Λύσεις — Ενότητα 1.9: Συστήματα Εκκίνησης (σελ. 154-156) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 1.9: Συστήματα Εκκίνησης

Δέκα ερωτήσεις πάνω στα συστήματα εκκίνησης εμβολοφόρων κινητήρων αεροσκαφών: τους παράγοντες που καθορίζουν τον τύπο συστήματος, τους τέσσερις βασικούς τύπους (χειροκίνητο, με φυσίγγιο, αδρανειακό, ηλεκτρικό άμεσης περιστροφής), τη λειτουργία και τα χαρακτηριστικά του αδρανειακού συστήματος με σφόνδυλο (προϋπόθεση εμπλοκής, ταχύτητα περιστροφής, σχέση μετάδοσης, βασικό μειονέκτημα), και την πηγή ισχύος του σύγχρονου ηλεκτρικού συστήματος άμεσης περιστροφής.

Παράγοντες που καθορίζουν τον τύπο συστήματος εκκίνησης

Ερώτηση: Ποιος παράγοντας καθορίζει τον τύπο του συστήματος εκκίνησης για έναν κινητήρα;

Απάντηση:

• §1.9. «Δύο είναι οι κυριότεροι παράγοντες που καθορίζουν τον τύπο του συστήματος εκκίνησης σε έναν κινητήρα: το μέγεθος και το είδος χρήσης του κινητήρα.»

Σύνοψη: Δύο είναι οι κυριότεροι παράγοντες: το μέγεθος του κινητήρα και το είδος χρήσης του κινητήρα. Ανάλογα με αυτούς τους δύο παράγοντες επιλέγεται ο κατάλληλος τύπος συστήματος εκκίνησης (χειροκίνητο, με φυσίγγιο, αδρανειακό ή ηλεκτρικό άμεσης περιστροφής).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μέγεθος κινητήρα + είδος χρήσης του κινητήρα

Τύποι συστημάτων εκκίνησης εμβολοφόρων κινητήρων

Ερώτηση: Αναφέρατε τους τύπους των συστημάτων εκκίνησης εμβολοφόρων κινητήρων και τα χαρακτηριστικά που τους κάνουν να διαφέρουν μεταξύ τους.

Απάντηση:

• §1.9. «Χειροκίνητο σύστημα εκκίνησης... Σύστημα εκκίνησης με φυσίγγιο... Αδρανειακά συστήματα εκκίνησης... ηλεκτρικό σύστημα άμεσης περιστροφής...»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι τύποι συστημάτων εκκίνησης εμβολοφόρων κινητήρων είναι τέσσερις: (1) Το χειροκίνητο σύστημα, το απλούστερο και παλαιότερο, που στηρίζεται στην περιστροφή του έλικα με το χέρι και χρησιμοποιείται μόνο σε μικρού μεγέθους κινητήρες. (2) Το σύστημα με φυσίγγιο, που χρησιμοποιεί ένα φυσίγγιο αέρα-καυσίμου το οποίο αναφλέγεται ηλεκτρικά και τα καυσαέρια κινούν έμβολο συνδεδεμένο με τον στροφαλοφόρο άξονα· εξασφάλιζε σίγουρη εκκίνηση και χρησιμοποιήθηκε σε παλαιότερα πολεμικά αεροσκάφη. (3) Το αδρανειακό σύστημα, που βασίζεται σε σφόνδυλο μεγάλης ροπής αδράνειας ο οποίος περιστρέφεται χειροκίνητα ή ηλεκτρικά μέχρι να αποκτήσει μεγάλη γωνιακή ταχύτητα και στη συνέχεια εμπλέκεται με τον κινητήρα· διακρίνεται σε χειροκίνητο (πλέον εκτός χρήσης), ηλεκτρικό και μεικτό. (4) Το ηλεκτρικό σύστημα άμεσης περιστροφής, ο επικρατέστερος τύπος σήμερα, όπου ηλεκτροκινητήρας τροφοδοτούμενος από τον συσσωρευτή ή από εξωτερική πηγή εκκινεί και εμπλέκεται με τον κινητήρα μέσω διακόπτη και απεμπλέκεται αυτόματα μετά την εκκίνηση. Διαφέρουν κυρίως ως προς την πηγή/τρόπο κίνησης (χειροκίνητη, χημική ενέργεια φυσιγγίου, αδράνεια σφονδύλου, ηλεκτρική ενέργεια συσσωρευτή) και το μέγεθος/χρήση του κινητήρα για τον οποίο είναι κατάλληλα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χειροκίνητο (μικροί κινητήρες) · φυσίγγιο (χημική ενέργεια) · αδρανειακό (σφόνδυλος) · ηλεκτρικό άμεσης περιστροφής (επικρατέστερο σήμερα)

Βασική προϋπόθεση λειτουργίας συστήματος με σφόνδυλο

Ερώτηση: Ποια είναι η βασική προϋπόθεση για να λειτουργήσει ένα σύστημα εκκίνησης που χρησιμοποιεί σφόνδυλο;

Απάντηση:

• §1.9. «Αρχικά, δεν εμπλέκεται με τον κινητήρα, παρά μόνον όταν αποκτήσει μία μεγάλη τιμή γωνιακής ταχύτητας.»

Σύνοψη: Η βασική προϋπόθεση είναι ο σφόνδυλος να αποκτήσει πρώτα μία μεγάλη τιμή γωνιακής ταχύτητας (περιστρεφόμενος χειροκίνητα ή ηλεκτρικά, σε ταχύτητα 8000-20000rpm) και μόνο τότε να εμπλακεί με τον κινητήρα, ώστε η αποθηκευμένη ορμή του να καταναλωθεί για την πραγματοποίηση ενός πλήρους κύκλου λειτουργίας σε έναν ή περισσότερους κυλίνδρους.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ο σφόνδυλος πρέπει πρώτα να αποκτήσει μεγάλη γωνιακή ταχύτητα, πριν εμπλακεί με τον κινητήρα

Προϋπόθεση εκκίνησης εμβολοφόρου κινητήρα (πολλαπλής επιλογής)

Ερώτηση: Ποια από τις ακόλουθες είναι βασική προϋπόθεση για να εκκινήσει ένας εμβολοφόρος κινητήρας; Α) Η πραγματοποίηση ενός πλήρους κύκλου όλων των εμβόλων του. Β) Η μία πλήρης περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονά του. Γ) Η παροχή μείγματος αέρα καυσίμου σε έναν από τους κυλίνδρους του. Δ) Καμιά από τις παραπάνω.

Απάντηση:

• §1.9. «πρέπει σε έναν ή και περισσότερους κυλίνδρους του κινητήρα να πραγματοποιηθεί ένας πλήρης κύκλος λειτουργίας. Τότε, η παραγόμενη ενέργεια είναι αρκετή ώστε να υποστηρίξει τη έναρξη της λειτουργίας των υπόλοιπων κυλίνδρων...»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Δ) Καμιά από τις παραπάνω. Η θεωρία αναφέρει ότι αρκεί να πραγματοποιηθεί ένας πλήρης κύκλος λειτουργίας σε έναν ή περισσότερους κυλίνδρους (όχι απαραίτητα σε όλους, όπως λέει η Α), ενώ ένας πλήρης κύκλος λειτουργίας ενός τετράχρονου κινητήρα απαιτεί δύο πλήρεις περιστροφές του στροφαλοφόρου άξονα, όχι μία (άρα η Β είναι εσφαλμένη)· η απλή παροχή μείγματος αέρα-καυσίμου (Γ) από μόνη της δεν αρκεί, χρειάζεται και η ολοκλήρωση του κύκλου λειτουργίας (με ανάφλεξη). Άρα καμία από τις Α, Β, Γ δεν περιγράφει με ακρίβεια τη βασική προϋπόθεση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό: Δ) Καμία από τις παραπάνω — αρκεί πλήρης κύκλος λειτουργίας σε έναν ή περισσότερους (όχι όλους) κυλίνδρους

Σύστημα εκκίνησης με φυσίγγιο — Σωστό/Λάθος

Ερώτηση: Στο σύστημα εκκίνησης με φυσίγγιο χρησιμοποιούμε την πίεση των καυσαερίων που αποθηκεύεται σε ειδικό δοχείο κατά τη λειτουργία του κινητήρα για την εκκίνησή του. ΣΩΣΤΟ / ΛΑΘΟΣ

Απάντηση:

• §1.9. «Η λειτουργία του στηρίζεται σε ένα φυσίγγιο που περιέχει αέρα με καύσιμη ύλη, το οποίο τοποθετείται σε κατάλληλη θήκη στον κινητήρα και αναφλέγεται ηλεκτρικά... Όταν το περιεχόμενο του φυσιγγίου αναφλέγεται, τα καυσαέρια κινούν το παραπάνω έμβολο...»

Σύνοψη: Λάθος. Το φυσίγγιο δεν αποθηκεύει καυσαέρια που παράγονται κατά τη λειτουργία του κινητήρα· περιέχει εκ των προτέρων αέρα με καύσιμη ύλη, το οποίο αναφλέγεται ηλεκτρικά τη στιγμή της εκκίνησης, παράγοντας τότε τα καυσαέρια που κινούν το έμβολο. Δεν πρόκειται δηλαδή για συλλογή/αποθήκευση καυσαερίων κατά τη λειτουργία του κινητήρα, αλλά για προφορτισμένο μείγμα αέρα-καυσίμου που καίγεται τη στιγμή της εκκίνησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΛΑΘΟΣ — το φυσίγγιο περιέχει εκ των προτέρων αέρα-καύσιμο που αναφλέγεται ηλεκτρικά κατά την εκκίνηση, δεν αποθηκεύει καυσαέρια λειτουργίας

Επιλογή συστήματος εκκίνησης για τετρακύλινδρο κινητήρα αντιτιθέμενων εμβόλων

Ερώτηση: Ποιο από τα συστήματα εκκίνησης που γνωρίζετε θα χρησιμοποιούσατε για την εκκίνηση ενός τετρακύλινδρου κινητήρα αντιτιθέμενων εμβόλων; Αιτιολογήστε την απάντησή σας.

Απάντηση:

• §1.9. «Χειροκίνητο σύστημα εκκίνησης... Χρησιμοποιείται μόνο σε μικρού μεγέθους κινητήρες.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Θα χρησιμοποιούσαμε το χειροκίνητο σύστημα εκκίνησης. Ένας τετρακύλινδρος κινητήρας αντιτιθέμενων εμβόλων (opposed/boxer) είναι τυπικά κινητήρας μικρού μεγέθους, όπως αυτοί που χρησιμοποιούνται σε μικρά αεροσκάφη γενικής αεροπορίας, και το χειροκίνητο σύστημα (περιστροφή του έλικα με το χέρι μέχρι να ξεκινήσει κάποιος κύλινδρος) χρησιμοποιείται ακριβώς σε τέτοιου μεγέθους κινητήρες, χωρίς να απαιτούνται τα βαρύτερα και πολυπλοκότερα συστήματα (φυσίγγιο, αδρανειακό, ηλεκτρικό άμεσης περιστροφής) που προορίζονται συνήθως για μεγαλύτερους κινητήρες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χειροκίνητο σύστημα εκκίνησης — κατάλληλο για μικρού μεγέθους κινητήρες, όπως ο τετρακύλινδρος αντιτιθέμενων εμβόλων

Βασικό μειονέκτημα του συστήματος με σφόνδυλο

Ερώτηση: Ποιο είναι το βασικό μειονέκτημα του συστήματος εκκίνησης που χρησιμοποιεί σφόνδυλο για τη λειτουργία του; Α) Είναι πολύπλοκο σαν σύστημα και απαιτεί ιδιαίτερες τεχνικές συντήρησης. Β) Αυξάνει το βάρος του αεροσκάφους λόγω της μεγάλης μάζας του. Γ) Απαιτεί αυξημένο χρόνο εκκίνησης του κινητήρα σε σχέση με τα άλλα συστήματα. Δ) Έχει ιδιαίτερα αυξημένη κατανάλωση καυσίμου.

Απάντηση:

• §1.9. «Το κύριο στοιχείο των συστημάτων αυτών είναι ο σφόνδυλος, ο οποίος έχει μεγάλη ροπή αδράνειας... Τα χειροκίνητα αδρανειακά συστήματα δε χρησιμοποιούνται πλέον.»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Β) Αυξάνει το βάρος του αεροσκάφους λόγω της μεγάλης μάζας του. Ο σφόνδυλος πρέπει να έχει μεγάλη ροπή αδράνειας για να αποθηκεύσει αρκετή ενέργεια περιστροφής, κάτι που απαιτεί μεγάλη μάζα· αυτό προσθέτει σημαντικό βάρος στο αεροσκάφος, γεγονός που αποτέλεσε βασικό λόγο εγκατάλειψης αυτών των συστημάτων υπέρ του ελαφρύτερου ηλεκτρικού συστήματος άμεσης περιστροφής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό: Β) — η μεγάλη μάζα του σφονδύλου (απαραίτητη για μεγάλη ροπή αδράνειας) αυξάνει το βάρος του αεροσκάφους

Ταχύτητα και σχέση μετάδοσης σφονδύλου — Σωστό/Λάθος

Ερώτηση: Η ταχύτητα περιστροφής του σφονδύλου ενός συστήματος εκκίνησης που χρησιμοποιεί σφόνδυλο κυμαίνεται από 8000rpm έως 20000rpm ενώ η σχέση μετάδοσης της κίνησης προς το στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα είναι της τάξης του 100:1. ΣΩΣΤΟ / ΛΑΘΟΣ

Απάντηση:

• §1.9. «Η ταχύτητα περιστροφής του σφονδύλου κυμαίνεται από 8000rpm έως 20000rpm ενώ η σχέση μετάδοσης της κίνησης προς το στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα είναι της τάξης του 100:1.»

Σύνοψη: Σωστό. Η πρόταση επαναλαμβάνει επακριβώς τα στοιχεία που δίνει το βιβλίο: η ταχύτητα περιστροφής του σφονδύλου κυμαίνεται από 8000rpm έως 20000rpm, ενώ η σχέση μετάδοσης της κίνησης προς τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα είναι της τάξης του 100:1.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΣΩΣΤΟ — ακριβής επανάληψη των τιμών του βιβλίου (8000-20000rpm, σχέση μετάδοσης 100:1)

Πηγή ισχύος ηλεκτρικού συστήματος άμεσης περιστροφής

Ερώτηση: Το ηλεκτρικό σύστημα άμεσης περιστροφής λαμβάνει ισχύ από: Α) Το συσσωρευτή του αεροσκάφους. Β) Από κάποια εξωτερική πηγή ρεύματος μόνο όταν το αεροσκάφος βρίσκεται στο έδαφος. Γ) Όλα τα παραπάνω.

Απάντηση:

• §1.9. «Ο ηλεκτροκινητήρας του λαμβάνει ισχύ από το συσσωρευτή (ή από κάποια εξωτερική πηγή ενέργειας) μέσω διακόπτη εκκίνησης, εκκινεί και εμπλέκεται με τον κινητήρα.»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Γ) Όλα τα παραπάνω. Ο ηλεκτροκινητήρας του συστήματος άμεσης περιστροφής μπορεί να τροφοδοτηθεί είτε από τον συσσωρευτή του αεροσκάφους είτε από εξωτερική πηγή ενέργειας (η οποία χρησιμοποιείται συνήθως μόνο όσο το αεροσκάφος βρίσκεται στο έδαφος), οπότε και οι δύο πηγές (Α και Β) είναι έγκυρες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό: Γ) Όλα τα παραπάνω — συσσωρευτής ή εξωτερική πηγή ενέργειας (στο έδαφος)

Είδη αδρανειακών συστημάτων εκκίνησης — Σωστό/Λάθος

Ερώτηση: Τα αδρανειακά συστήματα εκκίνησης διακρίνονται σε χειροκίνητα, ηλεκτρικά και μεικτά. ΣΩΣΤΟ / ΛΑΘΟΣ

Απάντηση:

• §1.9. «Τα χειροκίνητα αδρανειακά συστήματα δε χρησιμοποιούνται πλέον. Στα ηλεκτρικά αδρανειακά συστήματα...» «Πολλά ηλεκτρικά αδρανειακά συστήματα εκκίνησης διαθέτουν υποδοχή για χειροκίνητη εκκίνηση... Ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται μεικτό.»

Σύνοψη: Σωστό. Το βιβλίο αναφέρει ρητά τα αδρανειακά συστήματα εκκίνησης στις τρεις αυτές μορφές: χειροκίνητα (πλέον εκτός χρήσης), ηλεκτρικά (με έλεγχο από το πιλοτήριο) και μεικτά (ηλεκτρικά συστήματα με εφεδρική υποδοχή χειροκίνητης εκκίνησης).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΣΩΣΤΟ — χειροκίνητα, ηλεκτρικά, μεικτά (ηλεκτρικό + εφεδρική χειροκίνητη υποδοχή)