home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / rec / aviation / 17565 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-12-23  |  7.2 KB  |  145 lines

  1. Newsgroups: rec.aviation
  2. Path: sparky!uunet!zaphod.mps.ohio-state.edu!howland.reston.ans.net!paladin.american.edu!darwin.sura.net!spool.mu.edu!agate!linus!alliant!doug
  3. From: doug@alliant.com (Doug Bloomberg)
  4. Subject: Re: Aircraft Tuned Exhausts
  5. Message-ID: <1992Dec23.164423.22329@alliant.com>
  6. Summary: Observered Results 
  7. Organization: Alliant Computer Systems Corp.
  8. References: <19921223.065315.731@almaden.ibm.com>
  9. Date: Wed, 23 Dec 1992 16:44:23 GMT
  10. Lines: 133
  11.  
  12. In article <19921223.065315.731@almaden.ibm.com> martinl@torolab6.VNET.IBM.COM writes:
  13. >I have a question for you airplane engine experts - how do you design a
  14. >tuned exhaust for a Lycoming IO-540? (6 cylinder). I know there are
  15. >several tuned exhausts available for the IO-360s (four cylinders).
  16. >These seem to mostly be the cross-over type (two front cylinders
  17. >joined to one pipe, the two rear cylinders joined to another). As I
  18. >remember, a Lycoming 4 banger has a firing order of 1-3-2-4
  19. >(two left side cylinders fire, followed by the two right side jugs),
  20. >so the exhaust gases would have longer time to clear the exhaust
  21. >system. If this is correct, then what power advantage would this give
  22. >over straight stacks? (Which brings up another question - how important
  23. >is backpressure to the performance of an airplane engine?) Most Lycoming
  24. >installations I have seen have 'Y' pipes - the two jugs on one side of the
  25. >engine join into a common pipe. On my bird, I have all three jugs on one
  26. >side into one common pipe.
  27. >
  28. >It is claimed that a properly tuned crossover system will net you 10%
  29. >increase in horsepower. Comments?
  30. >
  31. >I have seen (including in this month's issue of Sport Aviation) several
  32. >examples of each jug having it's own exhaust, with all pipes being
  33. >about the same length. It is claimed that this is an attempt at tuning,
  34. >yet all pipes exhaust into the open air. I might see the logic if the
  35. >four pipes joined into one common collector, but what tuning could
  36. >there be for the open exhaustsystem, execpt for back pressure?
  37. >
  38. >Of course, there is always the case of 'true' tuning. This is when
  39. >the pipes are of such a length (same length for each cylinder),
  40. >such that on the exhaust stroke during the valve overlap (when both
  41. >intake & exhaust valves are open), the pressure wave in the exhaust will
  42. >draw some of the fresh fuel/air mixture out of the cylinder into the
  43. >exhaust pipes, and the pressure wave will then reverse before the
  44. >exhaust valve closes, to pack the previously drawn out gases back into
  45. >the cylinder. As I understand it, you need a 1/2 or 1/4 wave length
  46. >pipe to have this effect. For airplane engine, running at 2600 rpm,
  47. >this is quite long, and impractical to fit. (It appears to me that
  48. >this is not the principle that the crossover system operates on, as
  49. >the path lengths for the two jugs tied together is different - The
  50. >common pipe is not in the middle of the engine, but rather runs down
  51. >on side).
  52. >
  53. >Can anyone out there offer any advice? References? I have read quite
  54. >a few textbooks & SAE articles of engine design, but never found
  55. >anything really useful.
  56. >
  57.  
  58.     Sorry to reprint all of the above but was necessary.
  59.  
  60.     A General answer to all of the above. The first thing you
  61.     have to worry about in building exhaust systems for aircraft
  62.     is clearance. Both clearing the engine, then the cowl and mounts.
  63.     Next worry, is will the system hold together, heat expansion and
  64.     vibration are exhaust killers. Finally, you worry about tuning
  65.     and getting the stuff out of the engine compartment in an expeditious
  66.     manner.
  67.  
  68.     Where I am coming from. I helped build 5 of the systems shown in
  69.     the Dec "Sport Aviation". Originally, Larry Vetterman (my buddy)
  70.     built a 4 pipe system for his RV-4 because he was tired of re-welding
  71.     the SS Crossover system he had had on the plane. He thought that he
  72.     was getting an improvment over the crossover with the singlepipe
  73.     system. He flew with this for a number of years and after much
  74.     begging from other RV owners he started building exhaust systems.
  75.     He visited several performance engine builders, found what was
  76.     considered by their experiance the optimum length for Lycoming
  77.     320's and 360's.  He built up a set of optimum length for each
  78.     pipe. (I must say it was mighty ugly as there were pipes of 
  79.     various lenghts sticking out from the cowl) Anyway, a base line
  80.     was done. [Note: the test plane had had a set of SS crossovers on
  81.     it, test plane a RV-4 O320-E2D Pacesetter prop 68x68.]
  82.  
  83.     The original test with truely tuned pipes resulted in a 100 rpm 
  84.     static gain and a approx gain of 75 rpm gain and a few miles/hr at
  85.     top end at 8,000 ft (We live in Denver reason for the altitude)
  86.  
  87.     Because they were ugly, we trimmed the pipes down, in 1" increments
  88.     until the final product. Now, from various builders of RV's many
  89.     who have been flying their aircraft for some time. Including a Oshkosh
  90.     Grand Champion/Lindey winner, another a notorious homebuilder/writer.
  91.     Both siad they gained rpm at static and at top end. Also, they noted
  92.     a lowering of oil and cylinder head temps.
  93.  
  94.     Basically the 4 single pipes work.  Now another observation. Larry
  95.     is building a SS crossover system for RV-6A's, there is a serious
  96.     clearance problem due to the nose wheel strut. Tony B has had both
  97.     Larry's 4 pipe and cross over system on his RV-6A. He did not notice
  98.     any difference in performance between either of Larry's systems.
  99.     Though he did notice a decrease in performance using the other
  100.     brand of crossover available for RV's.  Tony did see a slight
  101.     rise in oil temp using Larry's xover system. We suspect it is due
  102.     to the extra amount of tubing and heat retained inside the cowl.
  103.  
  104.     Cross overs should work better but why don't they?   See worry one.
  105.     There is a definite way to correctly build a crossover.  Cyc 1 should
  106.     cross left to and join 2 and exit on the left. 4 should run to the
  107.     right and connect to 3 and exit on the right. Now if there were
  108.     enough space and weight didn't matter. the pipe from cyl 2 and
  109.     cyl 3 would be the same length as the pipes from cyl 1 and cyl 4
  110.     are (to the junction of the pipes).
  111.  
  112.     Also, building exhausts you must use mandral bent tubing, most
  113.     muffler shops CANNOT do this, if you look at the bends they have
  114.     a reduced ID.
  115.  
  116.     Finally, design and construction technique are important. You should
  117.     have expansion joints built into the design, you should have 
  118.     adequate clearances, mild steel should be gas welded, SS tig welded
  119.     with the tubes being welding filled with argon gas (this prevents
  120.     crystalization of the area surrounding the weld).
  121.  
  122.     An Excellent book on exhaust design is "The Scientific Design of
  123.     Exhaust and Intake Systems" (third edition) written by Phillip
  124.     Smith and John Morrison.  pub.  John Bently, Inc., 872 Mass ave.,
  125.     Cambridge, Mass 02139  1972   isbn:0-8376-0309-9
  126.  
  127.  
  128.     a PS.  Backpressure is an important factor. Another local builder
  129.     has tuned his Mustang II's exhaust. One item he has is a nozzle
  130.     on each exhaust pipe tip. Reduction is from 1 3/4" to 1 1/4" in the
  131.     span of about 2 1/2" Above 6000' he notes a definite gain in speed.
  132.     At 10,000' he sees a gain of 9 mph.
  133.  
  134.     As you can see this is an Exhausting subject, I could go on and
  135.     on.
  136.  
  137.     I wish all of you a Very Merry Christmas, a Happy Holiday season,
  138.     and a New Year filled with Safe and Happy Flying.
  139.  
  140.     Doug Bloomberg  (doug@alliant.com)
  141.     Littleton, CO
  142.  
  143.     RV-6 builder.
  144.  
  145.