Λύσεις — Ενότητα 3.4: Λίπανση – Συστήματα Λίπανσης (σελ. 362-363) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 3.4: Λίπανση - Συστήματα Λίπανσης

Λύσεις στις 7 ερωτήσεις της ενότητας 3.4: αίτια τριβής και ο ρόλος του λιπαντικού, το ιξώδες ως βασικότερη φυσική ιδιότητα, ο σχηματισμός αφρού και η αντιμετώπισή του, τα 13 εξαρτήματα ενός τυπικού συστήματος λίπανσης αεριοστρόβιλου κινητήρα, ο σκοπός των ανακουφιστικών βαλβίδων στο φίλτρο και στην αντλία, ο σκοπός του μαγνητικού ανιχνευτή ρινισμάτων, και η διαφορά, τα πλεονεκτήματα και μια εφαρμογή του συστήματος λίπανσης ανοιχτού τύπου.

Αίτια τριβής και τρόποι αντιμετώπισής της

Ερώτηση: Αναφέρατε τα αίτια πρόκλησης της τριβής και τους τρόπους που την αντιμετωπίζουμε.

Απάντηση:

• §3.4.1. «Όσο λείες και ομοιόμορφες να φαίνονται οι επιφάνειες ενός τριβέα ή των δοντιών ενός γραναζιού με γυμνό μάτι σε μικροσκοπική κλίμακα είναι αρκετά ανώμαλες και τραχιές. Η άμεση επαφή μεταξύ τους επιφέρει φθορά... Ο ρόλος του λιπαντικού είναι να αποτρέψει την επαφή και συνεπώς την τριβή μεταξύ των κινούμενων μερών δημιουργώντας ένα προστατευτικό στρώμα ανάμεσά τους.»

Σύνοψη: Η τριβή προκαλείται επειδή οι επιφάνειες των κινούμενων μερών (π.χ. τριβείς, δόντια γραναζιών), παρόλο που φαίνονται λείες με γυμνό μάτι, είναι σε μικροσκοπική κλίμακα ανώμαλες και τραχιές· η άμεση επαφή τους κάτω από υψηλές δυνάμεις δημιουργεί δύναμη τριβής με αντίθετη διεύθυνση από την κίνηση, προκαλώντας φθορά και στις δύο επιφάνειες και αύξηση της θερμοκρασίας, η οποία με τη σειρά της αυξάνει τις διαστάσεις των μερών λόγω διαστολής και άρα την τριβή ακόμη περισσότερο (φαύλος κύκλος που μπορεί να οδηγήσει ακόμη και σε τήξη υλικών). Ο τρόπος αντιμετώπισης της τριβής είναι η χρήση λιπαντικού, το οποίο δημιουργεί ένα προστατευτικό στρώμα ανάμεσα στα κινούμενα μέρη, ώστε η τριβή να πραγματοποιείται πλέον μεταξύ κάθε μέρους και του λιπαντικού και όχι απευθείας μεταξύ των μερών, ενώ παράλληλα το λιπαντικό απάγει τη θερμότητα που αναπτύσσεται στις περιοχές επαφής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αίτια: μικροσκοπική τραχύτητα επιφανειών → φθορά + αύξηση θερμοκρασίας· αντιμετώπιση: λιπαντικό (προστατευτικό στρώμα + απαγωγή θερμότητας)

Βασικότερη φυσική ιδιότητα λιπαντικού

Ερώτηση: Ποια είναι η βασικότερη φυσική ιδιότητα ενός λιπαντικού;

Απάντηση:

• §3.4.2. «Οι φυσικές ιδιότητες των λιπαντικών παρουσιάστηκαν αναλυτικά σε σχετικό κεφάλαιο του βιβλίου «Κινητήρες Αεροσκαφών Ι».» — §3.4.3: «ένα λιπαντικό θα πρέπει να έχει την απαιτούμενη απόδοση σε θερμοκρασίες λειτουργίας από -50°C έως 200°C, έτσι ώστε στις χαμηλές θερμοκρασίες να ρέει ικανοποιητικά... ενώ στις μεγάλες θερμοκρασίες λειτουργίας, δε θα πρέπει να γίνεται πολύ λεπτόρρευστο μειώνοντας τη λιπαντική του δυνατότητα.»

Σύνοψη: Η βασικότερη φυσική ιδιότητα ενός λιπαντικού είναι το ιξώδες (viscosity), δηλαδή η αντίσταση που προβάλλει στη ροή του. Το ιξώδες καθορίζει αν το λιπαντικό θα ρέει ικανοποιητικά στο σύστημα λίπανσης σε χαμηλές θερμοκρασίες (π.χ. κατά την εκκίνηση, ακόμη και στους -50°C) χωρίς να είναι υπερβολικά παχύρρευστο, και ταυτόχρονα δεν θα γίνεται υπερβολικά λεπτόρρευστο σε υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας (έως 200°C), χάνοντας τη λιπαντική του ικανότητα. Το κατάλληλο ιξώδες σε όλο το εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας είναι προϋπόθεση για τη σωστή λίπανση των τριβέων του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Βασικότερη ιδιότητα: το ιξώδες — καθορίζει τη ρευστότητα του λιπαντικού σε όλο το εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας

Συνέπειες δημιουργίας αφρού και αντιμετώπισή τους

Ερώτηση: Ποιες συνέπειες έχει η δημιουργία αφρού σε ένα σύστημα λίπανσης και πώς αντιμετωπίζεται το φαινόμενο αυτό;

Απάντηση:

• §3.4.2. «Το λιπαντικό δεν θα πρέπει να παγιδεύει φυσαλίδες αέρα και να σχηματίζει αφρό καθώς κυκλοφορεί στο σύστημα λίπανσης. Ειδικά πρόσθετα βοηθούν στο διαχωρισμό των φυσαλίδων αέρα από το λιπαντικό σε μικρό χρονικό διάστημα, αποτρέποντας την εισροή μείγματος αέρα-λιπαντικού στο κύκλωμα λίπανσης.» §3.4.4.2. «Η αυξημένη πίεση στη δεξαμενή περιορίζει επίσης τον σχηματισμό αφρού... Διαθέτει επίσης διαχωριστικά ελάσματα τα οποία εμποδίζουν την ταλάντευση του λιπαντικού μέσα στη δεξαμενή κατά τη διάρκεια της πτήσης, αποφεύγοντας έτσι τον σχηματισμό αφρού.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο σχηματισμός αφρού σημαίνει ότι στο λιπαντικό παγιδεύονται φυσαλίδες αέρα καθώς αυτό κυκλοφορεί στο κύκλωμα λίπανσης. Οι κύριες συνέπειες είναι: (α) η εισροή μείγματος αέρα-λιπαντικού στο κύκλωμα αντί για καθαρό λιπαντικό, γεγονός που μειώνει την αποτελεσματικότητα της λίπανσης και της ψύξης των τριβέων, και (β) η αύξηση του φαινόμενου όγκου του λιπαντικού που επιστρέφει από τις κυστίδες, κάτι που απαιτεί οι αντλίες επιστροφής να έχουν μεγαλύτερη παροχετευτική ικανότητα από την ποσότητα λαδιού που πραγματικά εισέρχεται στην κυστίδα. Το φαινόμενο αντιμετωπίζεται με περισσότερους τρόπους: με ειδικά πρόσθετα στο λιπαντικό, τα οποία επιταχύνουν τον διαχωρισμό των φυσαλίδων αέρα από το λάδι· με την αύξηση της πίεσης μέσα στη δεξαμενή λιπαντικού, η οποία περιορίζει τον σχηματισμό αφρού· και με τα διαχωριστικά ελάσματα στο εσωτερικό της δεξαμενής, τα οποία εμποδίζουν την ταλάντευση (σλόσινγκ) του λιπαντικού κατά τη διάρκεια της πτήσης, περιορίζοντας έτσι τον σχηματισμό αφρού. Τέλος, ο αέρας που έχει παγιδευτεί διαχωρίζεται τελικά από το λιπαντικό μέσα στη δεξαμενή ή σε ειδικό διαχωριστή αέρα/λιπαντικού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Συνέπειες αφρού: μείγμα αέρα-λαδιού στο κύκλωμα, μειωμένη λίπανση, αυξημένος όγκος επιστροφής· αντιμετώπιση: πρόσθετα, πίεση δεξαμενής, διαχωριστικά ελάσματα, διαχωριστής αέρα/λιπαντικού

Εξαρτήματα τυπικού συστήματος λίπανσης

Ερώτηση: Αναφέρατε τα εξαρτήματα, από τα οποία αποτελείται ένα αντιπροσωπευτικό σύστημα λίπανσης.

Απάντηση:

• §3.4.4.1. «Ένα τυπικό σύστημα λίπανσης ενός αεριοστρόβιλου κινητήρα... αποτελείται από τα εξής μέρη: 1. Δεξαμενή λιπαντικού... 2. Αντλία παροχής λιπαντικού... 3. Σύστημα επιστροφής λιπαντικού... 4. Φίλτρο λιπαντικού... 5. Μαγνητικός ανιχνευτής ρινισμάτων ή μαγνητικό πώμα... 6. Εναλλάκτης συστήματος λίπανσης... 7. Ανακουφιστική βαλβίδα συστήματος λίπανσης 8. Σύστημα ατμοσφαιρικής αποκατάστασης κυστίδων 9. Θερμοστατικές βαλβίδες 10. Ακροφύσια ψεκασμού λιπαντικού 11. Διατάξεις στεγανοποίησης 12. Όργανα ένδειξης πίεσης και θερμοκρασίας λιπαντικού 13. Σωληνώσεις και εξαρτήματα ελέγχου ροής λιπαντικού...»

Σύνοψη: Ένα τυπικό σύστημα λίπανσης αεριοστρόβιλου κινητήρα αποτελείται από τα εξής 13 μέρη: 1) δεξαμενή λιπαντικού (oil tank), 2) αντλία παροχής λιπαντικού (pressure oil pump), 3) σύστημα επιστροφής λιπαντικού (scavenge oil system), 4) φίλτρο λιπαντικού (oil filter), 5) μαγνητικό ανιχνευτή ρινισμάτων ή μαγνητικό πώμα (chip detector), 6) εναλλάκτη συστήματος λίπανσης (oil cooler), 7) ανακουφιστική βαλβίδα συστήματος λίπανσης, 8) σύστημα ατμοσφαιρικής αποκατάστασης κυστίδων, 9) θερμοστατικές βαλβίδες, 10) ακροφύσια ψεκασμού λιπαντικού, 11) διατάξεις στεγανοποίησης, 12) όργανα ένδειξης πίεσης και θερμοκρασίας λιπαντικού, και 13) σωληνώσεις και εξαρτήματα ελέγχου ροής λιπαντικού, όπως αντεπίστροφες ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, βαλβίδες ελέγχου ροής και φίλτρα λιπαντικού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 13 μέρη: δεξαμενή, αντλία παροχής, σύστημα επιστροφής, φίλτρο, ανιχνευτής ρινισμάτων, εναλλάκτης, ανακουφιστική βαλβίδα, σύστημα αποκατάστασης κυστίδων, θερμοστατικές βαλβίδες, ακροφύσια, στεγανοποιήσεις, όργανα ένδειξης, σωληνώσεις/εξαρτήματα ροής

Σκοπός ανακουφιστικής βαλβίδας φίλτρου και αντλίας

Ερώτηση: Ποιος είναι ο σκοπός ύπαρξης της ανακουφιστικής βαλβίδας στο φίλτρο και στην αντλία λιπαντικού;

Απάντηση:

• §3.4.4.3. «Όλες οι παραπάνω αντλίες διαθέτουν βαλβίδα παράκαμψης του λιπαντικού στη δεξαμενή για την αποφυγή δημιουργίας υψηλής πίεσης και καταστροφής της αντλίας.» §3.4.4.5. «Όλα τα είδη φίλτρων έχουν ενσωματωμένη μια ανακουφιστική βαλβίδα παράκαμψης ελαίου. Σε ενδεχόμενη απόφραξη του φίλτρου, επιτρέπεται η είσοδος στο κύκλωμα μη φιλτραρισμένου λιπαντικού, αφού αυτό είναι ασφαλέστερο από την πλήρη έλλειψή του.»

Σύνοψη: Στην αντλία λιπαντικού, η ανακουφιστική βαλβίδα (βαλβίδα παράκαμψης) παρακάμπτει το λιπαντικό προς τη δεξαμενή όταν η πίεση στο κύκλωμα ξεπεράσει ένα προκαθορισμένο όριο, με σκοπό να αποφευχθεί η δημιουργία υπερβολικά υψηλής πίεσης που θα μπορούσε να καταστρέψει την αντλία ή άλλα εξαρτήματα του συστήματος. Στο φίλτρο λιπαντικού, η ανακουφιστική βαλβίδα παράκαμψης ανοίγει σε περίπτωση απόφραξης του διηθητικού στοιχείου, επιτρέποντας τη διέλευση μη φιλτραρισμένου λιπαντικού προς τους τριβείς· ο σκοπός της είναι να διασφαλίσει ότι ο κινητήρας θα συνεχίσει να λαμβάνει λιπαντικό (έστω μη φιλτραρισμένο) σε περίπτωση απόφραξης, αφού αυτό είναι ασφαλέστερο για τον κινητήρα από την πλήρη έλλειψη λίπανσης των τριβέων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αντλία: αποφυγή υπερβολικής πίεσης/καταστροφής αντλίας· φίλτρο: εξασφάλιση ροής λαδιού (έστω μη φιλτραρισμένου) αν φράξει το φίλτρο, ώστε να αποφευχθεί λιμοκτονία λίπανσης

Σκοπός μαγνητικού ανιχνευτή ρινισμάτων — Σωστό ή Λάθος

Ερώτηση: Ο σκοπός ύπαρξης του μαγνητικού ανιχνευτή ρινισμάτων είναι η συλλογή όλων των ρινισμάτων που δημιουργούνται από τη φθορά στον κινητήρα για αποφυγή δημιουργίας βλάβης στον κινητήρα. ΣΩΣΤΟ Q ΛΑΘΟΣ Q

Απάντηση:

• §3.4.4.6. «Ο μηχανικός μαγνητικός ανιχνευτής... Όταν περάσει κάποιο φερομαγνητικό σώμα, όπως ρινίσματα μετάλλων, αυτά προσκολλούνται στην άκρη του ανιχνευτή και είναι εύκολος ο εντοπισμός τους στην επόμενη επιθεώρηση.» §3.4.4.5. «Το φίλτρο ελαίου... είναι απαραίτητο σε ένα σύστημα λίπανσης για την αφαίρεση από το λάδι ρινισμάτων μετάλλου...»

Σύνοψη: Η πρόταση είναι ΛΑΘΟΣ. Ο μαγνητικός ανιχνευτής ρινισμάτων δεν έχει σκοπό να συλλέξει «όλα» τα ρινίσματα του κινητήρα — αυτό είναι έργο του φίλτρου λαδιού, το οποίο κατακρατεί τα σωματίδια που κυκλοφορούν σε όλο το κύκλωμα λίπανσης. Ο ανιχνευτής ρινισμάτων προσκολλά μόνο τα φερομαγνητικά σωματίδια που περνούν κοντά από το μαγνητισμένο του άκρο (στα σημεία όπου είναι τοποθετημένος: γραμμές επιστροφής λαδιού, δεξαμενή, κιβώτια μετάδοσης κίνησης) και ο πραγματικός του σκοπός είναι η έγκαιρη ανίχνευση/επισήμανση ενδεχόμενης φθοράς — ώστε αυτή να εντοπιστεί στην επόμενη επιθεώρηση (μηχανικός τύπος) ή να ειδοποιηθεί άμεσα το πιλοτήριο (ηλεκτρικός τύπος) — και όχι η συλλογή του συνόλου των ρινισμάτων προς αποφυγή βλάβης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΛΑΘΟΣ — ο ανιχνευτής ρινισμάτων προσκολλά (δεν «συλλέγει όλα») τα φερομαγνητικά ρινίσματα που περνούν κοντά του, με σκοπό την έγκαιρη ανίχνευση φθοράς· η συλλογή όλων των ρινισμάτων είναι έργο του φίλτρου

Σύστημα λίπανσης ανοιχτού τύπου — διαφορά, πλεονεκτήματα, εφαρμογή

Ερώτηση: Ποια είναι η βασική διαφορά ενός ανοιχτού τύπου συστήματος λίπανσης από τα άλλα συστήματα λίπανσης, και ποια είναι τα πλεονεκτήματα που έχει; Αναφέρατε μια εφαρμογή του συστήματος αυτού.

Απάντηση:

• §3.4.5. «...διακρίνονται σε κλειστού τύπου συστήματα στα οποία το λιπαντικό επιστρέφει στη δεξαμενή αφού ολοκληρώσει τον κύκλο λίπανσης και επαναχρησιμοποιείται, και ανοικτού τύπου όπου το λιπαντικό δεν επιστρέφει στη δεξαμενή αλλά απορρίπτεται στην ατμόσφαιρα.» §3.4.5.3. «Ένα τέτοιο σύστημα δεν απαιτεί ανακυκλοφορία του λιπαντικού... και συνεπώς δεν χρησιμοποιεί εναλλάκτη, αντλίες επιστροφής και φίλτρο λιπαντικού, μειώνοντας με αυτό τον τρόπο το βάρος και το κόστος του κινητήρα. Οι κινητήρες, η χρήση των οποίων απαιτείται για μικρό χρονικό διάστημα είναι δευτερεύοντες ενισχυτικοί κινητήρες που χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένες φάσεις πτήσης... όπως για παροχή επιπρόσθετης ώσης για απογείωση σε διαδρόμους μικρού μήκους.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η βασική διαφορά του συστήματος λίπανσης ανοιχτού τύπου από τα κλειστού τύπου συστήματα είναι ότι το λιπαντικό δεν ανακυκλοφορεί: αφού λιπάνει τους τριβείς, απορρίπτεται απευθείας στην ατμόσφαιρα αντί να επιστρέφει στη δεξαμενή για επαναχρησιμοποίηση. Επειδή δεν χρειάζεται ανακυκλοφορία, το σύστημα αυτό δεν διαθέτει εναλλάκτη λιπαντικού, αντλίες επιστροφής ούτε φίλτρο λιπαντικού. Τα πλεονεκτήματά του είναι η σημαντική μείωση βάρους και κόστους κατασκευής του κινητήρα, αφού απλοποιείται σημαντικά το σύστημα λίπανσης (λιγότερα εξαρτήματα). Τυπική εφαρμογή του συστήματος ανοιχτού τύπου είναι οι δευτερεύοντες ενισχυτικοί κινητήρες που χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένες φάσεις πτήσης, όπως για την παροχή επιπρόσθετης ώσης κατά την απογείωση από διαδρόμους μικρού μήκους (καθώς και σε κινητήρες αεροσκαφών κάθετης απογείωσης ή σε κινητήρες «μιας χρήσης» βλημάτων).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Διαφορά: λάδι δεν ανακυκλοφορεί, απορρίπτεται στην ατμόσφαιρα· πλεονεκτήματα: λιγότερα εξαρτήματα → μικρότερο βάρος/κόστος· εφαρμογή: ενισχυτικοί κινητήρες απογείωσης / κινητήρες μιας χρήσης