Λύσεις — Ενότητα 3.6: Σύστημα Καυσίμου και Καύσιμα (σελ. 363-364) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 3.6: Σύστημα Καυσίμου και Καύσιμα

Λύσεις στις 5 ερωτήσεις της ενότητας 3.6: ιδιότητες αεροπορικού καυσίμου και ο ρόλος της περιεκτικότητας σε θείο, τρόποι εισροής νερού και σχηματισμού μικροοργανισμών στο καύσιμο και οι επιπτώσεις τους στον κινητήρα, η σωστή αντιστοίχιση κατηγοριών καυσίμου JP/Jet με στρατιωτική/πολιτική χρήση, και τα είδη εγχυτήρων ψεκασμού (Simplex, Duplex, ατμοποίησης) με τον λόγο χρήσης πολλαπλής παροχής καυσίμου σε ορισμένους τύπους.

Θείο στο καύσιμο και οξείδωση κινητήρα — Σωστό ή Λάθος

Ερώτηση: Η περιεκτικότητα του καυσίμου σε θείο προκαλεί οξείδωση στα μέρη του κινητήρα που βρίσκονται στο ρεύμα των καυσαερίων δεδομένου ότι κατά τη διάρκεια της καύσης παράγεται θεϊκό οξύ καθώς αντιδρά το θείο με τους υδρατμούς των καυσαερίων. ΣΩΣΤΟ Q ΛΑΘΟΣ Q

Απάντηση:

• §3.6.1. «Η περιεκτικότητα του σε θείο (sulphur content) θα πρέπει να είναι η ελάχιστη δυνατή, δεδομένου ότι κατά τη διάρκεια της καύσης παράγεται θεϊκό οξύ καθώς αντιδρά το θείο με τους υδρατμούς των καυσαερίων και προκαλεί οξείδωση στα μέρη του κινητήρα που βρίσκονται στο ρεύμα των καυσαερίων. Επιπλέον το περιεχόμενο σε θείο έχει οξειδωτική δράση και στα μέρη του συστήματος καυσίμου με τα οποία έρχεται σε επαφή το καύσιμο.»

Σύνοψη: Η πρόταση είναι ΣΩΣΤΗ. Η περιεκτικότητα του καυσίμου σε θείο πρέπει να είναι η ελάχιστη δυνατή, γιατί κατά την καύση το θείο αντιδρά με τους υδρατμούς των καυσαερίων και παράγεται θεϊκό οξύ, το οποίο προκαλεί οξείδωση (διάβρωση) στα μέρη του κινητήρα που βρίσκονται στο ρεύμα των καυσαερίων. Το θείο έχει επιπλέον οξειδωτική δράση και στα μέρη του συστήματος καυσίμου με τα οποία έρχεται σε επαφή το καύσιμο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΣΩΣΤΟ — θείο + υδρατμοί καυσαερίων κατά την καύση → θεϊκό οξύ → οξείδωση μερών κινητήρα στο ρεύμα καυσαερίων

Τρόποι εισροής νερού στα αεροπορικά καύσιμα

Ερώτηση: Αναφέρατε με ποιον ή ποιους τρόπους γίνεται η εισροή νερού στα αεροπορικά καύσιμα.

Απάντηση:

• §3.6.1. «Η παρουσία νερού στο καύσιμο είναι κάτι που δεν μπορεί να αποφευχθεί αλλά γίνεται προσπάθεια να περιοριστεί στο ελάχιστο... Το νερό βρίσκεται διαλυμένο στο καύσιμο με μορφή μικρών σταγονιδίων τα οποία συμπαρασύρονται στη ροή του καυσίμου.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το νερό εισέρχεται στα αεροπορικά καύσιμα κυρίως με τρεις τρόπους: (1) από την ατμοσφαιρική υγρασία που περιέχεται στον αέρα ο οποίος εισέρχεται στις δεξαμενές καθώς αυτές «αναπνέουν» (γεμίζουν/αδειάζουν) κατά την πτήση, με την υγρασία να συμπυκνώνεται σε σταγονίδια όταν η θερμοκρασία στις δεξαμενές πέφτει σε μεγάλα ύψη· (2) από ενδεχόμενη μόλυνση του καυσίμου με νερό κατά την αποθήκευση ή τη μεταφορά του στις εγκαταστάσεις ανεφοδιασμού, πριν αυτό φτάσει στο αεροσκάφος· και (3) από συμπύκνωση υδρατμών μέσα στις δεξαμενές λόγω των μεγάλων διακυμάνσεων θερμοκρασίας που υφίστανται τα καύσιμα των αεριοστρόβιλων κινητήρων κατά την πτήση, τα οποία, όπως αναφέρει το βιβλίο, έχουν και αυξημένη ικανότητα να διαλύουν νερό σε σχέση με άλλα καύσιμα. Το νερό αυτό παραμένει διαλυμένο σε μορφή μικρών σταγονιδίων μέσα στη ροή του καυσίμου, μέχρι να στερεοποιηθεί σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κύριες πηγές νερού: υγρασία αέρα κατά την «αναπνοή» των δεξαμενών, μόλυνση κατά την αποθήκευση/ανεφοδιασμό, συμπύκνωση υδρατμών από διακυμάνσεις θερμοκρασίας πτήσης

Μικροοργανισμοί στις δεξαμενές καυσίμου — αίτια και επιπτώσεις

Ερώτηση: Ποιοι είναι οι παράγοντες που συντελούν στο σχηματισμό μικροοργανισμών στις δεξαμενές καυσίμου των αεροσκαφών; Τι μπορεί να προκαλέσει στον κινητήρα η ύπαρξη μικροοργανισμών στο καύσιμο;

Απάντηση:

• §3.6.1.1. «Η παρουσία του νερού στο καύσιμο ή τις δεξαμενές καυσίμου είναι παράγοντας ανάπτυξης μικροοργανισμών. Τα καύσιμα των αεριοστρόβιλων κινητήρων είναι πιο επιρρεπή στη δημιουργία μικροοργανισμών, λόγω της ιδιότητάς τους να διαλύουν μεγαλύτερες ποσότητες νερού σε σχέση με άλλα καύσιμα. Συνήθως οι μικροοργανισμοί αυτοί δημιουργούνται όταν το καύσιμο, και συνεπώς και το αεροσκάφος είναι στάσιμο για μεγάλο χρονικό διάστημα... αν δεν εντοπιστεί η ύπαρξη μικροοργανισμών στο καύσιμο μπορεί να φράξουν τα φίλτρα των αντλιών καυσίμου του αεροσκάφους ή/και τα παρελκόμενα του συστήματος καυσίμου... και να προκαλέσουν διακοπή της παροχής καυσίμου. Επίσης προκαλούν διάβρωση στα τοιχώματα και στα κατασκευαστικά στοιχεία της δομής του αεροσκάφους που περιέχουν καύσιμο.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο βασικός παράγοντας που συντελεί στο σχηματισμό μικροοργανισμών στις δεξαμενές καυσίμου είναι η παρουσία νερού στο καύσιμο· τα καύσιμα των αεριοστρόβιλων κινητήρων είναι ιδιαίτερα επιρρεπή, επειδή διαλύουν μεγαλύτερες ποσότητες νερού σε σχέση με άλλα καύσιμα. Ο δεύτερος καθοριστικός παράγοντας είναι ο χρόνος παραμονής: οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται συνήθως όταν το καύσιμο —και συνεπώς το αεροσκάφος— παραμένει στάσιμο για μεγάλο χρονικό διάστημα, αφού έχει τον απαιτούμενο χρόνο να αναπτυχθεί μέσα στο νερό που έχει καθιζάνει στον πυθμένα της δεξαμενής. Η ύπαρξη μικροοργανισμών στο καύσιμο μπορεί να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα στον κινητήρα και στο σκάφος: αν δεν εντοπιστούν έγκαιρα, μπορούν να φράξουν τα φίλτρα των αντλιών καυσίμου του αεροσκάφους ή/και τα παρελκόμενα του συστήματος καυσίμου του κινητήρα (π.χ. το φίλτρο καυσίμου, τον ρυθμιστή καυσίμου), προκαλώντας διακοπή της παροχής καυσίμου προς τον κινητήρα. Επιπλέον, προκαλούν διάβρωση στα τοιχώματα και στα κατασκευαστικά στοιχεία της δομής του αεροσκάφους που περιέχουν καύσιμο, όπως η πτέρυγα σε τύπους αεροσκαφών όπου αυτή λειτουργεί ως δεξαμενή καυσίμου (wet wing) χωρίς ελαστική επένδυση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αίτια: παρουσία νερού (μεγάλη διαλυτότητα νερού στα καύσιμα αεριοστρόβιλων) + παρατεταμένη ακινησία αεροσκάφους. Επιπτώσεις: έμφραξη φίλτρων/παρελκόμενων → διακοπή παροχής καυσίμου, διάβρωση τοιχωμάτων δομής (π.χ. wet wing)

Χρήση Jet A/Jet A-1 και JP-4/JP-8 — Σωστό ή Λάθος

Ερώτηση: Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι τύποι αεροπορικών καυσίμων είναι το Jet A και Jet A-1 για τα στρατιωτικά αεροσκάφη και τα JP-4 και JP-8 για τα πολιτικά αεροσκάφη. ΣΩΣΤΟ Q ΛΑΘΟΣ Q

Απάντηση:

• §3.6.1.2. «...χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τα καύσιμα με κωδικό JP-( ), που αναπτύχθηκαν για χρήση σε στρατιωτικούς κινητήρες της Αμερικανικής Πολεμικής Αεροπορίας και τα καύσιμα με κωδικό Jet-( ) που αναπτύχθηκαν για χρήση σε πολιτικούς κινητήρες.» και «Jet A, Jet A-1 και Jet B: Τα καύσιμα αυτά χρησιμοποιούνται στην πολιτική αεροπορία.»

Σύνοψη: Η πρόταση είναι ΛΑΘΟΣ. Η αντιστοίχιση είναι ακριβώς αντίστροφη: τα καύσιμα κωδικού Jet-( ), όπως το Jet A και το Jet A-1, αναπτύχθηκαν για χρήση σε πολιτικούς κινητήρες, ενώ τα καύσιμα κωδικού JP-( ), όπως το JP-4 και το JP-8, αναπτύχθηκαν για χρήση σε στρατιωτικούς κινητήρες της Αμερικανικής Πολεμικής Αεροπορίας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΛΑΘΟΣ — Jet A/Jet A-1 = πολιτικά αεροσκάφη, JP-4/JP-8 = στρατιωτικά αεροσκάφη (η πρόταση αντιστρέφει τη σωστή αντιστοίχιση)

Είδη εγχυτήρων και λόγος πολλαπλής παροχής καυσίμου

Ερώτηση: Αναφέρατε τα είδη εγχυτήρων που χρησιμοποιούνται στους αεριοστρόβιλους κινητήρες. Ποιος είναι ο λόγος που σε κάποιους τύπους εγχυτήρων χρησιμοποιούνται περισσότερες της μιας παροχές καυσίμου;

Απάντηση:

• §3.6.2.5. «Οι εγχυτήρες καυσίμου που έχουν αναπτυχθεί και είναι σε χρήση μέχρι σήμερα διακρίνονται στους εγχυτήρες μονής ροής, διπλής ροής και ατμοποίησης καυσίμου.» και «Αρχικά, κατά την εκκίνηση και λειτουργία του κινητήρα σε χαμηλές στροφές, ο ψεκασμός γίνεται από το κεντρικό σημείο του ακροφυσίου, δημιουργώντας ένα σχήμα ψεκασμού με μεγάλη γωνία, κάτι απαραίτητο κατά την εκκίνηση... Στη συνέχεια, καθώς αυξάνονται οι στροφές και η πίεση καυσίμου, ανοίγει η βαλβίδα... και ψεκάζεται η πρόσθετη ποσότητα... περιφερειακά του πρώτου σημείου ψεκασμού. Σε αυτή τη φάση, η γωνία ψεκασμού μειώνεται... για αποφυγή επαφής του καυσίμου με τα τοιχώματα του θαλάμου καύσης και υπερθέρμανσής τους.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι εγχυτήρες ψεκασμού που χρησιμοποιούνται στους αεριοστρόβιλους κινητήρες διακρίνονται σε τρία είδη: τα ακροφύσια μονής ροής (Simplex), τα ακροφύσια διπλής ροής (Duplex) και τα ακροφύσια ατμοποίησης καυσίμου. Ο λόγος που σε κάποιους τύπους εγχυτήρων (τα Duplex) χρησιμοποιούνται περισσότερες της μιας παροχές καυσίμου είναι ότι ένα μόνο σημείο ψεκασμού (όπως στα Simplex) δεν μπορεί να αποδώσει ικανοποιητικό σχήμα ψεκασμού σε όλο το εύρος λειτουργίας του κινητήρα: στην εκκίνηση και τις χαμηλές στροφές χρειάζεται μεγάλη γωνία ψεκασμού για εύκολη ανάφλεξη και προσέγγιση των αναφλεκτήρων, ενώ σε υψηλές στροφές η πίεση καυσίμου είναι πολύ μεγαλύτερη και μια αντίστοιχα μεγάλη γωνία θα προκαλούσε επαφή του καυσίμου με τα τοιχώματα του θαλάμου καύσης και υπερθέρμανσή τους. Με τη χρήση δύο ομόκεντρων σημείων ψεκασμού (κεντρικό για χαμηλές στροφές, περιφερειακό πρόσθετο για υψηλές στροφές, με μειωμένη γωνία), το ακροφύσιο διπλής ροής επιτυγχάνει ικανοποιητικό σχήμα ψεκασμού σε όλο το φάσμα λειτουργίας του κινητήρα, χωρίς τα μειονεκτήματα ενός απλού ακροφυσίου μονής ροής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Είδη: Simplex (μονής ροής), Duplex (διπλής ροής), ατμοποίησης καυσίμου. Λόγος πολλαπλής παροχής (Duplex): εξασφάλιση σωστής γωνίας/σχήματος ψεκασμού τόσο σε χαμηλές όσο και σε υψηλές στροφές, χωρίς υπερθέρμανση τοιχωμάτων θαλάμου καύσης