Závodní motory - typy a testy
OTMR-C je královnou soutěží historického modelářství, protože kombinuje modelářské umění s lidskou statečností a připraveností k obětem. Řízení - na chvějících se nohách - "rakety" mizící v parách vysokých oblak je vrcholný zážitek pro ty, kterým let dobře dopadne a pak už nikdy nemohou jinak.
Soutěž je poslední dobou kritizována některými historickými modeláři pro svou zdánlivou monotématičnost typů motorů a modelů. Pojďme tedy společně hledat alternativy špičkových konstrukcí.
V oblasti motorů existují vedle osvědčeného Horneta, McCoye a Doolinga další motory, které sice v "autíčkových" benchmarcích nedopadly tak výtečně, při správném vyladění jsou ale schopny výkonů dostatečných, aby vynesly model za 35 sekund na hranici viditelnosti, jako to umí zmíněné kousky.
V současné době testuji motor Ball 60, podrobnosti o něm lze nalézt zde:
https://www.adriansmodelaeroengines.com/catalog/main.php?cat_id=34
Podrobnostmi budu pokračovat v dalších příspěvcích.
Mirek
Nahrané soubory:
Pro špičkový výkon závodního motoru je rozhodující stabilní dodávka paliva po celou dobu 35 sekund chodu. U motoru zkouším dva způsoby, které se používají - tlakování od výfuku nebo ze skříně motoru a běžné sání z nádržky umístěné co nejblíže trysce s jehlou.
Výhody tlakování:
- Nádržka může být umístěna větší volností výběru místa a s aerodynamickou čistotou řešení
- Tlak je úměrný otáčkám motoru a zvyšuje dodávku paliva se zvýšením otáček.
Nevýhoda tlakování:
- Tlakování nemusí být otáčkám přímo úměrné , účinnost tlakování se někdy zvyšuje exponenciálně s otáčkami - to vyvolává cyklické pulsování motoru ( roztočení, přehlcení, zpomalení, ochuzení, roztočení, přehlcení ... )
Můj první pokus s tlakováním zatím nevyšel, tlakovací systém buď nezajistil spolehlivou dodávku paliva kvůli netěsnosti, nebo nebyla dobře seřízena bohatost směsi. Přidělal jsem tedy malou nádržku do "výše jehly" a zkusím výkonostní zkoušky klasickým nasáváním, abych se v zásadě ujistil o výkonu a optimální karburaci nastavením jehly.
Už jsem u motoru naměřil otáčky 12 500 s vrtulí 12/6, ale pouze na prvních 3 sekundách běhu, pak se otáčky zpomalily. Motor evidentně na potřebný výkon má, ale je třeba mu právě optimálně dodat palivo. A to přes velmi exotické provedení karburace, o jejíž těsnosti se musím ujistit.
Pokračování příště ...
Nahrané soubory:
Aby se "palivo neutrhlo"
Jako začátečníka mě doprovázely časté problémy s udržením stabilního chodu motoru po nastartování a vzletu. Běžné rady k tomuto problému znějí: "je třeba to hodit opatrně, aby se palivo neutrhlo", "Doolingy a McCoye se vždycky tlakovaly", "dej si výš nádržku", "to jsou autíčkové motory, tam se palivo tlačilo odstředivou silou" a "dej si tam průběžnou trysku a bude po problémech".
Jistá tušení ze studií fyziky a hodnotné stránky o modelářských motorech http://adriansmodelaeroengines.com mě přivedly k obecnějším, platným informacím o zajištění stabilního přísunu směsi do spalovacího prostoru.
Stručný souhrn teorie:
- palivo je nasáváno z trysky efektem zúžení trubice v daném místě trysky, kdy rychlost proudu vzduchu zajišťuje potřebný nasávací podtlak z nádržky (Venturiho efekt)
- čím užší je místo nasávání, tím větší podtlak, sání a stabilní dodávka paliva je zajištěna
- čím větší jsou otáčky motoru, tím větší rychlost proudu vzduchu zajišťuje sílu sacího efektu
- současně ale, čím užší je místo nasávání, tím více se omezuje celkové množství dodávky směsi dodané do spalovacího prostoru, což snižuje jeho maximální možný dosažitelný výkon
Tlakování paliva u závodních motorů tedy slouží k tomu, aby nebylo třeba takového zúžení Venturiho trubice v místě sání, které by snížilo maximální dosažitelný výkon motoru.
Dostupné informace vedou k celkovým závěrům o potřebě výpočtu hodnoty minimálních otáček motoru , zajišťujících potřebný proud vzduchu Venturiho trubicí pro dostatečné sání na základě takzvané "efektivní sací plochy (effective choke area)" karburátoru, která je pro běžné uživatele motorů pevně daná. "Efektivní sací plocha" je dána plochou kruhu v místě sání mínus plochou případně umístěné průběžné sací trysky, či jiných výstupků trysky a jehly, které stojící proudu vzduchu v cestě ( k příspěvku této trysky a výstupků se ještě vrátíme ).
Empirický vztah je vyjádřen takto:
Minimální RPM = C × Efektivní sací plocha (mm2) ÷ Obsah motoru (cm3)
kde hodnota C :
| 1800 | potřebné sání pro stabilní klidný let |
| 3600 | potřebné sání pro střední míru manévrování, prudší stoupání |
| 5400 | potřebné sání pro akrobacii |
Pro jistotu stabilního sání při "dramatických" manévrech vzletu a stoupání modelů kategorie OTMR A/B a C počítejme dále "defenzivně" s hodnotou C = 3600 a pro dané průměry sacího otvoru a případných přítomných průběžných trysek dostáváme potřebné minimální otáčky pro užívané motory.
Přikládám odkaz na kalkulátor minimálních otáček vrtule pro dostatečné sání při daném průměru sání (choke) ( - odečtený průměr případné průběžné jehly (spraybar) ).
Tabulku vypočtených minimálních otáček pro jednotlivé typy motorů si příště ukážeme ...
Nahrané soubory:
Provedl jsem měření průměru sání několika motorů a vyšla mi tato tabulka minimálních otáček motoru pro zajištění dostačného sání pro dva režimy letu:
| Typ motoru | Obsah [cm3] | Průměr sání [mm] | Průměr průběžné trysky, ekv. výstupků [mm) | Potřebné otáčky pro sání při klidném letu - RPM
(C=1800) [ot/min] |
Potřebné otáčky pro sání při prudkém vzletu letu - RPM
(C=3600) [ot/min] |
| Hornet.60 | 10 | 6,5 | 1 | 6 500 | 11 300 |
| Dooling.60 | 10 | 8 | 1 | 7 700 | 15 200 |
| Bungay.60 | 10 | 8,5 | 2 | 8 180 | 14 300 |
| Ball.60 | 10 | 8,7 | 1 | 10 400 | 18 300 |
| McCoyS20.60 | 10 | 10 | 0 | 14 000 | 25 000 (!) |
| McCoyS20.60 + průb.tryska | 10 | 10 | 4 | 8 125 | 14 000 |
Z uvedené tabulky vyplývají tyto poznatky:
Pro zajištění stabilního sání s originálním karburátorem je třeba provozovat závodní motory co nejblíže špičkové pracovní oblasti otáček, pro které byly konstruovány. Proto je třeba používat co nejmenší vrtule, které ještě vzhledem k tloušťce trupu modelu OTMR-C neztrácí aerodynamickou účinnost - empiricky 12x6 (širší trupy), 12x5, 11x7, 10x8 (úzké trupy).
Kritický je maximální průměr sání cca 8mm bez průběžné jehly. Motory s větším průměrem již ani při maximálních otáčkách cca 13 000 - 14 000 s vrtulí 12x6 nesají dobře. Vypočtená potřebná hodnota pro 10mm Mc Coy.60 20S je dokonce až nedosažitelných 25 000 pro přímé stoupání ! Je zde tedy zřejmé, že karburátor McCoy.60 20S je určen jedině pro užití tlakování. Naopak průměr sání klasického Hornetu 6.5 mm počítá i s běžným sáním paliva.
Pokud u McCoy.60 "přepažíme" a zúžíme sání průběžnou tryskou o průměru 4mm, sníží se potřebné otáčky pro dostatečné sání při stoupavém letu až na hodnotu 14 000. Toto řešení jsem úspěšně provozoval u modelu Record Hound s invertně uloženým motorem. Úpravu karburátoru na průběžnou trysku provedl úspěšně Jirka Veinfurt.
Na přiložených fotografiích je motor McCoy.60 20S s průběžnou tryskou a nádržkou uloženou těsně za přepážkou motoru. Na další fotografii jsou motory 10ccm3: Ohlsson FRV, McCoy, Anderson Spitfire, Bungay, Baab-Fox, Dooling Yellow Jacket, Hornet, Talisman a Blue Streak. Jejich testy si postupně provedeme.
V příští příspěvku se seznámíme s výsledkem testu motoru Ball.60 a se závěry vzhledem k uvedeným poznatkům ...
Nahrané soubory:
Ahoj Mirku,
vzoreček na výpočet minimálních otáček funguje skutečně docela dobře a mohu to potvrdit z osobních měření.
Na svém Hornetu jsem naměřil 11700 ot/min a u Doolinga poctivých 14700 ot/min. Obojí na zemi, je tu proto jistý předpoklad, že za letu jdou otáčky ještě mírně nahoru. U motorů mám originální karburaci, žádné tlakování a chodí opravdu dobře a pravidelně po celou dobu stoupání.
Těším se na testy tvých šperků.
Michal Tesař
------
Děkuji Michale,
Tvůj souhlas znalce mi udělal radost. Rozumíme, že hodnoty nemůžou být úplně přesné - výkresy motorů nemám k dispozici a měření "šuplérou" v kritickém místě sání, které je často v ohybu, také není přesné. Současně počítáme s "Pišvejcovým" koeficientem pro různé režimy chodu motoru. Navíc - pokud je nádržka umístěna už s ohledem na vertikální let, tak koeficient sání 3600 může být příliš přísný a ideální otáčky mohou být o trošičku nižší, což u Tvého Doolinga se skvělými otáčkami 14 700 ani není potřeba.
Ty máš nádržku u Civy Boy myslím umístěnou ideálně blízko u trysky s jehlou, kdyžtak mě oprav. Já mám u svého Doolinga na Benny Boxcar nádržku až za motorovou přepážkou a dostane se tak při letu vzhůru poměrně hlouběji v poloze vůči sání. Přesto i mě se daří palivo dobře vysát, musím mít ale opravdu dobře seřízeno a počítat s trochu bohatší směsí při startu a vzletu. Při obrátce nahoru se směs ochudí a dál už to jede jako raketa. Takže je to "trošilinku" hezčí řešení se skrytou nádrží, ale "trošilinku" méně spolehlivé.
Těším se na sezónu, Mirek
Ball 60
V soutěži poválečných amerických "autíčkových" "big bore racing" motorů dominovaly dvě hlavní skupiny konstrukcí:
- motory "se zadním sáním" (RRV)
- typičtí představitelé Hornet Ray Snow, Mc Coy a Dooling
- motory "s předním sáním" (FRV)
- skupina motorů konstr. Ira Hassada H/S, Custom a později Sky Devil, Bluestreak
Ve výhody motorů s předním sáním věřil i Hank Ball, konstruktér firmy B&D Racing Engine Laboratory, vyrábějící motory pro veliké závodní hydroplány. Firma uvedla na trh od roku 1946 do roku 1948 motor pro modely Ball 60. Motor měl konkurovat motorům "rodiny Hornetu".
Jeho triumfem měl být zejména bohatý systém dvojitého kanálu (bypass) výplachu směsi, dvou trojic přepouštěcích a dvou trojic výfukových portů, ústící ve dva výfuky na přední a zadní straně motoru. Motor byl tak - dle "papeže" Adriana C. Duncana - "free breathing" - volně dýchající, tedy umožňující rychlý a účinný výplach, jako podmínku pro dosažení vysokých otáček.
Bohužel komplikovaný systém výplachu vyústil v nepříliš ideální tvar spalovací komory, který Adrian identifikuje jako důvod nedosažení původního záměru porazit nejvyšší konkurenci. Nicméně motor má potenciál být v jejím "těsném závěsu" a s vrtulí 9x6 dosahuje 16 000 otáček/minutu.
Motor existuje pouze v pěti originálních exemplářích. My testujeme jeden z nich, se sériovým číslem BC 063. Motory byly svého času i v reprodukci motoráře Woody Bartelta.
Dne 26.3 jsem provedl druhý test motoru s nádržkou umístěnou ve výši jehly, abych usnadnil motoru sání. Při testu jsem si bohužel uvědomil syrovou skutečnost, kterou jsem si připomněl v tabulce měření potřebných otáček pro sání o průměru 8,7 mm. Vrtule 12x6 byla pro přirozené sání bohužel těžká a dosažené počáteční otáčky cca 9 000 nestačily na potřebné závodní "rozjetí" motoru:
Pro třetí pokus jsem nasadil lehčí vrtuli 11x4 a sání posílil tlakováním od výfuku. (Prosím povšimněte si spojení pomocí "hadičkové kaskády" ke vstupu nádržky)
Zde se podařilo dosáhnout otáček 13 000/min. Motor rychle spotřeboval za třináct vteřin nádržku objemu 15 ml.
Závěr: Motor má potenciál závodního použití. Při nasazení vhodné menší vrtule a tlakované nádržky může konkurovat špičkovým klasikám.
Pokračování: Pro mě je nyní instalace tlakování a vhodné umístění nádržky na tomto modelu problematické. Motor je také poměrně vzácný a nebudu ho proto nyní nasazovat. Pokračovat budeme testem motoru Bluestreak.
Nahrané soubory:
Mirkovy videa z příspěvku výše.