Gaźnik ciśnieniowy
Gaźnik ciśnieniowy to rodzaj systemu dozowania paliwa produkowanego przez firmę Bendix Corporation dla tłokowych silników lotniczych , począwszy od lat czterdziestych XX wieku. Jest uznawany za wczesny typ wtrysku paliwa do korpusu przepustnicy i został opracowany, aby zapobiegać głodowaniu paliwa podczas lotu odwróconego .
Pojęcie
gaźnik pływakowy . Są odpowiednie dla cywilnych statków powietrznych, które zwykle latają w pozycji pionowej, ale stanowią problem dla statków powietrznych, które latają do góry nogami lub podlegają ujemnej sile przeciążenia , zwłaszcza myśliwców wojskowych i samolotów akrobacyjnych . Gaźnik pływakowy wykorzystuje efekt Venturiego do dostarczania paliwa do wlotu silnika; zależy to od stałego poziomu paliwa w misce pływakowej w celu utrzymania pożądanej mieszanki paliwowo-powietrznej. Pływak obsługuje zawór, który utrzymuje stały poziom paliwa w gaźniku pomimo różnych wymagań za pomocą połączonego zaworu pływakowego . Wraz ze wzrostem poziomu paliwa zawór zamyka się, spowalniając lub zatrzymując przepływ do miski. Ponieważ jednak działanie pływaka zależy od grawitacji, jest nieskuteczne, gdy samolot jest odwrócony. Podczas inwersji paliwo jest dostarczane do miski pływakowej tak szybko, jak tylko jest w stanie to zrobić pompa paliwowa, co powoduje, że niezwykle bogata mieszanka zatrzymuje silnik niemal natychmiast.
Problem był dotkliwie odczuwany przez RAF w pierwszych latach II wojny światowej, ponieważ silniki Rolls-Royce Merlin montowane w samolotach Hurricane i Spitfire cierpiały na ten problem, w przeciwieństwie do silników z bezpośrednim wtryskiem paliwa ich niemieckich odpowiedników. Zostało to w dużej mierze rozwiązane przez zainstalowanie podkładki ograniczającej przepływ, która wpuszczała do gaźnika tylko tyle paliwa, aby silnik mógł rozwinąć maksymalną moc (ogranicznik RAE był znany jako „ otwór Miss Shilling ”). Było to jednak tylko rozwiązanie tymczasowe.
Gaźnik ciśnieniowy rozwiązał problem. Działa wyłącznie na podstawie ciśnienia, co oznacza, że grawitacja nie ma już żadnego wpływu. Z tego powodu gaźnik ciśnieniowy działa niezawodnie, gdy samolot znajduje się w dowolnym położeniu do lotu. Fakt, że gaźnik ciśnieniowy działa na zasadzie podawania paliwa pod nadciśnieniem, czyni go formą wtrysku paliwa .
Budowa
Podobnie jak gaźnik pływakowy, gaźnik ciśnieniowy ma cylinder ze zwężką Venturiego , przez którą powietrze przepływa w drodze do cylindrów silnika. Nie posiada jednak pływaka do kontrolowania dopływu paliwa do gaźnika. Zamiast tego ma cztery komory w rzędzie oddzielone elastycznymi membranami. Membrany są przymocowane koncentrycznie do wału, który obsługuje serwozawór w kształcie klina. Ten zawór kontroluje szybkość, z jaką paliwo może dostać się do gaźnika ciśnieniowego. Wewnątrz lufy, za przepustnicą znajduje się zawór wylotowy, który jest sprężynowym zaworem obsługiwanym przez ciśnienie paliwa, które kontroluje szybkość, z jaką paliwo jest odprowadzane do lufy.
Niektóre gaźniki ciśnieniowe miały wiele układów pomocniczych. Projekty stawały się coraz bardziej złożone wraz z większymi modelami stosowanymi w większych silnikach. Wiele z nich ma pompę przyspieszenia , automatyczną kontrolę mieszanki , a modele z silnikami z turbodoładowaniem są wyposażone w kompensator temperatury. W rezultacie silniki z gaźnikiem ciśnieniowym są dość proste w obsłudze w porównaniu z silnikami z gaźnikiem pływakowym.
Operacja
Cztery komory w gaźniku ciśnieniowym znajdują się w rzędzie i są oznaczone literami. Komora A zawiera ciśnienie powietrza uderzeniowego na wlocie do gaźnika. Komora B zawiera niższe ciśnienie powietrza z gardła zwężki Venturiego. Różnica ciśnień między dwiema komorami powietrznymi tworzy tak zwaną siłę dozowania powietrza , która działa w celu otwarcia serwozaworu. Komora C zawiera odmierzone paliwo, a komora D zawiera nieodmierzone paliwo. Różnica ciśnień między dwiema komorami paliwowymi tworzy siłę dozowania paliwa , który działa w celu zamknięcia serwozaworu. Ponieważ ciśnienie paliwa jest naturalnie wyższe niż ciśnienie powietrza, komora A zawiera sprężynę, która uzupełnia różnicę sił, aby stworzyć równowagę.
Kiedy silnik uruchamia się i powietrze zaczyna przepływać przez zwężkę Venturiego, ciśnienie w zwężce Venturiego spada zgodnie z zasadą Bernoulliego . Powoduje to spadek ciśnienia w komorze B. W tym samym czasie powietrze wpadające do gaźnika spręża powietrze w rurach udarowych, wytwarzając nadciśnienie w oparciu o gęstość i prędkość powietrza, które wchodzi. Różnica ciśnień między komorą A i komorą B wytwarza siłę dozowania powietrza, która otwiera serwozawór i wpuszcza paliwo. Komora C i komora D są połączone kanałem paliwowym, w którym znajdują się dysze dozujące paliwo . Gdy paliwo zaczyna płynąć, spadek ciśnienia w dyszy dozującej wytwarza siłę dozującą paliwo, która działa w celu zamknięcia serwozaworu, aż do osiągnięcia równowagi z ciśnieniem powietrza i sprężyną.
Z komory C paliwo przepływa do zaworu spustowego. Zawór wylotowy działa jak zmienny dławik, który utrzymuje stałe ciśnienie w komorze C pomimo różnych prędkości przepływu paliwa.
Mieszanka paliwowa jest automatycznie kontrolowana na wysokości poprzez przepuszczanie powietrza o wyższym ciśnieniu z komory A do komory B, gdy przepływa przez stożkowy zawór iglicowy. Zawór iglicowy jest sterowany przez mieszek aneroidowy, powodujący zubożenie mieszanki wraz ze wzrostem wysokości.
Mieszanka paliwowa jest regulowana ręcznie za pomocą dźwigni sterowania mieszanką paliwową w kokpicie. Dźwignia w kokpicie ma trzy lub cztery pozycje zapadkowe, które powodują obrót płytki w kształcie koniczyny w komorze kontroli mieszanki. Tabliczka zasłania lub odsłania dysze dozujące paliwo, gdy dźwignia regulacji składu mieszanki jest poruszana w następujący sposób:
- Pozycja odcięcia biegu jałowego, w której cały przepływ paliwa jest odcięty od strony komory paliwowej z odmierzaniem, zamykając w ten sposób serwozawór i zatrzymując silnik.
- Pozycja Auto-Lean, w której paliwo przepływa przez dysze wzbogacające i dozujące paliwo ubogie. Nazywa się to czasem pozycją przelotową, ponieważ jest to pozycja najczęściej używana podczas lotu.
- Pozycja automatycznego wzbogacania, w której paliwo przepływa przez dysze dozujące paliwo bogate, wzbogacające i ubogie. Ta pozycja służy do startu i lądowania.
- Pozycja awaryjna wojny (tylko gaźniki wojskowe), w której paliwo przepływa tylko przez dysze dozujące paliwo ubogie i bogate, ale tylko wtedy, gdy w układzie wtrysku antydetonacyjnego (ADI) występuje ciśnienie.
System ADI (wtrysk przeciwdetonacyjny), będący uzupełnieniem gaźnika ciśnieniowego stosowanego w dużych wojskowych silnikach tłokowych, składa się ze zbiornika zasilającego płyn ADI (mieszanka 50% metanolu, 49% wody i 1% oleju), pompę ciśnieniową, regulator ciśnienia, dyszę rozpylającą i membranę kontrolną, która zamyka zawór wzbogacania gaźnika, gdy obecne jest ciśnienie.
System ADI dodaje wodę chłodzącą do mieszanki paliwowo-powietrznej, aby zapobiec przedwczesnemu zapłonowi (detonacji) w cylindrach silnika, gdy mieszanka jest uboga w mocniejszą, ale szkodliwą dla silnika mieszankę, która zwiększa moc silnika. Dopływ płynu ADI jest ograniczony, tak że układ wyczerpie się z płynu, zanim silnik zostanie uszkodzony przez bardzo wysokie temperatury głowic cylindrów spowodowane bardzo ubogą mieszanką.
Aplikacje
Gaźniki ciśnieniowe były używane w wielu silnikach tłokowych z lat czterdziestych XX wieku, używanych w samolotach z czasów II wojny światowej . Przeszli od nowego projektu na początku wojny do standardowego wyposażenia prawie każdego silnika samolotu alianckiego pod koniec wojny. Największymi gaźnikami ciśnieniowymi były seria Bendix PR-100, które były używane w Pratt & Whitney R-4360 , największym tłokowym silniku lotniczym, który był produkowany.
Po wojnie Bendix wyprodukował mniejszą serię PS, którą można było znaleźć w silnikach Lycoming i Continental w samolotach lotnictwa ogólnego . Te małe gaźniki ciśnieniowe ostatecznie przekształciły się w wielopunktowy wtrysku paliwa o ciągłym przepływie z serii Bendix RSA , który nadal jest sprzedawany w nowych samolotach. Układ wtrysku RSA wtryskuje paliwo do otworów tuż za zaworami dolotowymi w każdym cylindrze, eliminując w ten sposób efekt chłodzenia parującego paliwa jako źródła lodu w gaźniku — ponieważ temperatura w kanałach dolotowych jest zbyt wysoka, aby mógł tworzyć się lód.