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活塞式航空发动机
图片来自百度

'活塞式航空发动机是指提供航空器飞行动力的往复式内燃机。一种4冲程,用火花塞点火的汽油发动机。曲轴转动两圈,每个活塞在气缸内往复运动4次,完成一个循环,活塞每运动一次称为“一个冲程”。4个冲程依次为进气、压缩、膨胀和排气。它主要由曲轴、连杆、活塞、气缸、分气机构和机匣等部件组成。有的发动机前部装设减速器以降低输出轴的转速。大多数发动机在机匣后部装有增压器以提高发动机高空性能。活塞式航空发动机都是多气缸发动机,最少有4个气缸,多者可达28个。按气缸冷却方式分为液冷式发动机和气冷式发动机两种。按气缸排列形式又分为直列型发动机和星型发动机。以星型气冷式发动机用得较多。

发动机使用的燃料种类

可分为轻油发动机、重油发动机。前者使用汽油、酒精等挥发性较高的燃料,后者使用柴油等挥发性较低的燃料。目前使用的航空活塞式发动机大多数是轻油发动机,但是对于重油发动机的研制成为了各国热衷的一件事

按形成混合气的方式区分,可分为汽化器式发动机和直接喷射式发动机。

汽化器亦称“化油器”。发动机中用以使燃料与空气形成可燃混合物的部件。 简单汽化器主要由浮子室、量孔、喷管、喉管、节气门(俗称按混合气着火的方式区分,可分为点燃式发动机和压燃式发动机。前者汽缸上装有电嘴,后者不装电嘴。点燃式发动机也可以称为火花点火式发动机。其依靠电火花点燃混合气的内燃机。而压燃式发动机是利用压缩空气产生的高温点燃燃料进行燃烧的。柴油机是典型的压燃式发动机。

活塞式航空发动机
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按冷却发动机的方式区分,可以分为气冷式发动机和液冷式发动机。顾名思义,前者直接利用飞行中的迎面气流来冷却气缸。后者利用循环流动的冷却液来冷却气缸。

按气缸排列的方式区分,可分为直列形发动机和星形发动机,如果按空气进入气缸以前是否增压区分,可以分为吸气式发动机和增压式发动机。吸气式发动机是指在第一个行程中,混合气是靠自然形成的压力差进行吸气,增压式是指先把气体压缩,提高气体的压力和密度,当气门打开时靠压力差和气体自身的高压来增加进气量提高功率。其中增压式又可分为机械增压、涡轮增压和最新的气波增压,而吸气式发动机是没有增压器的。油门)等组成。汽化器向发动机提供燃油与气体混合气的装置。

工作原理

活塞式航空发动机是一种 4冲程、电嘴点火的汽油发动机曲轴转动2圈,每个活塞在汽缸内往复运动4次,每次称1个冲程。4个冲程依次为吸气、压缩、膨胀和排气,合起来形成1个定容加热循环(见工程热力学)。发动机热效率与压缩比和燃烧后工质(工作介质)温度有关。过大的压缩比会使工质的压力和温度过高,燃油可能在未被电嘴点火前就自动燃烧并形成爆震波(见燃烧学),引起汽缸局部过热和增大零件负荷,降低发动机的可靠性。提高汽油的辛烷值(见航空燃油)是提高压缩比、防止爆震的有效措施。航空汽油的辛烷值一般在 100以上。每个汽缸能发出的功率受到工质温度的限制。每升活塞排量发出的功率称为升功率,一般为22~44千瓦(30~60马力),个别发动机可达59千瓦(80马力),活塞排量是指活塞在汽缸内自最下端移至最上端所扫过的容积。

性能

活塞式航空发动机的性能通常用转速特性、螺旋桨特性和高度特性表示。油门全开或进气压力维持不变时,发动机的功率和耗油率随转速的变化关系称为转速特性,又称外部特性。在发动机上安装定距螺旋桨时,发动机功率和耗油率随转速的变化关系称螺旋桨特性。这时转速的改变是靠控制油门杆实现的。发动机转速不变时,功率和耗油率随飞行高度的变化关系称为高度特性。由图2 看出,由于有增压器对吸入空气增压,在某一高度以下可保持进气压力恒定,而大气温度又随高度增加而下降,所以在此高度以下发动机的功率仍随高度增加而略有增加。这个高度称额定高度。在额定高度以上发动机功率随高度增加而下降。

视频

【航空科普】航空活塞发动机

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参考文献