Сегодня — сердце машины. Разберём, как устроен двигатель 172S, чем он смазывается и охлаждается, и главное — как им управлять. Стержень простой: у двигателя всего три рычага, а разговаривает он с тобой через приборы. Научишься слушать — он никогда не преподнесёт сюрприз молча.
Под капотом 172S — Textron Lycoming IO-360-L2A. Название читается как характеристика: I — injected, впрыск (карбюратора у нашего двигателя нет); O — opposed, оппозитное расположение цилиндров (они движутся «вправо-влево» навстречу друг другу); 360 — рабочий объём в кубических дюймах, около 5,9 литра. Винт — McCauley постоянного шага, сидит прямо на коленвале, поэтому в кабине только два рычага двигателя: газ и смесь, рычага PROP нет.
Управляется всё это тремя рычагами. Чёрная ручка (Throttle) — газ: вперёд до упора — дроссель полностью открыт, максимум воздуха в цилиндры. Красная ручка (Mixture) — смесь: дозирует топливо от полной подачи (full rich) до полного перекрытия (cut-off), в котором двигатель глохнет за 1–2 секунды. Третий рычаг на карбюраторных машинах — подогрев карбюратора, а на нашей, впрысковой, — альтернативный воздух: заслонка, которая при забитом фильтре берёт воздух из подкапотного пространства. Нефильтрованный, зато есть; цена — примерно −15 % мощности.
Цикл: впуск → сжатие → расширение → выпуск. На впуске поршень идёт вниз и создаёт разрежение — именно через это разрежение дроссель и управляет мощностью. На сжатии, не доходя до верхней точки, свеча даёт искру. Расширение — единственный полезный такт: горящие газы не «бьют» по поршню, а плавно сопровождают его вниз. Выпуск выталкивает отработанные газы. Полный цикл — два оборота коленвала; три «холостых» такта двигатель проходит за счёт инерции и рабочих ходов соседних цилиндров.
Практический вывод из этой механики один: двигатель — существо инерционное и честное. Всё, что с ним происходит, отражается на оборотах и температурах, поэтому дальше весь урок — про то, куда смотреть и что двигать.
Смазка — то, без чего двигатель живёт секунды. Поэтому масло проверяется руками до полёта и глазами — сразу после запуска.
Справа в капоте — лючок с жёлтой крышкой, под ним длинный щуп. На щупе две отметки: 8 кварт — максимум, 5 — минимум: меньше пяти — вылет запрещён. Для длинного полёта (больше 3 часов) доливают до полного, для короткого хватает середины. Нормальный расход — около 0,1 л/ч: за пятичасовой полёт уходит «полтора стакана». Доливать — только маслом, одобренным РЛЭ: двигатель работает на этилированном 100LL, и «чужие» масла с ним несовместимы.
Датчик давления и температуры масла выводится на приборную панель; отдельный датчик срабатывает на 20 psi — по нему система считает, что двигатель запущен, и начисляет моточасы. Сразу после запуска давление ведёт себя характерно: холодное густое масло даёт высокое давление (стрелка может даже заскочить в верхнюю красную зону), по мере прогрева давление опускается, а температура растёт. Цель — середины зелёных зон.
После запуска давление масла обязано выйти из красной зоны в зелёную за 60 секунд. Не вышло — останови двигатель и разбирайся. Это значит, что насос не качает и двигатель работает без смазки: ещё немного — и он начнёт разрушаться. Первая минута после запуска — взгляд держим на давлении масла, а не на радиостанции и не на планшете.
Двигатель Cessna охлаждается набегающим потоком воздуха — не жидкостью и не маслом (масло участвует в теплоотводе, но система именно воздушная). Под cowl стоят дефлекторы, которые распределяют поток по цилиндрам. Отсюда прямое следствие: на земле долго «молотить» нельзя — набегающего потока нет, продувка слабая, и температура головок цилиндров (CHT) ползёт вверх. Запустилась — прогрелась — поехала.
Второй, менее очевидный участник охлаждения — сама смесь. Идеальное, стехиометрическое соотношение для авиабензина — примерно 15 частей воздуха на 1 часть топлива по массе. Богатая смесь (топлива больше) горит холоднее — лишнее топливо забирает тепло. Поэтому лучший способ охладить перегревающийся двигатель — обогатить смесь, mixture полностью вперёд: главная причина перегрева — как раз бедная смесь на большой мощности.
С высотой воздух разрежается, а топливный тракт дозирует по-прежнему — смесь сама собой становится переобогащённой: мощность падает, расход растёт, свечи замасливаются. Лекарство — обеднение: красную ручку плавно на себя. РЛЭ предписывает выставлять рабочую смесь с высоты около 3000 футов; до неё — full rich. Полевой ориентир (не из РЛЭ, но им пользуются все): на винте постоянного шага обороты — индикатор мощности, тянешь mixture медленно на себя, пока RPM не подрастут примерно на 100. Точнее — по EGT: при обеднении температура выхлопа растёт до пика, дальше топлива не хватает и она падает; рабочий режим — 50 °F богаче пика.
Обратное движение обязательно: на снижении и перед посадкой — mixture полностью вперёд, full rich, чтобы при уходе на второй круг двигатель не остался без топлива в самый неудачный момент. На взлёте и посадке смесь всегда богатая — она же и охлаждает цилиндры.
РЛЭ разрешает обеднение смеси на рулении и в очереди на исполнительный — особенно в жару и на высокогорных аэродромах: расход падает, свечи не замасливаются. Главное — вернуть full rich перед взлётом.
Нормальное горение — это фронт пламени со скоростью около 40 м/с. Детонация — взрывное сгорание со скоростью 1500–2000 м/с, как у взрывчатки: каждый «бах» бьёт по поршню и шатуну. Признаки: металлический звон, тряска, падение мощности. Провоцируют её перегрев, бедная смесь на большой мощности и топливо с низким октановым числом — попытка заправить Cessna автомобильным «95-м» заканчивается прожжённым выпускным коллектором. Защита: только 100LL и богатая смесь на больших режимах.
У 172S карбюратора нет — но понимать карбюраторное обледенение ты обязана: на лётной практике вокруг будут карбюраторные машины (например, 172N), и это классика экзаменационных вопросов.
В карбюраторе топливо и воздух смешиваются в общем канале до впускного клапана. При расширении воздуха в узком месте температура резко падает, и влага кристаллизуется на стенках — карбюратор обмерзает изнутри даже в тёплую погоду. У впрыска топливо идёт к форсункам отдельно от воздуха, охлаждать тракт нечему — поэтому инжекторный двигатель к обледенению устойчив, и ручки подогрева карбюратора в кабине 172S просто нет. Больше того, у Lycoming заборный воздух проходит патрубками через тёплый масляный поддон — дополнительный подогрев на входе.
| 172S — IO-360, впрыск | 172N — O-360, карбюратор | |
|---|---|---|
| Где смешиваются топливо и воздух | У впускного клапана, раздельные тракты | В общем канале карбюратора |
| Лёд во впуске | Не образуется | Даже в тёплую влажную погоду |
| Третий рычаг | Альтернативный воздух | Carb heat — подогрев карбюратора |
| Признак льда на винте постоянного шага | — | RPM падают сами, без движения ручки газа |
Как это выглядит у соседей по аэродрому: ручка газа стоит на месте, а обороты медленно ползут вниз — это карбюраторный лёд. Действие — включить carb heat: тёплый воздух из подкапотного пространства идёт во впуск. Сразу после включения обороты ещё немного падают (тёплый воздух менее плотный), и только по мере таяния льда возвращаются. На исполнительном карбюраторную машину проверяют: carb heat включён — обороты должны упасть примерно на 100 RPM, значит, подогрев реально работает.
Искру на свечи даёт не аккумулятор и не генератор, а два магнето — автономных генератора, которые крутит сам двигатель. Полностью откажет бортовая сеть, выключишь мастер — двигатель продолжит работать: пока он вращается, магнето сами обеспечивают искру. В каждом цилиндре две свечи — по одной от каждого магнето: это и резервирование, и более полное сгорание (два фронта пламени с разных сторон).
Ключ зажигания имеет пять положений: OFF (оба магнето заземлены, искры нет), R (только правое), L (только левое), BOTH (штатный режим) и подпружиненное START (стартер). Важно не путать: мастер включает только бортовую сеть, на зажигание он не влияет.
Смысл проверки — убедиться, что каждая из двух систем зажигания работает самостоятельно. Падение больше 150, разница больше 50 — или обороты не упали вообще (магнето не отключается ключом — неисправно заземление) — лететь нельзя, выруливаешь обратно.
Магнето не зависит от бортовой сети, а его заземление может быть неисправным. Поэтому любое движение винта на земле приравнивается к ключу в положении BOTH: провернёшь винт рукой — возможна искра и вспышка в цилиндре. К винту стоящего самолёта относимся так же, как к винту работающего.
Та самая последовательность, которую ты будешь выполнять на тренажёре с первого занятия. Логика впрыскового запуска: сначала прокачать топливо к форсункам насосом, крутить стартером с перекрытой смесью, и как только двигатель схватил — открыть подачу.
На впрыске «залив» двигателя менее критичен, чем у карбюратора, но запуск устойчивее с «продутыми» цилиндрами: топливо уже прокачано к блоку насосом, и в момент, когда двигатель схватил, быстрое открытие mixture даёт ровное воспламенение. Останавливают двигатель по той же логике, только наоборот: не ключом, а перекрытием топлива — mixture на себя до упора, и лишь после остановки — ключ и электрика.
Пожар на земле в малой авиации чаще всего случается в момент запуска: переобогащённая смесь загорается в выпускном тракте — хлопок и дым из патрубка. Если двигатель при этом не запустился: throttle вперёд до упора и продолжать крутить стартером — свежая смесь проходит через цилиндры и затягивает пламя внутрь; затем mixture на себя, перекрыть топливо, магнето в OFF, обесточиться. Повторный запуск не выполнять.
При температуре ниже 20 °F (около −6 °C) производитель рекомендует внешний подогрев двигателя и, по возможности, внешнее питание. РЛЭ предписывает перед запуском несколько раз провернуть винт вручную: застывшее масло разжижается, со стартера и батареи снимается часть нагрузки, заодно проверяется отсутствие постороннего сопротивления. Вращать — против хода нормального вращения, чтобы не запустить магнето, и помня правило из блока 5: винт всегда живой.
Степень сжатия — отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания. У IO-360 она намеренно низкая — 8,5 : 1: авиационный двигатель проектируют с запасом от детонации при изменениях баланса топливо/воздух с высотой. Октановое число — это сопротивляемость топлива самовоспламенению при сжатии: чем выше, тем медленнее и «плавнее» горит топливо. Именно поэтому единственный разрешённый бензин — 100LL.
График «давление — объём» за полный цикл; площадь замкнутой фигуры — индикаторная мощность, развиваемая в тактах сжатия и расширения. Снимаемая с вала эффективная мощность — индикаторная за вычетом потерь; КПД авиационного поршневого двигателя — около 35–40 %.
У карбюраторной машины нет прокачки насосом до форсунок — вместо неё ручной праймер, впрыскивающий топливо во впускной коллектор: mixture сразу rich, carb heat — cold, праймер — 2–6 качков (тёплому мотору меньше, холодному больше), throttle приоткрыт заметно меньше, чем на впрыске (~1/8 дюйма), и — START. Обрати внимание на зеркальность: у 172S смесь на запуске закрыта, у 172N — открыта с самого начала.
На старых Cessna (до ~1981 года) стоял двигатель Continental, позже Cessna перешла на Lycoming. Внешне «континентал» выдаёт, например, масляный щуп с другой стороны капота. Для тебя это просто объяснение, почему на стоянках две породы 172 выглядят под капотом по-разному.
Если самолёт стоит без полётов, конденсат внутри двигателя запускает коррозию. Раз в 30 дней двигатель должен отработать минимум час в полёте — гонять его на земле вместо этого нельзя: масло не выходит на рабочую температуру, и вода из картера не испаряется.