Руководство пилота по аэронавтике » Глава 6. Системы самолета » Сгорание топлива

Сгорание топлива

Combustion

Нормальное сгорание рабочей топливовоздушной смеси является хорошо управляемым и предсказуемым процессом. В двигателе искрового зажигания процесс сгорания происходит в долю секунды. Смесь фактически начинает гореть от места появления свечевой искры, до полного выгорания. Такое сгорание вызывает плавное увеличение температуры и давления и гарантирует, что раширение газов произведет максимальную силу давления на поршень точно в определенный промежуток времени на определнном такте. [Рисунок 6-21]

Рисунок 6-21. Нормальное и детонационное горение топлива.

Детонация смеси – безконтрольное, взрывообразное горение рабочей смеси в камере сгорания цилиндра. Такой тип сгорания вызывает чрезмерное, резкое увеличение температуры и давления, которые, если не будут подавлены, могут быстро привести к неисправности поршня, цилиндра или клапанов. В менее серьезных случаях детонирующее горение вызывает перегревание двигателя, приводит к его нестабильной работе и потери мощности.

Детонация характеризуется высокой температурой головки цилиндра и, наиболее вероятна, при работе двигателя в режиме высокой нагрузки. Общие причины детонации:

  • Использование более низкого качества топлива чем предписано производителем авиационной техники.
  • Работа двигателя с чрезвычайно высоким давлением во впускном коллекторе в сочетании с низким оборотами двигателя.
  • Работа двигателя при высоких нагрузках и чрезмерно обедненной смесью.
  • Долгие маневры по земле или длительный крутого подъем, при котором снижается охлаждение цилиндров.

Детонации можно избежать руководтсвуясь следующими основными принципами во время различных фаз полета и операций на земле:

  • Удостоверьтесь, что используется надлежащий сорт топлива.
  • Держите створки капота (при наличии) полностью открытыми пока вы на земле, чтобы обеспечить максимальный поток воздуха через обтекатель.
  • Используйте обогащенную топливную смесь, а также малый угол подъема, чтобы улучшить охлаждение цилиндров во время взлета и на начальном этапе набора высоты.
  • Избегайте продолжительного крутого набора высоты при максимальной нагрузке двигателя.
  • Возьмите в привычку сверять фактические показания приборов работы двигателя, со значениями, рекомендованными производителем.

Преждевременное возгорание происходит, когда рабочая смесь загорается до установленного момента ее зажигания на определенном такте. Преждевременное возгорание обычно вызывается остаточной горячей точкой в камере сгорания, часто создаваемой небольшой порцией нагара на свече зажигания, трещиной в изоляторе свечи зажигания или ином повреждении в цилиндре, в котором может остаться часть тепла, достаточного для воспламенения смеси. Преждевременное воспламенение приводит к потере мощности двигателя и его перегреву. Также как и детонация, преждевременное возгорание может нанести серьезные повреждения двигателю, потому что расширяющиеся газы создают избыточное давление на поршень еще на такте сжатия.

Детонация смеси и преждевременное воспламенение часто происходят одновременно, и одно явление может спровоцировать друое. Так как оба явления приводят к сильному нагреву двигателя, сопровождающееся снижением выходной мощности, зачастую сложно определить что именно происходит, детонация или преждевременное возгорание. Использование соответствующего типа топлива, а также работа двигателя в надлежащем температурном и частотном диапазоне уменьшают вероятность возникновения детонации и преждевременного воспламенения.

During normal combustion, the fuel/air mixture burns in a very controlled and predictable manner. In a spark ignition engine the process occurs in a fraction of a second. The mixture actually begins to burn at the point where it is ignited by the spark plugs, then burns away from the plugs until it is all consumed. This type of combustion causes a smooth build-up of temperature and pressure and ensures that the expanding gases deliver the maximum force to the piston at exactly the right time in the power stroke. [Figure 6-21]

Figure 6-21. Normal combustion and explosive combustion.

Detonation is an uncontrolled, explosive ignition of the fuel/air mixture within the cylinder’s combustion chamber. It causes excessive temperatures and pressures which, if not corrected, can quickly lead to failure of the piston, cylinder, or valves. In less severe cases, detonation causes engine overheating, roughness, or loss of power.

Detonation is characterized by high cylinder head temperatures and is most likely to occur when operating at high power settings. Common operational causes of detonation are:

  • Use of a lower fuel grade than that specified by the aircraft manufacturer.
  • Operation of the engine with extremely high manifold pressures in conjunction with low rpm.
  • Operation of the engine at high power settings with an excessively lean mixture.
  • Maintaining extended ground operations or steep climbs in which cylinder cooling is reduced.

Detonation may be avoided by following these basic guidelines during the various phases of ground and flight operations:

  • Make sure the proper grade of fuel is used.
  • Keep the cowl flaps (if available) in the full-open position while on the ground to provide the maximum airflow through the cowling.
  • Use an enriched fuel mixture, as well as a shallower climb angle to increase cylinder cooling during takeoff and initial climb.
  • Avoid extended, high power, steep climbs.
  • Develop the habit of monitoring the engine instruments to verify proper operation according to procedures established by the manufacturer.

Preignition occurs when the fuel/air mixture ignites prior to the engine’s normal ignition event. Premature burning is usually caused by a residual hot spot in the combustion chamber, often created by a small carbon deposit on a spark plug, a cracked spark plug insulator, or other damage in the cylinder that causes a part to heat sufficiently to ignite the fuel/air charge. Preignition causes the engine to lose power, and produces high operating temperature. As with detonation, preignition may also cause severe engine damage, because the expanding gases exert excessive pressure on the piston while still on its compression stroke.

Detonation and preignition often occur simultaneously and one may cause the other. Since either condition causes high engine temperature accompanied by a decrease in engine performance, it is often difficult to distinguish between the two. Using the recommended grade of fuel and operating the engine within its proper temperature, pressure, and rpm ranges reduce the chance of detonation or preignition.


Система Orphus