Λύσεις — Ενότητα 3.8: Συστήματα Ανάφλεξης (σελ. 364-365) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 3.8: Συστήματα Ανάφλεξης

Λύσεις στις 5 ερωτήσεις της ενότητας 3.8: ο σκοπός του συστήματος ανάφλεξης, τα τρία είδη συστημάτων ανάφλεξης (επαγωγικά, πυκνωτικά, ηλεκτρικής αντίστασης), τα βασικά εξαρτήματα και ο τρόπος λειτουργίας ενός τυπικού πυκνωτικού συστήματος ανάφλεξης υψηλής τάσης, τα βασικά μέρη ενός τυπικού αναφλεκτήρα, και ο λόγος για τον οποίο ο εκκινητήρας πρέπει να συνεχίζει να λειτουργεί μετά την ανάφλεξη του μείγματος αέρα-καυσίμου κατά την εκκίνηση του κινητήρα.

Σκοπός συστήματος ανάφλεξης — Σωστό ή Λάθος

Ερώτηση: Ο σκοπός του συστήματος ανάφλεξης είναι η παροχή θερμικής ενέργειας στο μείγμα καυσίμου αέρα η οποία θα είναι τέτοιας έντασης που θα μπορεί να προκαλέσει ανάφλεξή του σε όλες τις πιθανές συνθήκες πτήσεως που μπορεί να αντιμετωπίσει το αεροσκάφος. ΣΩΣΤΟ Q ΛΑΘΟΣ Q

Απάντηση:

• §3.8.1. «Ο σκοπός του συστήματος ανάφλεξης είναι η παροχή θερμικής ενέργειας στο μείγμα καυσίμου αέρα, η οποία θα είναι τέτοιας έντασης που θα μπορεί να προκαλέσει ανάφλεξή του σε όλες τις πιθανές συνθήκες πτήσεως, που μπορεί να αντιμετωπίσει το αεροσκάφος.»

Σύνοψη: Η πρόταση είναι ΣΩΣΤΗ. Περιγράφει επακριβώς τον σκοπό του συστήματος ανάφλεξης, όπως δίνεται στη θεωρία: η παροχή θερμικής ενέργειας στο μείγμα καυσίμου-αέρα, με ένταση τέτοια που να μπορεί να προκαλέσει την ανάφλεξή του σε όλες τις πιθανές συνθήκες πτήσεως που μπορεί να αντιμετωπίσει το αεροσκάφος (π.χ. πολύ χαμηλές θερμοκρασίες σε μεγάλο ύψος, φτωχό μείγμα με μεγάλη ταχύτητα ροής).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΣΩΣΤΟ — παροχή θερμικής ενέργειας ικανής να αναφλέξει το μείγμα σε όλες τις συνθήκες πτήσεως

Είδη συστημάτων ανάφλεξης και διαφορές λειτουργίας

Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη των συστημάτων ανάφλεξης; Αναφέρατε τις διαφορές στον τρόπο λειτουργίας τους.

Απάντηση:

• §3.8.1. «Γενικά τα συστήματα αυτά εμπίπτουν στις παρακάτω τρεις κατηγορίες: Τα επαγωγικά συστήματα, τα οποία χρησιμοποιούν μετασχηματιστή για να αυξήσουν την τάση... Στα πυκνωτικά συστήματα, όπου η απαραίτητη τάση για τη λειτουργία του αναφλεκτήρα παράγεται από την εκφόρτιση πυκνωτών... Στα συστήματα ηλεκτρικής αντίστασης... δεν δημιουργείται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κατά τη λειτουργία τους και δεν απαιτούν χρήση φίλτρου.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα συστήματα ανάφλεξης αεριοστρόβιλων κινητήρων εμπίπτουν σε τρεις κατηγορίες. 1) Τα επαγωγικά συστήματα, τα οποία χρησιμοποιούν μετασχηματιστή για να αυξήσουν την τάση σε επίπεδα ικανά να σχηματίσουν σπινθήρα στα άκρα του αναφλεκτήρα — τα συστήματα αυτά έχουν πλέον ξεπεραστεί. 2) Τα πυκνωτικά συστήματα, στα οποία η απαραίτητη τάση για τη λειτουργία του αναφλεκτήρα παράγεται από την εκφόρτιση πυκνωτών· είναι τα πιο ευρέως διαδεδομένα και χρησιμοποιούνται στις μέρες μας, γιατί παράγουν σπινθήρα μεγάλης θερμικής ενέργειας ικανό να αναφλέξει το φτωχό μείγμα σε αντίξοες συνθήκες. 3) Τα συστήματα ηλεκτρικής αντίστασης, τα οποία δεν χρησιμοποιούνται ευρέως, αλλά έχουν το πλεονέκτημα ότι δεν δημιουργούν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κατά τη λειτουργία τους και έτσι δεν απαιτούν τη χρήση φίλτρου για την αποφυγή παρεμβολών στα ηλεκτρονικά όργανα και τις συσκευές του αεροσκάφους — αντίθετα με τα πυκνωτικά και επαγωγικά συστήματα, στα οποία απαιτείται ηλεκτρονικό φίλτρο για την αποκοπή συχνοτήτων παρεμβολής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 3 είδη: επαγωγικά (ξεπερασμένα), πυκνωτικά (πιο διαδεδομένα, εκφόρτιση πυκνωτών), ηλεκτρικής αντίστασης (χωρίς ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, χωρίς ανάγκη φίλτρου)

Βασικά εξαρτήματα και λειτουργία πυκνωτικού συστήματος ανάφλεξης

Ερώτηση: Αναφέρατε τα βασικά εξαρτήματα του πυκνωτικού συστήματος ανάφλεξης και τον τρόπο λειτουργίας του.

Απάντηση:

• §3.8.2. «...χρησιμοποιούνται δύο αναφλεκτήρες, κάθε ένας από τους οποίους διαθέτει ανεξάρτητη μονάδα ανάφλεξης, με κοινή όμως πηγή τροφοδοσίας τη μπαταρία... Το πρώτο συγκρότημα... ονομάζεται κύκλωμα διέγερσης... περιστρέφει δύο έκκεντρα... Με τη χρήση του μετασχηματιστή χαμηλής τάσης, η τάση του ρεύματος αυξάνεται από 24V σε 2000V... περνάει μέσω ενός ανορθωτή και αποθηκεύεται σε πυκνωτή μεγάλης χωρητικότητας... Ο μετασχηματιστής αυτός μετατρέπει την τάση των 2000V σε 28000V.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα βασικά εξαρτήματα ενός τυπικού πυκνωτικού συστήματος ανάφλεξης υψηλής τάσης είναι: η μπαταρία του σκάφους (κοινή πηγή τροφοδοσίας για δύο ανεξάρτητες μονάδες ανάφλεξης, μία ανά αναφλεκτήρα), το ηλεκτρονικό φίλτρο (αποκόπτει παρεμβολές στα συστήματα επικοινωνίας), το κύκλωμα διέγερσης με το ηλεκτρικό μοτέρ που περιστρέφει δύο έκκεντρα (πολλαπλών λοβών και μονού λοβού), ο μετασχηματιστής χαμηλής τάσης, ο ανορθωτής, ο πυκνωτής μεγάλης χωρητικότητας, ο μετασχηματιστής υψηλής τάσης και ο αναφλεκτήρας. Ο τρόπος λειτουργίας είναι ο εξής: όταν κλείσει ο διακόπτης, συνεχές ρεύμα από τη μπαταρία κινεί το ηλεκτρικό μοτέρ, το οποίο περιστρέφει το έκκεντρο πολλαπλών λοβών (μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε διακοπτόμενο, ώστε να μετασχηματιστεί) και το έκκεντρο μονού λοβού (διακόπτει περιοδικά το κύκλωμα χαμηλής τάσης, δίνοντας χρόνο φόρτισης στον πυκνωτή). Ο μετασχηματιστής χαμηλής τάσης ανεβάζει την τάση από 24V σε 2000V· το ρεύμα περνά από τον ανορθωτή (που το μετατρέπει σε συνεχές και εμποδίζει την αντίστροφη εκφόρτιση) και φορτίζει τον πυκνωτή μεγάλης χωρητικότητας. Όταν κλείσουν οι επαφές του έκκεντρου μονού λοβού, ο πυκνωτής εκφορτίζεται απότομα στο πρωτεύον πηνίο του μετασχηματιστή υψηλής τάσης, ο οποίος ανεβάζει την τάση σε 28000V — αρκετή ώστε το ρεύμα να υπερπηδήσει το κενό στα ηλεκτρόδια του αναφλεκτήρα, δημιουργώντας σπινθήρα μεγάλης ενέργειας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Βασικά εξαρτήματα: μπαταρία, φίλτρο, μοτέρ+2 έκκεντρα, μετασχηματιστής χαμηλής τάσης (24V→2000V), ανορθωτής, πυκνωτής, μετασχηματιστής υψηλής τάσης (2000V→28000V), αναφλεκτήρας

Βασικά τμήματα τυπικού αναφλεκτήρα

Ερώτηση: Ποια είναι τα βασικά τμήματα ενός τυπικού αναφλεκτήρα αεριοστρόβιλου κινητήρα;

Απάντηση:

• §3.8.3. «Ένας τυπικός αναφλεκτήρας αποτελείται από τα παρακάτω μέρη: Ένα ηλεκτρόδιο... Το μεταλλικό περίβλημα... Το μονωτικό υλικό που διαχωρίζει το ηλεκτρόδιο από το περίβλημα.»

Σύνοψη: Ένας τυπικός αναφλεκτήρας αεριοστρόβιλου κινητήρα αποτελείται από τρία βασικά μέρη: 1) το ηλεκτρόδιο, στο οποίο μεταφέρεται το ρεύμα από το σύστημα ανάφλεξης — κατασκευάζεται από κράματα νικελίου για αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες του σπινθήρα· 2) το μεταλλικό περίβλημα, στο οποίο γειώνεται ο σπινθήρας — κατασκευάζεται από ανοξείδωτο ατσάλι ή κράματα νικελίου, για αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες του θαλάμου καύσης· 3) το μονωτικό υλικό, που διαχωρίζει το ηλεκτρόδιο από το περίβλημα και αποτρέπει το σχηματισμό σπινθήρα σε άλλο σημείο εκτός της κεφαλής — κατασκευάζεται από κεραμικό υλικό, όπως οξείδιο του αλουμινίου, το οποίο παρέχει καλή μόνωση σε υψηλές τάσεις, υψηλή αντοχή στις μηχανικές καταπονήσεις και μεγάλη θερμική αγωγιμότητα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 3 μέρη: ηλεκτρόδιο (κράματα νικελίου), μεταλλικό περίβλημα (ανοξείδωτο ατσάλι/νικέλιο), μονωτικό υλικό (κεραμικό, π.χ. οξείδιο αλουμινίου)

Λόγος συνέχισης λειτουργίας εκκινητήρα μετά την ανάφλεξη

Ερώτηση: Για ποιο λόγο πρέπει ο εκκινητήρας ενός αεριοστρόβιλου κινητήρα να συνεχίζει να λειτουργεί από τη στιγμή που θα αναφλεγεί το μείγμα αέρα καυσίμου στον θάλαμο καύσης του κινητήρα;

Απάντηση:

• §3.8.4. «Ταυτόχρονα ο εκκινητής συνεχίζει να είναι ενεργοποιημένος υποβοηθώντας τον κινητήρα στην επιτάχυνσή του, μέχρι την ταχύτητα, από την οποία μπορεί να επιταχύνει μόνος του ο κινητήρας έως το σημείο βραδείας λειτουργίας. Χωρίς επαρκή υποβοήθηση δεν είναι δυνατή η επιτάχυνση του κινητήρα και οι στροφές του παραμένουν σταθερές ή μειώνονται.»

Σύνοψη: Ο εκκινητήρας πρέπει να συνεχίσει να λειτουργεί μετά την ανάφλεξη του μείγματος, γιατί μόνο του δεν έχει ο κινητήρας ακόμη αρκετή ισχύ ώστε να επιταχύνει μέχρι το ρελαντί (σημείο βραδείας λειτουργίας) — ο εκκινητήρας υποβοηθά την επιτάχυνση αυτή, μέχρι να φτάσει ο κινητήρας σε ταχύτητα από την οποία μπορεί πλέον να επιταχύνει μόνος του. Αν ο εκκινητήρας διακοπεί νωρίτερα ή η υποβοήθησή του δεν είναι επαρκής, ο κινητήρας δεν μπορεί να επιταχύνει και οι στροφές του παραμένουν σταθερές ή ακόμη και μειώνονται — δηλαδή έχουμε θερμή εκκίνηση, με κίνδυνο υπερθέρμανσης του θερμού τμήματος, οπότε πρέπει να διακοπεί αμέσως η παροχή καυσίμου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ο εκκινητήρας υποβοηθά την επιτάχυνση μέχρι το ρελαντί· χωρίς αυτόν οι στροφές μένουν σταθερές/μειώνονται (θερμή εκκίνηση)