La detonazione nei motori aeronautici a pistoni. Parte 3

Vi ricordate le vecchie automobili, quando il motore "batteva in testa"?

Era un rumore tipico di quando si viaggiava in salita, con innestata una marcia troppo lunga (basso numero di giri del motore), e il pedale del gas a fondo (alta MAP, pressione all'interno del collettore). Ecco cos'è la detonazione.

In aereo questa variazione del suono emesso dal motore non si sente per un paio di motivi.

In primo luogo i motori aeronautici non hanno una vera e propria marmitta (Ci sono dei "manicotti", negli impianti di scarico dei motori aeronautici, che assomigliano a marmitte, ma sono principalmente scambiatori di calore-aria-aria. Sono fatti per estrarre il calore che proviene dai tubi di scarico caldi e per trasmetterlo al sistema di riscaldamento dell'aria che va ai carburatori -anti ice-, e/o alla cabina per il suo riscaldamento, e hanno poco o nessun effetto sull'abbattimento del rumore).

Inoltre influiscono anche l'ulteriore fonte di rumore, data dalla rotazione dell'elica, e l'uso di cuffie che attenuano fortemente il livello del rumore udibile.

In secondo luogo, la frequenza del suono del cosiddetto "battito in testa" ha un tono più basso, direttamente correlato alla cilindrata.

In poche parole il "suono" che si dovrebbe udire è coperto dal rumore del motore stesso e da quello dell'elica.

Leggero, Medio e Pesante

Alcune vecchie auto battono in testa con facilità, quando viaggiano in salita, eppure funzionano per decine di migliaia di chilometri senza alcun problema evidente.

Pochi anni fa, ricerche effettuate dalla General Aviation Modifying Inc. (GAMI) in Ada, Oklahoma, hanno generato nuovi interrogativi circa la detonazione.

George Braly, il "genio" fondatore e capo ingegnere, ha messo in opera un grosso motore, strumentato per approfondire la conoscenza del fenomeno detonazione, registrando dati e informazioni che nessuno, prima, aveva mai rilevato.

Ciò che ha scoperto dà ragione a certi piccoli sporchi trucchi attuati molto tempo fa nel periodo d'oro dei grandi radiali, e per lo più dimenticati oggi.

Anche nel mondo delle competizioni si hanno un mucchio di informazioni che non vengono divulgate, veri e propri segreti, per non passare conoscenze preziose ai concorrenti.

Vecchie pubblicazioni, ma anche pubblicazioni della FAA, parlano di detonazione "leggera", detonazione "media", e detonazione "pesante".

Ma, fermi tutti! Come può essere, se la detonazione è un'istantanea "esplosione" della carica residua, e se l'esplosione può causare la distruzione quasi immediata del motore?

Qualcosa non torna!

Come al solito, la storia non è finita qui...

Istantanea di un Evento di detonazione

Quello che sto per descrivere è quanto sono riuscito a capire del fenomeno della detonazione.

Non troverete un'altra pubblicazione che riporti quanto segue.

Troverete informazioni frammentate in numerosi libri ma, per quanto ne so, la descrizione che segue è l'unica che le mette tutte insieme.

Una parte sono informazioni che non sono mai state riportate, per lo meno nel modo che segue, almeno che io sappia.

Si scopre che anche in una miscela equilibrata di combustibile e aria, si localizzano "sacche" di miscela con rapporti stechiometrici differenti a "livello locale".

Con "locale" si intende un gruppo di molecole di combustibile poco omogenee, "qui" e "là", in luoghi diversi all'interno del cilindro quando il pistone è in fase di compressione verso il punto morto superiore e l'inizio del suo ritorno verso il basso.

Quindi non solo gli "end gas" intesi come le parti di miscela più lontane dal fronte di fiamma dell'accensione.

Alcune di queste tasche possono contenere una miscela così magra (o così ricca), che non riesce a bruciare, altre possono essere nel range combustibile, e alcune possono essere perfettamente miscelate, "pronte ad accendersi", per così dire.

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Per inciso, questo spiega un altro piccolo mistero.

In teoria, la miscela "ideale" per i nostri motori è di circa 14,7 parti di aria e 1 parte di carburante (in peso) che, all'analisi dei gas di scarico, si traduce in assenza di ossigeno e di molecole di carburante incombusto (CO).

Tuttavia è noto che una miscela leggermente più ricca produce maggiore potenza.

Perché? Perché la teoria si scontra con la realtà.

Nella realtà quanto aspirato dal motore è composto da piccole sacche di varie miscele combustibile-aria.

Alcune molecole di ossigeno non trovano molecole di combustibile abbastanza rapidamente per bruciare e rimangono inutilizzate o non bruciano nel rapporto stechiometrico ideale.

Fornendo più carburante per le molecole di ossigeno solitarie, viene bruciato più carburante, viene generato più calore e meno ossigeno fuoriesce attraverso il tubo di scarico, senza che abbia avuto la possibilità di accoppiarsi con molecole di carburante.

Potete constatarlo negli schemi di tutti i vecchi radiali, ma anche sui grafici di Lycoming e TCM che mostrano picchi CHT a circa 30 ROP, mentre la potenza massima si verifica all'incirca a 80 ROP. Il rapporto di 14,7:1 si verifica, essenzialmente, quando i nostri strumenti rilevano la temperatura di "picco" di EGT.

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