活塞式航空发动机

简介

工作原理

结构和分类

性能

简介

活塞式航空发动机 huosaishi hangkong fadongji

aircraft piston engine

为航空器提供飞行动力的往复式内燃机。发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推进力(见航空发动机)。

从1903年第一架飞机升空到第二次世界大战末期，所有飞机都用活塞式航空发动机作为动力装置。40年代中期在军用飞机和大型民用机上燃气涡轮发动机逐步取代了活塞式航空发动机，但小功率活塞式航空发动机比燃气涡轮发动机经济，在轻型低速飞机上仍得到应用。

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。

结构和分类

活塞式发动机主要由曲轴、连杆、活塞、汽缸、分气机构和机匣等部件组成（图1 ）。发动机前部有减速器，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

按汽缸的冷却方式发动机分为液冷式和气冷式两种。早期飞机的飞行速度很低，多采用液冷式发动机。随着飞行速度的提高,可以利用高速气流直接冷却汽缸,气冷式发动机遂得到广泛应用。发动机按汽缸排列形式又分为星型和直列型。星型发动机汽缸以曲轴为中心沿机匣向外呈辐射状均匀排列，有单排和双排等形式。直列式发动机汽缸沿机匣前后成行排列,有对缸、工字型、V型等排列形式,以星型和V型用得较多。有时按供油方式不同又将发动机分为汽化器式和直接注油式两种，其中直接注油式应用较广泛。

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。