Qual é a RPM máxima teórica de um motor típico de pistão de avião?

Existem dois fatores que limitam a velocidade possível dos motores de pistão:

1. Velocidade da chama na mistura ar-combustível e
2. velocidade relativa de partes móveis, aqui os pistões em seus cilindros cilíndricos.

Se o motor funcionar muito rápido, a frente da chama proveniente da vela de ignição não terá viajado o suficiente para queimar a maior parte do combustível quando o pistão se mover novamente. Isso coloca um limite fundamental para o crescimento da potência sobre a velocidade nos motores a pistão.

Além disso, se a velocidade relativa entre as partes móveis for muito alta, a lubrificação falhará e as peças sofrerão superaquecimento rapidamente. Para rodar na maior velocidade possível, motores rotativos rodízio usado óleo, que por sua vez motivou os primeiros aviadores a usar lenços longos na boca, para que o sistema digestivo não ficasse comprometido com o fluxo de escape do motor. Hoje, os lubrificantes melhoraram, mas ainda estabeleceram um limite claro para a velocidade máxima na qual um motor a pistão pode ser operado. O resfriamento pode ser gerenciado pressurizando o sistema de resfriamento e melhorando o desempenho do radiador e da bomba, enquanto as cargas inerciais nos componentes do motor podem ser tratadas com materiais leves e de alta resistência.

Reduzir o furo permitirá uma maior velocidade antes das mordidas do limite de ignição enquanto reduz o stroke irá reduzir a velocidade do pistão, permitindo novamente uma maior velocidade do motor antes que a lubrificação falhe. Um motor otimizado irá equilibrar ambos para que a velocidade possível possa ser totalmente explorada. Para o IO-360 e o IO-540, essas dimensões são 5⅛ "e 4⅜", respectivamente. Isso os coloca abaixo da última geração de grandes pistões de aviação e mais perto dos típicos motores interwar .

Não consegui encontrar dados confiáveis sobre a velocidade do motor dos vencedores do Reno Air Race , que devem se aproximar do máximo possível velocidade do motor nessa classe de tamanho. O melhor que consegui encontrar foram as 3.700 RPM do Jumo 213 E , um motor com 5,9 " furo e 6,5 "acidente vascular cerebral, então eu acho que usando bom combustível e lubrificação, o Lycoming pode acabar em algum lugar entre 4000 e 4500 RPM. Eu sou cético que muita energia útil pode ser extraída a 5000 RPM e tenho certeza de que a vida útil nessa velocidade será medida em minutos, não em horas.

O tamanho e peso dos pistões será um grande obstáculo. Com um curso de 5,25 polegadas e 4,25 polegadas, os pistões são maciços e não mudam de direção com muita facilidade - há apenas muitos Gs que você pode colocar uma forma tão grande na parte superior e inferior da cada golpe antes que o metal comece a deformar. Bounce um guarda-chuva aberto para cima e para baixo muito rápido, e você vai começar a tirar a foto.

O resfriamento também seria um fator importante para o uso não aeronáutico. Motores de aeronaves (mais ou menos corretamente) assumem que haverá um grande ventilador na frente e / ou 100 + mph de fluxo de ar. O resfriamento líquido permitiria que as cabeças mantivessem uma temperatura mais constante, mas também aumentaria o peso e a complexidade.

Se você quiser um carro de seis marchas mais rápido que produza mais de 100hp e seja adequado para uso automotivo, eu sugiro que você tire um motor de uma Honda Goldwing ou Valkyrie. Dada a descrição editada, acho que você está pensando em um piloto de corrida.

Concordo com os outros posts, com os fatores limitantes gerais sendo falha em alta rotação e resfriamento sendo um problema. Assumir confiabilidade não é uma preocupação para você ... o que mais será o fator limitante?

Confiabilidade e resfriamento de lado ninguém parece ter mencionado a restrição de ingestão ou o sistema de válvulas.

O primeiro fator limitante será quanto combustível o seu motor pode ferir e queimar. Então, o motor normalmente é aspirado ou forçado? Os motores de NA são limitados pela quantidade de combustível e ar que podem absorver. Assim, os carboidratos, o coletor de admissão, a came e as válvulas precisam ser capazes de fluir o suficiente para produzir a potência desejada. A indução forçada torna isso um pouco mais simples.

Mas, à medida que as reviravoltas aumentam para produzir grandes números de HP, você vai atingir o teto de vidro com a rapidez com que seu trem de válvulas pode funcionar. Em algum momento, as molas da válvula não serão capazes de fechar no tempo (conhecidas como bounce da válvula) e podem simplesmente permanecer abertas. Isso afeta os golpes de compressão e combustão e pode resultar no pistão batendo na válvula logo seguido por ruídos muito desagradáveis.

Minha resposta foi dada com um aero engine de estoque como ponto de partida, pensando em quais limitações você atingiria à medida que as rotações aumentassem. Cada limitação pode ser superada, mas as soluções se tornam mais complexas e caras à medida que as revoluções aumentam e você busca números maiores de HP.

Não há nada que o limite fisicamente, mas os mecanismos são projetados para funcionar de maneira ideal no intervalo determinado, de forma que eles simplesmente não funcionem muito bem. É claro que você sempre pode alterar o tempo da câmera, acender o tempo, etc. Para o registro, a sua corrida do motor do avião não é tão diferente do que os primeiros motores Porsche / VW refrigerados a ar (que foram usados até mesmo em aviões em um ponto ). Você precisaria resfriá-lo pelo menos parcialmente com um sistema de óleo e parcialmente com um ventilador de ar como a Porsche fez em seus carros da era pré-996 se você não quisesse aproveitar o resfriamento a água (e você não precisa). Para o recorde de motores de ar comprimido de grande porte, pode-se desenvolver muito poder de cavalo e aumentar muito se for construído corretamente.

Existem limites mecânicos para rpm e limites de eficiência volumétrica para a rotação do motor. Mecânico: pistão danificado velocidade do pistão, haste             Aceleração do pistão - falha de flutuação do anel             Flutuação da válvula - falha catastrófica da válvula             Aumentar os resultados da RPM em temperaturas de óleo mais altas Volumétrico: a capacidade de ingestão de ar é limitada por:                   Limites de fluxo de ar do sistema de entrada:                       carboidrato                       caixa de ar                       Tubos de entrada                       Coletores de admissão e portas, válvulas, projeto de came e                       cronometragem. Todas as coisas determinam a quantidade de ar que o motor é capaz de absorver e que determina a rotação em que o motor funcionará melhor. Mais detalhes podem ser encontrados procurando em um manual de fluxo de superfluxo disponível gratuitamente na rede.

Ultrapasse os limites mecânicos e experimente falhas catastróficas. No mundo das corridas, muitas vezes encontrei limites mecânicos excedendo-os. Exceda os limites volumétricos e veja perda de torque.

Poder-se-ia chegar a um motor de aeronave de alta velocidade e engrená-lo para a operação de suporte subsônico. Foi isso que a Porsche fez com seu motor de aeronave PFM 3200 : levou 911 flat six e reduziu a velocidade. Embora tenha sido um motor muito bom, com cerca de duas vezes o HP de aeronaves de deslocamento similar, e foi usado para equipar o Mooney M20L, também era caro comprar e tinha um TBO razoavelmente curto. Supostamente, o PFM 3200 soava magnífico na decolagem.

Por outro lado, os Sixes planos da Continental e da Lycoming são muito mais simples, com motores pushrod de rotação mais lenta, construídos com ênfase na confiabilidade, e não em potência para peso. Baixa RPM significa que não há caixa de engrenagens para engrenar para a operação de sustentação e nenhuma caixa de engrenagens para manter ou falhar. Eles se destinam a operar em alta potência por longos períodos de tempo sem falhar, ao contrário dos motores automotivos que tendem a se movimentar com baixa potência, com uma explosão ocasional de potência total. A perda de energia em uma aeronave é um pouco mais séria do que a perda de energia em um carro, daí a ênfase na confiabilidade.