Λύσεις — Ενότητα 1.1: Γενικά (σελ. 47) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 1.1: Γενικά

Λύσεις στις 3 ερωτήσεις της ενότητας 1.1: αναγνώριση θερμικών μηχανών (αεριοστρόβιλος και κινητήρας Wankel έναντι ανεμογεννήτριας/υδατογεννήτριας), το ενεργό μέσο σε δίχρονο εμβολοφόρο κινητήρα (μείγμα αέρα-καυσίμου) και σε ατμοστρόβιλο (νερό), και τα πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα εμβολοφόρου κινητήρα (κραδασμοί έναντι χαμηλού κόστους και γρήγορης απόκρισης) και στροβιλοκινητήρα (κατανάλωση/κόστος/συντήρηση έναντι ισχύος-βάρους και υπερηχητικών ταχυτήτων).

Αναγνώριση θερμικών μηχανών

Ερώτηση: Ποιες από τις ακόλουθες μηχανές θα χαρακτηρίζατε ως θερμικές μηχανές; Μια ανεμογεννήτρια, έναν αεροπορικό αεριοστρόβιλο, μια υδατογεννήτρια, έναν κινητήρα τύπου Wankel.

Απάντηση:

• §1.1.2. «Θερμική μηχανή ορίζουμε τη μηχανή η οποία μετατρέπει τη θερμότητα σε μηχανική ενέργεια... μέσω ενός εμβόλου, σε εμβολοφόρο κινητήρα, ή, μέσω της πτερωτής ενός στροβίλου, όπως π.χ. σε αεριοστρόβιλο κινητήρα.» Αντίθετα, η ανεμογεννήτρια και η υδατογεννήτρια μετατρέπουν κινητική ενέργεια ανέμου/νερού σε ηλεκτρική, όχι θερμότητα σε μηχανική ενέργεια (§1.1.2, παράδειγμα υδρόμυλου/ανεμογεννήτριας ως απλών «μηχανών» μετατροπής ενέργειας, όχι θερμικών μηχανών).

Σύνοψη: Θερμικές μηχανές από τις αναφερόμενες είναι ο αεροπορικός αεριοστρόβιλος και ο κινητήρας τύπου Wankel, αφού και οι δύο μετατρέπουν τη χημική ενέργεια καυσίμου σε θερμότητα και στη συνέχεια σε μηχανική ενέργεια (ο αεριοστρόβιλος μέσω της πτερωτής ενός στροβίλου, ο Wankel μέσω περιστρεφόμενου εμβόλου). Αντίθετα, η ανεμογεννήτρια και η υδατογεννήτρια ΔΕΝ είναι θερμικές μηχανές: μετατρέπουν κινητική ενέργεια (του ανέμου ή του νερού αντίστοιχα) απευθείας σε μηχανική/ηλεκτρική ενέργεια, χωρίς να μεσολαβεί μετατροπή θερμότητας σε έργο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Θερμικές μηχανές: αεριοστρόβιλος, κινητήρας Wankel· ΟΧΙ θερμικές: ανεμογεννήτρια, υδατογεννήτρια (μετατρέπουν κινητική ενέργεια, όχι θερμότητα)

Ενεργό μέσο δίχρονου εμβολοφόρου και ατμοστρόβιλου

Ερώτηση: Ποιο είναι το ενεργό μέσο σε έναν δίχρονο εμβολοφόρο κινητήρα και σε έναν ατμοστρόβιλο;

Απάντηση:

• §1.1.1. «Ενεργό μέσο... είναι η ποσότητα της ύλης πάνω στην οποία εκτελούνται διάφορες διεργασίες... Στις μηχανές εσωτερικής καύσης, για παράδειγμα, το ενεργό μέσο είναι το μείγμα αέρα καυσίμου ενώ στην ατμομηχανή, η οποία είναι μηχανή εξωτερικής καύσης, το ενεργό μέσο είναι το νερό.»

Σύνοψη: Σε έναν δίχρονο εμβολοφόρο κινητήρα, που είναι μηχανή εσωτερικής καύσης, το ενεργό (εργαζόμενο) μέσο είναι το μείγμα αέρα-καυσίμου. Σε έναν ατμοστρόβιλο, ο οποίος λειτουργεί όπως η ατμομηχανή ως μηχανή εξωτερικής καύσης (η καύση γίνεται σε ξεχωριστό λέβητα και ο παραγόμενος ατμός διοχετεύεται στα πτερύγια του στροβίλου), το ενεργό μέσο είναι το νερό (υπό μορφή ατμού).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δίχρονος εμβολοφόρος: μείγμα αέρα-καυσίμου· ατμοστρόβιλος: νερό (ατμός)

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα εμβολοφόρου και στροβιλοκινητήρα

Ερώτηση: Αναφέρατε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του εμβολοφόρου κινητήρα και του στροβιλοκινητήρα.

Απάντηση:

• §1.1.5. «Γενικά οι εμβολοφόροι κινητήρες έχουν το μειονέκτημα της ύπαρξης κραδασμών... ενώ τα πλεονεκτήματά τους είναι το χαμηλό λειτουργικό κόστος... και ο μικρός χρόνος απόκρισής τους... Τα μειονεκτήματα των αεριοστρόβιλων κινητήρων είναι η μεγάλη κατανάλωση καυσίμου..., το μεγάλο λειτουργικό κόστος και η απαίτηση για εξειδικευμένο εξοπλισμό συντήρησης. Στα πλεονεκτήματά τους συγκαταλέγονται η μεγάλη παρεχόμενη ισχύς για το βάρος τους και η δυνατότητα πρόωσης σε ταχύτητες που φθάνουν ή και ξεπερνούν την ταχύτητα του ήχου.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο εμβολοφόρος κινητήρας έχει ως μειονέκτημα την ύπαρξη κραδασμών κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του, ενώ τα πλεονεκτήματά του είναι το χαμηλό λειτουργικό κόστος (λόγω χαμηλής κατανάλωσης καυσίμου και φθηνών ανταλλακτικών) και ο μικρός χρόνος απόκρισής του στις μεταβολές του χειριστή (θέση μανέτας)· αυτά τα χαρακτηριστικά τον καθιστούν αναντικατάστατο σε μικρά αεροσκάφη γενικής χρήσης. Ο στροβιλοκινητήρας (αεριοστρόβιλος) έχει ως μειονεκτήματα τη μεγάλη κατανάλωση καυσίμου για την ίδια παρεχόμενη ισχύ σε σχέση με έναν εμβολοφόρο, το μεγάλο λειτουργικό κόστος και την απαίτηση για εξειδικευμένο εξοπλισμό συντήρησης· στα πλεονεκτήματά του συγκαταλέγονται η μεγάλη παρεχόμενη ισχύς σε σχέση με το βάρος του και η δυνατότητα πρόωσης σε ταχύτητες που φθάνουν ή και ξεπερνούν την ταχύτητα του ήχου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Εμβολοφόρος: μειονέκτημα κραδασμοί, πλεονεκτήματα χαμηλό κόστος+γρήγορη απόκριση· αεριοστρόβιλος: μειονεκτήματα κατανάλωση/κόστος/συντήρηση, πλεονεκτήματα ισχύς/βάρος+υπερηχητικές ταχύτητες