Mengselregeling
De mengselregelaar is de hendel in de cockpit die bepaalt hoeveel brandstof wordt gemengd met de binnenkomende lucht in een zuigermotor van een vliegtuig. Correct gebruik van het mengsel verbetert de motorprestaties, voorkomt vervuiling van de bougies, vermindert het brandstofverbruik en beschermt de motor tegen schade, vooral op grotere hoogten.
Definitie van mengselregeling
In een zuigermotor van een vliegtuig is de mengselregeling de door de piloot bediende bediening die de brandstof-luchtverhouding aanpast die naar de cilinders wordt geleverd. Dit gebeurt door de hoeveelheid brandstof die door de carburateur of het brandstofinjectiesysteem wordt gemeten, af te stemmen op de massa lucht die de motor binnenkomt.
De brandstof-luchtverhouding wordt vaak beschreven ten opzichte van het stoichiometrische mengsel, wat de chemisch ideale verhouding is waarbij alle brandstof en alle zuurstof tijdens de verbranding worden verbruikt. Voor vliegtuigbenzine (Avgas) is dit ongeveer 15 delen lucht op 1 deel brandstof naar massa. In normale werking draaien vliegtuigmotoren iets rijker (meer brandstof) of armer (minder brandstof) dan deze ideale waarde om vermogen, temperatuur en motorlevensduur te regelen.
Mengsel wordt vaak beschreven met de termen rijk en arm:
- Rijk: Meer brandstof ten opzichte van lucht (brandstofrijk mengsel).
- Arm: Minder brandstof ten opzichte van lucht (luchtrijk mengsel).
Doel van mengselregeling
Het hoofddoel van mengselregeling is om de motor binnen veilige en efficiënte grenzen te laten werken terwijl de luchtdichtheid verandert met hoogte, temperatuur en vermogensinstelling. Omdat de carburateur of brandstofinjectiesysteem brandstof meet op basis van luchtstroom en niet direct op luchtdichtheid, wordt het mengsel dat op zeeniveau correct is te rijk naarmate het vliegtuig stijgt en de luchtdichtheid afneemt.
Correct mengselbeheer dient verschillende belangrijke doelen:
- Vermogen behouden: Een te rijk of te arm mengsel vermindert het beschikbare paardenvermogen en kan een ruwe motorloop veroorzaken.
- Motortemperaturen beheersen: Het mengsel heeft een sterk effect op de cilinderkoptemperatuur (CHT) en de uitlaatgastemperatuur (EGT). Een juiste afstelling helpt oververhitting of juist te koude werking te voorkomen.
- De motor beschermen: Extreem arme mengsels bij hoog vermogen kunnen detonatie en voorontsteking veroorzaken, waardoor zuigers, kleppen en cilinderkoppen beschadigd raken. Zeer rijke mengsels kunnen leiden tot vervuilde bougies en koolafzetting.
- Brandstofefficiëntie verbeteren: Het arm maken van het mengsel in cruise kan het brandstofverbruik aanzienlijk verlagen, waardoor bereik en uithoudingsvermogen toenemen.
- Aanpassen aan hoogte en temperatuur: Naarmate de hoogte toeneemt of de temperatuur verandert, verandert de luchtdichtheid; de mengselregeling compenseert hiervoor zodat de verbranding binnen het gewenste bereik blijft.
Gebruik van mengselregeling in de luchtvaart
Bij lichte trainingsvliegtuigen met zuigermotoren is de mengselregeling meestal een rode knop of hendel op het gaskleppenkwartier. Het kan een push-pull bediening zijn met een wrijvingsvergrendeling of een vernier-type met een fijninstelwiel. Bij meermotorige vliegtuigen heeft elke motor zijn eigen mengselregeling.
Het mengsel wordt op verschillende manieren beheerd in verschillende fasen van de vlucht. De exacte procedures hangen af van het type vliegtuig, de motorfabrikant en de instrumentatie (bijvoorbeeld of het vliegtuig alleen een basis EGT-meter heeft of een volledige motormonitor met CHT en EGT voor elke cilinder). Het Pilot’s Operating Handbook (POH) of Aircraft Flight Manual (AFM) heeft altijd voorrang.
Mengselregeling in verschillende fasen van de vlucht
Typisch gebruik van het mengsel per vluchtfase in normaal aangezogen trainingsvliegtuigen is als volgt (altijd bevestigen met de POH voor uw specifieke vliegtuig):
- Motorstart en opwarmen
Op zeeniveau of op lage hoogte wordt het mengsel meestal op full rich gezet voor het starten en de eerste opwarming. Op luchthavens op grotere hoogte kan een gedeeltelijk armer mengsel nodig zijn voor het starten, zoals aanbevolen in de POH. - Taxiën
Het mengsel wordt tijdens het taxiën vaak agressief verarmd om vervuilde bougies te voorkomen, vooral bij trainingsvluchten met lange tijden op de grond. De piloot moet eraan denken het mengsel vóór de start terug te zetten naar de juiste instelling (vaak full rich). - Start en klim
Op luchthavens op lage hoogte wordt het mengsel voor de start normaal op full rich gezet om koeling en maximaal vermogen te leveren. Bij omstandigheden met hoge density altitude kan de POH voorschrijven om het mengsel vóór de start te verarmen voor maximaal RPM of EGT om het nominale vermogen te verkrijgen. - Cruise
In cruise wordt het mengsel aangepast (verarmd) om vermogen, brandstofefficiëntie en motortemperaturen in balans te brengen. Hier worden begrippen als rich of peak en lean of peak EGT toegepast. - Dalen
Tijdens het dalen wordt het vermogen meestal teruggenomen en het mengsel geleidelijk rijker gemaakt naarmate de hoogte afneemt, om de juiste brandstof-luchtverhouding te behouden en te arm draaien te voorkomen. - Benadering en landing
Voor de benadering en landing op luchthavens op lage hoogte wordt het mengsel vaak op full rich gezet onder een bepaalde hoogte (bijvoorbeeld 3,000 ft boven field elevation), zoals gespecificeerd in de POH. Op luchthavens op grotere hoogte wordt het mengsel meestal ingesteld zoals voor cruise of zoals aanbevolen door de POH.
Het afstellen van het mengsel van de motor: algemene principes
Het afarmen van de motor betekent het verminderen van de hoeveelheid brandstof in het mengsel, zodat de brandstof-luchtverhouding van rijk naar arm verschuift. Bij de meeste lesvliegtuigen wordt dit gedaan door de mengselregelaar langzaam terug te trekken van volledig rijk terwijl de motorindicaties en prestaties worden gemonitord.
Belangrijke motorindicaties die worden gebruikt bij het leanen zijn onder andere:
- Motortoerental (RPM) (voor propellers met vaste spoed): Het maximum RPM komt meestal overeen met het mengsel dat bij een gegeven gasklepstand en hoogte het meeste vermogen levert.
- Spruitstukdruk (voor constant-speed propellers): Wordt samen met brandstofverbruik en EGT/CHT gebruikt om vermogen en mengsel in te stellen.
- Uitlaatgastemperatuur (EGT): Geeft aan hoe heet de uitlaatgassen zijn; wordt gebruikt om het piek-EGT-punt te bepalen tijdens het verarmen.
- Cilinderkoptemperatuur (CHT): Geeft de totale thermische belasting van de motor aan; helpt ervoor zorgen dat mengselinstellingen geen oververhitting veroorzaken.
- Motorloop: Ruwe motorloop of trillingen kunnen erop wijzen dat het mengsel te arm is of dat de brandstofverdeling ongelijk is.
De exacte mengtechniek hangt af van of de motor is uitgerust met een vaste of constant toerental propeller en van de beschikbare instrumentatie. Leerlingenpiloten moeten eerst de basis, door de POH goedgekeurde methode voor hun trainingsvliegtuig leren en gebruiken voordat ze meer geavanceerde technieken toepassen.
Basisprocedure voor het afstellen van het mengsel tijdens de cruise (typisch trainingsvliegtuig)
Het volgende is een algemene procedure voor het armstellen van een normaal aangezogen, carburateur- of brandstofinjectiemotor in de kruissnelheid, met een vast-pitch propeller en een EGT-meter met één sonde. Volg altijd de POH voor uw specifieke vliegtuig.
- Kom horizontaal uit op cruisehoogte en laat de motor stabiliseren op het gekozen vermogensniveau.
- Stel het cruisevermogen in met de gashendel (en de propellerregeling indien aanwezig) zoals gespecificeerd in de POH.
- Trek de mixture control langzaam terug (verarm) terwijl u EGT bewaakt en naar de motor luistert.
- Blijf verarmen totdat EGT piekt en daarna begint te dalen, of totdat de motor net iets ruw begint te lopen.
- Verrijk het mengsel iets totdat de motor soepel loopt en de EGT op de gewenste waarde ten opzichte van de piek staat (bijvoorbeeld 50 °F rich of peak EGT als dat in de POH is gespecificeerd).
- Noteer het brandstofverbruik (indien beschikbaar) en de motortemperaturen, en stel bij waar nodig om binnen de limieten te blijven.
Als er geen EGT-meter is geïnstalleerd, is een veelgebruikte basis methode om het mengsel af te stellen totdat de motor iets onregelmatig gaat lopen, en dan net genoeg te verrijken om een soepele werking te herstellen. Dit is een grove methode en geeft mogelijk geen nauwkeurige controle van het mengsel ten opzichte van de piek EGT, maar het is vaak acceptabel voor eenvoudige trainingsvliegtuigen bij matige vermogensinstellingen, als dit is toegestaan door de POH.
Rijke piek versus magere piek werking
Bij het afstellen van het mengsel met behulp van EGT verwijzen piloten vaak naar het vliegen rich of peak (ROP) of lean of peak (LOP). Deze termen beschrijven of het mengsel rijker of armer is ingesteld dan het mengsel dat de hoogste EGT (de piek EGT-waarde) produceert.
Piek EGT en de betekenis ervan
Naarmate het mengsel wordt afgesteld van zeer rijk naar zeer arm bij een constante vermogensinstelling, zal de uitlaatgastemperatuur (EGT) eerst stijgen, een maximum bereiken (piek EGT) en vervolgens weer dalen. Dit piek EGT-punt komt ongeveer overeen met het mengsel dat de meest volledige verbranding geeft en in veel gevallen bijna het maximale vermogen voor die gasklepinstelling. Aan beide zijden van de piek EGT veranderen het vermogen en de temperatuur op voorspelbare manieren.
De relatie tussen mengsel en EGT wordt gebruikt om ROP- en LOP-bediening te definiëren:
- Rich of peak (ROP): Het mengsel staat rijker dan het piek-EGT-punt (meer brandstof). EGT is lager dan de piek, maar CHT kan nog steeds relatief hoog zijn, afhankelijk van hoe ver rich of peak de motor wordt gebruikt.
- Lean of peak (LOP): Het mengsel staat armer dan het piek-EGT-punt (minder brandstof). EGT is opnieuw lager dan de piek, en CHT daalt doorgaans verder naarmate het mengsel verder wordt verarmd, mits het vermogen passend wordt teruggenomen.
Rich of Peak (ROP)-operatie
Bij veel trainingsvliegtuigen en voor veel motoren raadt de fabrikant aan om rich of peak EGT te gebruiken tijdens de cruise bij hogere vermogensinstellingen. Een gangbaar doel is ongeveer 50 °F tot 100 °F rich of peak EGT, maar de exacte waarde moet afkomstig zijn uit de POH of de gegevens van de motorfabrikant.
Typische kenmerken van ROP-operatie zijn onder andere:
- Hoger vermogen voor een gegeven spruitstukdruk en RPM in vergelijking met armere mengsels.
- Hoger brandstofverbruik en dus een hoger brandstofverbruik.
- Matige tot hoge CHT, afhankelijk van hoe ver rich of peak het mengsel is ingesteld.
- Goede detonatiemarge bij zeer rijke instellingen (bijvoorbeeld full rich bij hoog vermogen voor koeling en bescherming tegen detonatie).
In de opleiding van leerlingpiloten wordt de ROP-operatie meestal benadrukt omdat deze eenvoudig is en aansluit bij conservatieve motorkoelpraktijken, vooral wanneer er geen gedetailleerde motorbewakingsapparatuur is geïnstalleerd.
Lean of Peak (LOP)-bedrijf
Lean of peak-bediening betekent het instellen van het mengsel zodat de EGT zich aan de magere kant van het piek-EGT-punt bevindt, typisch 10 °F tot 50 °F lean of peak of meer, afhankelijk van het motordesign en de richtlijnen van de fabrikant. LOP-bediening wordt over het algemeen geassocieerd met een lager brandstofverbruik en koelere CHT bij passend verlaagde vermogensinstellingen.
Belangrijke kenmerken van LOP-operatie zijn onder andere:
- Lager brandstofverbruik en een beter specifiek brandstofverbruik (meer mijlen per gallon brandstof).
- Lagere CHT dan ROP bij hetzelfde vermogen, wat gunstig kan zijn voor de levensduur van de motor.
- Lagere vermogensafgifte voor een gegeven gasklep- en RPM-instelling vergeleken met ROP.
- Mogelijke ruwheid als de brandstofverdeling tussen de cilinders ongelijk is, omdat sommige cilinders veel armer kunnen zijn dan andere.
LOP-operatie wordt niet aanbevolen voor alle motoren en wordt zelden als primaire techniek in de basistraining onderwezen. Het vereist over het algemeen:
- Goedkeuring van de fabrikant voor lean-of-peak gebruik.
- Goede brandstofverdeling (vaak consistenter bij brandstofinjectiemotoren).
- Uitgebreide motorbewaking (multi-probe EGT en CHT) om ervoor te zorgen dat alle cilinders binnen veilige limieten blijven.
Studentpiloten mogen geen lean-of-peak-operatie proberen zonder duidelijke goedkeuring van hun instructeur en bevestiging dat het specifieke vliegtuig en de motor hiervoor geschikt zijn.
Operationele overwegingen en veiligheid
De mengselregeling heeft een directe invloed op de motorgezondheid en veiligheid. Onjuiste mengselinstellingen, vooral bij hoog vermogen, kunnen leiden tot motorschade of vermogensverlies. Leerlingpiloten moeten de belangrijkste risico's begrijpen en weten hoe ze deze kunnen vermijden.
Risico's van te arm afstellen
Het te arm laten draaien van de motor bij hoge vermogensinstellingen kan leiden tot te hoge interne temperaturen en drukken. Twee belangrijke gevaren zijn:
- Detonatie: Ongecontroleerde, explosieve verbranding in de cilinder die zuigers, zuigerveren en cilinderkoppen kan beschadigen.
- Voorontsteking: Het ontbranden van het brandstof-luchtmengsel voordat de bougie vonkt, vaak door hete plekken in de verbrandingskamer, waardoor onderdelen snel kunnen oververhitten en beschadigen.
Om deze risico's te verminderen, geven veel POH's aan dat het afstellen van het mengsel niet is toegestaan boven een bepaald vermogensniveau (bijvoorbeeld boven 75% vermogen), tenzij een specifieke procedure wordt gevolgd. Leerlingpiloten moeten deze limieten altijd in acht nemen.
Risico's van het werken met een te rijke mengsel
Het draaien met een te rijke mengsel heeft ook nadelen:
- Bougievervuiling: Onverbrande brandstof en loodafzettingen kunnen bougies vervuilen, wat ruwe motorloop, misfires of startproblemen veroorzaakt.
- Koolafzetting: Roet en koolafzettingen kunnen zich ophopen op kleppen en in de verbrandingskamers.
- Lagere efficiëntie: Het brandstofverbruik neemt toe zonder een overeenkomstige toename in nuttig vermogen of koelingsvoordeel.
- Kans op after-firing: Overtollige brandstof in de uitlaat kan ontbranden, waardoor backfires of ploffen ontstaan.
Op de grond wordt vaak een agressieve lean tijdens het taxiën aanbevolen om bougievervuiling te verminderen, vooral tijdens herhaalde trainingsvluchten. In de lucht moet het mengsel worden aangepast om te voorkomen dat het onnodig rijk is, vooral tijdens de cruise.
Mengsel en hoogte
Naarmate de hoogte toeneemt, neemt de luchtdichtheid af. Als de mengselregeling tijdens het klimmen volledig rijk wordt gelaten, wordt het mengsel geleidelijk rijker omdat dezelfde hoeveelheid brandstof wordt gemengd met minder lucht. Dit leidt tot vermogensverlies en mogelijke bougievervuiling. Daarom is het meestal nodig om te armeren boven een bepaalde dichtheidshoogte, die vaak in de POH wordt gespecificeerd (bijvoorbeeld boven 3.000 ft).
Op luchthavens op grote hoogte moet het mengsel vaak worden verarmd op de grond, zowel voor het taxiën als voor het opstijgen. Een gebruikelijke techniek is om te verarmen voor het maximale toerental bij een statische volgasproef voor het opstijgen, zoals beschreven in de POH. Leerlingpiloten die opereren vanaf luchthavens op grote hoogte moeten specifieke instructies krijgen over deze procedures.
Mengsel en carburateurijs
Carburateurmotoren zijn gevoelig voor carburateurijs, wat het vermogen kan verminderen of de motor kan doen stoppen. Carburateurverwarming brengt warmere, minder dichte lucht in de motor, wat het mengsel effectief verrijkt. Wanneer carburateurverwarming wordt toegepast, vooral tijdens de cruise, kan het nodig zijn om het mengsel verder af te armelen om de gewenste brandstof-luchtverhouding te behouden. Wanneer de carburateurverwarming wordt uitgeschakeld, wordt het mengsel weer armer, dus het kan nodig zijn om het mengsel weer te verrijken.
Leerlingpiloten moeten het toerental (RPM) en de motorloop controleren bij het aan- of uitzetten van de carburateurverwarming en de mengselinstelling dienovereenkomstig aanpassen, volgens het POH.
Praktische voorbeelden
De volgende korte voorbeelden illustreren hoe mengselregeling kan worden gebruikt in typische trainingsscenario's. Dit zijn algemene voorbeelden; volg altijd de POH en de aanwijzingen van je instructeur.
Voorbeeld 1: Mengsel armer maken tijdens de cruise op 5.500 ft
Een leerlingpiloot in een tweezits trainer op 5.500 voet stelt het kruissnelheidsvermogen in op 2.400 RPM. Het mengsel wordt langzaam afgesteld tot de EGT piekt, daarna verrijkt tot de EGT ongeveer 75 6F rijker is dan de piek en de motor soepel loopt. De brandstofstroom neemt af vergeleken met volledig rijk, en de luchtsnelheid blijft dicht bij de verwachte kruissnelheid volgens het POH.
Voorbeeld 2: Vertrek vanaf een hooggelegen luchthaven
Op een veldhoogte van 6.000 ft instrueert het POH de piloot om het mengsel af te stellen voor maximale RPM tijdens een statische run-up met volle gasklep voor de start. De leerling opent het gas volledig, stelt het mengsel af tot de RPM piekt, en laat het mengsel vervolgens op die stand voor de start, zodat de motor voldoende vermogen ontwikkelt in de ijle lucht.
Voorbeeld 3: Taxi-mengsel om bougievervuiling te voorkomen
Tijdens een drukke trainingsdag op een luchthaven op lage hoogte stelt de leerling-piloot het mengsel agressief arm tijdens het taxiën, zodat elke poging om vol gas te geven de motor zou doen haperen. Dit vermindert het vervuilen van de bougies en dient ook als herinnering om het mengsel voor het opstijgen te verrijken, als onderdeel van de pre-takeoff checklist.
Samenvatting
Mengselregeling stelt de piloot in staat om de brandstof-luchtverhouding aan te passen aan veranderende hoogte, temperatuur en vermogensinstellingen. Correct gebruik van het mengsel verbetert de prestaties, vermindert het brandstofverbruik en beschermt de motor tegen schade. Begrippen zoals rich of peak en lean of peak EGT beschrijven hoe het mengsel wordt ingesteld ten opzichte van het piekuitlaatgastemperatuurpunt en zijn vooral relevant tijdens de cruise. Leerlingpiloten moeten de specifieke mengselprocedures leren en toepassen die in de POH voor hun trainingsvliegtuig worden gegeven en hun instructeurs raadplegen voordat ze geavanceerde technieken zoals lean-of-peak bediening gebruiken.
