Avstämda pipor modellhelikopter

Konstruktion, beräkning, verkningsgrad och fastsättning av Ljuddämpare förmodellhelikopter!

Ljuddämpare i olika former, är något som de flesta av oss är väl förtrogna med. Användningen av dämpare är ändå inte så gammal, på sextiotalet så var de flesta modellmotorer inte försedda med ljuddämpare. På sin höjd så användes en så kallad avgasbroms, inte för att minska ljudnivån, utan för att få bättre trottellfunktion. Avgasbromsen bestod av en plåtbricka kopplad till trottel som nästan stängde avgasöppningen på tomgång. Förvånansvärt lite klagomål kom från berörda grannar, anledningen var kanske att folk hörde sämre på den tiden! Kanske var toleransen större då än nu?
Utvecklingen av dämpare har hela tiden framskridet för att kunna passa in vår hobby i det nya samhällets krav, denna artikel bygger på egna erfarenheter forskning i arkiv och med hjälp av tillverkare så som Hattori och Zimmerman.

Konstruktion 

En flora av olika dämpare finns att tillgå, alla har det gemensamt att det finns både positiva och negativa egenheter, ofta svåra att värdera för den oinvigde utövaren.

Det ska också klart slås fast att även på detta område så gäller ” man får det man betalar för” aldrig kan en gammal flygdämpare
Ersätta en anpassad halvpipa med manifolder. Användningen av aluminium var under många år vanlig, smältpunkten för aluminium ligger så lågt som 400 till 600 grader beroende på legering, med tanke på att motorns avgaser producerar temperaturer på upp mot 300 till 350 grader. Så är användningen
och livslängden begränsad för konstruktioner i detta material.
Under de senaste åren har ett nytt material börjat att användas.

Rostfritt stål för tillverkning av dämpare och manifolder”(anslutningsröret från motorns avgasöppning till pipan). Fördelen är materialets höga smältpunkt, motstånd mot korrosion, en liten nackdel finns också, något högre vikt. Till glädje för oss utövare så har nya och mycket bättre konstruktioner sett dagens ljus, de senare åren. Tyvärr så förser inte våra tillverkare, köparen med någon form av instruktion för att rätt anpassa och montera våra avgassystem, det är detta artikel kommer att handla om.

Olika system

Flygdämpare anpassade för att dämpa ljudet på flygmotorer i flygplan, har nästan aldrig någon effekthöjande faktor. Fördelar lågt pris men ger p.g.a. för liten volym oftast en sänkning av motorns effekt. Avråds för att använda i helikopter.

Ballansdämpare fungerar som ordet antyder som en dämpare oftast utan ett egentligt effekttillskott. Manifoldern monterad ibland något förskjuten ur mitten på dämparen. Har oftast bra volym, fungerar utan kunskaper om inställningar och ger användaren ett bekvämt avgassystem. Normal också ganska tysta. Oftast mycket prisvärda. Viktigt är att dämparen har en rätt volym (stor).

 

 

 

 

 

 

 

 

Balansdämpare från Zimmerman

 

Halv eller hel-pipa med manifolder eller på engelska ”TUNED PIPES” står för avstämbar pipa. Detta är viktigt att lägga på minnet, just ordet ”avstämbar” Avstämningen är ett måste för att få pipan i resonans, mer om detta senare. Avgassystem består av flera olika delar som, manifolder, koppling mellan pipa och manifolder oftast av silicon eller teflon klämmor för tätning av kopplingen och slutligen en kvart, halv eller hel-pipa. Det är ingen tillfällighet att kopplingen mellan manifolder och pipan finns, den är avsedd för att kunna ställa in rätt längd och möjliggör an anpassning av längden mellan en tänkt punkt mitt i motorn och till första mellanväggen (baffel). Halvpipan är den dominerande, kanske p.g.a. att en halvpipa längd ofta innebär en baktung helikopter, helpipan större volym gör den lättare att anpassa rent effektmässigt. Den är också bredbandigare än halvpipan. På grund av de olika pipornas likhet nöjer vi oss med att betrakta den mest använda, halvpipan. Innan vi ger oss in i fysikens underbara värld är det en del saker som måste förtydligas. Alla pipor rätt monterad ger ett effekttillskott, medan en felaktig monterad/avstämd pipa fungerar som en ”dyr” dämpare.

Vad är det vi förväntar oss av ett avstämt avgassystem? Och vad kan vi förvänta oss?

Drömmen vore naturligtvis med ett avstämt system där pipan går in ( kommer i resonans) strax före hover och sedan ligger inne hela tiden med ett kraftig effektillskott.

  

 

 

Dämpare från Zimmerman,  i rostfritt!

 Resonans

Jag vågar mig på att göra en jämförelse mellan en radiosändare och en modellmotors avstämda avgassystem, båda är beroende an att resonans uppstår för att utveckla maximal effekt. Motorns pulserande stötvåg, rör sig med ljudets hastighet, när avgasporten öppnas. Möter i pipan tre i bland upp till fyra olika mellanväggar ( bafflar) En stor del av avgaserna studsar i den första baffel går tillbaka till motorn, detta övertryck eller mot-tryck, för tillbaka en del av de ej förbrända gaserna, men det kanske viktigaste är att i en tvåtakts-motor med sina två takter, läcker upp till 40% av den oförbrukade luft/bränsleblandningen ut i avgasröret. Genom baffels försorg och det skapade mottrycket överladdas motorn och en effekthöjning sker. En viss hjälp till att suga ut de förbrända gaserna ur motorn sker också, En mindre del av avgaserna passera rätt ut genom dämparen. Detta förutsätter att ett korrekt avstånd finnes mellan motorn och första baffel. Under förutsättning att pipan är rätt tillverkad, är det detta mått som vi bygger alla beräkningar på. Andra faktorer som ex motorns avgasöppning i grader ( anges ofta av motortillverkaren) påverkar resultatet. En mycket viktig faktor är förutom avgasportens öppning de sk boster eller överströmningsportarna, stänger före avgasporten stängs. En del motorer är så konstruerade att de inte fungerar med pipa. På grund av motorns konstruktion Naturligtvis har motorns varvtal också en avgörande påverkan .

Avstämd pipa Zimmerman

Två olika resonans punkter finns i pipan, först en ganska smal punkt där pipan inom ett mindre vartalsområde ger sin högsta effekt. Den andra resonanspunkten ger något mindre effekt men inom ett betydlig större varvtals område. Det är denna punkt som intresserar helikopterflygaren med ett bredare vartalsområde och en bra effektvinst, den första (piken) resonanspunkten är däremot av större intresse för modellplansflygaren.

De andra bafflarna

Den viktigaste funktion är den ljuddämpande funktionen, även om en viss liten del av dom är aktiva i reflektionen. En avstämd pipa är en ganska komplex konstruktion och kräver oftast både avancerade beräkningar och tester för sin funktion. Detta kan i viss mån förklara priset på den färdiga produkten.

Motorns arbetssätt

Gemensamt för alla tvåtaktare gäller att så snabbt som möjligt få in rätt bränsle/luftmängd i cylindern. detta i sin tur kräver att den förbrända bränsle/luft blandningen i motorn lika snabbt evakueras eller förs bort. Den eftersträvade effektökningen beror på en snabbare fyllnad och tömning av motorns cylinder.

Resonans eller kanske bättre uttryckt i harmoni, i vårt fall när avgassystemet producerar en effekthöjning. Viktigt att veta är att pipans tillverkningsätt påverkar en annan viktigt faktor. Bandbredden på pipan. I vissa lägen för flygplan kan en smal bandbredd vara att föredra i ex pylon. För modellhelikopter är däremot den bredbandiga pipan att föredra, trots att en något mindre effektvinst erhålls. Med bandbredd menas effektökning inom ett större vartalsområde.

Avstämning

Grundläggande är att ju kortare en pipa är ( den totala längden från den tänkta punkten mitt i motorn och ut till första baffel, kallas i fortsättningen piplängd ) ju snabbare kommer bränsle/luftblandningen gaserna) att reflekteras tillbaka till motorn, en längre pipa har ett motsatt förhållande. Ett ökande varvtal kräver att gaserna måste kunna komma tillbaka till motorn i snabbare takt. Därför kräver ett lågt varvtal inte så kort pipa medan ett högt varvtal kräver en kort pipa. Detta är kärnpunkten i avstämda avgassystem, det är också detta som bäst beskriver systemets funktion. Pipan kan komma i resonans men inom vissa varvtal.

Om pipan är för lång så kommer motorn fortfarande att fungera fint men den önskade effektökningen uteblir, är däremot pipan för kort kan den helt förstöra motorns normala funktion. Genom att reflektionen av gasblandningen kommer för snabbt tillbaka till motorn medför detta följande problem: den normala mjuka gången på motorn uteblir och istället går motorn oftast mycket varm, normalt är också att bränslenålen är mycket känslig att ställa in. Oftast hänger motorn kvar vid ett högt varvtal efter att gasen har dragits ner, vid ex autorotation. Detta avhjälps genom att förlänga avståndet mellan manifolder och pipa.

Injustering av längden på avgassystemet.

Injusteringen av längden på en flygmotor är ganska enkel, börja med en för lång piplängd och korta in den successivt till maximalt varvtal erhålls, variera bränslenålen och mät igen, mät med hjälp av en varvräknare. Egentligen råder samma principer vid injustering av en helikopterdämpare, problemet är tillgängligheten till justering. Börja alltid med ett litet för långt avstånd mellan pipa och manifolder, eller gör en beräkning enl nedanstående formel.

Här kommer en bra formel där vi mäter från en tänkt punkt rätt under glödstiftet och ut till den första baffel i pipan

Piplängd = Gashastigheten 550 m p sek / dividerat med motorvarvet x avgaspostens öppning i procent x 0,5FörklaringAvgasportens öppning = Tex OS 160grader delat med 360= 0,44 eller 44 %

Eftersom dämparen oftast är en halvvågspipa, så är våglängden vågen ska färdas 0,5Längden på pipan som ex: 550 dividerat med 16000 varv x 0,44% x våglängden 0,5 = piplängden från en tänkt punkt under glödstiftet till den första baffel

Detta förutsätter en rak baffel, en konad baffel ger ett genomsnittvärde vid mätning mitt på baffel.

Öppningstiden anges oftast av tillverkare som ”timing periods exhaust”

Viktigt att komma ihåg är också att vissa motorer, där överströmmningskanalerna inte stänger före avgasporten inte är gjorda för att användas med pipa, detta kan lätt kontrolleras i cylindern från avgassidan.

 

Montering eller fastsättning av dämpare på helikopter

Även här råder samma problem, aldrig finns en monteringsanvisning för ljuddämparen. Oftast resulterar detta i att manifolder kopplingar går sönder efter en kort period. Både Hattori i Japan och Zimmerman i Tyskland har kontaktas och båda har kommit med råd och kommentarer.

Hattori med sina pipor och manifolder i aluminium rekommenderar en fastsättning av pipan med den medföljande klämman mot helikopterns chassi, men påpekar vikten av att de längre piporna monteras med dubbla fästen för att inte knäcka manifoldern genom vibrationer. Kopplingen mellan pipa och manifolder utgörs av en siliconslang vilken monteras med medföljande klämmor. Oftast kompletta monteringsatser av bra kvalite. Hattori har även på senare tid börjat att anpassa öppningen i manifoldern för respektive motor, detta har även inneburit något grövre rör. Mycket välgjorda och lätta kompletta avgassystem. Hattori kommer med monteringsanvisningar till helikoptersystemen. Bra jobbat.

 

Zimmerman tillverkar allt i rostfritt stål, köps som komponenter, dvs manifolder pipor kopplingar och fastsättning var för sig. Använder teflon i stället för silicon som koppling mellan manifolder och pipa. Vilket hålls på plats med starka klämmor. Zimmerman avråder varje försök till att försöka täta kopplingen med ex flytande silicon, detta förvärrar eventuell läckage. Rekommenderar också om möjligt att använda två klämmor om pipan.

Viktigt att tänka på vid montering av pipan är att om möjligt använda en något för stor klämma, lägga mellan en ituskuren siliconslang. Detta för att dämpa vibrationer men också för att minska risken för metall mot metall, vilket kan orsaka radiostörningar.

Användningen av teflon är en mycket hållbar koppling, tänk på att en manifolder i aluminium inte klarar ett så hårt material som teflon, utan ganska omgående brukar gå sönder av vibrationer. Båda tillverkarna avråder från att fästa upp pipan i den bakre avsmalnande anslutningen. Där fästet oftast görs mot bommen. Dessutom förstör detta dämparefästet i bommen gyrots funktion

Silicon avslutningar oftast med en 45 gradig bock, innebär att en hel del av oljesprutet försvinner från helikoptern, men medför en effektminskning av ca 5 procent.

Headloader

Är ett ganska nytt begrepp på marknaden. Headloader ersätter ordinarie rotorblad och möjliggör en ganska säker injustering av helikopterns motor och avgassystem med en normal belastning på motorn. Här finns möjlighet att ställa in både motor och pipa under ett verkligt förhållande, med helikoptern fastsatt i bänk. Både motor och pipa kan justeras in på ett säkert sätt. Ett annat värdefullt användningsområde är möjligheten att spåra vibrationer och radiostörningar i olika vartalsområde. Headloaders finns för 30, 50 och 60 helikoptrar.

 

Effekt kontra bränsle

Det finns två möjligheter att öka effekten förutom att rätt justera in pipan, den kanske enklaste med absolut farligaste är att hälla i nitrometan i bränslet. Inblandningar på mellan 5 upp till 30 procent nitrometan är vanliga, men oftast ganska onödiga. På marknaden figurerar i dag helt ospecificerade importerade bränslen, där för användaren mycket viktig information om ingående komponenter i bränslet undanhålls. VARNING var försiktig vid användande. Vi helikopterflygare är kraftigt exponerade för avgaser som i en del fall, vi inte vet vad dom innehåller.

Öka effekten utan nitrometan, låter kanske som en dröm, med tanke på att nitrometan inte bara är dyrt utan också är ett MYCKET FARLIGT ÄMNE. De japanska motorerna är producerade med tanke på användning av nitro, också kompressionen är avsedd för nitro. En höjning av kompressionen genom att ersätta packningen mellan cylinder och topp med en tunnare packning eller helt ta bort den, ger en ganska bra effekthöjning. Nästa steg är att demontera cylinderfodret och försiktigt slipa upp avgasporten ( höja porten) ca 1,5 mm för en 46 motor och ca 2mm för en 60 motor. Grada noggrant efter slipningen, gör rent, olja in och återmontera. Båda dessa åtgärder motsvarar en tillsats av ca 20 procent nitro. Skadar inte dig själv eller miljön, och drar inte kostnader varje flygning. Finns det då inga nackdelar? Jo en överdriven ökning av porttiden påverkar tomgången negativt, ger även en liten ökning av bränsleförbrukningen. De givna exemplen har en liten knapp märkbar effekt på tomgången. Men å andra sidan, vem flyger helikopter på tomgång, ingen jag känner i alla fall.

Skövde 991009

Arne Nohlberg