活塞式发动机的使用.doc

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飞机和直升机使用的发动机最常见的类型是往复活塞式发动机和涡轮发动机。活塞式发动机使用航空汽油为燃料，广泛用于各种通用航空飞行器；而涡轮发动机分为涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮轴发动机，使用航空煤油为燃料，主要用于各种运输机、公务机、作战飞机和高性能直升机。本文主要介绍在MSFS里面轻型飞机上的活塞式发动机的使用方法和注意事项。
活塞式发动机结构与汽车用的发动机很相似，一般都是四冲程的，但有三点重要的不同：
    1、大多数飞机发动机都是气冷式的。这是出于减重（省去了散热器和冷却液的重量）和安全（避免漏光冷却液造成发动机迅速失效）的考虑。
    2、飞机发动机具有双套点火系统。发动机曲轴带动磁电机（Magneto），提供电能为火花塞点燃混合气。磁电机有两个，每个气缸头都有两个火花塞。当其中一组火花塞或磁电机失效，另一组仍能单独工作。
    3、由于飞机发动机须在很宽的高度范围内工作，动力控制中包括有油/气混合比控制，让飞行员在不同飞行高度下调节合适的燃油、空气混合比。
当然，还有一个很重要的不同之处：汽车在公路上发动机出故障了可以停在路边慢慢修理，而飞机在空中发动机故障了……。这已经是我们要认真学习发动机的正常使用方法的充分理由了。
MSFS里面最简单的现代教练机，就是Cessna172SP，它使用的是莱康明公司的IO-360-L2A发动机，功率180马力，驱动一副两叶的定矩螺旋桨。发动机附属系统主要包括进气、点火、电器、滑油、散热等系统。进气系统：这种发动机使用直接燃油喷注系统。燃油经过泵（发动机驱动泵，电动燃油泵）加压，直接喷入气缸或喷在气缸进气阀前，高压的油雾与空气在气缸里混合、燃烧。电器系统：发动机还驱动一台发电机（ALT），以供机上的电子设备和灯号使用、给电瓶充电。注意前面提及的磁电机（Magneto）是独立于发电机以外的，它单独、自动给火花塞提供电能。
在驾驶舱里面，发动机相关仪表都在仪表板的左侧，发动机控制机构在仪表板下方。如下表：

油量表，分别指示左右机翼油箱的载油量，以加仑为单位，1加仑=3.785升。

左边：滑油温度指示
右边：滑油压力指示。
开车后的第一件事就是检查滑油压力和滑油温度的上升，到达绿区。

左边是真空度表（VAC），指示发动机驱动的抽真空泵给管路形成的负压的大小，如果指示不在绿区，那些依靠气动陀螺工作的地平仪、航向仪的指示就是不可靠的。
右边是安培表（AMP），向上表示发动机驱动的发电机在给电瓶充电，向下表示电瓶在放电。

右边是排气温度表（EGT）。
右边是燃油流量表，以加仑/小时为单位，表示供油管路当前给发动机供油量的大小。

螺旋桨转速表

磁电机开关（关/右/左/双/起动，共五档）。
发电机开关（ALT）及电瓶主开关（BAT）。
电动燃油泵开关（FUEL PUMP）。

油箱选择开关（左/双/右/关）。
节流阀控制杆，即油门杆（THROT）。黑色杆。控制发动机输出功率的大小。
混合比调节杆（MIX）。红色杆。控制混合气中燃油、空气的比例，使发动机工作平稳、提高燃烧使用效率。指示混合比是否合适的仪表是排气温度表（EGT）。

在MSFS里面对油门和混合比的控制键如下表：

拉至最后
拉回
推前
推至最前
油门杆
怠速
F1
减小油门
F2
增加油门
F3
最大油门
F4
混合比调节杆
贫油关车
Ctrl-Shift-F1
减小浓度
Ctrl-Shift-F2
增加浓度
Ctrl-Shift-F3
最浓
Ctrl-Shift-F4

发动机具体的操作方法和注意事项如下：
开车程序：在启动发动机前，先检查相关的开关、控制杆在关车的位置上，主要是油门杆拉回，混合比杆拉回，停留刹车到位。然后：油箱选择开关拨在“双”位，燃油关断阀门合上，把油门杆前推1/4英寸，接通电动燃油泵开关，把混合比杆推前至燃油流量表显示3-5加仑/小时的流量，然后马上拉回，将磁电机开关转至起动位置（start）并推前，螺旋桨开始转动时把混和比杆推前，开车成功，松开磁电机开关，让它自己从弹回“双点火”(both)位置。马上检查滑油压力和滑油温度是否上升，如果30秒内滑油压力还不到绿区，应关车检修。开车后可以打开发电机开关（ALT），关闭电动燃油泵开关（这时已经有另一台发动机驱动的燃油泵工作了）。但是，有的飞机（比如下单翼的飞机，油箱液位低于发动机主供油管）的《飞行员操作手册（POH）》规定从起飞到安全高度以前、降落前、机动飞行的时候都要接通电动燃油泵，以确保供油稳定。
点火系统检查：开车后将把油门杆准前，至转速1800转/分，把磁电机开关分别转到“左”、“右”的位置，检查螺旋桨转速减小，减小量应不应多于150转/分，而且左右相差小于50转/分。以证实两套点火回路都在正常工作。检查完毕务必将磁电机开关转回到“双点火”位置上。这些具体数字会随发动机型号的不同而不同，应参照飞机上的POH上的说明来进行。
混合比调节：活塞式发动机一般在油/气混合比为15比1时（重量比）能产生最大动力。随着飞机上升高度，空气密度降低，飞行员须通过驾驶舱内的混合比调节杆来控制喷油量，使进入气缸的混合气有合适的油/气混合比。混合比的改变由废气温度表（EGT）反映出来。混合比越大，即燃油的比例越多，废气温度越低；混合比越小，废气温度越高。一般在3000英尺以下可以让混合比保持在富油状态。随着高度的上升逐渐减小混合比。例如：在巡航高度上，拉回混合比调节杆，减小混合比，使EGT读数增大至最大值，然后推回混合比调节杆至EGT读数比最大值25华氏度（一格刻度）。但有些发动机功率较大的飞机，POH上规定不能把EGT调到最大值，而是按所附的图表，查出所在密度高度对应的合适燃油流量值，据此来调节混合比。混合比的调节也是要严格按飞机的POH来操作。
我们对混合比的调节原则作为小结如下：
在低空：因空气密度大，需燃油较多，用浓混合气，杆推前。
在高空：因空气密度小，需燃油较小，多稀混合气，杆拉后。
富油运转
    当混合气过浓--在当前空气重量条件下燃油比例过多时，会引致燃油消耗过多，发动机工作不平稳，输出功率减小。但同时，富油运转可冷却发动机，使燃烧室温度低于正常情况下的温度，长时间富油动转会使火花塞积油，甚至“淹死”火花塞，打不了火。
贫油运转
    贫油运转会引致发动机工作不平稳、爆震、过热、输出功率减小。发生爆震而不及时纠正会损坏发动机，甚至令发动机突然失效。
关车程序：不应扭磁电机开关至“OFF”档以关停发动机，而应拉回油/气混合比调节杆至关闭位置（贫油），停止向气缸供油而使发动机停车，并将油门杆推至最前，让气缸内的油雾排出。发动机完全“静下来后”后才将磁电机开关扭至“OFF”档。这个操作过程可确保不会有余油残留在气缸里，从而避免因有人扳动螺旋桨或气缸内高温积炭点燃余油，使发动机意外启动。
烧电嘴：有的发动机要求在关车前、起飞前进行这一操作。把油门杆推至最前，保持10秒后收回。以保证气缸内的积炭、滑油等燃烧、排除掉，以免它们在火花塞附近积聚，造成局部短路，破坏合适的点火时机和强度，让发动机工作不稳定。

前面提到的螺旋桨是定矩螺旋桨，它的桨叶桨叶角（相当于螺矩）是固定不变的，桨盘的转速与发动机曲轴转速是一致的。控制发动机功率的只有油门杆，而指示发动机提供拉力大小的仪表只有螺旋桨转速表。定矩螺旋桨不能在整个发动机转速范围内都保持高效率运转，对于功率大于200马力的发动机，这一差别就变得比较明显了。
恒速变矩螺旋桨的效率就高得多，它的主要优点是在较大的空速和转速组合范围内把更多百分比的发动机功率转换成拉力。MSFS里面的另一款飞机，Cessna182S上面就使用了一副三叶的恒速变矩螺旋桨，它连接到230马力的莱康明IO-540-AB1A5发动机上。182S型的仪表和操纵机构跟172SP型的主要差别在于进气压力表和螺旋桨转速选择杆。

左：进气压力表(MAN PRESS)，指示提供给气缸燃烧的混合气量的多少。以“英寸泵柱（inHg）”为单位
右：燃油流量表

蓝色杆：PROP，螺旋桨转速选择杆。
与混合比调节杆一样，中间有一按钮，需要快速调节的时候可以按下按钮来推拉，一般操作可以转动旋钮来细调。

控制功率的机构除了油门杆外，还多了一根“螺旋桨转速选择杆”。
油门杆用来直接调节发动机的输出功率，调节的结果通过进气压力表来显示。
螺旋桨转速选择杆用来改变桨叶角，调节螺旋桨和发动机的转速，调节的结果由螺旋桨转速表来显示。
低速飞行（例如起飞）时，需要发动机提供最大拉力，应先将螺旋桨转速选择杆推至最前，使桨叶角在最小位置，（这时桨叶的迎角小，则桨叶的空气阻力较小，因而螺旋桨转速增大），再将油门杆推前，这时螺旋桨转速最高，飞机动力系统产生的拉力最大，让飞机加速。这类似于汽车用低速档来行驶，动力足，加速快。
巡航时，先将油门杆收回到合适位置，再将螺旋桨转速选择杆收回一定的量，以增大桨叶角，降低螺旋桨转速，这时用较大的桨叶角和较低的转速来维护巡航所需的拉力。这类似于汽车换用高速档来行驶，用经济的小转速就可以维持较高速的行驶。
油门杆与螺旋桨转速调节杆操作先后的原则为：不要让螺旋桨在大桨叶角时（即选择低转速时）强行高速运转（用过大的进气压力）。正如当变速器挂在低档时，不要将汽车开得太快，或当汽车车速高时，不宜强行挂入低档。

以下是对于恒速变矩螺旋桨的动力控制操作的小结：
油门杆是控制进气压力的，直接控制进入气缸的混合气的多少，是对发动机输出功率的直接控制。正确反映发动机输出大小的是进气压力表。
螺旋桨转速选择杆是控制螺旋桨的桨叶角的，以提高螺旋桨在不同空速条件下的气动效率。在一定的油门开度下，拉回螺旋桨螺矩调节杆可增大桨叶角，令转速降低；推前螺旋转速选择杆，可减小桨叶角，令转速升高。转速表读数的变化反映了桨叶角的变化。
要增大功率，先推螺旋桨转速选择杆，让转速增大，再推油门增大进气压力。
要减小功率，先收油门以减小进气压力，再收螺旋桨转速选择杆以降低螺旋桨转速（增大桨叶角）。

桨叶角的变化是通过发动机滑油的油路，用高压的滑油来克服气动变距力的，在冬季飞行的时候，建议最少每半小时操作一次转速选择杆，让桨毂中的滑油流动，以防冻住。

在182S型的仪表板上，还能看到气缸头温度表(CHT)和鱼鳞片操纵柄（cowl），后者是控制发动机罩上的开口大小，调节冷却空气的进出量，以保障气缸头温度在合适的范围内。

以上介绍的172SP型和182S型飞机的进气系统都是运用直接燃油喷注的方式，在不少旧式的飞机上，特别是使用小功率发动机的，往往使用另一种传统的方式：汽化器供油。
燃油经过汽化器的文氏管（喉管），与空气混合，形成混合气，再经进气歧管输送气缸。这一机理导致一个独有的现象：汽化器结冰。
燃油通过文氏管时，由于燃油的汽化和在文氏管中加速流动，急剧降温。降温令空气中的水份凝结，当温度降至零度以下，就会在汽化器内形成冰晶积聚。很少的积聚都会阻碍混合气流的运动，令发动机输出功率减少。汽化器结冰甚至可以导致发动机完全失效，特别是油门（节流阀）开度较小或完全关闭时。
汽化器结冰的条件和现象：在干燥天气或气温远低于冰点时，空气中的水汽通常不会引致汽化器结冰。但当气温在摄氏零下7度至零上21度之间、有降水或相对湿度高时，飞行员应持续警惕汽化器结冰的发生。对于安装定矩螺旋桨的飞机，汽化器结冰首先表现为发动机转速的下降。对于安装恒速变矩螺旋桨的飞机，汽化器结冰首先表现为进气压力的下降。两种情况下，发动机都会开始运转不平稳，但恒速变矩螺旋桨由于自动机构的作用，其转速是不会下降的。
汽化器除冰：为预防和除去汽化器内的结冰，汽化器都安装了加热器。它将空气在进入汽化器之前进行预热，融化进气道内的雪、冰和汽化器管道中的积累的冰晶，以保持混合气温度在冰点以上，防止汽化器内冰块的形成。在易于结冰的大气条件下飞行时，应注意监察发动机仪表，看有否结冰的迹象。一旦怀疑发生结冰，应立即将加热器打开，并保持在最大加热档位直至冰块完全被除去。在结冰情况下不将加热器开至最大或间歇开启加热器会令结冰情况恶化。
在刚开始打开加热器时，对于安装定矩螺旋桨的飞机，发动机转速会下降；对于安装恒速变矩螺旋桨的飞机，进气压力下降。
如果没有结冰，转速或总压会保持在较低的数读上，直至关闭加热器。
如果已发生结冰，转速或进气压力会在刚开始的下降后（同时伴随发动机运转不稳），回升到较高的读数值，除冰后关闭加热器，读数会再次升高，达到高于打开加热器前的数值，且发动机运转会比原来平稳。
在极端情况下，除冰后可能需要保持一定的加热器开度以防止再次结冰。
当飞行中收油门（节流阀）至怠速，特别是准备着陆时，发动机温度会迅速降低，燃油雾化得比发动机高温时差，如估计可能发生结冰，可于收油门前将加热器打开至最大加热能力并保持。
使用加热器会使发动机输出功率减少，且令工作温度增加。所以，当需要最大功率时（如起飞时）或发动机正常工作时，不要使用加热器。当然，需要检查是否有结冰情况时除外。

发动机是飞机的心脏，是飞机安全运行的必要条件，我们应当完整地阅读飞机POH里面的描述，充分了解所用发动机的具体操作方法和注意事项。

李伟光
2005年9月11夜至12日晨
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