Por que os motores de pistão para aeronaves raramente são movidos a diesel?

Você está certo, existem poucos aerodólares modernos por perto - tão poucos, na verdade, que podemos passar pela lista breve, um por um:

• Thielert : Este é um desenvolvimento baseado em motores diesel Mercedes-Benz, dos quais mais de 1500 Motores de 1.7 litros foram construídos. Atualmente, um motor de 2.0 litros é oferecido. A empresa Thielert original faliu em 2008 e foi adquirida pela Continental.
• Austro-Engine , outra conversão de um carro a diesel para uso de aeronaves. É o resultado do desapontamento do principal cliente de Thielert, a Diamond Aircraft, com o registro do motor Centurion 1.7 inicial de Thielert.
• SMA : , um diesel turboalimentado francês com 5 litros de cilindrada. Atualmente, cerca de 100 deles foram entregues após quase 20 anos de trabalho de desenvolvimento.
• Zoche : O produto de uma equipe pai-filho com muitos detalhes inteligentes , mas um quarto de século de trabalho de desenvolvimento ainda não resultou em um certificado de aeronavegabilidade para seus motores a diesel radiais de dois tempos. Enquanto Zoche afirma ter sido vítima de uma conspiração por parte das autoridades, os acusados reclamam que os motores não conseguiam manter suas cabeças de cilindro por tempo suficiente.

O que segurou o diesel de volta por tanto tempo?

• Custo : O desenvolvimento em motores de pistão de aviação parou efetivamente com a era do jato. Os projetos existentes eram simplesmente bons o suficiente até os preços dos combustíveis atravessarem o teto. Isso fez com que os motores diesel fossem atraentes apenas em nichos e, como conseqüência, as corridas de produção eram pequenas demais para justificar o grande esforço de desenvolvimento. Motores de aviação funcionam constantemente em torno de 70% de sua potência total , portanto motores de carros comuns não podem ser usados sem grandes modificações. Como consequência, um kit de conversão pode custar US $ 89.000 !
• Peso e complexidade: A maior taxa de compressão de 1:30 exige uma estrutura mais pesada, e injeção de combustível, caixa de câmbio e turbocompressor impulsionam a contagem de peças bem acima da de um motor a gasolina. Uma vez que você compara a massa do sistema (combustível mais motor), o diesel ganha apenas em faixas que atualmente são voadas por jatos. Sim, o fluxo de combustível é menor (10 galões por hora para um diesel contra 13,5 galões por hora para um motor a gasolina comparável), mas só ajudará em intervalos acima de algumas centenas de milhas.
• Vibração! Com essa taxa de compressão, cada ignição causa um choque três ou quatro vezes mais pesado no motor e na estrutura da aeronave. Não apenas o motor, mas toda a estrutura da aeronave precisa ser projetada com isso em mente.

Para ser justo, um moderno motor a gasolina também será beneficiado com injeção de combustível, caixa de câmbio e turbocompressor, e Zoche inicialmente não utilizava um sistema elétrico, contando com ar pressurizado para dar partida no motor (uma garrafa de pressão perde muito menos sua energia armazenada quando resfriada a -20 ° do que uma bateria, afinal de contas), mas os aerodiesels práticos são muito mais complexos do que os motores que eles devem substituir, criando uma desvantagem óbvia de confiabilidade.

Thielert Centurion 1.7 em uma Diamond Star Twin (foto source )

Embora isso tenha sido parcialmente coberto em esta questão , é diferente o suficiente para justificar uma resposta.

Uma palavra: custo

Na grande maioria das aeronaves a pistão leve, os benefícios do diesel são muito menores que os custos envolvidos.

Os motores a diesel são pesados, isso porque o ciclo do diesel depende da pressão do cilindro, e não de uma faísca para acender a mistura ar-combustível. Isso significa que os blocos de motores a diesel devem ser pelo menos parte do aço, pois o alumínio não é strong o suficiente para conter as pressões. Todos os motores aero-diesel sobre os quais tenho lido possuem um bloco híbrido de aço-alumínio, que é mais difícil e mais caro de fabricar. O peso do motor tem o seguinte impacto nos custos:

• Você precisa ter um suporte de pitch variável para obter a mesma quantidade de desempenho
• O peso extra na frente significa que você tem que reorganizar o equilíbrio do avião, movendo peças da frente para a popa
• O combustível diesel requer uma reformulação completa do sistema de combustível, para que as asas tenham que ser completamente abertas para novos tanques e a nova tubulação. Algumas dessas tubulações são para o ciclo de combustível aquecido através dos tanques para evitar que o combustível gelar a baixas temperaturas
• Embora os motores diesel não requeiram uma faísca, eles são altamente informatizados, de modo que exigem energia elétrica constante para operar. 2 baterias são necessárias para redundância. Mais peso, mais custo
• A aeronave tem que ter um STC (conversão de tipo suplementar) para ser legal. Se o seu avião não tiver um, você terá que pagar por ele mesmo, o que custa dezenas de milhares a milhões de dólares para fazer
• Seu painel precisa ser modificado para os novos instrumentos e controles

Assim, os mecanismos não só são mais caros em primeiro lugar, como também são muito caros. A menos que seu avião voe muito, levaria décadas para recuperar os custos. Muitas das outras desvantagens (falta de combustível Jet A1 em muitos aeródromos GA, falta de suporte de engenharia para os motores, etc) iria embora se fosse mais barato comprar um diesel instalado.

A questão com peso para a HP já foi superada por muitos fabricantes. Existem no mercado motores 200hp a diesel, que são menores e pesam menos que os seus concorrentes Lycoming ou continental. Na verdade, sua dimensão frontal é menor do que os motores avícolas, proporcionando a possibilidade de capotas menores e mais aerodinâmicas, resultando em menor peso e maior desempenho. Este motor pode ainda ser aprimorado com o uso de hélices MT que são mais leves que as hélices tradicionais e proporcionam melhor desempenho de escalada.

O custo do motor Diesel irá diminuir, assim como os computadores com mais volume. Se considerarmos que o combustível para aviação pode ser 50% a 60% mais barato e alguns motores são 30% a 40% mais eficientes que os motores avícolas, é bom que os novos aviões considerem o uso do diesel e abandonem o próximo dos 100 anos obsoletos. tecnologia dos motores de aviação.

Até que a tecnologia elétrica para a aviação não atinja um ponto de equilíbrio entre velocidade e alcance, considero que o futuro para nós pilotos reais que têm que lidar com custos cada vez maiores de vôo se beneficiariam de custos operacionais mais baixos se o avião Diesel estar disponível.