Перевод статьи из авиационного журнала «Fliegermagazin» (10-2012)

Недавно выполнен первый полет самолета с новым инжекторным двигателем Rotax 912iS.

Какая разница в расходе топлива по сравнению с карбюраторным двигателем? Какая разница в весе? Какая разница в цене? Чтобы ответить на эти вопросы мы провели сравнительные испытания этих двигателей, установив их на самолеты FK 14B La Mans.

Два самолета быстро выруливают на взлетно-посадочною полосу 16 в городе Шпейер. Бернхард Альтекемпер управляет желтым La Mans с новым инжекторным двигателем. Томас Краймайер управляет зеленым La Mans с карбюраторным двигателем. Оба пилота запустили свои двигатели одновременно, установили ручки управления двигателями на максимальный режим и начали взлет, что бы ответить на вопрос, который интересует многих: насколько хорош новый 100-сильный Rotax 912 iS по сравнению с предыдущим 912 S?

Rotax утверждает, что расход топлива у карбюраторного двигателя на 21% выше. Но я сомневаюсь. Может это и верно будет при полете на большой высоте, но при нормальных условиях, не думаю, что разница расходов будет больше 10%.

Этот августовский день в городе Шпейер выдался чрезвычайно жарким — 31оС на уровне аэродрома (95 метров над уровнем моря). Этого уже достаточно, чтобы признать самолет FK 14B La Mans с открытой кабиной и низко расположенным крылом идеальным для наших целей, хотя верно и то, что трудно найти два других идентичных самолета за исключением их двигателей.

Мы решили, что оба самолета будут лететь одновременно параллельно друг другу, чтобы обеспечить точность эксперимента. Томас по рации будет задавать конкретные условия полета и записывать все данные: высота, обороты, скорость, скороподъемность, температура наружного воздуха и т.д. Ему 48 лет, он капитан компании Lufthansa, никак не связан с компанией Rotax и не имеет какой-либо заинтересованности в результатах этого испытания. Бернхарду 45 лет, он будет управлять желтым самолетом с новым инжекторным двигателем. Бернхард работает в сервисном центре FK в Зендене около Мюнстера, и как внештатный пилот Ротакса он уже выполнял испытательные полеты FK 14B La Mans c 912 iS. Производитель двигателя использовал Tecnam P 92 в Австрии, благодаря чему были получены предварительные данные о различиях между низкопланом и высокопланом, особенно в плане расхода топлива.

Канадско-Австрийский производитель BRP-Rotax только сейчас представил инжекторный двигатель, хотя авиационное сообщество уже давно ждало такой двигатель. Почему? Обледенение карбюратора не является основной проблемой, так как это устранялось с помощью подогрева карбюратора. Более критично было то, что каждые 200 часов требовалась синхронизация карбюраторов, а через каждые 600 часов проводить его ремонт, не говоря уже о необходимости высотной коррекции. Два карбюратора Bing постоянного разрежения автоматически обедняют смесь в условиях высотного полета, но не настолько хорошо, как это может быть сделано с помощью ручного управления качеством смеси, и, конечно, не настолько точно, как это можно сделать с помощью системы электронного впрыска топлива. От впрыска топлива ждут не только повышения мощности и снижения расхода топлива. Система впрыска топлива — это передовые современные технологи в которых нет места для карбюраторов. К концу 2011 года BRP-Rotax произвел более 40000 карбюраторных двигателей типа 912. Производство двигателей 912 iS началось с марта 2012 года. Наиболее важными отличиями между ними являются:

• электронный впрыск топлива во впускной коллектор: дублированные топливные форсунки для каждого цилиндра;
• стандартный второй электрический топливный насос (не механический);
• ресивер с дроссельной заслонкой и воздушным фильтром;
• измененная система охлаждения головок цилиндров;
• два независимых блока управления двигателем (ECU) для управления качеством топливовоздушной смеси. В расчет принимаются положение дроссельной заслонки, обороты двигателя, плотность воздуха, давление воздуха в коллекторе (давление на входе), давление окружающего воздуха, температуры выхлопных газов, давление топлива и температура масла;
• два интегрированных генератора: 20-ти амперный генератор А переменного тока обеспечивает работу топливных насосов и блоков управления (ECU); 30 амперный генератор B обеспечивает работу бортового оборудования.

Для получения сертификата летной годности Ротакс выполнил резервирование системы управления двигателя. При выходе из строя генератора или блока управления на сверхлегких, легких и экспериментальных летательных аппаратах двигатель продолжает работать, вторая резервная система автоматически включается в работу. Двигатель 912 iS как и 912 S, также имеет дублированную электронную систему зажигания. Аккумулятор необходим для запуска и не требуется во время полета.

Но при всех преимуществах современных технологий увеличение веса отрезвляет: «Десять килограммов, с учетом топливной системы», — говорит директор FK Петер Функ. Это означает, что Rotax 912 S нельзя просто заменить на iS: на самолете FK 14B необходимо было доработать топливные баки с установкой напорных бачков и увеличением диаметров топливопроводов. Все это увеличило вес. Для работы системы впрыска необходимо поддерживать постоянное давление 2,9 бар, что возможно только при использовании электрических насосов с регулятором давления. Карбюраторы не так требовательны к данному параметру. Очевидно, что для высокоплана дополнительный вес будет ниже, чем для низкоплана, так как у них топливная система возможно уже полностью или частично соответствует требованиям. Как бы то ни было, желтый La Mans весит на десять килограммов больше, чем зеленый. Десять килограммов! Для сверхлегкого аппарата, это может привести к изменению типа. Даже со 100-сильным карбюраторным двигателем многие модели с трудом вписываются в ограничение 297,5 килограммов, при условии того, что разработчики максимально сокращают все то, что допускается авиационными нормами и правилами. В данном случае, самолет с необходимым контрольным оборудованием весит более 300 килограммов, а с 912iS еще больше. Для нашего экспериментального полета мы компенсировали разницу в весе с помощью грузов.

Что показал счетчик на заправщике после заправки обоих самолетов до первоначального уровня?

После 63-х минут полетного времени, самолеты приземлились. Напряжение было высоким, но и скептицизма было достаточно — неужели разница будет значительна? Результат поразил нас всех: 14,5 л на зеленом аппарате с карбюраторным двигателем и 10,95 литров на желтом с инжекторным двигателем! Разница в 32% — как можно объяснить полученный результат?

Результаты эксперимента сведены в таблице и не могут рассматриваться как научное исследование. 20 минут сравнительного полета FK 14B с карбюраторным мотором летел по внешнему кругу для проведения фотосессии, т.е. пролетел большее расстояние на более высоком режиме. Кроме того, пилот постоянно менял режим работы двигателя, подстраиваясь под полет желтого самолета D-MRTX и самолета с фотокамерой. Кроме этого, двигатели имеют разные обороты на взлетном режиме, а следовательно и разную мощность, т.к. винты имеют незначительную разницу в установке лопастей. Так же, во время ожидания разрешения на взлет инжекторый мотор работал на меньших оборотах холостого хода, чем карбюраторный мотор. Все эти четыре различия, хотя и минимальные, безусловно, увеличили расход топлива карбюраторного двигателя. Но если бы мы стали придираться к этим различиям, то этот эксперимент мог совсем не состояться — и так было не просто собрать в одном месте, в один летный день два одинаковых самолета с необходимыми двигателями, плюс самолет для фотосъемки и, наконец, пять чрезвычайно занятых человек.

У всех был один и тот же вопрос: неужели расход топлива карбюраторного двигателя на 21% больше, чем у инжекторного, как утверждает Rotax?

После нашего сравнительного полета можно однозначно сказать — да. Возможно, эта разница будет меньше в определенных условиях, например, при малой высоте полета и низких температурах. Но эта разница может быть и больше при других условиях. В нашем эксперименте разница в расходе превысила 21% потому что условия полета были не оптимальные для самолета D-MNTK: экстремальная температура, плотность воздуха — 16 градусов на высоте 590 метров, что при стандартных условиях соответствует высоте 1830 метров. Эти условия не соответствуют средним условиям погоды, при которой летают в Европе. Полученные данные свидетельствуют, что чем ниже плотность воздуха и выше температура окружающего воздуха, тем больше преимущество инжекторного двигателя. В таблице указаны скорости самолетов с открытой кабиной. Для самолетов с закрытой кабиной эти значения примерно на 20 км/ч выше.

Итак, есть ли смысл устанавливать инжекторный двигатель?

Стоимость 912 iS на 3500 евро больше, чем S, но стоимость самолета, на которые устанавливаются iS возросла примерно на 8000 евро для FK 14B и на 10000 евро для CTL за счет усложнения установки. Возможно, что потребуется доработка не только топливной системы, но и капота. Для расчета возьмем среднюю стоимость 9000 евро и заявленную экономию в 21% — iS потребляет 11 литров в час (экономичный режим), что соответствует 13,3 литра для S. Каждый литр бензина Super Plus стоит 1,80 евро. И так, если без поломок, то дополнительные затраты на iS окупаются при наработке 1732 часа — в любом случае, до окончания межремонтного ресурса 2000 часов. Но за этот период необходимо выполнить три ремонта карбюраторов (через каждые 600 часов). Тот, кто налетывает 50 часов в год, только через 34 года пожалеет, что не купил iS, а для активных пилотов без сомнений выбор за новым двигателем. Да и все пилоты хотят иметь дополнительную мощность на высотах.

Основной рекламный аргумент производителя двигателя — значительное сокращение выброса CO2 в окружающую среду. Еще одно важное преимущество инжекторного двигателя — уровень вибрации существенно меньше, чем у карбюраторного.

Текст: Петер Волтер

Фото: Андреас Халлер