Híradónk előző, 99/3 számában tájékoztatás jelent meg arról, hogy a szénsavmotor fejlődése során mennyire megnövekedtek a döntőben az előjáratási idők és az ismertetett tank-hőszigeteléses módszerrel mire lehet számítani a jövőben. Értesüléseink szerint a közöltek versenyzőink részéről olyan érdeklődést keltettek, hogy érdemesnek tűnik e módszer további, részletesebb ismertetése.

Kétségtelen, hogy a tanknak hőszigetelő köpennyel aló burkolását elsőként az osztrák modellező, W.Schaupp alkalmazta. E sorok írója ezt a már említett 1997 évi Tapolca-i versenyen látta először, a Schaupp - család 3 tagja használta. Annakidején 13 versenyző jutott a döntőbe és a 2 perces előjáratásnál már csak öten tudtak max. 120 mp-t kirepülni, köztük a 3 Schaupp. A többi versenyző tankját csupaszon használta. A spray-vel való hűtést addig folytatták, amíg vastag dér borította a tankot.

Az elmúlt 4 év során tovább fejlesztették a hőszigeteléses módszert és mára ez már a 6-7 perces előjáratásig jutott el. Ezen eredmények valóban meglepőek voltak, de ezekről osztrák barátaink semmilyen tájékoztatást sem adtak, sőt ugyanezt tették néhány honfitársukkal szemben is. A kívülállónak az volt az érzése, hogy néhányan ezt a módszert a saját részükre próbálják megtartani, jóllehet amíg mi 1992-ig velük szemben műszakilag haladottabb állapotban voltunk, minden vonalon,- szakelőadásokkal, tapasztalat-cserékkel - segítettük őket. Jelenlegi magatartásukat nem túl sportszerűnek, velünk szemben méltánytalannak érezzük, ezért Hársfalvi Istvánnal elhatároztuk, hogy a látott hőszigeteléses eljárást széleskörűen is kivizsgáljuk.

Szeretnénk ugyanis azt, hogy hazai modellezőink ne maradjanak hátrányos helyzetben és ne kelljen a versenyeken alárendelt szerepet játszanunk. Legalább irányelveket szeretnénk adni arra vonatkozólag, hogy mit lehet remélni az új eljárástól és mi a feltétele annak, hogy az ezzel való foglalkozás ne legyen teljesen eredménytelen.

Ha az új eljárást és az ezzel kapcsolatos jelenségeket alaposan meg akarjuk ismerni, akkor lényeges annak megértése is, hogy milyen fizikai folyamatok játszódnak le, tehát mi miért történik.

A kísérleteket ez év nyarán végeztük és ez idáig kb 300 mérés során kb. 70 db 150 gr-os nagypatron fogyott. Közös kutatásaink eddigi eredményéről a következőkben számolhatunk be:

Mivel a szénsavmotor üzeménél a hajtóanyag állapotváltozáson megy át - folyadékból gőzzé alakul-, ezért működése nagyon hőérzékeny. A közép európai versenyeken a hőmérséklet általában +5 ...+25° között van (az eddig legszélsőségesebb értékek -4 és +40° között voltak).

Jelenlegi motorkezelési tapasztalataink szerint a normális hőmérsékleti tartományban a kötelező startokban a 2 perc kirepülése különösebb nehézség nélkül lehetséges. A környezeti hőmérséklet befolyása csak a döntő fly-off-ban jelentős, amikor a modell indítása előtt a motort hosszabb ideig kézben kell "előjáratni".

Normális üzemben a tartály mindig hidegebb, mint a környezet, ezért hosszabb idő alatt a tartály elkerülhetetlenül melegszik. Ezen hőátadás befolyásolásával el lehet érni azt, hogy az előjáratásnál a fordulatszám kis üzemanyag-fogyasztás mellett alacsonyabb legyen, majd a tank fokozatos felmelegedése során elérje a repüléshez szükséges értéket, ilyenkor adja le a motor legnagyobb teljesítményét.

Mivel a szabályzat szerint az egyes döntő fordulók során az előjáratási idő fokozatosan növekszik, ezért a motor maximális energia-leadását egyre későbbi időre kell kinyújtani. Ezt pedig a tanknál a környezetből felvehető hőátadás szabályozásával lehet - úgy - ahogy - megkísérelni.

Mindeddig meg voltunk elégedve azzal, hogy a tartályt alaposan lehűtöttük és ezzel megbízható motorjárást értünk el. Nem vizsgáltuk, hogy a motor indítása után a környezetből történő hőfelvétel miként befolyásolja a hajtóművünk viselkedését.

A jelenség megértéséhez szükséges annak ismerete, hogy mitől és hogyan függ a hőátadás folyamata. Fizikai alapfogalmak szerint a hőmérséklet a testek állapotát jelzi, míg a "hő" mennyiségi fogalom. Minderről részletesen beszámol a Hiradó 98/4 szám 38-ik oldalán lévő szöveg. A hőmennyiség egyben energiát jelent, ezért a "joule" mértékegységgel a mechanikai munka is kifejezhető. Ez elősegíti a technikai számítások egyszerűsítését.

A hőátadást (hőáramlást) 3 tényező befolyásolja jelentősen:

1. A hőátadásban szereplő testek közötti hőmérséklet-különbség,

2. A hőáramlást lehetővé tevő anyag-keresztmetszet, pl. jelen esetben a tanknak a levegővel érintkező felülete.

3. Az idő, amely alatt a hőátadás történik. Mindhárom körülmény befolyása hasonló jellegű, minél nagyobb a hőmérséklet-különbség, majd minél nagyobb a hőt átengedő keresztmetszet, végül mindez minél hosszabb ideig történik, annál több hő megy át a melegebb testről a hidegebbre. Nem bizonyítható, de gyakorlati tapasztalat az, hogy hőáramlás mindig így következik be, fordítva soha. Hidegebb testről hőt egy melegebbre csak mesterségesen, különleges eljárással lehet átvinni. (Hűtőgép)

Jelen esetünkben a hő a környező levegőből jut a tankra. Ez a hőmennyiség a tartályt és a benne lévő szénsavat melegíti, ami nyomásnövekedés formájában jelentkezik. Ezzel nő a motor fordulatszáma, tehát a teljesítménye.

Végeredményben a környezetből felvett hő a motor által leadott mechanikai munka mennyiségét növeli, hasonlóan a gőzgéphez, ahol a kazánba bevitt hőenergiából keletkezik a gép által termelt mechanikai munka. A CO2 motornál azonban a termelt energia legnagyobb részét a szénsav természetes nyomása adja.

Mivel tartályunkat a töltés során erősen le kell hűteni és ezt az állapotot a motor indításáig fenn kell tartani, ezért indításkor a tankban uralkodó gőznyomás első közelítésre alacsonynak tekinthető, ez a motort csak kis fordulatszámmal forgatja. A tartály azonban lassan melegszik, ezzel nő a nyomás és a fordulatszám. Ha ezt a folyamatot időben meg tudjuk nyújtani, akkor a motor legnagyobb teljesítményét később éri el, tehát hosszabb lehet a lejáratási idő. A hőátadást befolyásoló tényezők közül elsősorban a tank hőfelvevő felülete változtatható olymódon, hogy részben vagy egészében hőszigetelő burkolattal látjuk el.

A hőszigetelés hatása elméletileg kettős: 1/ a többszöri szénsavkieresztéssel előidézhető tankhűtés fokozható, 2/ a tank üzem közbeni felmelegedése lassítható, tehát a "passzív" eljáratási idő megnyújtható.

Azt is fontos ismerni, hogy miként játszódik le a tank hűtéses töltése, a jelenlegi szénsav-kiengedéses módszerrel.

CO2 modellezőink előtt tudott, hogy a tank töltésénél a töltő nagy-vagy kispatront fejjel lefelé kell tartani és így lehet a legtöbb üzemanyagot a tartályba juttatni. Az azonban kevésbé ismert, hogy valójában hogyan zajlik le a szénsav átáramlása. Pl. .az ismert és kitűnő angol modellező folyóiratban, az AEROMODELLER-ben 1985. febr-ban megjelent cikkben Ian PEACOCK magyarázó ábrákban úgy ismerteti, hogy a fejjel lefelé tartott patron aljában elhelyezkedő folyadék az összekötő vékony csövön keresztül közvetlenül folyik át a motor tankjába. Ha viszont a patront fordítva, fejjel felfelé tartva töltünk, akkor csak a felül levő, gőz állapotú szénsav áramlik át. Ez utóbbi mennyisége jóval kevesebb, ezért ilyen módszerrel csak rövid időtartamú motorjárat érhető el. Ha ez így lenne, akkor a fejjel lefelé végzett töltésnél csak folyadék kerülne a tartályba.

Átlátszó tartály segítségével már 1986-ban rá kellett jönnöm, hogy az említett töltési módszer esetén a tankban legfeljebb csak a térfogat 1/3...1/4-e részét teszi ki a folyadék, a többi légnemű szénsav. Így az a valószínű, hogy a töltésnél a tankba áramló folyadék egy része visszaalakul gőzzé és csak a kisebb rész marad folyékony. De mi lehet ennek az oka?

Az érthető magyarázat véget meg kell említeni a gázok cseppfolyósításának jelenségét, ez a gyakorlati technikának érdekes fejezete. Valamilyen közeg folyékony állapotban jóval sűrűbb, mint légnemű alakban. Az utoljára említett - Hiradó 1998/4 számának 36-ik oldalán olvasható, hogy 1 cm3 szénsav-folyadék expanziója során kb. 500 cm3 gőz keletkezik, a folyadék tehát kb 500-szor sűrűbb, mint a légnemű állapot. Ennek forditottjaként elérhető néha az, hogy a gáz sűrítéssel - összenyomással - cseppfolyós állapotba menjen át. Az ehhez szükséges nyomás annál kisebb, minél alacsonyabb a gáz hőmérséklete.

Érdekes fizikai jelenség, hogy minden gáznak van olyan magas hőmérséklete, amely felett már semekkora nagy nyomás hatására sem hajlandó cseppfolyósodni, ezt a fizikában "kritikus" hőmérsékletnek nevezik. CO2-nél ez közismerten + 31°C. Ha a szénsavgőz hőmérséklete pl. O°C, akkor a hozzátartozó nyomás 35 bar, +30Co-nál jóval nagyobb, kb. 70 bar. Ha a folyékony halmazállapotú szénsav felett a nyomás ezen értékek alá csökken, akkor a folyadék visszaalakul gőz-állapotra. Ezen átalakulás párolgás illetve "forrás" jelensége során történik, ez jól megfigyelhető átlátszó tartálynál. Itt azonban érvényes az eddig többször említett ún. "kényszerpárolgás", amely a termodinamikai törvények szerint nagymértékű hőelvonással, "lehűléssel" jár. Kényszerpárolgásról akkor lehet beszélni, ha a folyadéknak légnemű állapotba való átalakulását a ráható nyomás csökkenése idézi elő. Könnyű megjegyezni azt a fizikai tényt, hogy a szénsav a nálunk előforduló környezeti hőmérsékleteknél csak nyomás alatt lehet folyékony. Légkörünkben levő, átlagosan 1 bar nyomáson csak gőz vagy rövid ideig szárazjég lehet.

Amikor tehát töltőpatronunkat rányomjuk a tank töltőcsúcsára, akkor valóban folyadék áramlik a tankba, de ez rögtön gőzzé is válik, mert az első pillanatban a tartályban csak a légköri alacsony, 1 bar nyomás uralkodik. Ha közben a szénsav beáramlása folytatódik, a tanknyomás nő és midőn eléri azt az értéket, amikor a szénsav már f folyékony halmazállapotú lehet, attól kezdve a beömlő szénsav már folyékony marad. Ez az oka annak, hogy ilyen töltési mód esetén a tartálynak nagyobb részét légnemű szénsav tölti ki, a folyadék csak 1/3..1/4 részében lesz.

A töltésnél fontos szerepet játszik a tartály eredeti hőmérséklete. Ha ez le van hűtve, akkor a beáramló és gőzzé alakuló szénsav a hideg falon lecsapódik, igy végeredményben a tank folyadék-tartalma nagyobb lesz, de azért ekkor is marad gőztérfogat. Ha viszont ezt a szénsavat kiengedjük, a belső párolgás annyira lehűti a tartályt, hogy a második ilyen töltésnél a teljes térfogatot folyadék fogja kitölteni.

Biztonság okából érdemes megemlíteni ezen jelenség fordítottját is. Az említett AEROMODELLER-cikk azt is magyarázza, hogy felfelé tartott patronú töltésnél csak gőz áramlik a tankba. Ez sajnos nem igaz akkor ha a tank előzőleg hidegebb volt, mert ez esetben a gőz a hideg falon lecsapódva folyadékká is alakul, ami a tank töltését növeli.

Magam egy Németországban történt CO2 bemutató alkalmával tapasztalhattam ezt a jelenséget. A rendelkezésre álló terep kicsi volt, a rövid repülés végett felfelé tartott patronnal "gáztöltést" adtam a tanknak. De egyidejűleg hideg szél is fujt, aminek következtében a tank hidegebb volt, mint a zsebben tartott patron.

A végeredmény az volt, hogy a modell repült-repült, a motor sehogy se akart leállni és végül a landolás messze a terepen kívül történt. Ha a tank a töltés előtt le van hűtve, akkor több szénsav jut a tartályba, mint amit várni lehet. A gőz lecsapódáskor a párolgás során elvesztett hőt visszaadja, a tank melegszik.

Gyakorlott CO2 modellezők ismerik azt a jelenséget, hogy ha többszörös kiengedés után a tartályt kívül már vastag dér borítja, a következő töltésnél ez egy pillanat alatt eltűnik, ami bizonyítéka a hirtelen felmelegedésnek. Mindezek után sejthető, hogy a töltéskor lejátszódó halmazállapot-változási jelenséget több körülmény befolyásolja, elsősorban a nyomási és hőmérsékleti helyzet.

Az azonban egyértelmű, hogy minél hidegebb a tartály, annál több lesz benne a folyadék a töltéskor. Viszont minél kevesebb gőz kerül a tankba, annál kisebb lesz a lecsapódási "felmelegedés". Mivel többszöri szénsav-kiengedéskor a tank egyre hidegebb lesz, minden újabb töltésnél egyre kisebb lesz a felmelegedés. Viszont a tankba jutott összes szénsav kiáramlik, így a lehűlés kb változatlan marad.

Ez a többszöri szénsav-kiengedés azt jelenti, hogy az ismétlések során a lehűlés egyre jobban túlsúlyba jut, a tank hőmérséklete lépcsőzetesen csökken. Ez a jelenség mindaddig folytatódik, amíg beáll egy olyan hőegyensúlyi helyzet, amelynél a két töltés közötti időben a környezetből felvett hő éppen annyi lesz, mint amennyit a tank az utolsó szénsav-kiengedéskor veszít. Ez az egyensúlyi helyzet általában jóval a fagypont alatt áll be. Tapasztalatok szerint az első próbálkozásoknál -15...20°-nál nagyobb gyakorlattal elérhető - némi technikai szerencsével - a -35...40° is.

Érdemes itt megjegyezni, hogy a hőfelvétel-hőelvonás, azaz a hő terjedése, viszonylag lassú folyamat, az ezzel történő kísérletezés nagy türelmet igényel. Nagy hőmérséklet-különbség esetén valamivel gyorsabb, ha tehát a dérrel bevont tank pl. -35 fokos és a környezeti hőmérséklet +25°C, akkor a különbség éppen 60°C. Ez intenzívebb hőátadást eredményez, mintha 15°C-os környezetnél a tartály csak -5°C-os lenne, azaz a különbség csak 20°C volna. A hőáramlást a tank külső felületének állapota is befolyásolja. A vastag dér kissé szigetel, a nedves állapot vagy a levegőáramlás viszont növeli. Ha egy zárt tartályban a szénsav egyidejűleg folyékony és légnemű állapotban van jelen, akkor egy adott hőmérséklethez mindig ugyanazon nyomás tartozik. Ha tehát szénsavtartályunk nyomását meg tudjuk mérni, akkor azt is megtudhatjuk, hogy belül mekkora a hőmérséklet. Ezt mutatja a mellékelt diagramm.

(folytatjuk)