FAQ: ”Hur många hästkrafter ger den?”

Postat den 2013-02-02 av LinusN

Under den nya kategorin FAQ (Frequently Asked Questions) tänkte jag att vi kunde besvara några av de frågor som dyker upp oftast.

Jag tror att L-E och Jim håller med om att en av dessa frågor är; ”hur många hästkrafter ger den?”. Jag hoppas verkligen att jag inte strular till det här allt för mycket nu. Faktum är att jag fick dra fram lite gamla böcker från högskoletiden. Jag skäms när jag inser hur mycket jag glömt. Ni förstår säkert att vissa detaljer kan vara utelämnade, bortglömda, dåligt formulerade eller till och med missuppfattade…

Hästkrafter är ett mått på effekt. Grundenheten för effekt är watt (W), men som med så många andra storheter så kan effekt anges på flera sätt (längdmått kan anges i meter och tum t.ex.).

Effekt beskriver i vilken takt energi omsätts från en form till en annan. Som vi lärde oss i grundskolefysiken så kan energi existera i olika former, t.ex värme-, läges- och rörelseenergi (kinetisk energi).

Ett exempel

En gevärskula som skjuts rakt uppåt har, när den lämnar pipan, hög hastighet, och följaktligen hög rörelseenergi. Ju längre upp den kommer desto långsammare färdas den. Lägesenergin ökar med höjden och rörelseenergin avtar. Alltså omvandlas rörelseenergi till lägesenergi.

Till slut har all rörelseenergi övergått till lägesenergi (faktiskt även en del värme pga friktionen mot luften), och tyngdkraften tar över. Kulan accelererar åter igen. Lägesenergin avtar, rörelseenergin ökar.

När kulan träffar marken omvandlas den rörelseenergi den fortfarande har till värme vid träffen.

Arbete

Effekt kan också beskrivas som ett mått på hur mycket arbete som utförs på en viss tid. Att lyfta ett klot en meter kräver lika mycket energi (arbete) oavsett hur kort tid man gör det på. Dock krävs det dubbelt så mycket effekt för att göra det på hälften så lång tid.

Effekten i en bilmotor

När man anger effekten på en bilmotor så avser man den maximala effekt som man kan få ut från motorns vevaxel. Man anger alltså i vilken hastighet motorn kan omvandla kemisk energi (bränslet) till rörelseenergi (som alla vet så avger bilmotorn även en hel del värme, och den effekten tar man inte hänsyn till).
Genom att transportera ner kraften från vevaxeln till marken genom växellådan och däcken kan man öka hastigheten på bilen.
Det som i slutändan bestämmer bilens maxhastighet är luftmotståndet och markfriktionen. Motorns effekt måste räcka för att övervinna dessa två för att hastigheten ska fortsätta öka. När hastigheten inte längre ökar så innebär det att all rörelseenergi från vevaxeln omvandlas till värmeenergi genom friktionen.

Förhållandet mellan kraft (F), hastighet (v) och effekt (P) är som följer:
P = F * v

Ponera att vi har en bil vars motor ger 100 hästkrafter (~74570 watt) och att den har en maxhastighet på 200 km/h (~55.6 m/s). Den kraft som luftmotstånd och markfriktion ger upphov till är då
F = P / v = 74570 / 55.6 = ~1341 N (Newton).

I en bil kan man ha ett ganska konstant effektuttag, då man vid låg hastighet (låg växel) har en hög dragkraft och vid hög hastighet (hög växel) har en låg dragkraft.

Hur är det med pulsjeten då?

Framdrivningen med en jetmotor fungerar inte likadant som med en bilmotor. Istället för att föra över kraft via hjulen så skapar jetmotorn drivkraft genom att accelerera materia.
Tänk er att ni av någon anledning tagit med er ett städ ut på en skridskobana. Av någon ännu mer outgrundlig anledning vill ni nu kasta städet så långt som möjligt, d.v.s accelerera dess hastighet så att det flyger iväg.

Ni märker ganska omgående att det inte är bara städet som får fart – utan även ni, fast i motsatt riktning.
Den kraft som anbringas på städet resulterar i en precis lika stor kraft på er, vilket får även er att accelerera. Det är denna kraft som man i jetmotorer kallar för dragkraft.

I en pulsjet skapas denna kraft av de gaser som expanderar kraftigt under explosionsfasen i varje puls. Kraften varierar i samma takt som pulserna så den dragkraft vi angivit efter våra provkörningar kan ses som ett medelvärde av dessa variationer.

Kan vi räkna ut effekten från pulsjetmotorn?

Enligt formeln ovan så får vi effekten genom att multiplicera hastighet med dragkraft. Den dragkraft vi uppmätt vid stillestånd ligger någonstans runt 1700 N. Låt säga att vi skulle nå en maxhastighet på 200 km/h (~55.6 m/s) så får vi då alltså en effekt på:
P = 55.6 * 1700 = 94444 watt = ~126.7 hästkrafter.

Inte så imponerande egentligen om man tar hänsyn till den enorma mängd bensin som går åt…
Till skillnad från bilen där man genom att välja växel kan öka dragkraften vid låg fart så går inte detta på pulsjeten. Därför blir effekten proportionerlig mot hastigheten. Ju högre hastighet, desto högre effekt. Därför har också ett jetdrivet fordon relativt låg acceleration vid låg hastighet.

Faktum kvarstår: Pulsjetmotorer är vansinnigt ineffektiva när det gäller att omvandla kemisk energi till rörelseenergi…

Värmeeffekt då?

Pga motorns låga effektivitet omvandlas så gott som all energi till värme redan i motorn. Resterande energi omvandlas till värme genom friktionen mot luften och marken så snart man nått topphastighet.

Energiinnehållet i bensin ligger på runt 34,8 MJ (Megajoule) per liter och motorn drar någonstans runt 12 liter per minut. Detta ger en effekt på 34,8 * 12 / 60 = 6,96 MJ/s = 6.96 Megawatt. Ja ni läste rätt. Megawatt! Inte undra på att man tycker det blir lite småvarmt när man står och torrkör maskineriet ute på gården.

Säg att en villa har ett effektbehov på 5kW. Med värmeeffekten ovan skulle vi kunna värma närmare 1400 villor. Inte undra på att de trodde att vi höll på med något fjärrvärmeverk när vi beställde oljemunstycken!

Verkningsgrad

Den värme som utvecklas i motorn är ju ganska icke önskvärd när det främsta syftet med en jetmotor är att driva ett fordon framåt. Man brukar använda ordet verkningsgrad för att beskriva hur stor del av den förbrukade energin som faktiskt åtgår till det tänkta ändamålet. Alla siffror ovan är ju högst godtyckliga, men det bör i alla fall gå att få någon slags uppfattning om effektiviteten på en pulsjet:

Total energi per sekund: 69600000 J
Energi som ger maskinen fart: 94444 J
Verkningsgrad = 94444/69600000 = 0,0136 = 1,36 %

Disclaimer

Ta inte allt för allvarligt på dessa värden nu. Det enda vi kan kalla för ”fakta” är det vi faktiskt mätt upp i verkligheten, d.v.s. dragkraften. Topphastigheten hoppas vi att få kontrollera en gång för alla under Speed Weekend och bränsleförbrukningen borde vi mäta noggrannt så att vi faktiskt har något mer än ett teoretiskt värde.

En gammal mattelärare sade att så länge man ligger inom rätt tiopotens så har man lyckats skapligt. Tror att vi ska hålla oss inom det i alla fall.

Nu är frågan hur vi sammanfattar detta i max två meningar så att vi har något snabbt svar när denna fråga dyker upp gång på gång i Orsa…

Dagen efter;
Kort svar

Den teoretiska effekten känner vi inte till förrän vi vet hur fort maskinen går, då den beräknas från dragkraft och hastighet.
På grund av motorns oerhört låga verkningsgrad lär inte beräknad effekt vara lika imponerande som ljudet.

Publicerat i Faktarutor/Guider, FAQ | 4 kommentarer

Dragkraft och hastighet

Postat den 2013-02-01 av LinusN

Det finns en helt fantastisk rapport kallad Sea-level performance tests of a 22-inch-diameter pulse-jet engine at various simulated ram pressures att ladda ner från NASAs hemsida; Länk.

Någon gång under eller efter andra världskrigets slut så kom amerikanerna över en av tyskarnas V1:or. Antagligen var det inte så svårt eftersom de slagit ner lite här och var (många träffade inte alls det tänka målet). De byggde en replika av denna och utförde en rad avancerade tester. Antagligen var de intresserade av att nyttja tekniken själva.

Deras motor var en aning större och gav ungefär 220-230 kg dragkraft vid stillestånd. Här nedanför ser man ett utdrag ur rapporten där man ser att dragkraften ökar rejält vid riktigt höga hastigheter.

Vi översätter till mått som vi förstår:

En rejäl ökning!
Värt att notera är att det är väldigt höga hastigheter det handlar om i grafen ovan, men om man genar lite och approximerar ökningen vid 150 knyck till 10-15% så har vi i alla fall minst 20kg till att leka med.

Väldans praktiskt med ökande dragkraft vid ökande hastighet och luftmotstånd. Som tur är så ökar luftmotståndet snabbare…

Publicerat i Faktarutor/Guider, Jetskotern | 6 kommentarer

Så här sätter man ihop ventilpaketet

Postat den 2013-01-29 av LinusN

Ventilpaketet är en av de delar på pulsjeten som vi har lagt mest energi på, både vid konstruktion och tillverkning.
Det består av 17 CNC-frästa ventil-/ändblock, laserskurna packningar, närmare 300 härdade styrpinnar och 180 klippta, böjda, trådgnistade och värmebehandlade ventiler av rostfritt stål.

Filmklippet visar hur man monterar ihop det hela.

Publicerat i Filmer, Jetskotern | 4 kommentarer

Dragkraft, luftmotstånd och acceleration

Postat den 2013-01-28 av LinusN

Med risk för att bli oerhört tråkig eller framstå som en besserwisser för många tänkte jag redogöra lite om mina senaste klurerier (jodå, vi klurar väldigt mycket allihopa men det är väl jag som gillar bäst att pracka på andra det som rör sig i mitt huvud)…

Att i förväg räkna på saker kan både vara intressant och/eller helt nödvändigt. I detta fallet är det kanske mest av rent intresse jag ansträngt hjärncellerna lite.

Newtons andra rörelselag ger oss ett förhållande mellan ett föremåls (med känd massa) acceleration och den kraft som påverkar detta:
F = m * a

Den kraft som påverkar föremålet betecknas F och mäts i Newton (N). Föremålets massa (m) mäts i kilo och accelerationen mäts i m/s^2 (”meter per sekundkvadrat”).

Det sista (m/s^2) kan se lite lustigt ut för den oinvigde men går enkelt att tolka som ”meter per sekund, per sekund”, d.v.s hur mycket föremålets hastighet (i m/s) ökar per sekund. Hmm, det där kanske bara blev rörigt.

Om vi för skojs skull ska försöka tillämpa detta på vår fina pulsjetmaskin…
Massan känner vi till då vi mätte den i höstas med den fina nyinköpta lastcellen. Massan uppgår till ~300kg. Med chaufför och lite mer soppa i tankarna får vi räkna med 400kg.

Kraften F i ekvationen ovan utgörs faktiskt av summan av alla krafter som påverkar jetskotern. De tre betydande krafterna är motorns dragkraft, markfriktionen och luftmotståndet. Krafter så som hemlängtan och full blåsa verkar mest betydande vid hastighetsmätning på trimmade Puchar så vi bortser från dem.

Markfriktionen är väldigt låg, men jag garderar mig och höftar till med att det krävs 98,2N (10kg * 9.82) för att hålla jetskotern i rörelse över isen.
Luftmotståndet känner vi inte till. Detta varierar förstås också med hastigheten. För tillfället sätter jag det till noll.
Motorns dragkraft har vi mätt upp till runt 1700N.

Summan av krafterna som påverkar jetskotern blir då:
1700N – 100N = 1600N.

Vi har alltså nu:
F = 1600N
m = 400kg

Den fina formeln ovan ger oss då:
a = F / m –> a = 1600 / 400 = 4 m/s^2.

4 meterpersekundkvadrat säger oss alltså att hastigheten ökar med 4m/s i sekunden.
Efter 10 sekunder bör vi alltså ha en hastighet på 40m/s, vilket är 144km/h.
Ja, du tänkte rätt: Detta stämmer inte. Luftmotståndet blir ganska betydande när hastigheten ökar, och det kommer antagligen att gå rätt mycket långsammare efter 10 sekunder. Det roliga i det här är att när vi väl fått in en logg från första repan kan vi räkna ut det verkliga luftmotståndet då detta är den enda okända parametern (av större betydelse) i ekvationerna ovan.

Förra året gjorde jag dessa beräkningar ”baklänges” för att från hastighetsloggen från (den enda) repan på långbanan räkna ut dragkraften. Detta var innan vi hade gjort någon riktig mätning. Det roliga var att det stämde rätt bra.

Såna här finfina mätare som man kan sätta i bilen, som uppskattar motoreffekten medan man kör en repa fungerar på ett liknande sätt. De mäter accelerationen, och man knappar in bilens vikt. Utifrån detta (och säkerligen några fler parametrar) räknar den ut resten. Matematik är faktiskt väldigt kul ibland!

(Undrar hur många läsare vi tappat nu…)

Publicerat i Faktarutor/Guider | 5 kommentarer

Att provköra till helgen…

Postat den 2013-01-24 av LinusN

…eller inte göra det.

Tanken hos vissa av hos har väl varit att ta nästa provkörning nästa helg (om en och en halv vecka). Dock har vi inte pratat ihop oss så bra om det, så när L-E ringde idag och hade räknat ut att vi skulle köra redan denna helg rörde saker till sig lite.
Jim har väl funderat på någon skotertur – vilket man kan förstå. Man får inte så hemskt många tillfällen på en vinter.

Idén med att provköra denna helg är kanske inte så dum trots allt. Speed Weekend närmar sig, och om något skulle strula så har vi inte så många chanser kvar att testa. Dessutom vet man ju inte om det tänker slå till och bli smällkallt de kommande helgerna, och en provkörning i 25 minus känns inte så lockande.

Vad behöver göras innan vi startar upp igen? Som ni såg i det förra inlägget så är ventilerna allt annat än vackra, så det vi måste göra är att montera i nya sådana. De ventiler vi kört med under det gångna året är 0.25mm tjocka. Detta var den enda uppsättningen av den tjockleken, men vi har flera uppsättningar med 0.3mm-ventiler. De bör också fungera bra, men de är lite styvare så vi kan behöva göra någon justering för att få det hela att fungera bra.

Jag har lagt ner lite arbete på det här med hörselskydd. Vad gäller kåpor så har vi antagligen de bästa som går att hitta i vanliga butiker; Peltor Optime III. Dessa har ruggigt bra dämpning, men detta är trots allt långt ifrån tillräckligt när vi kör pulsjeten så vi får komplettera med pluggar. De bästa pluggar jag kunnat hitta är E.A.R Soft FX som har imponerande dämpning även vid låga frekvenser. Har beställt ett 200-pack så vi ska nog klara oss under hela Speed Weekend-helgen.

Vi får ta ställning i morgon till hur vi ska göra i helgen. Jag måste hinna dela ut informationslappar på byn också, så att folk inte tror att det är någon invasion på gång när vi startar upp.

Publicerat i Jetskotern, Speed Weekend on Ice 2013 | 1 kommentar

Då river vi igen…

Postat den 2013-01-20 av LinusN

Idag rev jag ventilpaketet medan L-E svetsade fast förlängningarna som igår visade sig göra underverk för prestandan. Ventilerna har sett rätt taskiga ut länge, och det är imponerande hur bra de har fungerat under det år som gått.

Innan nästa Speed Weekend måste vi byta ventiler. Dessa är 0,25 mm tjocka. Vi har letat och letat, men kan inte hitta några fler 0,25 mm. Däremot har vi ett antal uppsättningar 0,3 mm, så vi får väl prova med dessa. De lär vara lite styvare att öppna, så vi kanske tvingas kompensera genom att justera insugsarean en aning. Det bör gå att få till…

Ventilblocken ser riktigt fina ut. Visst ser man något märke någonstans, men inget som gör någon direkt inverkan. De finfina laserskurna packningarna har klarar sig bra, men någon var på väg att gå av så vi kan få byta några. Om vi hittar dem…

Efter lite svetsning satt konan på utblåset fast riktigt. Tur att L-E är vig.

Jag jobbar lite på frågan kring hur föraren av detta fordon ska kunna skydda hörseln tillräckligt bra. Har vi tur så får vi gopris på hjälm med inbyggda hörselskydd av någon tillverkare. Peltor sponsrade jättegärna med en hjälm, men tyvärr kunde de bara erbjuda en av öppen rallymodell – och jag måste säga att det är nog ett plus att ha skyddsbåge framför ansiktet…

Publicerat i Jetskotern | 4 kommentarer

Vi trodde kanske att vi…

Postat den 2013-01-19 av LinusN

…nått max vad gäller ljudnivå och dragkraft vid det här laget, men efter en del intrimning av nya motorn kan vi nu nog säga att vi nått lite högre ändå.

Filmen får förklara det mesta:

Filmen får räcka för idag. På återseende!

Publicerat i Filmer, Jetskotern | 5 kommentarer

20 arbetstimmar senare

Postat den 2013-01-13 av LinusN

Ännu en heldag i verkstaden är avklarad. Mellan kafferasterna hann vi faktiskt med en del. Många små tråkiga detaljer tyvärr, så detta blir kanske inte ett av våra mest intressanta inlägg, men framsteg är det ändå.

Tändstift på plats. Som vanligt ingen vacker svets, men den ska nog sitta.

Vi tog även och snyggade till motorfästena samt lite andra detaljer. Några av dessa hann vi nog inte ens lacka från första början.

Vi tog även och gjorde den första riktiga rengöringen av diffusor och bränslespridare. Fanns en del skit att ta bort kan man säga.

Spridarna innehöll betydligt mer nu än när de var nya.

Vårt elverk som vi driver startfläkten med är bra på alla sätt förutom vikten. Att släpa runt på drygt 80 kg utan något vettigt att hålla i är ingen barnlek. Med ett utfällbart handtag blev det hela betydligt bättre. Tog och gjorde en bordsskiva som man kan montera ovanpå också. Vi kommer nog att försöka förbättra ergonomin i depån lite till kommande Speed Weekend, då den varit under all kritik senaste åren.

När allt var rengjort så var det dags för montering igen. Se så fint det blir!

Och in med motorn i chassit…

Det börjar likna något!

Förutom allt vi antagligen har glömt så är maskineriet klart för en provkörning nästa helg. Ska bli intressant att se hur motorn går. Vi har sett till att ändra så få parametrar som möjligt, förutom motorns utformning. T.ex. så kör vi fortfarande med samma ventiler som vi gjort det senaste året. De börjar se rejält sargade ut, men motorn gick faktiskt riktigt bra med dem sist. En sak har man lärt sig genom ett helt liv av felsökande på diverse apparater och maskiner – ändra helst bara en parameter åt gången.

Om motorn går bra, då kommer vi att prova med nya ventiler. Vi tänkte även testa att byta ut de sista decimetrarna av röret mot en kona. Självklart gör vi dragkraftmätningar efter varje ändring för att se vad som funkar bäst.

På lördag smäller det. Blir till att dela ut lappar i brevlådorna på byn så att ingen får en hjärtattack när vi dundrar igång.

Publicerat i Jetskotern | 5 kommentarer

Provstarten närmar sig

Postat den 2013-01-12 av LinusN

För skojs skull lade vi rören intill varandra. Hade ju varit lagom kul om vi upptäckte att vi typ gjort version två i dubbel skala eller så, men när de ligger bredvid varandra så kan man ju se att det stämmer rätt bra.

Dessutom är det ju härligt att se de nya motorn innan vi hunnit sätta vinkelslipar och svetsar i den.

Sen stoppade vi in nya motorn i chassit för att passa in positionen för tändstift samt förstärkningen som vi tänkt göra vid det mittre motorfästet. Vi räknade även ut att vi nog borde sänka det främre motorfästet ett par cm, då den förra motorn slog i ett fäste som sitter ovanför. Det är helt otroligt hur mycket ett rör av 2mm rostfritt stål kan ”orma sig” utan att gå i tusen bitar.

Sen blev det borrning för tändstiftnippeln i den fina pelarborrmaskinen som farsgubben gjort i ordning.

Smoke on the pulsjet…

Sen passade vi in förstärkningsplåtarna för det mittre motorfästet. Jim dök upp också efter en halv veckas sjukdom. Vi höll oss på behörigt avstånd…

…och justerade motorfästena.

Och så en gissa-prylen-tävling. Vinnaren får hämta ut en gratis Svarthålet Racing-dekal i Orsa.

Publicerat i Jetskotern | 9 kommentarer

Helgens framsteg

Postat den 2013-01-07 av LinusN

Till Ian Andersons och Jethro Tulls medryckande toner har vi fått en hel del gjort idag.

Klicka på bilden för ett stycke finkultur

Helgens arbete började faktiskt lite smått igår med en 35-milatur till Bispgården för att hämta Lars-Erik och de delar han tillverkat. En annan var allt annat än kry efter att ha dragit på sig en släng av vad-det-nu-kan-vara, så Jim ställde upp som chaufför.

Att göra-listan för helgen innefattade:

  • Borra fläns för infästning av venturi och ventilpaket mot motorn
  • Modifiera venturi så att den passar i den nya övergången
  • Göra om motorfästen
  • Svetsa fast övergång med fläns mot förbränningsutrymmet
  • Göra ett hus till hastighetsmätaren så att vi slipper använda grå och blå VVS-detaljer

Borrningen av flänsen gick åt skogen direkt då undertecknad gjorde ”fel hål på fel ställe”. Efter att L-E tydligt markerat ut de hål som skulle borras/gängas så blev det lite bättre.

(Pluggen ska vara där!!!)

Efter en stunds kapande och slipande passade venturin så här bra i övergången. Ruggigt snyggt med lite runda former!

Då vi efter diverse missöden lagt på ett par hekto med svets runt flänsen på förra motorn under förra Speed Weekend så fick vi även våldföra oss lite på motorfästena. Nog för att vi gillar att ”klåpa” ihop saker ibland, men detta krävde lite tillsnyggning.

Såg lite trevligare ut efter slutfört arbete. Som ni ser så är fästena ”designade” (läs: ”hittade i en skrotlåda”) för minst några tons dragkraft, så de ska nog hålla. Lite färg på det här så…

Jim satte igång med inkapslingen till hastighetsmätaren…

Lars-Erik riktade och punktade fast övergång med fläns på resten av motorn.
Jag lade en del svets på utsidan. Speciellt vackert blev det inte, men det ska nog hålla. Annars vet ni/vi vem vi ska skylla på. Man kan inte vara bäst på allt som jag brukar säga…

Insidan tog L-E hand om.

Hastighetsmätaren blev förstås ofantligt snygg!

Lite tillsnyggning av förra säsongens skavanker, samt montera tillbaks visaren som vibrerade loss under första körningen på långbanan så…

Gick ju rätt bra detta trots lite manfall (jag gjorde inte många knop under söndagen). Nästa helg ska motorn in i chassit. Vi ska mäta ut placeringen för tändstiftet och montera detta. Förstärka upp kring bakre motorfästet och se till att allt är klart och klappat inför provkörningen som vi planerar att ta om knappt två veckor.

Publicerat i Jetskotern | 1 kommentar