria procesów nazywana jest cyklem i stanowi podstawę do zrozumienia działania silnika.
Na tej stronie omawiamy cykl termodynamiczny Otto, który jest stosowany we wszystkich silnikach spalinowych.Rysunek przedstawia schemat V cyklu Otto. Używając systemu numeracji etapów pracy silnika, zaczynamy od dołu po lewej stronie, gdzie etap 1 jest początkiem suwu ssania silnika. Ciśnienie jest bliskie atmosferycznemu, a objętość gazu jest minimalna.Pomiędzy etapem 1 a etapem 2 tłok jest wysuwany z cylindra przy otwartym zaworze wlotowym.Ciśnienie pozostaje stałe, a objętość gazu wzrasta, ponieważ mieszanka paliwowo-powietrzna jest zasysana do cylindra przez zawór wlotowy.Etap 2 rozpoczyna suw sprężania silnika wraz z zamknięciem zaworu wlotowego. Pomiędzy etapem 2 a etapem 3 tłok cofa się do cylindra, objętość gazu maleje, a ciśnienie wzrasta, ponieważ tłok wykonuje pracę na gazie. Etap 3 to początek spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Spalanie zachodzi bardzo szybko, a objętość pozostaje stała.Podczas spalania uwalniane jest ciepło, które zwiększa zarówno temperaturę, jak i ciśnienie, zgodnie z równaniami stanu.Etap 4 rozpoczyna suw mocy silnika.Pomiędzy etapem 4 i 5 tłok jest napędzany w kierunku wału korbowego, objętość zwiększa się, a ciśnienie spada, ponieważ praca jest wykonywana przez gaz na tłoku. Na etapie 5 otwiera się zawór wydechowy i ciepło resztkowe w gazie jest wymieniane z otoczeniem. Objętość pozostaje stała, a ciśnienie dostosowuje się z powrotem do warunków atmosferycznych. Etap 6 rozpoczyna suw wydechu silnika, podczas którego tłok powraca do cylindra, objętość maleje, a ciśnienie pozostaje stałe. Pod koniec suwu wydechu warunki powróciły do etapu 1 i proces się powtarza.
Podczas cyklu praca jest wykonywana na gazie przez tłok pomiędzy etapami 2 i 3. Praca wykonywana jest przez gaz na tłoku między etapami 4 i 5. Różnica między pracą wykonaną przez gaz a pracą wykonaną na gazie stanowi obszar zamknięty krzywą cyklu i jest pracą wytworzoną w cyklu. Praca razy szybkość cyklu (cykli na sekundę) jest równa mocy wytwarzanej przez silnik.
Obszar zamknięty przez cykl na wykresie p-V jest proporcjonalny do pracy wytwarzanej przez cykl. Na tej stronie przedstawiliśmy idealny cykl Otta, w którym nie ma ciepła wchodzącego (lub wychodzącego) z gazu podczas suwów sprężania i mocy, nie ma strat tarcia, a spalanie zachodzi natychmiast przy stałej objętości. W rzeczywistości idealny cykl nie występuje i istnieje wiele strat związanych z każdym procesem. Straty te są zwykle uwzględniane przez współczynniki sprawności, które mnożą i modyfikują idealny wynik. Dla rzeczywistego cyklu, kształt wykresu p-V jest podobny do idealnego, ale powierzchnia (praca) jest zawsze mniejsza niż wartość idealna.
Działania:
Przewodniki
Przewodniki…
Przewodnik dla początkujących Strona główna