Pentru a deplasa un avion în aer, împingerea este generată de un fel de sistem de propulsie.Începând cu primul zbor al fraților Wright, multe avioane au folosit motoare cu ardere internă pentru a roti elicele și a genera împingere.Astăzi, majoritatea avioanelor de aviație generală sau private sunt propulsate de motoare cu combustie internă (IC), la fel ca motorul din automobilul de familie.Când discutăm despre motoare, trebuie să luăm în considerare atât funcționarea mecanică a mașinii, cât și procesele termodinamice care permit mașinii să producă un lucru util.În această pagină analizăm termodinamica unui motor cu ardere internă în patru timpi.
Pentru a înțelege cum funcționează un sistem de propulsie, trebuie să studiem termodinamica de bază a gazelor.Gazele au diverse proprietăți pe care le putem observa cu ajutorul simțurilor noastre, inclusiv presiunea gazului p, temperatura T, masa și volumul V pe care îl conține gazul.O observație științifică atentă a stabilit că aceste variabile sunt legate între ele, iar valorile acestor proprietăți determină starea gazului.Un proces termodinamic, cum ar fi încălzirea sau comprimarea gazului, modifică valorile variabilelor de stare într-un mod descris de legile termodinamicii. Lucrul efectuat de un gaz și căldura transferată unui gaz depind de starea inițială și finală a gazului și de procesul utilizat pentru a schimba starea.Este posibil să se efectueze o serie de procese, în care starea se modifică în timpul fiecărui proces, dar gazul revine în cele din urmă la starea inițială. O astfel de serie de procese se numește ciclu și constituie baza pentru înțelegerea funcționării motorului.
În această pagină discutăm despre ciclul termodinamic Otto, care este utilizat în toate motoarele cu ardere internă.Figura prezintă o diagramă V a ciclului Otto. Folosind sistemul de numerotare a etapelor motorului,începem din stânga jos, etapa 1 fiind începutul cursei de aspirație a motorului. Presiunea este aproape de presiunea atmosferică, iar volumul de gaz este la minim.Între etapa 1 și etapa 2, pistonul este scos din cilindru cu supapa de admisie deschisă.Presiunea rămâne constantă, iar volumul de gaz crește pe măsură ce amestecul de combustibil/aer este aspirat în cilindru prin supapa de admisie.Etapa 2 începe cursa de compresie a motorului cu închiderea supapei de admisie. Între etapa 2 și etapa 3, pistonul se deplasează înapoi în cilindru, volumul de gaz scade, iar presiunea crește deoarece pistonul lucrează asupra gazului. Etapa 3 reprezintă începutul combustiei amestecului combustibil/aer. Arderea are loc foarte repede, iar volumul rămâne constant.În timpul arderii se degajă căldură, ceea ce crește atât temperatura, cât și presiunea, conform ecuației de stare.Etapa 4 începe cursa de putere a motorului.Între etapa 4 și etapa 5, pistonul este împins spre arborele cotit, volumul crește, iar presiunea scade deoarece gazul lucrează pe piston. În etapa 5, supapa de evacuare este deschisă și căldura reziduală din gaz este schimbată cu mediul înconjurător. Volumul rămâne constant și presiunea se ajustează din nou la condițiile atmosferice.Etapa 6 începe cursa de evacuare a motorului, în timpul căreia pistonul se deplasează înapoi în cilindru, volumul scade și presiunea rămâne constantă. La sfârșitul cursei de eșapament, condițiile au revenit la etapa 1 și procesul se repetă.
În timpul ciclului, pistonul efectuează un lucru asupra gazului între etapele 2 și 3. Lucrul este efectuat de către gaz asupra pistonului între etapele 4 și 5. Diferența dintre lucrul efectuat de gaz și lucrul efectuat asupra gazului este suprafața cuprinsă în curba ciclului și reprezintă lucrul produs de ciclu. Lucrul înmulțit cu frecvența ciclului (cicluri pe secundă) este egal cu puterea produsă de motor.
Aria cuprinsă de ciclu pe o diagramă p-V este proporțională cu lucrul produs de ciclu. Pe această pagină am arătat un ciclu Otto ideal în care nu există căldură care să intre (sau să iasă) din gaz în timpul curselor de compresie și de putere, nu există pierderi de frecare și arderea instantanee are loc la volum constant. În realitate, ciclul ideal nu are loc și există multe pierderi asociate cu fiecare proces. Aceste pierderi sunt în mod normal contabilizate prin factori de eficiență care multiplică și modifică rezultatul ideal. Pentru un ciclu real, forma diagramei p-V este asemănătoare cu cea ideală, dar aria (lucrul) este întotdeauna mai mică decât valoarea ideală.
Activități:
Vizite ghidate
Navigație ..
Pagina de start a ghidului pentru începători