ضوابط محرك الطائرة

تُتيح أنظمة التحكم في محركات الطائرات للطيار إمكانية التحكم في تشغيل محرك الطائرة ومراقبته. تتناول هذه المقالة أنظمة التحكم المستخدمة مع محرك احتراق داخلي أساسي يُشغّل مروحة . كما تُشرح بعض التكوينات الاختيارية أو الأكثر تطورًا في نهاية المقالة. أما محركات التوربينات النفاثة، فتستخدم مبادئ تشغيل مختلفة، ولها مجموعاتها الخاصة من أنظمة التحكم وأجهزة الاستشعار.

• التحكم في الخانق - يضبط مستوى الطاقة المطلوب عادةً بواسطة ذراع في قمرة القيادة. في المحركات المكربنة، يُسمى هذا الذراع ذراع الخانق، ويتحكم في معدل تدفق خليط الهواء والوقود المُوَجَّه إلى الأسطوانات من خلال مقدار فتح صمام الخانق. أما في المحركات المزودة بنظام حقن الوقود ، فيُشار إلى هذا الذراع عادةً بذراع الطاقة ، ويتحكم في كمية الوقود المحقونة في الأسطوانات.
• وحدة التحكم في المروحة أو منظم السرعة - تقوم بضبط زاوية ميل شفرات المروحة وتنظيم حمل المحرك حسب الحاجة للحفاظ على عدد الدورات المحدد في الدقيقة (RPM). راجع قسم المروحة أدناه لمزيد من التفاصيل.
• التحكم في خليط الوقود - يحدد كمية الوقود المضافة إلى تدفق الهواء الداخل. عند الارتفاعات العالية، ينخفض ​​ضغط الهواء (وبالتالي مستوى الأكسجين)، لذا يجب تقليل حجم الوقود للحصول على خليط الوقود والهواء الصحيح . تُعرف هذه العملية باسم "التقليل".
• مفتاح رئيسي - في أغلب الأحيان يكون عبارة عن مفتاحين منفصلين، مفتاح رئيسي للبطارية ومفتاح رئيسي للمولد . يقوم مفتاح البطارية الرئيسي بتفعيل مرحل (يُسمى أحيانًا موصل البطارية) الذي يربط البطارية بشبكة الكهرباء الرئيسية للطائرة. أما مفتاح المولد الرئيسي فيقوم بتفعيل المولد عن طريق تزويد دائرة المجال الكهربائي للمولد بالطاقة. يوفر هذان المفتاحان الطاقة الكهربائية لجميع أنظمة الطائرة.
• مفتاح الإشعال - يُفعّل المغناطيسات بفتح دائرة التأريض أو "سلك P"؛ وعندما يكون سلك P غير مؤرض، يكون المغناطيس حرًا في إرسال خرج الجهد العالي إلى شمعات الإشعال . في معظم الطائرات، يُزوّد ​​مفتاح الإشعال أيضًا محرك التشغيل بالطاقة أثناء بدء تشغيل المحرك. في محركات الطائرات المكبسية، لا تُولّد البطارية شرارة الاحتراق، بل يتم ذلك باستخدام أجهزة تُسمى المغناطيسات. تتصل المغناطيسات بالمحرك بواسطة تروس. عندما يدور عمود المرفق، يُدير المغناطيسات التي تُولّد الجهد اللازم للشرارة ميكانيكيًا. في حالة حدوث عطل كهربائي، سيستمر المحرك في العمل. يحتوي مفتاح الإشعال على الأوضاع التالية:
  1. إيقاف التشغيل - يتم توصيل كلا سلكي المغناطيس بالأرضي الكهربائي. هذا يعطل كلا المغناطيسين، ولا يتم إنتاج أي شرارة.
  2. اليمين - يتم تأريض سلك المغناطيس الأيسر، بينما يكون السلك الأيمن مفتوحًا. هذا يعطل المغناطيس الأيسر ويشغل المغناطيس الأيمن فقط.
  3. اليسار - يتم تأريض سلك المغناطيس الأيمن، بينما يكون السلك الأيسر مفتوحًا. هذا يعطل المغناطيس الأيمن ويشغل المغناطيس الأيسر فقط.
  4. كلاهما - هذا هو التكوين التشغيلي الطبيعي، حيث يكون كلا السلكين مفتوحين، مما يسمح بتشغيل كلا المغناطيسين.
  5. بدء التشغيل - يتم تعشيق ترس المحرك المبدئ مع دولاب الموازنة، فيبدأ المحرك المبدئ بالدوران لتشغيل المحرك. في معظم الحالات، يكون المغناطيس الأيسر فقط هو النشط (يتم تأريض السلك الأيمن) نظرًا لاختلاف التوقيت بين المغناطيسات عند سرعات دوران منخفضة. ^{[ 1 ]}
• مقياس سرعة الدوران - مقياس يشير إلى سرعة المحرك بوحدة دورة في الدقيقة أو كنسبة مئوية من الحد الأقصى.
• مقياس ضغط مشعب السحب (MP) - يشير إلى الضغط المطلق في مشعب السحب . بالنسبة للطائرات المزودة بمروحة ذات سرعة ثابتة، يُعد هذا المقياس المؤشر الأكثر دقة لقدرة تشغيل المحرك. عند فتح الخانق بالكامل، يُظهر ضغط مشعب السحب قيمة تُقارب ضغط الهواء المحيط، أي عند أقصى قدرة. تجدر الإشارة إلى أن القيمة القصوى تتغير بتغير الارتفاع ما لم يكن المحرك مزودًا بشاحن توربيني أو نظام مماثل لزيادة ضغط هواء السحب. عند إغلاق الخانق، ينخفض ​​هذا الضغط نتيجةً لتقييد كمية خليط الوقود والهواء المتاحة للمحرك، مما يؤدي إلى تشغيله بقدرة أقل من قدرته الإنتاجية.
• مقياس درجة حرارة الزيت - يشير إلى درجة حرارة زيت المحرك.
• مقياس ضغط الزيت - يشير إلى ضغط إمداد زيت المحرك.
• مقياس درجة حرارة غاز العادم (EGT) - يُشير إلى درجة حرارة غاز العادم مباشرةً بعد الاحتراق. في حال توفر قراءة واحدة فقط، فإنها تُشير إلى درجة حرارة غاز العادم في الأسطوانة الأكثر سخونة. يُستخدم هذا المقياس لضبط خليط الهواء والوقود (الخليط الخفيف) بشكل صحيح.
• مقياس درجة حرارة رأس الأسطوانة (CHT) - يشير إلى درجة حرارة رأس أسطوانة واحد على الأقل. تتأثر درجة حرارة رأس الأسطوانة بشكل مباشر بحجم ودرجة حرارة تدفق الهواء المار فوق رؤوس الأسطوانات المبردة بالهواء . توفر معظم المحركات عالية الأداء فتحات تهوية قابلة للتعديل للتحكم في تدفق الهواء هذا، وبالتالي الحفاظ على درجة حرارة رأس الأسطوانة ضمن النطاق المناسب.
• التحكم في حرارة المكربن ​​- يتحكم في تطبيق الحرارة على منطقة فنتوري المكربن ​​لإزالة أو منع تكون الجليد في عنق المكربن ​​وكذلك تجاوز مرشح الهواء في حالة تجمد الصدمات.
• الهواء البديل - يتجاوز فلتر الهواء في محرك حقن الوقود.

• مفتاح التحكم في الوقود - مفتاح ذو وضعين مُعَلَّمَين بـ "تشغيل" و "إيقاف" يتحكم في ما إذا كان الوقود يُزوَّد للمحرك أم لا. ^{[ 2 ]}
• مضخة تحضير الوقود - مضخة يدوية لإضافة كمية صغيرة من الوقود إلى مداخل الأسطوانات للمساعدة في تشغيل المحرك البارد. لا تحتوي محركات الحقن الإلكتروني للوقود على هذه المضخة. في هذه الحالة، تُستخدم مضخة تعزيز الوقود لتحضير المحرك قبل التشغيل.
• مؤشر كمية الوقود - يُشير إلى كمية الوقود المتبقية في الخزان المُحدد. يوجد مؤشر واحد لكل خزان وقود. تستخدم بعض الطائرات مؤشرًا واحدًا لجميع الخزانات، مع مفتاح اختيار يُمكن تدويره لتحديد الخزان المطلوب عرضه على المؤشر المشترك، بما في ذلك إعداد لعرض إجمالي الوقود في جميع الخزانات. مثال على إعدادات المفتاح: "يسار، يمين، جسم الطائرة، إجمالي". هذا يوفر مساحة على لوحة العدادات بإلغاء الحاجة إلى أربعة مؤشرات وقود منفصلة.
• صمام اختيار الوقود – يربط تدفق الوقود من الخزان المحدد إلى المحرك.

إذا كانت الطائرة مزودة بمضخة وقود :

• مقياس ضغط الوقود - يشير إلى ضغط إمداد الوقود إلى المكربن ​​(أو في حالة المحرك الذي يعمل بنظام حقن الوقود، إلى وحدة التحكم في الوقود).
• مفتاح مضخة تعزيز الوقود – يتحكم في تشغيل مضخة الوقود الكهربائية المساعدة لتزويد المحرك بالوقود قبل بدء تشغيله أو في حالة تعطل مضخة الوقود التي تعمل بالمحرك. تحتوي بعض الطائرات الكبيرة على نظام وقود يسمح لطاقم الطائرة بالتخلص من الوقود الزائد. عند تشغيل هذه المضخات، تقوم مضخات التعزيز الموجودة في خزانات الوقود بضخ الوقود إلى قنوات التفريغ أو فوهات التخلص منه، ثم إلى الغلاف الجوي.

في الطائرات ذات المراوح ذات الخطوة الثابتة ، لا توجد سيطرة مباشرة على سرعة دوران المروحة ، إذ تعتمد هذه السرعة على سرعة الطائرة والحمل. لذا، يتعين على الطيار مراقبة مؤشر عدد دورات المروحة في الدقيقة (RPM) وضبط ذراع التحكم في الوقود/الطاقة للحفاظ على السرعة الثابتة المطلوبة للمروحة. على سبيل المثال، عند انخفاض سرعة الطائرة وزيادة الحمل (كما في حالة الصعود)، ينخفض ​​عدد دورات المروحة في الدقيقة، ويتعين على الطيار زيادة قوة المحرك. وعند زيادة سرعة الطائرة وانخفاض الحمل (كما في حالة الهبوط)، يرتفع عدد دورات المروحة في الدقيقة، ويتعين على الطيار خفض قوة المحرك/الطاقة لمنع تجاوز عدد دورات المروحة للحدود التشغيلية وتلف المحرك.

إذا كانت الطائرة مزودة بمروحة (مراوح) ذات زاوية ميل قابلة للتعديل أو ذات سرعة ثابتة :

• التحكم في زاوية ميل شفرات المروحة - يعمل هذا النظام على زيادة كفاءة المروحة في مختلف ظروف التشغيل (مثل سرعة الهواء) من خلال التحكم في سرعة دورانها المطلوبة. في نظام التحكم في زاوية ميل شفرات المروحة ، يتعين على الطيار ضبط زاوية ميل الشفرات، وبالتالي زاوية هجومها (عادةً باستخدام ذراع) للوصول إلى سرعة الدوران المطلوبة. زيادة زاوية ميل الشفرات (زاوية الهجوم) تزيد من الحمل على المحرك، مما يؤدي إلى إبطائه، والعكس صحيح. مع ذلك، تبقى سرعة المروحة ثابتة فقط في حال عدم تغير ظروف التشغيل (مثل سرعة الهواء)، وإلا سيتعين على الطيار ضبط زاوية الميل باستمرار للحفاظ على السرعة المطلوبة. يُبسّط نظام التحكم في سرعة المروحة الثابتة هذه العملية للطيار من خلال مُنظِّم سرعة المروحة ، حيث يتحكم الذراع في سرعة المروحة المطلوبة بدلاً من زاوية ميلها. بمجرد أن يضبط الطيار سرعة المروحة المطلوبة، يحافظ مُنظِّم السرعة على هذه السرعة من خلال ضبط زاوية ميل شفرات المروحة، مستخدمًا ضغط زيت المحرك لتحريك مكبس هيدروليكي في محور المروحة. تستخدم العديد من الطائرات الحديثة نظام التحكم في الطاقة أحادي الذراع (SLPC)، حيث يقوم الحاسوب الموجود على متن الطائرة ( FADEC ) بإدارة سرعة المروحة تلقائيًا بناءً على إعداد الطاقة المطلوب وظروف التشغيل. وتُساوي الطاقة الناتجة من المروحة حاصل ضرب كفاءة المروحة في الطاقة المُدخلة من المحرك.
• مقياس ضغط مشعب السحب - عندما يعمل المحرك بشكل طبيعي، توجد علاقة وثيقة بين ضغط مشعب السحب وعزم الدوران الذي يولده المحرك. وتساوي القدرة الداخلة إلى المروحة حاصل ضرب سرعة دوران المروحة في عزم الدوران.

منظر أمامي لأغطية المحرك المفتوحة

منظر خلفي لأغطية المحرك المفتوحة

إذا كانت الطائرة مزودة بأغطية محرك قابلة للتعديل:

• التحكم في وضعية رفرف غطاء المحرك - يتم فتح رفرف غطاء المحرك أثناء عمليات الطاقة العالية / السرعة الجوية المنخفضة مثل الإقلاع لزيادة حجم تدفق هواء التبريد فوق زعانف تبريد المحرك إلى أقصى حد.
• مقياس حرارة رأس الأسطوانة - يُشير إلى درجة حرارة جميع رؤوس الأسطوانات، أو في نظام رأس أسطوانة واحد، إلى درجة حرارة الرأس الأكثر سخونة. يتميز مقياس حرارة رأس الأسطوانة بزمن استجابة أقصر بكثير من مقياس حرارة الزيت، مما يُتيح له تنبيه الطيار إلى أي مشكلة تبريد مُحتملة بشكل أسرع. قد يكون سبب ارتفاع درجة حرارة المحرك ما يلي:
  1. تشغيل الجهاز لفترة طويلة جدًا على إعداد طاقة عالٍ.
  2. أسلوب انحناء ضعيف.
  3. تقييد حجم تدفق هواء التبريد بشكل مفرط.
  4. عدم كفاية كمية زيت التشحيم الواصلة إلى الأجزاء المتحركة للمحرك.

• محرك مكبسي
• علم الطيران
• نظام التحكم في طيران الطائرة

• ساندرسون، جيبسن (1999). دليل الطيار الخاص (  طبعة غلاف مقوى). شركة جيبسن ساندرسون. رقم ISBN 0-88487-238-6.
• "دليل الطيار للمعرفة الملاحية" . إدارة الطيران الفيدرالية. مؤرشف من الأصل في 22 أبريل 2013. تم الاطلاع عليه في 2 مايو 2013 .