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标题: 模型发动机燃油 [打印本页]
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:26
标题: 模型发动机燃油
模型发动机有好多种类型。那么模型发动机所用的燃料也是多种多样的。经过人类多年的探索，基本形成了比较统一的认识。下面我们就燃料的特性和选择作一探讨，相信会对广大模型爱好者有所帮助。
总的来说燃料可分为气态、液态和固态三大类。固体燃料目前只适用于外燃机(如蒸汽机和蒸汽轮机等)和火 箭发动机，这里我们就不介绍了。除此之外的其它两大类都在模型发动机上有很好的应用。气体燃料无论从汽化性能还是同空气的混合性，以及燃烧的彻底性，都是非常好的燃料。但是它的贮存性能很差，需要专门的耐压容器来保存，一遇到猛烈碰撞有爆炸的危险。因此它的应用受到限制。目前只用于涡轮喷气模型发动机上。常用的气体燃料有；乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丁烷及液化石油气、天然气等。现在使用最多的燃料是液体燃料。它的来源丰富、热值高、贮存方便、安全系数高、容易掌握等优点。所以目前绝大多数的模型发动机都使用液体燃料，如甲醇、酒精、汽油、煤油等。
模型发动机的燃油除了有提供燃烧的燃料，还有提供发动机正常运转所需的润滑油，有的还有添加剂。所以模型发动机的燃油是混合油。我们来研究一下混合燃油所包括的基本燃料、润滑油和添加剂这三大部分。
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:28
首先我们看一下有关燃烧方面的几个概念。
燃烧范围：液体燃料汽化后与空气混和成一定比例(即达到一定浓度)范围才能燃烧。这个比例范围就是燃烧范围。可燃烧的最稀的混合气中，燃料蒸气所占的百分比，称为燃烧下限。可燃烧的最浓的混合气中，燃料蒸气所占的百分比，称为燃烧上限。不同的燃料，它的燃烧范围是不一样的。常见的燃料的燃烧范围见表一。
闪点：液体燃料的温度升高时，它的空气中的蒸发速度也加快。当达到某一温度时，蒸发速度快到液体表面的混合气可以用专门的仪器点燃。这个温度就是该液体燃料的闪点。闪点是表示液体燃料蒸发和易燃程度的指标。
自燃温度：浓度在燃烧范围内的混合可燃气达到某一温度时，不需点火即自燃。它是衡量燃料着火点的一个指标，同闪点不是一回事。例如压燃发动机，当混合气压缩到一定程度时，可燃气自燃发动机工作。
热值：一公斤燃料在空气中完全燃烧时所产生的热量。它是衡量燃料所含能量的指标。
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:28
表一、常见燃料燃烧特性
学 名
| 分子式
| 闪点
℃
| 自燃温度℃
| 热值
千卡／公斤
| 燃烧范围
％
|
苯
BENZENE
| C6H6
| 10～12
| 630
| -
| 1.4-1.8
|
丙酮
ACETONE
| CH3COCH3
| -20
| -
| 7300
| 3.0~13.0
|
乙醇ETHYL ALCOHOL
| C2H5OH
| 9~11
| -
| 7080
| 2.8~9.5
|
甲醇METHYL ALCOHOL
| CH3OH
| 12
| 475
| 5300
| 5.5~21.0
|
乙醚
ETHER
| (C2H5)2O2
| -45
| 185
| 8800
| 1.7~48.0
|
汽油
PETROL
| -
| -45
| 415
| 10900
| 1.0~3.5
|
煤油
KEROSENE
| -
| 65～85
| 320
| 11500
| 0.6~3.5
|
柴油
DIESEL
| -
| 40～60
| -
| 11000
| -
|
蓖麻油
CASTOROIL
| -
| 250
| 440
| -
| -
|
硝基甲烷NITROMETHANE
| CH3NO2
| -
| -
| 2775
| -
|
注：汽油、煤油和柴油不是单一的化合物，而是一些碳氢化合物的混合物，所以表中数据为约值。
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:29
熟悉了上述概念以后，我们就适宜模型发动机用的燃料做一讨论。燃烧范围的宽窄是评定燃料工作稳定性的指标。燃烧范围窄的燃料，发动机对油门非常敏感，对飞机飞行姿态的变化引起的油位变化也很敏感，很容易熄火。而燃烧范围宽的燃料，发动机对油门及油位不敏感，发动机比较稳定。从表一中我们可以看出，乙醚的燃烧范围最宽，甲醇次之。所以热火发动机使用甲醇作燃料，发动机较容易调整。压燃发动机使用乙醚和煤油作燃料，虽然煤油的燃烧范围很窄，但乙醚却很宽，两者中合也比较宽。闪点低的燃料容易燃烧，所以压燃发动机使用乙醚来起到点火作用。汽油容易爆燃，所以只用于电点火发动机(即汽油机)。对于模型发动机来讲，需要燃料提供较高的能量。但并不是燃料的热值越高越好。因为模型发动机单位时间吸入的气体是一定的。各种燃料在一定体积的空气中燃烧所产生的热量见表二。从中我们可以看出甲醇和乙醚各方面性能都不错，所以得到了广泛应用。从分子式中我们可以看出，甲醇和乙醚的含碳量都不很大，燃烧比较干净、积炭少。压燃发动机由于燃油中有煤油，所以积炭较多。清除积炭可用氨水浸一会儿，一擦就掉了。又由于甲醇来源丰富、价格较低。所以目前80％的模型发动机都用甲醇作燃料。
为什么甲醇用于热火发动机，乙醚用于压燃发动机呢?这是因为甲醇的自燃温度是475℃，而乙醚的自燃温度是185℃。甲醇在发动机中除了压缩还需要点火(靠电热丝的红热点火)，如果乙醚用于热火发动机会发生提前爆燃，使发动机无法工作。而甲醇若用于压燃发动机中，会由于其自燃温度太高无法工作(煤油的自燃温度是320~C)。甲醇的挥发性很好，在汽化器中能与空气很好地混合，使燃烧更充分。因此目前模型发动机中单位重量所产生功率最大的发动机种类，是用甲醇为燃料的热火发动机。
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:29
表二、常见燃料混合气燃烧数据
燃料
| 燃料与氧气
的比例
| 混合气浓度
％
| 消耗22．5升空气能提供的热量（千卡 ）
|
甲醇
| l：1．5
| 12．24
| 21．14
|
乙醇
| 1：3
| 6．52
|
20．83
|
丙酮
| 1：4
|
4．97
| 20．66
|
乙醚
| 1：6 |
3．37
| 21．06
|
苯
| 1：7．5 | 2．7l
|
21．02
|
煤油
| 1：24．5
| 0．85
| 19．83
|
汽油
| l：12．5
| 1．65
| 17．63
|
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:30
以上讨论了模型发动机燃油中的基本燃料部分。接下来再谈谈润滑剂。模型发动机要求重量轻、结构简单，所以绝大多数都没有单独的润滑系统，而使用将润滑油混合于燃油的方法。燃油中的润滑油也进入燃烧室，因此要求润滑油具有良好的稳定性，不参与燃烧。它在各运转部件之间形成一层可以承受强大压力的油膜，使发动机运转顺畅，要求润滑油有足够的粘度。另外还要能溶于甲醇。综合这几个因素，蓖麻油是最合适的品种。它是从蓖麻籽提取的，润滑性能极佳，闪点在250℃以上，不易挥发和点燃，价格也不算贵，是理想的润滑油。所以传统的模型发动机都使用蓖麻油为润滑油。但近年由于模型发动机的设计水平不断提高，发动机的功率越来越大，工作温度也越来越高，在某些场合(如竞赛)，需要发动机全功率输出，燃烧室壁上的温度可能超过250℃。这时蓖麻油可能有一部分发生燃烧且不完全，在活塞顶和气缸壁上形成一层脂状积碳。积碳越积越厚，会使活塞和气缸顶的传热性能变差，引起发动机过热。发动机过热的结果会造成热火头烧毁、发动机空中贫油乃至熄火、发动机马力下降、发动机零件受损等。为解决这个问题，有些配方的燃油中采用合成润滑油来代替蓖麻油。合成润滑油是用有机物质人工合成的，能溶于甲醇。这种润滑油在250℃的温度时可以完全燃烧，不留积碳。但是润滑油的燃烧会使润滑情况恶化，影响发动机正常工作和加剧零件磨损，合成润滑油的润滑性能也稍逊于蓖麻油。所以通常都用蓖麻油与合成润滑油混合使用，各取所长，有良好效果。
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:30
有时为了使模型发动机功率更大、工作更稳定，往往在燃油中加入添加剂。热火发动机使用硝基甲烷、四硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷等作添加剂。压燃发动机使用亚硝酸异戊酯为添加剂。从这里可以看出这些添加剂都是硝基化合物。因为在高温下硝基很不稳定，会分解放出氧气帮助燃烧，从而提升发动机的功率。另外硝基甲烷还能增加发动机的工作稳定性。
表三 部分燃油配方
热火发动机燃油
用途 甲醇 润滑油 硝基甲烷
磨合 75％ 25％ 0
F2B练习 75％ 25％ 0
标准 80％ 20％ 0
竞赛1 70％ 20％ 10％
竞赛2 45％ 25％ 30％
竞赛3 75％ 25％ 前者和的8％
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:30
压燃发动机燃油配方
用途 乙醚 煤油 润滑油 亚硝酸异戊酯
磨合、标准 1 1 1 0
竞赛1 39％ 40％ 20％ 1％
竞赛2 45％ 45％ 8％ 2％
竞赛3 42％ 43％ 30％ 5％
普通 34％ 35％ 30％ 1％
作者: hgmn 时间: 2010-5-13 11:31
燃油的配制可用量杯量取。甲醇和蓖麻油可用工业品或试剂，乙醚可用医用的或试剂，煤油用一般的灯油即可。工业甲醇杂质较多，应过滤使用。这些物品都可在化工或医药商店买到。注意：当甲醇有颜色时不要买，因含水较多；蓖麻油有絮状沉淀也不要购买。配制时应先倒入比重较小的燃料，再倒入润滑油，混合后再加入添加剂。一般情况最好不用添加剂。
由于我们使用的燃油中含有有毒成份，所以使用千万小心。硝基甲烷为无色透明液体，毒性很大，进入人体会对神经系统、肝、肾造成严重损害。它在空气中的浓度达到1000PPM时，可使田鼠等小动物死亡。另外硝基甲烷遇到猛烈碰撞会发生爆炸。误服甲醇会危害呼吸和循环系统，会导致永久性失明，100毫升可致人死地。甲醇的挥发性很强，易燃。乙醚有一种特殊气味，吸入过多会使人麻醉。所以配制时要保持良好的通风，最好在室外进行。如果自己的手有伤，一定要戴防护手套。尽量避免燃油与皮肤接触。配制和使用油料时不要吸烟。如果油料溅入眼睛，应立刻用清水冲洗。装硝基甲烷的容器不能装满，要留有空间。燃油桶要有明显的危险标志，要远离儿童。蓖麻油不容易洗涤，尽量避免沾在衣服上，如果沾上了，可用洗涤灵洗涤。
作者: male 时间: 2010-5-13 11:48
LZ对这真有研究，但这么对我来说就是天文字一样看不懂。
作者: hgmn 时间: 2010-5-18 10:31
一般模油用28油，就是蓖麻油20%、甲醇80%（体积比，就是一瓶蓖麻油兑四瓶甲醇）。甲醇用工业用的就行，蓖麻油也可用工业的，但要试验。因为有一种工业蓖麻油蜡质非常多，不能用。
如果配好的油放一段时间变红了，说明燃油吸收了空气中的水分。使用有些影响但不大。
如果有絮状沉淀，是蓖麻油被氧化的结果，要过滤。硝基甲烷氧化性和腐蚀性及酸性很强，使用后要用素油开一车。
自配燃油最好先不放硝基甲烷，飞时在放。
作者: bh3mwk 时间: 2010-5-24 13:10
甲醇和蓖麻油4：1配比出来应该是什么颜色的
作者: hgmn 时间: 2010-5-24 14:58
原帖由 bh3mwk 于 2010-5-24 13:10 发表 
甲醇和蓖麻油4：1配比出来应该是什么颜色的
基本无色
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