Radyal (Yıldız Tipi) Motor Nedir, Nasıl Çalışır?
Radyal motor, 1901 yılında icat edilen bir motor türüdür. Pervaneli uçaklarda yaygın olarak kullanılır. Bir tür rotary motor olarak da bilinir.
Radyal motor, yıldız görünümünde olduğu için “yıldız tipi motor” olarak da bilinir. Pervaneli uçaklar başta olmak üzere deniz taşıtları, askeri araçlar ve motosikletler için kullanılabilmektedir. Silindirleri, bir daire merkezine karşı sıralanmış motorlardır. Bu motor türünde tüm piston kolları, tek biyel muylusuna (piston kollarının bağlı mil) bağlı olarak çalışır. Radyal motorlarda ateşleme aralığının düzgün olması için 4 zamanlı tipleri tek sayılı (5, 7, 9 gibi), 2 zamanlıları tipleri de çift sayıda (2, 4, 6 gibi) silindir içerir. Genellikle tek sayılı olarak tasarlanmıştır. Radyal motorlar nasıl çalışır, avantajları ve dezavantajları nelerdir, tarihçesi nedir? Bu soruların cevaplarını makalemizde bulabilirsiniz.
(İlk radyal motor tasarımlarından biri.)
Tarihçesi
Radyal motorlar, ilk olarak 1901 yılında Amerikalı makine mühendisi Charles Matthews Manly tarafından tasarlandı. İlk radyal motor su soğutmalı ve 5 silindirliydi. Ancak bu motorlar yeterince güçlü değildi. Daha sonra 1903 yılında Stephen Balzer tarafından Langley Havaalanı projesi için tasarlanan rotary (döner) motorun dönüştürülmesiyle “Manly-Balzer motoru” olarak bilinen radyal motor tasarlandı. Bu motor, dakikada 950 devir yapan, 52 beygir gücünde benzinli radyal motor olarak geliştirildi.
Radyal motorlarla ilgili bazı önemli tarihler şunlardır;
- 1907 yılında Jacob Ellehammer, dünyanın ilk hava soğutmalı 3 silindirli radyal motorunu tasarlayarak bir motosiklete kullandı. Bu motor, daha güçlü 5 silindirli modelin de temelini oluşturdu.
- 1909-1919 yılları arasında üretilen radyal motorlar, krank karteri ve silindirleri ile daha çok rotary motorlara benziyordu.
- 1920’li yıllardan sonra geliştirilen konseptler, günümüzdeki radyal motorların prototipleri olarak tasarlandı.
- 1918 yılında üretilen hava soğutmalı radyaller, I. Dünya Savaşı’nda kullanılan uçaklar için diğer motorlara göre daha avantajlı görüldü; ancak kullanılamadı.
- Fransa’da kullanılan ve “Le Rhône” adı verilen rotary (döner) motorlar, 1920’li yıllarda sabit radyal motorlara dönüştürüldü.
- 1920 – 1921 yılları arasında Amerika Birleşik Devletleri Havacılık Ulusal Danışma Komitesi (NACA) ve ABD Donanması, hava soğutmalı radyallerin güç / ağırlık oranının ve güvenilirliğinin arttırabileceğini belirterek, uçaklar ve deniz araçları için radyal motor siparişi verdi.
- İkinci Dünya Savaşı’nda kullanılan birçok uçak, radyal motorluydu.
Çalışma Prensibi Nedir?
Radyal motorlar, içten yanmalı olarak sınıflandırılır. Çoğunlukla uçaklarda kullanılır. Silindirleri rotary (dönen) motorlarda olduğu gibi krank milinin etrafında bir daire oluşturacak şekilde dizilmiştir. Başka bir ifadeyle, silindirleri belli bir sıra dahilinde değil, daire merkezine karşı sıralanmış motor tipidir. Bu sebeple yıldız şeklinde görünümü vardır. Tüm piston kolları (biyel) göbekteki tek bir biyel muylusuna bağlıdır. Silindirler, krank milinin etrafında yıldız şeklinde devinimini tamamlar. Her silindirde bulunan pistonun hareketi, piston kolu (biyel) ve biyel muylusu yardımı ile krank miline aktarılır. Silindirlerin eksenlerinin aynı düzlemde olması nedeniyle, birleştirici çubuklar doğrudan krank miline bağlanamazlar. Bunun yerine, pistonlar krank miline bir mafsallı çubuk grubu ile bağlanırlar. Böylece krank milinin ekseni etrafında dönmesi sağlanır. Bu işlem, her pistonun hareketi ile sürekli tekrarlanır. Karbüratör ve gaz kolu yardımı ile motorun devri ayarlanır.
Radyal motorda pistonlar, biyeller yardımı ile krank miline bağlandır. Dört zamanı (emme, sıkıştırma, güç (yanma), egzoz) tamamlandığında krank mili iki devir yapar. Silindirler, ateşleme sırasına göre güç üretir. Yanan hava-yakıt karışımının patlaması ile meydana gelen güç, piston kolları vasıtası ile krank miline dönme hareketi olarak iletilir. Çalışma sistemi, bu bakımdan sıralı motorlarla benzer. Ateşleme sıraları farklıdır. Dokuz silindirli bir radyal motorda ateşleme sırası “1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8” numaralı silindirlerde bu sıraya göre gerçekleşir. Her çevrim tamamlandığında ateşleme sırası tekrar birinci silindire döner. Başka bir ifade ile pistondaki gücün hareketi sırasında ateşlenecek bir sonraki piston arasında bir piston vardır. Ateşleme sırası, valfların açılması ve kapanması, yanma sonrası oluşan gücün bir sonraki silindirin sıkıştırma işlemine yardım etmesi ve hareketin bu şekilde devam etmesi şekilde çevrim veya dört zaman tamamlanır. Radyal motorlarda tek sayılı silindirler kullanılmasının bir mantığı var. Motorun daha sorunsuz çalışması için tutarlı ve devamlı bir güç üretilmelidir. Daha verimli güç üretmek için tek sayıda silindir kullanılır. Böylece diğer piston ateşleme işlemini başarabilir. Eğer eşit sayıda silindir kullanılırsa, eşit derecede zamanlanmış bir ateşleme döngüsü mümkün olmazdı.
Radyal motorlarda, otomobil ve motosikletlerde kullanılan motorların aksine silindirlerin ekseni aynı düzlemlidir. Dolayısıyla tipik eksantrik mili, emme ve egzoz valflarının kontrolü için kullanılamaz veya krank mili güç sunmaz. Bunun yerine, pistonlar mafsallı çubuk birleşimi ile krank miline bağlanır. Radyal motorların silindirleri üzerinde genelde “popet” adı verilen türde valflar kullanılır. Bu valflar, krank milinden zıt yönde dönen kam plakası tarafından kontrol edilen itme çubukları tarafından hareket ettirilir. Kam, dişli bir mekanizma yardımıyla döndürülür.
Radyal Motor Parçaları
Radyal motorlar, sıralı motorlarda kullanılan parçalar içerir. Diğer 4 zamanlı motorlar gibi çalışır. Her ikisinin de benzer parçaları vardır; ancak yapıları ve tasarımları farklıdır. Her silindirin emme, sıkıştırma, güç (yanma) ve egzoz zamanı vardır.
Bu parçalar şunlardır;
Piston: Yanma odasında yanan gazların genleşen kuvvetini bir bağlantı çubuğu veya kol vasıtasıyla krank miline gönderir. Yani mekanik gücü krank miline aktarır. Pistonların baş tarafında silindirle arasında sızdırmazlık sağlayan “segman” adı verilen parçalar vardır. Hafif ve ısıya dayanıklı alaşımlardan üretilir.
Biyel (piston kolu): Pistonun altında bulunan çubuk veya koldur. Pistondaki hareketi krank miline aktarmaya yardımcı olur.
Krank mili: Pistondan gelen mekanik gücü dönme hareketine çevirir.
Emme ve egzoz valfları: Emme valfı, yakıt ve temiz havanın yanma odasına girmesini sağlayan bir kanaldır. Egzoz valfı ise, yanan yakıt-hava karışımının yanması sonucu ortaya çıkan gazların silindirden dışarı atılmasını sağlar.
Buji: Yanma odasında sıkıştırılan yakıt-hava karışımını elektrik kıvılcımı ile ateşleyerek patlama sağlar. Bujinin ateşlediği yakıt, genleşerek büyük bir güç oluşturur.
Radyal Motorların Avantajları ve Dezavantajları
Yıldız tipi motorlar, fazla güç gerektiren motorlardır. Bu sebeple silindir sayıları fazladır. Sıralı silindirli motorlara göre bazı üstünlükleri vardır. Silindirlerin motorun ön kısmında bulunması, hava akımının doğrudan motorun gövdesine ulaşmasını sağlar. Bu da motora iyi düzeyde bir soğutma sağlar. Uçaklarda kullanılan radyal motorlarda yüksek irtifada yapılan uçuşlarda motor ısısını kontrol altında tutmak için motorun arka bölümünde mekanik olarak açılıp kapatılabilen bir kapak bulunur. Pilot, bu kapağı açıp kapatarak motor ısısını istenen düzeyde tutabilir. Motorun aşırı ısınması güç kaybına yol açar. Sıralı silindirli motorlara göre daha güvenli, daha dayanıklıdır. Ağırlık ve güç oranı daha iyidir. Hasarlara karşı dirençlidir.
Radyal motorların avantajları ve dezavantajları şunlardır;
Avantajları:
- Radyal motorlarda her bir pistonun güç üretimine katkısı son derece iyi düzeydedir. Bu tutarlılık motorun daha sorunsuz ve titreşimsiz çalışmasına yardımcı olur.
- Dokuz silindirli tipik bir radyal motor, 1200 beygir gücü üretebilir.
- Radyal motorların dakikadaki devir hızı göreceli olarak maksimum düzeydedir.
- Uçak pervanelerini redüksiyon dişlisi olmadan döndürebilirler.
- Bütün pistonlar aynı düzlemdedir. Bu sebeple hepsi normal havayla eşit derecede soğutulur.
- Sıvı soğutma sistemleri herhangi bir hasara karşı daha savunmasızdır. Hasarlarda su kaybı sonucu motor aşırı ısınır ve farklı arızalara yol açabilir. Hava soğutmalı bir radyal motor, bu tür hasarlardan etkilenmeden soğutulabilir.
- Hava soğutmalı radyaller, su kullanılmadığı için sıvı soğutmalı sıralı motorlardan daha hafiftir.
- Radyal silindirlere motorun kapasitesini arttırmak için silindir çapını arttırmadan ekstra piston eklenebilir.
- Radyallerin daha kısa ve sert krank milleri vardır. Tek bir radyal bloğunda önde ve arkada olmak üzere sadece iki adet krank mili yatağı bulunur. Sıvı soğutmalı 6 silindirli sıralı bir motorda her piston için ayrı ayrı mil yatağına ihtiyaç duyulur.
- Kısa krank mili daha az titreşim sağlar. Ayrıca daha az aşınır, metal yorgunluğuna daha az maruz kalır. Bu sebeple daha dayanıklı ve güvenlidir.
- Basit ve düzenli tasarımı sebebiyle bakımı kolaydır.
- Parçaları ve bakım maliyetleri daha ucuzdur.
- Özellikle uçaklarda kullanılan radyal motorların silindir gövdesi uçuş esnasında sürekli hava akımına maruz kalır. Bu sebeple motorun verimli çalışması için gerekli ısı kontrol edilemeyebilir.
- Silindirlerin hava akımına maruz kalması sürtünmeyi önemli ölçüde arttırır.
- Radyal bir motordaki her silindirin kendi kapağı olduğu için her kapakta ayrı valflar ve valf itici bulunması pratik değildir. Bu karmaşıklık, bakım maliyetlerini artırabilir.
- Üç veya beş silindirli radyal motorlar, en basit sınıftadır. Bu sınıftaki motorlar diğer motorlara göre çok sesli ve titreşimli çalışır ve güvenli değildir.
- Uçakların ön tarafında bulunduğu için görüş açısını engelleyebilir.
- Kapalı bir bölgede bulunan radyal motorları soğutmak daha zordur.
Yıldız Tipi Motorlarla İlgili Kısa Bilgiler
- Birinci Dünya Savaşı'nda kullanılan rotary motorlu uçaklara göre pek çok avantajı olan radyal motorlar, uçaklar için mükemmel bir tasarım olarak görülüyordu.
- İkinci Dünya Savaşı’nda kullanılan pervaneli uçaklarda yaygın olarak radyal motorlar kullanılmıştır. “Alman FockeWulf Fw-190” uçakları örnek olarak verilebilir. O dönemde uçak motorlarında daha fazla verimlilik ve güce ihtiyaç duyuluyordu. Radyal motorlar, bu ihtiyacı fazlasıyla karşıladı.
- İkinci Dünya Savaşı sırasında radyal motorların kullanımı zirveye ulaştı. Bugün radyal motorlar vardır; ancak yaygın değildir. Çoğu pervaneli uçak bugün daha geleneksel düz sıralı silindirli motor veya gaz türbini konfigürasyonlarını kullanıyor.
- Günümüz uçaklarında radyal motorların yerini alan gaz türbinleri, ürettikleri güce oranla radyal motorlardan çok daha hafiftir.
- Jet motorları veya türbin motorları, çok daha güçlü, verimli ve hafif oldukları için uçaklarda radyal motor pazarını ele geçirdi.
- Radyal motorlar, yeni teknolojilerle sürekli yenilenerek varlığını sürdürmüştür.
- Yıldız tipi motorlar, büyük görünümüne rağmen diğer motor tiplerine göre hafiftir.
- Yapısı gereği ulaşım ve yük araçlarında çok nadir tercih edilir. Genellikle dairesel motor yerleşimine uygun yapısı olan pervaneli hava taşıtlarında, deniz taşıtlarında ve tank gibi askeri araçlarda kullanılır.
- Çoğu radyal motor benzinlidir; ancak dizel radyal motorlar da vardır. Dizel radyallerin yakıt tüketimi daha azdır.
- Günümüzde üretilen bazı pervaneli akrobasi uçaklarında 350-450 beygir gücünde radyal motorlar kullanılıyor.