Почему смесь рекомендуется обеднять на земле?

Новый страховщик Cessna 210, на котором я летаю, берет всего 300 долларов за добавление меня в полис — вместо 1300 долларов, которые хотел старый, — поэтому я впервые за несколько лет прочитал руководство по 210. Я заметил, что в Руководстве пользователя ничего не говорится об опоре на землю и даются советы по опоре в воздухе, которые были заменены более новыми передовыми практиками. Я посмотрел в руководствах по Cherokee и Cessna 182, и там тоже ничего не говорится об опоре на землю.

Одна из первых вещей, которым я научился, летая на Cessna 182, — это агрессивно опираться на землю. Было несколько полетов, когда я впервые начал летать на нем, которые не могли быть запущены, потому что на разгоне мы не могли очистить магазины. После пары дорогостоящих поездок в A&P я начал агрессивно опираться на землю. В то время я был слишком занят потоком информации, чтобы даже думать о том, зачем мне нужно было опираться, просто это сэкономило много денег, если бы я это сделал. Этот пост является объяснением того, почему вам нужно опираться на землю, особенно старые двигатели малого диаметра.

Топливо отличается от 1960-х и 1970-х годов.

В POH для Cherokee и 182 указано топливо 80/87. 210 указывает 100/130, и этот 100/130 с низким содержанием свинца также одобрен. Так что же означают эти цифры?

Шелл очень хорошо объясняет это (выделено мной жирным шрифтом)…

Марки Avgas определяются в первую очередь их октановым числом. К авиационным бензинам применяются два рейтинга (рейтинг бедной смеси и рейтинг богатой смеси), что приводит к множественной системе нумерации, например, Avgas 100/130 (в этом случае рейтинг производительности обедненной смеси равен 100, а рейтинг обогащенной смеси равен 130).

В прошлом было много различных марок авиационного бензина общего назначения, например , 80/87 , 91/96, 100/130, 108/135 и 115/145. Однако из-за снижения спроса они были сокращены до одного основного сорта, Avgas 100/130. (Чтобы избежать путаницы и свести к минимуму ошибки при работе с авиационным бензином, марку принято обозначать только по характеристикам обедненной смеси, т. е. Avgas 100/130 становится Avgas 100).

Несколько лет назад был введен дополнительный сорт, позволяющий использовать одно топливо в двигателях, изначально предназначенных для сортов с более низким содержанием свинца : этот сорт называется Avgas 100LL, где LL означает «с низким содержанием свинца».

Все оборудование и объекты, работающие с авиационным газом, имеют цветовую маркировку и четко отображают маркировку API, обозначающую фактическую перевозимую марку. В настоящее время в мире используются два основных сорта топлива: Avgas 100LL и Avgas 100. Для облегчения идентификации топливо окрашено, т.е. Avgas 100LL окрашен в синий цвет, а Avgas 100 — в зеленый.

EAA также объясняет это изменение…

Avgas 80/87 используется в авиационных двигателях с низкой степенью сжатия и практически не содержит свинца (допускается до 0,5 грамма свинца на галлон, но не требуется). Он красного цвета и не должен использоваться ни в одном автомобильном двигателе из-за низкого октанового числа двигателя около 80.

Avgas 100/130 можно использовать в некоторых автомобильных двигателях. У него октановое число по исследовательскому и моторному топливу чуть выше 100. Avgas 100/130 имеет зеленый цвет, содержит четыре грамма свинца на галлон, и его становится трудно найти.

Avgas 100 LL (LL означает «с низким содержанием свинца») содержит два грамма на галлон, что составляет половину содержания свинца в avgas 100/130, для замены которого он был разработан. Он имеет исследовательское и моторное октановые числа, очень похожие на 100/130 avgas. Цвет синий. Этот продукт иногда имеет высокий уровень ароматики.

Avgas 115/145 был разработан для высокопроизводительных поршневых авиационных двигателей, использовавшихся во время Второй мировой войны и Корейского конфликта. Сегодня его очень трудно найти из-за отсутствия спроса, и обычно он производится только по специальному заказу. Цвет фиолетовый.

У Purvis Brothers есть аналогичная информация в метрических единицах:

Содержание тетраэтилсвинца:

• 80/87 Макс. 0,14 г/л
• 100/130 имеет 1,12 г/л
• 100LL имеет 0,56 г/л

Так почему же глючат свечи?

Двигатели Cherokee и 182 были разработаны для топлива с небольшим содержанием свинца или без него. 100LL имеет как минимум в четыре раза больше свинца, чем 80/87. Ежегодно из них необходимо удалить значительное количество свинца. С другой стороны, модель 210 была разработана для топлива с вдвое большим содержанием свинца. Я не припоминаю, чтобы когда-нибудь загрязнял свечи, и они обычно не имеют большого количества отложений свинца в год. Я разговаривал с двумя другими водителями 210, и они тоже не помнят, чтобы загрязнили свечи зажигания, хотя агрессивно опираются на землю.

Как объясняет Стив Эллс , «добавка в Avgas, помогающая удалять свинец из топлива, мало что дает, пока температура сгорания не поднимется примерно до 1400 градусов по Фаренгейту».

На холостом ходу двигатель не сильно греется. Если вы помните из подготовки к экзамену по PP, топливо — это охлаждающая жидкость. Таким образом, чем больше топлива вы даете двигателю на холостом ходу, тем холоднее он работает. Наклон двигателя заставляет его работать горячее - это то, что вам нужно на земле.

опираясь

Ни в одном из руководств по эксплуатации, которые я просматривал, не упоминается об опоре на землю. Вероятно, потому, что когда самолеты производились, проблем с заглушками не было. Цены на топливо были низкими, так что сэкономить полгаллона или около того не было большой проблемой. Правда в том, что полностью богатая смесь в сочетании с настройкой низкой мощности является идеальным сценарием для загрязнения свечей зажигания и штоков клапанов свинцом.

Так почему же инструкторы не учат новых студентов агрессивно наклоняться? Может быть, так мало времени пилоты не забудут разбогатеть перед взлетом. Но если вы правильно наклонитесь, это никогда не будет проблемой. Наклоните самолет на оборотах руления (обычно 1000 об/мин), чтобы он начал спотыкаться. Тогда немного обогатитесь. Вы сможете рулить и совершать разбег на этой смеси, не беспокоясь о том, что взлетите с неполной смесью. Как только вы увеличиваете газ на пару сотен оборотов в минуту, двигатель спотыкается. Если вы попытаетесь выйти на взлетную мощность, двигатель заглохнет из-за нехватки топлива еще до того, как вы начнете разбег. Чтобы избежать неловкого срыва, когда я покидаю зону разгона, я кладу руку на ручку смеси, когда звоню в диспетчерскую или CTAF.И я не сниму его, пока не доведу смесь до полного обогащения для взлета. (Или меньше, чем для высоты с высокой плотностью.)

Джон Д. Коллинз объясняет свою процедуру для высоты с высокой плотностью:

На уровне моря до высоты по плотности примерно 3000 футов я должен был полностью обогащать смесь для взлета. На высотах с более высокой плотностью я бы сделал разгон на полной мощности и установил смесь для достижения самых высоких оборотов, так как это даст вам наибольшую доступную мощность. Когда вы поднимаетесь выше 3000 метров над уровнем моря, я бы наклонял двигатель до самых высоких оборотов.

Как рассчитывают октановые числа.

Из Шелла:

Детонация двигателя, которая описывает взрывную детонацию топливно-воздушной смеси или преждевременное зажигание, может привести к серьезному повреждению двигателя и последующему выходу из строя за короткий период времени. Антидетонационные характеристики выражаются в виде октановых чисел для автомобилей с числом 100 и менее и в виде рабочих показателей для значений выше 100. Эти числа относятся к характеристикам топлива по сравнению с эталонным топливом, состоящим из чистого изооктана. Поскольку на антидетонационные характеристики влияет соотношение воздушно-топливной смеси, рейтинги разрабатываются как для работы на богатой смеси, так и для работы на обедненной смеси. Настройки обогащенной смеси обеспечивают более высокое октановое число или рабочие характеристики, поскольку добавленное топливо действует как внутренняя охлаждающая жидкость и подавляет детонацию. До 1975 года оба числа сообщались как обозначение класса, но в текущих спецификациях используется только рейтинг обедненной смеси. В настоящее время, ASTM (Американское общество по испытаниям и материалам) определяет пять марок: 80, 82UL, 91, 100 и 100LL (с ​​низким содержанием свинца). На практике широко доступен только 100LL. Производство Grade 80 вообще прекращено из-за небольшого спроса.

Я не знаю, когда 80/87 стало менее доступным, но в служебном письме L185B от Lycoming от 19 января 1988 г. говорится, что «всякий раз, когда 80/87 недоступно, вы должны использовать самое низкое доступное топливо марки 100». Далее в нем говорится, что «топливо с более высоким содержанием свинца может привести к увеличению отложений в двигателе как в камере сгорания, так и в моторном масле. Это может потребовать более интенсивного обслуживания искры и более частых замен масла… Работа на полностью обогащенной смеси требует более частых периодов обслуживания; поэтому важно использовать надлежащие утвержденные процедуры обеднения смеси».

В Служебном письме не упоминается опирание на землю, но упоминается, что:

При частоте вращения двигателя 1000–1200 об/мин на земле температура свечей зажигания достаточно высока, чтобы активировать в топливе присадки, удаляющие свинец, что замедляет образование солевых отложений на свечах зажигания и штоках выпускных клапанов.

Поскольку чем беднее смесь, тем выше температура цилиндров, агрессивное обеднение поможет уменьшить отложения свинца.

В письме приводится метод наклона в воздухе для уменьшения отложений.

Это делается для предотвращения длительной работы на слишком богатой смеси, что может привести к загрязнению свечей зажигания, отложениям свинца и неровной работе двигателя. Он также потребляет меньше топлива. Перед взлетом смесь доводится до полного обогащения, чтобы избежать нехватки топлива и потери мощности, но на земле, где даже если она случайно будет слишком сильно наклонена, остановка двигателя не будет серьезной проблемой безопасности.

Ваш вопрос кажется Why should I lean my engine's mixture on the ground (when idling/taxiing)?

Чтобы получить ответ, давайте начнем с нескольких предположений:
Предположение 1: Двигатель будет работать на 50% мощности или меньше.
Предположение 2: мы находимся на уровне моря или около него (высота плотности 3000 футов или меньше).
Предположение 3: Полное обогащение означает ОЧЕНЬ богатое топливо. Много дополнительного топлива для охлаждения цилиндров во время взлета.

Все эти предположения справедливы для вашего типичного поршневого самолета АОН во время типичных наземных операций (холостой ход/прогрев и руление).

Почему вы должны наклонять двигатель для наземных операций?

Работа двигателя на малой мощности с очень богатой смесью создает три проблемы:

1. Поскольку вы заливаете в цилиндры больше топлива, чем может быть сожжено, происходит неполное сгорание: образуется много углеродистой сажи, которая проникает сквозь поршневые кольца и загрязняет масло.
2. Поскольку вы заливаете в цилиндры больше топлива, чем может быть сожжено, вы выбрасываете некоторое количество несгоревшего топлива в выхлоп. Это avgas, за который вы заплатили, который фактически будет потрачен впустую.
3. Поскольку двигатель работает на малой мощности, температура камеры внутреннего сгорания относительно низка (и еще больше снижается из-за избытка топлива), что не позволяет агентам, поглощающим свинец, в вашем автомобильном газе выполнять свою работу. Это означает, что свинцовая зола будет осаждаться на ваших свечах зажигания, а также проникать в масло, как и сажа.

Ни одна из этих вещей не особенно хороша для вашего двигателя, и решение всех трех проблем одно и то же: обедните смесь, чтобы вы пропускали меньше топлива через цилиндры:

• Топливо, которое вы заливаете в цилиндры, сгорает более полно, оставляя меньше сажи.
• Вы сжигаете все (или, по крайней мере, большую часть) топлива, поэтому меньше выбрасывается в выхлоп.
• Для охлаждения камеры сгорания требуется меньше лишнего топлива, поэтому она достигает температуры, при которой агенты, удаляющие свинец, в авиационном газе связываются со свинцом и уносят больше его с выхлопными газами, а не осаждают его в вашем двигателе.

Как следует наклонять двигатель для наземных операций?

Теперь, когда мы рассмотрели, почему нам следует подумать о том , как правильно опираться на землю.

Общее правило заключается в том, что если вы собираетесь опираться на землю, вы должны наклоняться как можно сильнее: помните первое допущение, которое мы сделали выше, заключается в том, что двигатель будет работать на 50% мощности или меньше, и при таких настройках мощности вы Вы можете поставить ручку смесителя туда, куда хотите, пока двигатель работает ровно: вы не повредите свой двигатель.

У Lycoming есть некоторые рекомендации в SI 1497A , которые специально предназначены для двигателей IO-360, используемых в некоторых самолетах Cessna (и, в частности, для операций по летной подготовке, когда вы можете проводить много времени на земле с малой мощностью), но рекомендации обычно применимо и к карбюраторным двигателям.

В отсутствие более конкретных инструкций от производителя вашего двигателя или планера, простой способ справиться с наклоном к земле - наклониться настолько агрессивно, насколько это возможно, до такой степени, что двигатель будет спотыкаться, если вы попытаетесь перевести газ на взлетную или разгонную мощность. Это предотвращает случайное трогание с места на несоответствующе обедненной смеси, а поскольку через двигатель проходит минимально возможное количество топлива, это сводит к минимуму три проблемы, которые нас беспокоят.

А как насчет "Никогда не опирайся на землю!" миф?

Многих людей учат на тренировках, что вы никогда не должны «опускать двигатель на землю» или что вы не должны «никогда не наклонять двигатель ниже 5000 футов» — это мифы, основанные на общем совете, который вы найдете в большинство руководств по POH или двигателю, которые обычно читаются примерно так:

Для высоты по плотности 5000 футов и выше или при высоких температурах окружающей среды могут возникать неровности или снижение мощности при полностью обогащенной смеси. Смесь можно отрегулировать для обеспечения плавной работы двигателя.

Это не запрет на наклон ниже заданной высоты, хотя это часто упрощается до этого уровня для студентов: большинству из нас, работающим на малых высотах, легче научиться «запускать двигатель на полной мощности на земле». ", чем объяснить внутреннюю работу сгорания и топливной смеси студенту, который уже ошеломлен, просто пытаясь запустить двигатель.

Факт, который противоречит мифу о том, что «никогда не наклоняйтесь ниже определенной высоты », заключается в том, что и Lycoming, и Continental советуют наклонять двигатель во время крейсерского полета (т. е. «длительных периодов работы»), когда двигатель развивает мощность 75% или меньше, и эта рекомендация производится независимо от высоты (круиз на высоте 1500 футов против 15 000 футов не имеет значения — важна мощность, которую вы просите двигатель производить).
Работа на земле, что касается двигателя, представляет собой «крейсерский полет» (длительный период работы с небольшим изменением мощности) на малой высоте (уровень моря) и малой мощности (значительно ниже 75% мощности, обычно значительно ниже 50% мощности), так что вы можете безопасно работать с обедненной смесью двигателя для наземных операций, если вы не забудете вернуть смесь в соответствующее положение, прежде чем пытаться работать на высокой мощности (разгон, взлет или «отлипание» на мягком холостом ходу). поверхность).

Кроме того, за счет агрессивного наклона (до такой степени, что двигатель спотыкается при нажатии на педаль газа и не может развивать большую мощность ), вы гарантируете, что не забудете обогащать смесь соответствующим образом для этих операций с большой мощностью: поскольку двигатель не позволит вам чтобы достичь этих настроек мощности, он не может повредить себя, и худшее, что он может сделать, это споткнуться или остановиться (голодать из-за слишком обедненной смеси), если вы не замедлите дроссельную заслонку.

При большой мощности (взлетной) требуется более богатая смесь, чтобы обеспечить дополнительное топливо для охлаждения и избежать чрезмерно высокого давления внутри цилиндра. Высокая мощность также приводит к достаточно высокой температуре выхлопных газов, что не приводит к образованию углеродистых и свинцовых отложений, несмотря на избыток топлива и неполное сгорание.

На малой мощности (холостой ход/руление) богатая смесь приводит к снижению температуры выхлопных газов и образованию углеродистых/свинцовых отложений, которые загрязняют свечи зажигания. Обедненная смесь способствует более полному сгоранию, меньшему количеству неокисленного углерода откладывается и более высокой температуре выхлопных газов, что предотвращает прилипание отложений и сжигание уже имеющихся отложений. Это также экономит топливо.

Так что разница не столько "на земле" и "в полете", сколько "малая мощность" против "большой мощности".

На вопрос дан ответ, но неверно (и немного глупо, если подумать) говорить, что богатые смеси охлаждают цилиндр, потому что «топливо — это охлаждающая жидкость».

Богатые смеси горят медленнее , поэтому пик давления внутри цилиндра в результате расширения газа при сгорании возникает позже, когда поршень находится дальше от ВМТ. Следовательно, над поршнем в точке пикового давления имеется больший зазор, поэтому значение пикового давления ниже, а значит, и температура ниже .

Вот почему CHT неуклонно увеличивается по мере того, как смесь обедняется от полной, потому что скорость сгорания увеличивается, а это означает, что пиковое давление происходит ближе к ВМТ. При смеси «наилучшей мощности» скорость сгорания самая высокая, а это означает, что CHT будет примерно максимальным. Если смесь еще больше обедняется, сгорание снова замедляется, в том числе при «наилучшей экономии», что приводит к неуклонному снижению CHT.

Кроме того, если пиковое давление задерживается примерно на 16 градусов выше ВМТ, угол между шатуном и щекой кривошипа становится ближе к идеальному, что дает большее механическое преимущество и меньшую нагрузку на подшипники.

Детонация возникает из-за недостаточно богатой (или обедненной) смеси при высокой мощности, потому что пиковое давление возникает слишком близко к ВМТ, когда объем зазора мал , а это означает, что давление и температура становятся слишком высокими. При высокой мощности очень бедная смесь избегала бы детонации, как это делает полностью богатая, потому что они оба замедляют сгорание, так что объем зазора больше при пиковом давлении; тем не менее, смесь, достаточно обедненная для этого, не может быть достигнута при плавной работе из-за, как правило, неравномерных систем распределения топлива, и бедная смесь не будет содержать достаточно топлива для фактической выработки полной мощности. По этим причинам полное обогащение используется при высокой мощности.