Методическое пособие по составлению топливных
смесей для модельных микродвигателей
Методическое пособие - предназначено для обучающихся авиамодельного объединения 4 года обучения при изучении темы «Двигатели внутреннего сгорания».
Основной целью данной темы является: знакомство с компонентами топлива, входящих в состав смеси для двигателей внутреннего сгорания.
Введение
Топливные смеси для двигателей состоят из горючего, смазочных масел и присадок. От того, насколько рационально подобраны компоненты, входящие в состав топливной смеси, зависит надежная работа двигателя.
Наличие двух групп двигателей свидетельствует и о наличии двух групп топливных смесей: для калильных и для компрессионных двигателей.
Топливо входит в состав топливной смеси в качестве основного компонента. Для компрессионных двигателей – это керосин, для калильных – спирт (метанол). Количественное содержание метанола в смеси от 25 до 80 %. Ввиду того, что метанол весьма токсичен, для работы с калильными двигателями может быть рекомендован также этиловый спирт.
Смазочные масла, входящие в состав топливной смеси, обеспечивают качественную смазку трущихся деталей двигателя, они должны максимально сгорать при выделении наименьшего количества коксующихся веществ. Количественное содержание масел в смеси от 8 до 34 %.
Поговорим о присадках топлива
Присадки выполняют различную роль при составлении топливных смесей, и их можно разделить по назначению на:
1) присадки, ускоряющие процесс горения;
2) антидетонационные присадки.
Первые способствуют стабильной работе двигателей, облегчая запуск и регулировку двигателя во всем диапазоне регулирования. К этой группе относятся амилнитрит, амилнитрат, этилнитрат и др. Эти присадки используют при составлении топлив для компрессионных двигателей, и их содержание находится в пределах 0,5 – 10 % от объема составляемой смеси.
Ко второй группе относятся бензол, нитробензол и др. Они используются в топливных смесях калильных двигателей. Содержание их в топливной смеси является ответственным и сложным делом, которое требует большого внимания и определенных навыков. Наличие присадок, относящихся, как правило, к ядовитым веществам (нитрометан и др.), при неправильном пользовании ими делают процесс составления рабочей смеси опасным. Поэтому, прежде чем приступить к составлению рабочей смеси, нужно ознакомиться с физико-химическими свойствами возможных компонентов и строго соблюдать при этом правила техники безопасности.
При составлении топливных смесей необходимо помнить – присадки всегда добавляют в топливную смесь в последнюю очередь!
Касторовое масло – густая жидкость желтого или желтовато - коричневого цвета (лучшие сорта почти бесцветны). Плотность касторового масла 0,960 – 0,970 г/см3. На воздухе медленно густеет. Обладает большой вязкостью. Хорошо растворяется в спирте, эфире и является надежным смазывающим компонентом топливных смесей, так как обладает высокой адгезией (свойством сцепляемости); последняя способствует сохранению масляной пленки между трущимися поверхностями деталей.
Недостатком касторового масла является его высокая химическая активность (окислительная способность); поэтому двигатели, работающие на топливной смеси, содержащей касторовое масло, по окончании запусков должны быть тщательно промыты в спирте или бензине, высушены и смазаны жидким минеральным маслом, чтобы на стальных деталях не появилась коррозия. Касторовое масло применяется для приготовления топливных смесей калильных и компрессионных двигателей. При нагревании до 260 – 265 0С касторовое масло дает полимеры, нерастворимые в спирте. Образование полимеров приводит к тому, что у длительно работающих двигателей с поршневыми кольцами теряется компрессия.
Метиловый спирт (метанол) – бесцветная, прозрачная, ядовитая жидкость, горит синеватым некоптящим пламенем. Плотность равна 0,796 г/см3. Температура кипения 64,5 0С; температура замерзания – 98 0С. Удельная теплота сгорания 5300 ккал/кг.
Ацетон – при нормальных условиях легкоподвижная бесцветная жидкость с ароматическим запахом; плотность 0,79 г/см3; сильно летуч и очень огнеопасен, температура вспышки 16 0С. Применяется для приготовления топливных смесей для двигателей с калильным зажиганием и является хорошим антидетонатором. Количество ацетона в топливной смеси обычно не превышает 10 – 12 %. Смешивается во всех пропорциях со спиртом, эфиром.
Амилнитрит – бесцветная жидкость с резким запахом. Легко разлагается на свету, приобретая светло-желтую окраску. Плотность 0,87 г/см3. Содержание в топливной смеси не более 3 – 4 %. Имеет температуру кипения 104 0С. Амилнитрит рекомендуется добавлять в топливную смесь непосредственно перед запуска двигателя. Топливная смесь, содержащая амилнитрит, не должна храниться длительное время, так как даже в плотно закрытой посуде она расслаивается и теряет свои свойства.
Нитрометан – бесцветная жидкость с запахом горького миндаля. На свету разлагается, приобретая темно-коричневый цвет. Плотность 1,14 г/см3. Используется как присадка к топливным смесям для двигателей калильного зажигания. В топливных смесях может составлять до 35 – 55 %. Двигатель, работающий на топливной смеси с таким содержание нитрометана, легко запускается и может иметь прирост мощности до 25 – 30%.
Нитрометан является сильным ядом, действующим на центральную нервную систему. Допустимая концентрация нитрометана в воздухе 0,01%. При нагревании свыше 100 0С под давлением, следует соблюдать осторожность, так как при этом может произойти взрыв. Температура воспламенения в нормальных условиях +44,4 0С.
Этиловый (серный) эфир – подвижная бесцветная жидкость с приятным запахом. Плотность 0,79 г/см3. Температура кипения 35,6 0С. Температура замерзания – 117,6 0С.
Очень летуч и легко воспламеняется; огнеопасен – распространяясь в воздухе, образует взрывоопасные смеси; вдыхание паров вызывает сердцебиение, опьянение и полный наркоз.
Этиловый эфир имеет низкие антидетонационные свойства и в чистом виде в качестве топлива не применяется.
Этиловый спирт (этанол) – бесцветная жидкость, обладающая запахом, легковоспламеняющаяся и горящая голубоватым слабосветящимся пламенем. Плотность 0,794 г/см3. Температура кипения чистого этилового спирта при нормальном давлении 73,9 0С. Удельная теплота сгорания 7100 ккал/кг. Этиловый спирт гигроскопичен, хорошо смешивается с диэтиловым эфиром, глицерином, бензолом и т.п. Хранят этиловый спирт в емкостях с плотно притертой пробкой.
Топлива и их компоненты хранят с несгораемых шкафах.
Методика составления топливных смесей
Составление топливных смесей требует определенной подготовительной работы и наличия необходимых условий. Подготовительная работа заключается в приготовлении чистой посуды, шприцев, воронок, мензурок, фильтров – всего того, что может понадобиться при смешивании топливных компонентов.
Всегда нужно помнить о том, что применяемые компоненты легко испаряются, могут быть ядовитыми и взрывоопасными и, следовательно, требуют осторожного обращения. При составлении топливной смеси необходимым условием является наличие герметичной и чистой посуды, лучше темного цвета, а также мензурок с делениями 1см3.
В соответствии в имеющимся рецептом топливной смеси все компоненты смешиваются о в одной емкости, после чего смесь фильтруют. Профильтрованную смесь хранят в темном помещении с нормальной температурой окружающей среды (+20?25 0С) и отстаивают в течение полутора-двух суток, после чего фильтрование повторяется.
Рекомендуется топливную смесь взбалтывать в течение 1 – 1,5 часов с помощью специального приспособления или на вибростенде с частотой 100 – 150 гц в закрытой герметичной посуде.
Для соревнований
Для ответственных запусков применяют методику составления готовой смеси по способу, предложенному мастером спорта М.Е. Васильченко. Готовая смесь разводится в объеме два раза большем, чем требуется, а емкость посуды берется равной трем объемам требуемого количества смеси. После взбалтывания топливная смесь отстаивается в течение двух суток, после чего 75 % этой смеси без перемешивания сливают в другую чистую емкость.
Слитая топливная смесь обладает, как правило, высокими качествами, так как содержит в себе максимальное количество легких фракций и поэтому может быть использована для ответственных запусков.
Нужно помнить, что при составлении топливных смесей в горючем (керосине или метиловом спирте) в первую очередь растворяют масло, а затем уже добавляют присадки.
Рецепты топливных смесей
Топлива с высокой скоростью сгорания создают большое количество газов. Следовательно, чем больше их будет в одном и том же рабочем объеме, тем большего давления можно достичь.
Для получения наибольшего количества энергии (от сгорания топлива) следует пользоваться топливными смесями, для сгорания которых требуется незначительное количество кислорода. Кроме того, следует учитывать требование к топливной смеси – во время рабочего процесса она должна охлаждать двигатель. Этим требованиям отвечает прежде всего метиловый спирт.
В процессе многолетней практики работы с двигателями установилась определенная рецептура топлив, рекомендованных для обкатки, зачетных полетов, полетов на установление рекордов.
Ниже приводятся рецепты топлив, предложенные В. и М. Васильченко.
Для компрессионных двигателей чаще всего применяются составы (рецепты № 1,6,7,8,9):
№1
Масло минеральное МК-8 - 33.3%
Эфир этиловый - 33.3%
Керосин технический - 33.4%
№6
Масло касторовое - 17.5%
Эфир этиловый - 20%
Керосин технический - 60.5%
Амилнитрит - 2%
№7
Масло касторовое - 25%
Эфир этиловый - 32.5%
Масло соляровое - 40%
Амилнитрит - 2.5%
№8
Масло касторовое - 28.5%
Эфир этиловый - 41%
Керосин технический - 28.5%
Амилнитрит - 2%
№9
Масло касторовое - 25%
Эфир этиловый - 48%
Керосин технический - 25%
Амилнитрит - 2%
Максимальную мощность двигателя можно получить, применяя следующие составы топлива:
№10
Масло касторовое - 8%
Масло минеральное МК-8 - 8%
Эфир этиловый - 36%
Масло соляровое - 45%
Амилнитрит - 3%
№11
Масло касторовое - 10%
Масло минеральное МК-8 - 10%
Эфир этиловый - 27%
Масло соляровое - 50%
Амилнитрит - 3%
№12
Масло касторовое - 14%
Эфир этиловый - 16%
Масло соляровое - 66%
Амилнитрит - 4%
№13
Масло касторовое - 16%
Эфир этиловый - 50%
Масло соляровое - 30%
Амилнитрит - 4%
Составил педагог дополнительного образования Думенек В. Л.
«Станция юных техников» Озерского городского округа Челябинской области
Список литературы:
Гаевский О. К. Авиамодельные двигатели. - М.: ДОСААФ, 1973
Калина И. Двигатели для спортивного моделизма. - М.: ДОСААФ, 1988
Мерзликин В. Е. Микродвигатели серии ЦСТКАМ. - М.: ПАТРИОТ, 1991
Интернет ресурсы.
Обсудить на форуме
|
