Engine Management - Fuel/Air Mixture Control
引擎(Engine)，是飛機的心臟，除了提供推力(Thrust)之外，視乎飛機的型號及種類，引擎亦會同時負責提供電力(Electricity)，液壓(Hydraulic)，高壓空氣(Bleed Air)和冷氣(Air Conditioning)等用途，可見引擎對於飛機的重要性。而引擎管理，亦是飛機師需要學習和領略的一大範疇，由於這個範疇涉及相當大量和複雜的知識，本篇文章主要集中討論在傳統小型(訓練)飛機(Light (Training) Aircraft)上活塞引擎(Piston Engine)，在引擎燃油空氣混合比例控制上的注意事項及基本操作。
由於這篇文章的屬於進階課題，在開始之前，如果閣下對活塞引擎及其燃油系統(Fuel System)的運作及部件並不是相當清晰，建議先到以下連結閱讀有關文章：
1. 活塞引擎(Piston Engine)
2. 燃油系統(Fuel System)
那我們正式開始了，一般來說，飛機師在小型飛機上控制燃油空氣混合比例(Fuel/Air Mixture Ratio)是透過調較駕駛艙(Cockpit)內的燃油混合控制桿(Mixture Control Lever)達成，當控制桿被推至最前(Foremost)或最入(Inmost)的位置時，代表燃油空氣混合比例處於最富油(Richest)比例，此時進入引擎汽缸(Cylinder)的汽油遠比引擎能夠燃燒的汽油多；相反，當控制桿被拉至最後(Aftmost)或最出(Outmost)的位置時，代表燃油空氣混合比例處於最貧油(Leanest)比例。
*注意：請不要把油門(Throttle)和燃油混合控制桿兩個概念混合，油門控制的是進入汽缸內的燃油空氣混合物份量(Amount of Fuel/Air Mixture entering the cylinder)；而燃油混合控制桿控制的則是每一份燃油空氣混合物內的燃油份量(Amount of fuel in each unit of Fuel/Air Mixture)。在大部份小型飛機駕駛艙內，油門控制桿把手會以黑色標示，而燃油混合控制桿則會以紅色把手標示，以資識別。
了解基本操作概念之後，就需要了解燃油空氣混合物在引擎中的作用，其用途主要有兩個：
1. 提供燃燒三角(Combustion Triangle)中所需要之燃料(Fuel)，使燃燒能夠在氣缸內進行；
2. 為汽缸壁(Cylinder Wall)和活塞(Piston)進行冷卻(Cooling)，原理與機油(Engine Oil)相似。
在不同的飛行階段中，機師需要透過控制燃油空氣混合物的比例令引擎達至較佳的能源效益和運作溫度：
1. 起飛(Takeoff)及降落(Landing)
在正常情況下，小型飛機最起飛降落及最後進場期間(Final Approach)，燃油空氣混合物會在在富油(Rich)位置，原因是因為起飛或復飛(Go Around)時，活塞引擎需要以大功率(High Power)以及高轉數(High RPM)模式運行，這樣的運作模式會令到引擎內的壓力和溫度急速上升，構成爆燃(Detonation)，而富油(Rich)的設定，就可以令到燃燒後剩餘的燃油在汽缸中吸收熱力，以避免引擎因為爆燃而故障/死火影響飛行安全。
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當然，凡事有例外，在特定情況下，小型飛機需要以比較貧油(Lean)的設定下起飛，你知道是在什麼原因嗎？歡迎在下面留言，或邀請你的朋友作答！
2. 爬升(Climb)
在爬升期間，小型飛機通常會以比較低速(Low Speed)及高仰角(High Pitch)的姿態飛行，並採用較高的引擎功率和轉數，這個設定很容易會令到一般使用氣冷(Air Cool)的小型飛機引擎過熱，所以，一般來說，小型飛機會以富油(Rich)設定爬升，以提高引擎冷卻效能。
延續上一個問題，你知道在什麼情況下小型飛機需要以比較貧油(Lean)的設定下爬升嗎？歡迎在下面留言，或邀請你的朋友作答！
3. 巡航(Cruise)
在巡航期間，小型飛機通常以高速(High Speed)及低仰角(Low Pitch)的姿態飛行，這個情況下引擎的冷卻效能一般比較好，所以飛機就可以在比較貧油(Lean)的設定下飛行，已達至最佳的燃油效益(Specific Fuel Consumption)。
另外，當飛機爬升到高海拔高度(High Altitude)巡航的時候，空氣密度(Air Density)會降低，而飛機浮子式化油器(Float-Type Carburetor)或燃油噴注系統(Fuel Injection System)的原始燃油空氣混合比例，是基於國際標準大氣環境(International Standard Atmosphere/ISA)在海平面的空氣密度所設定，所以當飛機爬升到巡航高度時，燃油比例通常會由於空氣密度下降而比所需要比例的更富油(Over Rich)，因此，飛機師需要降低燃油比例以確保引擎效能和達至最大航程(Maximum Range)。
一般而言，最具燃油效益的活塞引擎燃油空氣混合比例約為1：15，一份汽油對十五份空氣。
4. 下降(Decent)
在下降的時候，小型飛機通常以低速(Low Speed)及低仰角(Low Pitch)的姿態飛行，這個情況下引擎的冷卻效能一般比巡航差，所以小型飛機會以富油(Rich)設定下降。
可是由於下降的時候，引擎一般會以接近怠速(Idle)的功率和轉數運行，所以，長期下降會導致引擎溫度比爬升，甚至巡航低。低溫會降低引擎的燃燒效能，使剩餘的燃油以碳(Carbon)形態積聚在汽缸內不同的地方。因此，如果要進行長時間下降(Long Descent)，會建議機師每隔一段時間短暫提升引擎功率或以比較貧油(Lean)的設定飛行，以避免火花塞積碳(Spark Plug Fouling)導致引擎性能下降甚至故障/死火。
另外一點需要注意的是，由於下降期間空氣的密度會上升，燃油空氣混合比例會自然向貧油方向發展(Leaning)，所以如果機師選擇以比較貧油(Lean)的設定開始下降，就需要每隔一段時間透過手動方式向富油方向調整(Enrich)，以維持適當比例，避免太大比例的空氣進入氣缸導致引擎故障/死火。
以上的指引實屬參考，實際飛行中燃油空氣混合比例的控制是依賴各飛機製造商出版之飛行手冊(Flight Manual/Pilot's Operating Handbook)及機師的經驗。至於如何利用各種引擎儀錶(Engine Instrument)去調較燃油空氣混合比例呢？礙於篇幅問題，請容許我稍後在第二篇文章解釋。不過如果你知道有關技巧，歡迎在下面留言一起討論！
題外話，現代民航機(Commercial Jet)的渦輪引擎(Turbine Engine)的引擎空氣燃油混合比例，多數是由全權限數位引擎控制(Full Authority Digital Engine Control/FADEC)系統監察及調較，以達致最高的能源效益同時減低機師在飛行中的工作量。
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