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活塞式航空發動機
圖片來自百度

'活塞式航空發動機是指提供航空器飛行動力的往復式內燃機。一種4衝程,用火花塞點火的汽油發動機。曲軸轉動兩圈,每個活塞在氣缸內往復運動4次,完成一個循環,活塞每運動一次稱為「一個衝程」。4個衝程依次為進氣、壓縮、膨脹和排氣。它主要由曲軸、連杆、活塞、氣缸、分氣機構和機匣等部件組成。有的發動機前部裝設減速器以降低輸出軸的轉速。大多數發動機在機匣後部裝有增壓器以提高發動機高空性能。活塞式航空發動機都是多氣缸發動機,最少有4個氣缸,多者可達28個。按氣缸冷卻方式分為液冷式發動機和氣冷式發動機兩種。按氣缸排列形式又分為直列型發動機和星型發動機。以星型氣冷式發動機用得較多。

發動機使用的燃料種類

可分為輕油發動機、重油發動機。前者使用汽油、酒精等揮發性較高的燃料,後者使用柴油等揮發性較低的燃料。目前使用的航空活塞式發動機大多數是輕油發動機,但是對於重油發動機的研製成為了各國熱衷的一件事

按形成混合氣的方式區分,可分為汽化器式發動機和直接噴射式發動機。

汽化器亦稱「化油器」。發動機中用以使燃料與空氣形成可燃混合物的部件。 簡單汽化器主要由浮子室、量孔、噴管、喉管、節氣門(俗稱按混合氣着火的方式區分,可分為點燃式發動機和壓燃式發動機。前者汽缸上裝有電嘴,後者不裝電嘴。點燃式發動機也可以稱為火花點火式發動機。其依靠電火花點燃混合氣的內燃機。而壓燃式發動機是利用壓縮空氣產生的高溫點燃燃料進行燃燒的。柴油機是典型的壓燃式發動機。

活塞式航空發動機
圖片來自百度

按冷卻發動機的方式區分,可以分為氣冷式發動機和液冷式發動機。顧名思義,前者直接利用飛行中的迎面氣流來冷卻氣缸。後者利用循環流動的冷卻液來冷卻氣缸。

按氣缸排列的方式區分,可分為直列形發動機和星形發動機,如果按空氣進入氣缸以前是否增壓區分,可以分為吸氣式發動機和增壓式發動機。吸氣式發動機是指在第一個行程中,混合氣是靠自然形成的壓力差進行吸氣,增壓式是指先把氣體壓縮,提高氣體的壓力和密度,當氣門打開時靠壓力差和氣體自身的高壓來增加進氣量提高功率。其中增壓式又可分為機械增壓、渦輪增壓和最新的氣波增壓,而吸氣式發動機是沒有增壓器的。油門)等組成。汽化器向發動機提供燃油與氣體混合氣的裝置。

工作原理

活塞式航空發動機是一種 4衝程、電嘴點火的汽油發動機曲軸轉動2圈,每個活塞在汽缸內往復運動4次,每次稱1個衝程。4個衝程依次為吸氣、壓縮、膨脹和排氣,合起來形成1個定容加熱循環(見工程熱力學)。發動機熱效率與壓縮比和燃燒後工質(工作介質)溫度有關。過大的壓縮比會使工質的壓力和溫度過高,燃油可能在未被電嘴點火前就自動燃燒並形成爆震波(見燃燒學),引起汽缸局部過熱和增大零件負荷,降低發動機的可靠性。提高汽油的辛烷值(見航空燃油)是提高壓縮比、防止爆震的有效措施。航空汽油的辛烷值一般在 100以上。每個汽缸能發出的功率受到工質溫度的限制。每升活塞排量發出的功率稱為升功率,一般為22~44千瓦(30~60馬力),個別發動機可達59千瓦(80馬力),活塞排量是指活塞在汽缸內自最下端移至最上端所掃過的容積。

性能

活塞式航空發動機的性能通常用轉速特性、螺旋槳特性和高度特性表示。油門全開或進氣壓力維持不變時,發動機的功率和耗油率隨轉速的變化關係稱為轉速特性,又稱外部特性。在發動機上安裝定距螺旋槳時,發動機功率和耗油率隨轉速的變化關係稱螺旋槳特性。這時轉速的改變是靠控制油門杆實現的。發動機轉速不變時,功率和耗油率隨飛行高度的變化關係稱為高度特性。由圖2 看出,由於有增壓器對吸入空氣增壓,在某一高度以下可保持進氣壓力恆定,而大氣溫度又隨高度增加而下降,所以在此高度以下發動機的功率仍隨高度增加而略有增加。這個高度稱額定高度。在額定高度以上發動機功率隨高度增加而下降。

視頻

【航空科普】航空活塞發動機

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參考文獻