Perché sviluppare un motore aeronautico a benzina e non un diesel?

Considerazioni sul peso del motore:

Il vero problema con i motori diesel è che NON sono leggeri. I motori diesel in grado di produrre +/- 100 CV pesano +/- 100 kg [220 lb] e oltre. (Non lasciarti ingannare dalle cifre relative al peso del motore diesel che non includono tutto il necessario per far funzionare il motore come: liquidi di raffreddamento e lubrificazione, linee, tubi, radiatori, turbo e intercooler, alternatore, pompa / e della pompa del carburante aria / olio separatore: sfiatatoi, scatole di miscelazione dell’aria, sistema di scarico, bobine di accensione / cablaggio, cavi, ecc.) Il supporto del motore diesel molto probabilmente sarà anche più pesante di quello necessario per un motore a benzina.

Questo aumento del peso totale del motore rispetto a un motore a benzina comporta un carico utile proporzionalmente ridotto per l’aeromobile sul quale sono installati. Rispetto al motore ULPower , un diesel della stessa potenza pronta per il funzionamento pesa di +/- 30 kg [66 lb] in più.

Carburante pesante:

Perché pensi che il diesel sia anche chiamato “combustibile pesante”? Perché 100 litri [26,4 US gal] di gasolio pesano 19 kg [42lb] in più di 100 litri di benzina.

Le persone tendono a pensare che i motori diesel nelle auto siano molto più economici dei motori a benzina perché consumano molto meno (in volume) di carburante. Una cifra tipica per un motore a benzina economico sarebbe di 8 litri / 100 km (30 miglia / gallone USA), mentre un diesel che produce una potenza comparabile consumerebbe 6 litri / 100 km (39 miglia / gallone USA).

Negli aerei commerciali e militari il consumo di carburante è generalmente espresso in libbre / ora. Utilizzando i dati di consumo di carburante sopra, 8 litri / ora di benzina sarebbe 12,7 libbre / ora; 6 litri / ora di diesel sarebbero 12.2 libbre / ora. Mentre c’è una riduzione del consumo di carburante in volume del 25%, c’è solo una riduzione del consumo di carburante del 4% in peso. I motori a compressione sono più efficienti dal punto di vista dei consumi perché utilizzano generalmente miscele più magre e il loro rapporto di compressione è molto più elevato. Entrambi i fattori rendono i motori diesel più efficienti nei consumi rispetto ai motori a benzina. Poiché la differenza nel consumo di carburante in base al peso del carburante è quasi la stessa, ciò dimostra anche che il contenuto energetico specifico (per unità di peso) della maggior parte dei carburanti a base di idrocarburi è molto simile.

Il peso specifico più elevato del carburante diesel non costituisce certamente un vantaggio per gli aeromobili alimentati da un motore diesel. Ogni singolo costruttore di aeromobili fa di tutto per cercare di aumentare il carico utile disponibile del proprio aereo riducendo il peso della cellula. I produttori ultraleggeri si rallegrano quando possono richiedere una riduzione di peso di 15 kg della loro struttura senza ridurre i fattori di sicurezza.

Un aereo diesel con un pieno carico di carburante di 100 litri ha un carico utile ridotto di +/- 50 kg [110 lb] !! rispetto allo stesso aereo alimentato da un motore ULPower . (Nota: il cherosene ha un peso specifico che si trova tra benzina e gasolio, quindi la sua penalità di peso è inferiore.)

Carburante più economico?

Molte persone vedono il vantaggio principale del diesel nell’uso di carburante più economico. Tuttavia, la differenza di costo per il pubblico di diesel, Jet A1 e benzina è puramente una questione di tasse governative e ha poco a che fare con i costi di produzione. In molti paesi europei, ad esempio Germania e Svizzera, il diesel ha lo stesso prezzo della benzina senza piombo. Man mano che il pubblico passerà sempre più alle auto e agli aeromobili diesel, i governi aumenteranno le tasse sul gasolio per compensare la riduzione del reddito derivante dalle minori vendite di benzina. In Belgio, 3/4 delle nuove auto acquistate sono diesel perché questo carburante (era un tempo) più economico del 30%. L’Unione europea sta cercando di far dipendere il costo di tutti i carburanti per l’utente finale dal suo “contenuto specifico di energia e non dal tipo di combustibile.

Diesels più costoso da acquistare:

Un’altra preoccupazione è che i motori aeronautici diesel sono considerevolmente più costosi da acquistare rispetto ai motori a benzina con la stessa potenza nominale. I produttori di diesel dicono ai loro potenziali clienti che l’aumento del costo è facilmente compensato dal minor costo del carburante, che deriva in parte dalla migliore efficienza del carburante del motore diesel. Quando senti questo argomento, considera due punti;

  1. Per quanto tempo rimarrà questo vantaggio del prezzo del carburante?
  2. Il proprietario volerà ore sufficienti in modo che il consumo / costo del carburante inferiore sia maggiore del supplemento di costo pagato per la centrale diesel?

Il pilota ricreativo medio vola meno di 50 ore all’anno e molti meno di 30. Se presumiamo che l’energia diesel avrà sempre un vantaggio in termini di consumo di carburante rispetto alla benzina, i risparmi sui costi dei motori diesel non fanno davvero molta differenza rispetto al totale costo di volo durante un anno per questo tipo di pilota quando si contano i costi di acquisto, manutenzione, assicurazione, hangar e tasse di atterraggio ecc. Tuttavia, il vantaggio di poter avere una riserva di 50 kg [110 libbre] di carico utile aggiuntivo ogni volta decollare (se si utilizza il nostro motore anziché un diesel) è un vantaggio molto importante, e non solo per il pilota ricreativo. Questo vantaggio in termini di peso potrebbe facilmente significare la differenza di essere in grado di pilotare il tuo viaggio in una sola volta, o di dover effettuare un atterraggio intermedio sulla strada per fare rifornimento se possibile.

Problemi ambientali:

Nell’emissione di gas di scarico dei motori diesel, la percentuale di particelle di carbonio molto piccole è pari allo 0,2 – 0,5% del totale. Questo è un potenziale problema futuro per le centrali diesel dei velivoli perché i gruppi ambientalisti si stanno già lamentando delle (piccole) quantità di particelle di fuliggine che i motori diesel producono. Poiché il numero di motori diesel sembra che continuerà ad aumentare drammaticamente nel prossimo futuro, quindi gli estrattori di particelle di fuliggine diventeranno infine obbligatori. Alcune case automobilistiche diesel offrono estrattori di fuliggine come opzioni, altri le includono di serie perché sanno che diventerà obbligatorio. Se / quando i filtri antiparticolato diventassero obbligatori per gli aeromobili, lo svantaggio di peso associato alla potenza diesel aumenterà ancora di più ….. I filtri antiparticolato comporteranno probabilmente anche un’ulteriore (lieve) perdita di potenza.

Un articolo di New Scientist (2 novembre 2002) che cita uno studio sul Journal of Geophysical Research afferma che “I motori a benzina potrebbero non essere dannosi per il pianeta quanto le loro controparti diesel più efficienti. Un modello climatico globale mostra che la fuliggine prodotta dal diesel i motori riscalderanno il clima più nel corso del prossimo secolo rispetto all’ulteriore anidride carbonica emessa dai veicoli a benzina “.

Precauzioni:

Il carburante diesel acquistato nelle stazioni di rifornimento di automobili può causare un ulteriore problema agli utenti di aeromobili. Per evitare che la paraffina nel gasolio si solidifichi con tempo molto freddo, è necessario aggiungere additivi. Nei climi freddi, questo viene fatto automaticamente dalle raffinerie di carburante. Tuttavia, in estate potresti facilmente fare il pieno di gasolio alla tua stazione di rifornimento locale senza un additivo e volare in condizioni molto fredde, il che significherebbe bloccare le linee del carburante. Anche con gli additivi, le linee del carburante devono ancora essere ben schermate o addirittura riscaldate per impedirne il blocco poiché una sezione esposta potrebbe essere fonte di problemi a causa del freddo del vento. Per mantenere operativi gli aeromobili in condizioni climatiche rigide, i motori a benzina necessitano di alcune precauzioni aggiuntive e sono quindi una fonte in meno di potenziali problemi per il pilota.

Impulsi di coppia violenti:

Il problema dell’impulso di coppia è comune a tutti i motori alternativi ma è molto più pronunciato e rappresenta un problema di gran lunga maggiore con i motori diesel. Nei sistemi a motore diesel i problemi sono aggravati dall’uso di motori leggeri, del tipo che si fa strada nell’uso dell’aviazione. Questo fatto ha indotto l’AESA (Agenzia europea per la sicurezza aerea) ad aggiungere materiale consultivo alle loro normative, che attira l’attenzione sulla necessità di prestare attenzione agli effetti dannosi dell’impulso di coppia.

Il fatto inevitabile del reciproco funzionamento del motore è che crea impulsi di coppia che accelerano o rallentano momentaneamente il normale funzionamento dell’albero a gomiti. L’ordine di accensione, l’angolo di cottura e il numero di cilindri causano questo. Poiché il motore diesel non utilizza l’accensione a scintilla e deve invece ottenere un’elevata compressione del gas per accendere il carburante (fino a tre volte maggiore rispetto ai motori a benzina con accensione a scintilla), gli impulsi sono maggiori rispetto ai motori con accensione a scintilla. Un certo grado di mancata accensione può anche causare “picchi di pressione”, poiché l’accensione non si verifica sempre esattamente quando dovrebbe e il carburante non brucia completamente ad ogni colpo di accensione.

Gli impulsi di coppia introducono forze di eccitazione armoniche che non fanno parte della coppia regolare erogata dal motore e non si aggiungono alla potenza utilizzabile. Tuttavia, possono variare fino a dieci volte la coppia operativa normale del motore, quindi possono aumentare sostanzialmente la quantità totale di coppia trasmessa attraverso il sistema e il tasso di usura e danni che ne derivano.

I fenomeni dell’impulso di coppia possono aggravare facilmente la relazione tra motore e attrezzatura condotta in termini di vibrazione torsionale e risonanza che può amplificare questa vibrazione a livelli distruttivi.

L’uso di eliche realizzate con materiali che non assorbono facilmente gli impulsi di coppia dei motori a benzina alternativi ha spesso causato seri problemi. Gli impulsi di coppia hanno portato al fallimento catastrofico delle lame o dei mozzi di ritenzione. Poiché i motori diesel producono impulsi di coppia molto più violenti rispetto ai motori a benzina, a meno che il produttore del motore diesel non abbia preso precauzioni speciali per limitare gli impulsi di coppia a livelli comparabili ai motori a benzina, molte eliche che attualmente funzionano bene sui motori a benzina non saranno adatte per un diesel aeromobili a motore.

 

Alcuni dei testi di cui sopra sono stati estratti da:
ulpower.com/lovejoy-inc.com/Articles/article-newtwiststodieselvibration.htm

 

Batterie più grandi (più pesanti):

Poiché i motori diesel hanno un rapporto di compressione molto più elevato rispetto ai motori a benzina, anche l’energia elettrica necessaria per avviare il diesel è notevolmente maggiore. Questo di solito significa che sarà necessario installare una batteria di capacità superiore (e più pesante) per avere una riserva di energia sufficiente per assicurarsi che il diesel si avvii specialmente quando fa freddo, e anche il motorino di avviamento dovrà essere più potente e più pesante di quello richiesto da un motore ad accensione comandata. Nessun produttore di motori include il peso della batteria di avviamento nel peso operativo del motore.

Combustibile più sicuro ?

Concludendo con una nota positiva, il carburante diesel e Jet A1 ha un vantaggio che rimarrà sempre: non esplode o brucia facilmente come la benzina in caso di incidente. Ci sono metodi disponibili per fabbricare serbatoi di benzina in modo che non si verifichino esplosioni, ma il diesel è un combustibile più sicuro da avere a bordo in caso di incidente.

Prima fai i tuoi calcoli:

Finché i motori diesel sono più pesanti e più costosi dei motori a benzina per la stessa potenza, pensiamo che quasi tutti i piloti da diporto di velivoli leggeri abbiano molto poco da guadagnare per l’aumento delle spese di acquisto di una centrale diesel per i loro aerei. I pochi velivoli certificati che offrono l’opzione delle centrali diesel a pistoni hanno solo una capacità di carico utile marginale rispetto allo stesso velivolo che utilizza i tradizionali motori a pistone a benzina.

Se si tiene conto di tutti gli aspetti relativi al volo, e non solo del consumo di carburante / fattore di costo , crediamo onestamente che il nostro motore a benzina ULPower abbia un reale vantaggio competitivo rispetto a qualsiasi motore diesel della stessa potenza per la maggior parte dei proprietario / operatore di velivoli VLA, sportivi, sperimentali e ultraleggeri.