Управление и контроль авиационных двигателей внутреннего сгорания

Введение

Управление двигателем воздушного судна предоставляет пилоту возможность контролировать и отслеживать работу силовой установки самолета. В данной статье описываются органы управления, используемые с базовым двигателем внутреннего сгорания, вращающим воздушный винт. Некоторые дополнительные или более сложные конфигурации описаны в конце статьи. Газотурбинные двигатели используют иные принципы работы и имеют собственные системы управления и датчики.

Основные контрольные элементы и показатели

Регулировка дроссельной заслонки устанавливает желаемый уровень мощности, обычно с помощью рычага в кабине пилота. В карбюраторных двигателях рычаг называется рычагом дросселя и управляет массовым расходом воздушно-топливной смеси, подаваемой в цилиндры, посредством изменения степени открытия дроссельной заслонки. В двигателях с системой впрыска топлива рычаг обычно называют рычагом управления мощностью и он регулирует количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры. Регулятор винта или регулятор шага винта регулирует шаг лопастей винта и регулирует нагрузку на двигатель по мере необходимости для поддержания заданных оборотов в минуту (RPM). Подробности см. в разделе о винтах ниже. Регулятор смеси устанавливает количество топлива, добавляемого к потоку входящего воздуха. На больших высотах давление воздуха (и, следовательно, содержание кислорода) снижается, поэтому объем топлива также необходимо уменьшить для получения правильной воздушно-топливной смеси. Этот процесс известен как "обеднение". Главный выключатель чаще всего представляет собой два отдельных выключателя: выключатель батареи и выключатель генератора. Выключатель батареи активирует реле (иногда называемое контактором батареи), которое подключает батарею к основной электрической шине самолета. Выключатель генератора активирует генератор, подавая питание на обмотку возбуждения генератора. Эти два выключателя обеспечивают электроэнергией все системы самолета. Выключатель зажигания активирует магнито, размыкая цепь заземления или "P-вывод"; при разомкнутом P-выводе магнито может свободно подавать высокое напряжение на свечи зажигания. В большинстве самолетов выключатель зажигания также подает питание на стартер во время запуска двигателя. В поршневых авиационных двигателях батарея не генерирует искру для воспламенения. Это достигается с помощью устройств, называемых магнито. Магнито соединены с двигателем посредством зубчатой передачи. При вращении коленчатого вала вращаются и магнито, которые механически генерируют напряжение для искры. В случае отказа электрооборудования двигатель продолжит работать. Выключатель зажигания имеет следующие положения: Выключено – оба P-вывода магнито соединены с заземлением. Это отключает оба магнито, искрообразование отсутствует. Правый – P-вывод левого магнито соединен с заземлением, а правый разомкнут. Это отключает левый магнито и включает только правый. Левый – P-вывод правого магнито соединен с заземлением, а левый разомкнут. Это отключает правый магнито и включает только левый. Оба – это нормальная рабочая конфигурация, оба P-вывода разомкнуты, что позволяет использовать оба магнито. Старт – шестерня стартера входит в зацепление с маховиком, и стартер вращает двигатель. В большинстве случаев активен только левый магнито (правый P-вывод соединен с заземлением) из-за разницы во времени зажигания между магнито на низких оборотах. Тахометр – прибор для индикации скорости вращения двигателя в оборотах в минуту или в процентах от максимальной. Манометр давления во впускном коллекторе (MP) – указывает абсолютное давление во впускном коллекторе. Для самолета, оснащенного винтом с постоянным шагом, это наиболее прямой показатель рабочей мощности двигателя. При полностью открытой дроссельной заслонке давление во впускном коллекторе будет примерно равно атмосферному давлению, то есть максимальной мощности; следует отметить, что максимальное значение изменяется с высотой, если только двигатель не оснащен турбонаддувом или аналогичной системой повышения давления воздуха на впуске. При закрытии дроссельной заслонки это давление снижается из-за ограничения количества топливно-воздушной смеси, доступной двигателю, то есть заставляя его работать с мощностью ниже его потенциала. Манометр температуры масла – указывает температуру масла в двигателе. Манометр давления масла – указывает давление смазочной жидкости в двигателе. Измеритель температуры выхлопных газов (EGT) – указывает температуру выхлопных газов сразу после сгорания. Если предоставляется только одно показание, оно измеряет выхлопные газы самого горячего цилиндра. Используется для правильной настройки воздушно-топливной смеси (обеднения). Измеритель температуры головки цилиндра (CHT) – указывает температуру по крайней мере одной из головок цилиндра. На CHT наиболее непосредственно влияет объем и температура воздушного потока, обтекающего воздушно-охлаждаемые головки цилиндров. Большинство высокопроизводительных двигателей оснащены регулируемыми створками капота для управления этим воздушным потоком и, следовательно, поддержания соответствующей температуры CHT. Регулятор нагрева карбюратора – управляет подачей тепла в диффузор карбюратора для удаления или предотвращения образования льда в горловине карбюратора, а также для обхода воздушного фильтра в случае обледенения. Альтернативный воздух – обходит воздушный фильтр во впрыскиваемом двигателе.

Throttle control Sets the desired power level normally by a lever in the cockpit. In carburetted engines the lever is called throttle lever and controls the mass flow rate of the air fuel mixture delivered to the cylinders by the amount of throttle valve opening. In engines with fuel injection system, the lever is typically referred to as power lever and controls the amount of fuel that is injected into the cylinders. Propeller control or Governor Adjusts the propeller blade pitch and regulates the engine load as necessary to maintain the set revolutions per minute (RPM). See the section on propeller below for details. Mixture control Sets the amount of fuel added to the intake airflow. At higher altitudes, the air pressure (and therefore the oxygen level) declines so the fuel volume must also be reduced to give the correct air–fuel mixture. This process is known as "leaning". Master switch Most often actually two separate switches, the battery master and the alternator master. The battery master activates a relay (sometimes called the battery contactor) which connects the battery to the aircraft's main electrical bus. The alternator master activates the alternator by applying power to the alternator field circuit. These two switches provide electrical power to all the systems in the aircraft. Ignition switch Activates the magnetos by opening the grounding or 'p lead' circuit; with the p lead ungrounded the magneto is free to send its high voltage output to the spark plugs. In most aircraft the ignition switch also applies power to the starter motor during engine start. In piston aircraft engines, the battery does not generate the spark for combustion. This is accomplished using devices called magnetos. Magnetos are connected to the engine by gearing. When the crankshaft turns, it turns the magnetos which mechanically generate voltage for spark. In the event of an electrical failure, the engine will continue to run. The Ignition Switch has the following positions:
Off Both magneto p leads are connected to electrical ground. This disables both magnetos, no spark is produced. Right The left magneto p lead is grounded, and the right is open. This disables the left magneto and enables the right magneto only. Left The right magneto p lead is grounded, and the left is open. This disables the right magneto and enables the left magneto only. Both This is the normal operating configuration, both p leads are open, enabling both magnetos. Start The pinion gear on the starter motor is engaged with the flywheel and the starter motor runs to turn the engine over. In most cases, only the left magneto is active (the right p lead is grounded) due to timing differences between the magnetos at low RPMs. Tachometer A gauge to indicate engine speed in RPM or percentage of maximum. Manifold pressure (MP) gauge Indicates the absolute pressure in the intake manifold. For an aircraft equipped with a constant speed propeller, this is the most direct indication of the engine's operating power. A fully open throttle would show a manifold pressure roughly equal to the ambient air pressure, i. e. full power; note that the maximum therefore changes with altitude unless the engine is equipped with a turbocharger or similar intake air pressure increasing system. As the throttle is closed, this pressure is reduced due to restricting the fuel/air mixture available to the engine, i. e. causing it to operate at lower power than it is capable of producing. Oil temperature gauge Indicates the engine oil temperature. Oil pressure gauge Indicates the supply pressure of the engine lubricant. Exhaust gas temperature (EGT) gauge Indicates the temperature of the exhaust gas just after combustion. If only one reading is provided, it measures the typically hottest cylinder's exhaust. Used to set the air fuel mixture (leaning) correctly. Cylinder head temperature (CHT) gauge Indicates the temperature of at least one of the cylinder heads. The CHT is most directly affected by the volume and temperature of airflow passing over the air cooled cylinder heads. Most high performance engines provide adjustable cowl flaps to manage this airflow and thereby maintain an appropriate CHT. Carburetor heat control Controls the application of heat to the carburetor venturi area to remove or prevent the formation of ice in the throat of the carburetor as well as bypassing the air filter in case of impact icing. Alternate air Bypasses the air filter on a fuel injected engine.