読み物程度の航空工学「小型機用のレシプロエンジン」

グライダーアクロの練習の無い週末は
曳航パイロットしてます。
エンジンが無くて自力で離陸出来ないグライダーを飛行機に繋いで空に連れて行くフライトです。

「空に連れて行く」なんて書くと何だかカッコイイ感じがしますが、、、

グライダーを曳いて希望の空域と高度に昇り、
グライダーが離脱したら大急ぎで着陸
まぁ、つまりは「馬車馬」ですね

グライダーを曳く曳航機はシンプルでハイパワー
4人乗りのセスナ172より大きいエンジンを
2人乗りの軽量な機体に載せているので上昇率は抜群
グライダーを曳かないで単機で飛ぶとビックリするほど昇ります。

今回は飛行機のパワートレインをご紹介
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もちろん主役は「ハスキー君」
普段は優雅なグライダーにコキ使われている日陰の存在ですが、
今回は主役に抜擢です!!

最初にエンジン外観から、、、
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右と、、、

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左、、、
小さく見えますが、360キュービックインチ 5899ccの水平対抗4気筒エンジンです。
飛行機エンジンの特徴は低回転 高トルク
最高回転数は2700rpmで最大出力は180馬力です!!
回転数が低いから最大出力はショボイです、、、

見えない部分ですが一番の違いは「設計思想」です。

車やバイクのエンジンはフルパワーで走らせても簡単には壊れませんよね
昔の2ストローク50ccの原付スクーターなんかスピードリミッターを解除して
フルパワー(70~80km/h位)で巡航しても意外と大丈夫です。
(もちろんバンク付きオーバルの高速周回テストコースでのお話です)

ところが飛行機のエンジンはフルパワーを使える時間が制限されています。

つまり、エンジン強度や冷却容量を巡航時に最適化して
離陸時に使うフルパワーは「無理させる」事を前提としています。
もちろん制限を無視して際限無しにフルパワー使えばシリンダーヘッド温度や油温が上がりオーバーヒート、
もちろんエンジンは傷みます。

なんでそんな無理させるの?って、、、
フルパワー使いまくっても大丈夫なほど
頑丈に作ったら重くて飛べないんです!!

 
見た目でわかる構造的な特徴は
高回転を狙わないからバルブ系はシンプル「枯れた技術」の2バルブOHV
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今時、プッシュロッドが付いてる乗り物エンジンは”アメリカンV8”と”ハーレー”位しか無いんじゃない!?
アメリカ人ってどれだけプッシュロッド好きなんだよ、、、

どうせ上空に昇れば空気は冷たいからシンプルに空冷エンジン
壊れなくて軽いのが一番です!

1気筒1000cc越え&デカい燃焼室
とにかくでっかく作っちゃったから燃焼効率が悪いし
故障によるエンジン停止のリスクを下げるツインイグニッション(ツインプラグ)
しかもバッテリーが無くても関係無しのマグネトー点火方式
原付だってCDI使ってるって、、、、

一番故障しやすいのが点火系ですからシンプルかつ2系統です。
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右マグネトと、、、

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左マグネト、、、

ちょっと昔のアルファロメオのツインプラグは?
小さい燃焼室に無理やり2本プラグ生やしちゃうのはイタリア人の伊達と酔狂、男のロマンです!!

燃料供給はキャブレターもしくは機械式インジェクター
上空に昇ると空気が薄くなるのでミクスチャーレバーを操作することで、
エンジン運転中に空燃比を調整(燃料を絞る)できます!!
原付だって電子制御インジェクター、、、、

キャブレターには任意でマフラー周囲の熱交換器で暖めた空気を吸気させて
キャブレターの凍結によるエンジン停止を防ぐ「キャブレターヒーター」(キャブヒート)が装備されています。
車やバイクだとスロットルボディやキャブにエンジン冷却水を廻らせて温めてます。

Turbo付きエンジンだとブーストコントロールレバーもあり
ブースト(過給圧)を調整して高空まで地上と同じ出力を維持します。
コレが本来のTurboの使い方
飛行機のターボってデッカイですよ~

エンジン始動時に使うデバイスとして昔のキャブエンジンの車やバイク、草刈り機エンジン等に
装備される「チョーク」(吸気を絞るって意味のチョーク(絞る)が語源です。)の代わりに
小さなプランジャポンプ(注射器ポンプ)で吸気バルブ付近に直接燃料をブチ込む「プライマー」が装備されます。
調子に乗って打ち込み過ぎるとインマニに燃料が垂れて「ばんっ!!」ってバックファイヤします

と、まぁ、、、エンジンで目立つ違いはこんなところでしょうか

次にエンジン出力を推力に変換するのがプロペラです。
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車やバイクのトランスミッションに相当するのがプロペラピッチコントロールで
可変ピッチプロペラは飛行中にプロペラピッチを変更して任意の回転数に設定できます。

プロペラピッチの調整方法は、、、
①離陸時は最大出力を得る為に最高出力回転数で運転
(低速ギアでブン回すイメージです)

②巡航時は最良燃費を得る為に回転数を抑えて許容する最大吸気圧力(マニフォールドプレッシャー)で運転します。(6速に入れて回転数を抑えて巡航って感じ)
飛行高度により最良巡航セッティングは変化するので飛行規程やオペレーションハンドブック(飛行機の取説)でセッティングを調べます。

③着陸時は緊急時の再上昇に備えて離陸時と同じく最高出力回転数に合わせます。

④故障によるエンジン停止時はプロペラピッチをフルハイピッチ(目一杯低回転)にセットするとプロペラが風車になり生じる抵抗を最小に抑えて滑空性能が向上します。
(僅かの差で生死を分ける可能性を考えれば重要事項です)

実際に飛行機のエンジンを運転すると
最近の自動車やバイクのエンジンがどれだけ機械として完成度が高いかが理解できます、

スターターを回せばエンジン始動
あとは全て電子制御で運転制限なんて無いし
ダメなら制御が入りますから「ドライバーのミスでエンジンを壊す」事は不可能
航空機エンジンは使い方を間違えると壊しちゃいます、、、

飛行機のレシプロエンジン運転に必要な操作系は、、、
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●始動時に追加燃料を吸気ポートに吹く小さなポンプの”プライマー”
●エンジン出力を調整する”スロットレバー”
●上昇に伴う空燃比の調整をする”ミクスチャーレバー”
●エンジン出力を効率よく推力に変換するためにプロペラピッチを調整する”プロペラピッチレバー”
●降下時のキャブレター凍結を防ぐための”キャブレターヒーターレバー”
●2系統の点火系のON/OFFを切り替える”イグニッションスイッチ”

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●燃料ラインをON/OFFする”燃料バルブ”

操作系はコレくらい、、、
さらにエンジンの運転状況を監視するメーターは
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●皆さんお馴染みのタコメーター 「2700rpmまでキッチリ回せ!!」の”回転計”
●昔の人なら知っているバキューム計”マニフォールドプレッシャー”(通称MAP”まっぷ”)
●空冷エンジン必須”シリンダーヘッド温度計”
●車と違ってガチの温度を示す(笑)”油温&油圧計”
●ちゃんと発電してるか監視しましょう”電流計”

ハスキーはエンジン1発なので計器が少くてシンプルですが、
エンジン2発、3発、4発って増えるとレバー関係メーター関係はエンジン基数分だけ増えていきます。
昔のレシプロ4発エンジンのコクピットは松本零士の世界、、、
下手すりゃコーヒーカップにすらメーター付いてます(笑)
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●翼の中に組み込まれた燃料タンクにホースを繋いだだけの超シンプルで故障知らずの”燃料計

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●コクピットのアクリルウィンドウに刺さっているのは”外気温度計”
暑い寒いでエンジン&空力性能が大きく変化するので けっこう大切な計器です。

こんな感じで
航空機用レシプロエンジンは徹底的に故障を嫌った「枯れた技術の集大成設計」
運転も電子制御無しの究極ローテクエンジン(笑)
整備も運転時間で管理されていて、使用時間が尽きればO/Hもしくはエンジン交換が必須になります。

いろいろ手が掛かるヤツですが、一蓮托生のパートナーです

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「読み物程度の航空工学「小型機用のレシプロエンジン」」への4件のフィードバック

    1. 電動になれば部品数も一気に少くなるので故障のリスクも低くなりますし
      オペレーションも簡単になります。

      さらに昨今、航空ガソリンの国内生産が終了して航空ガソリンが全ての輸入に切り替わり入手が難しくなっています。
      航空ガソリンを在庫している飛行場も限られているので電動化は嬉しい技術です!

      まだバッテリーのエネルギー密度が低く航続時間が全く足りず
      短時間フライトの実験機レベルですが
      バッテリー開発は電気自動車の開発競争で加速しているので楽しみです。

      電気で飛ぶと未来が訪れるまでローテクエンジンと一緒にがんばります!

  1. 本当に、信頼性が第一の世界ですね!
    昔、親が乗っていた910ブルーバードは、NAエンジンながら、バキューム計が標準でした。
    このような理由なのですね。

    1. 「軽くて壊れない事」が何よりも優先されたエンジンですよね

      バキューム計が標準装備の車も珍しいです、始めて知りました。
      車だと燃費狙いに使うんでしょうね

      MAPはスロットルバタフライからエンジン側のインマニ圧力を表示するので
      同じ回転数でもより圧力の高い(大気圧に近い)方が高負荷運転状態になります。

      回転数(プロペラピッチ)とMAP(スロットル)の調整で巡航燃費と離陸最大出力を調整して、
      空気密度補正(飛行高度)を「リーンピークA/Fによる回転数変動に排気温度計を使ってマージンを乗せる」ミクスチャー(混合比調整レバー)を調整する

      最初はややこしいですが、ECU無しのフルマニュアルはエンジンの理解が進みますよ~

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