活塞式發(fā)動機

1、活塞式航空發(fā)動機（aircraft piston engine）1、概念：往復式發(fā)動機也叫活塞發(fā)動機，是一種利用一個或者多個活塞將壓力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動能的發(fā)動機。航空活塞式發(fā)動機是利用汽油與空氣混合，在密閉的容器（氣缸）內(nèi)燃燒，膨脹作功的機械?；钊桨l(fā)動機必須帶動螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力。所以，作為飛機的動力裝置時，發(fā)動機與螺旋槳是不能分割的。 為航空器提供飛行動力的往復式內(nèi)燃機。發(fā)動機帶動空氣螺旋槳等推進器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進力。本身不能產(chǎn)生推力，只能從軸上輸出功率帶動螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推力，所以螺旋槳稱為推進器?；钊桨l(fā)動機(熱機)加螺旋槳（推進器）稱為活塞式動力裝置。最常用的往復式發(fā)動機是利

2、用汽油或者柴油燃料產(chǎn)生壓力的。通常都不止一個活塞，每個活塞都在氣缸內(nèi)，燃料空氣混合物被注入其內(nèi)，然后被點燃。 熱氣膨脹，推動活塞向后運動?；钊倪@種直線運動通過連桿和曲軸轉(zhuǎn)換成圓周運動。這種發(fā)動機經(jīng)常被通稱為內(nèi)燃機，盡管內(nèi)燃機并不必須包括活塞?，F(xiàn)在的利用并不是很多，水蒸氣是另一種叫做蒸氣式發(fā)動機的往復式發(fā)動機的能源。這種情況下是利用非常高的蒸氣壓力來驅(qū)動活塞。蒸氣能的大部分利用中，活塞發(fā)動機已經(jīng)被更為高效的渦輪機所取代，由于要求有更高的力矩活塞已經(jīng)更多的運用到轎車領域中。2、工作原理：活塞式航空發(fā)動機是一種 4沖程、電嘴點火的汽油發(fā)動機。曲軸轉(zhuǎn)動2圈,每個活塞在汽缸內(nèi)往復運動4次,每次稱1個沖

3、程。4個沖程依次為吸氣、壓縮、膨脹和排氣,合起來形成1個定容加熱循環(huán)（見工程熱力學）。發(fā)動機熱效率與壓縮比和燃燒后工質(zhì)(工作介質(zhì))溫度有關。過大的壓縮比會使工質(zhì)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并形成爆震波（見燃燒學），引起汽缸局部過熱和增大零件負荷，降低發(fā)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(fā)出的功率受到工質(zhì)溫度的限制。每升活塞排量發(fā)出的功率稱為升功率，一般為2244千瓦（3060馬力），個別發(fā)動機可達59千瓦（80馬力），活塞排量是指活塞在汽缸內(nèi)自最下端移至最上端所掃過的容積。 活塞頂

4、部在曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的位置叫上死點、最近的位置叫下死點、從上死點到下死點的距離叫活塞沖程。活塞式航空發(fā)動機大多是四沖程發(fā)動機，即一個氣缸完成一個工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個沖程，依次是進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程（工程熱力學）。曲軸轉(zhuǎn)動2圈,每個活塞在汽缸內(nèi)往復運動4次,每次稱1個沖程。四個沖程為一個循環(huán)。 發(fā)動機開始工作時，首先進入“進氣沖程”，氣缸頭上的進氣門打開，排氣門關閉，活塞從上死點向下滑動到下死點為止，氣缸內(nèi)的容積逐漸增大，氣壓降低低于外面的大氣壓。于是新鮮的汽油和空氣的混合氣體，通過打開的進氣門被吸入氣缸內(nèi)?；旌蠚怏w中汽油和空氣的比例，一般是 1比 15即燃燒一公斤

5、的汽油需要15公斤的空氣。進氣沖程完畢后，開始了第二沖程，即“壓縮沖程”。這時曲軸靠慣性作用繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，把活塞由下死點向上推動。這時進氣門也同排氣門一樣嚴密關閉。氣缸內(nèi)容積逐漸減少，混合氣體受到活塞的強烈壓縮。當活塞運動到上死點時，混合氣體被壓縮在上死點和氣缸頭之間的小空間內(nèi)。這個小空間叫作“燃燒室”。這時混合氣體的壓強加到十個大氣壓。溫度也增加到攝氏4OO度左右。壓縮是為了更好地利用汽油燃燒時產(chǎn)生的熱量，使限制在燃燒室這個小小空間里的混合氣體的壓強大大提高，以便增加它燃燒后的做功能力。 當活塞處于下死點時，氣缸內(nèi)的容積最大，在上死點時容積最?。ê笳咭彩侨紵业娜莘e）。混合氣體被壓縮的程度，可以

6、用這兩個容積的比值來衡量。這個比值叫“壓縮比”?；钊娇瞻l(fā)動機的壓縮比大約是5到8，壓縮比越大，氣體被壓縮得越厲害，發(fā)動機產(chǎn)生的功率也就越大。壓縮沖程之后是“工作沖程”，也是第三個沖程。在壓縮沖程快結(jié)束，活塞接近上死點時，氣缸頭上的火花塞通過高壓電產(chǎn)生了電火花，將混合氣體點燃，燃燒時間很短，大約0.015秒；但是速度很快，大約達到每秒30米。氣體猛烈膨脹，壓強急劇增高，可達6O到75個大氣壓，燃燒氣體的溫度到攝氏2000到 250O度。燃燒時，局部溫度可能達到三、四千度，燃氣加到活塞上的沖擊力可達15噸?；钊谌細獾膹姶髩毫ψ饔孟拢蛳滤傈c迅速運動，推動連桿也門下跑，連桿便帶動曲軸轉(zhuǎn)起來了。這

7、個沖程是使發(fā)動機能夠工作而獲得動力的唯一沖程。其余三個沖程都是為這個沖程作準備的。第四個沖程是“排氣沖程”。工作沖程結(jié)束后，由于慣性，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使活塞由下死點向上運動。這時進氣門仍舊關閉，而排氣門大開，燃燒后的廢氣便通過排氣門向外排出。 當活塞到達上死點時，絕大部分的廢氣已被排出。然后排氣門關閉，進氣門打開，活塞又由上死點下行，開始了新的一次循環(huán)。 從進氣沖程吸入新鮮混合氣體起，到排氣沖程排出廢氣止，汽油的熱能通過燃燒轉(zhuǎn)化為推動活塞運動的機械能，帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)而作功，這一總的過程叫做一個“循環(huán)”。這是一 種周而復始的運動。由于其中包含著熱能到機械能的轉(zhuǎn)化，所以又叫做“熱循環(huán)”。度量衡換算1

8、千瓦=1.3596216173039米制馬力(馬力) 1馬力等于每秒鐘把75公斤重的物體提高1米所作的功1米制馬力(馬力)=0.73549875千瓦3、結(jié)構和分類：活塞式發(fā)動機主要由曲軸、連桿、活塞、汽缸、分氣機構和機匣等部件組成。發(fā)動機前部有減速器，以降低輸出軸的轉(zhuǎn)速。大多數(shù)發(fā)動機在機匣后部裝有增壓器以提高發(fā)動機高空性能。氣缸是混合氣進行燃燒的地方。氣缸內(nèi)容納活塞作往復運動。氣缸頭上裝有點燃混合氣的電火花塞，以及進、排氣門。發(fā)動機工作時氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱片，用以擴大散熱面積。氣缸在發(fā)動機殼體上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發(fā)動機有5個、7個、9個、14個、18個或2

9、4個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數(shù)目越多發(fā)動機功率越大?；钊惺苋細鈮毫υ跉飧變?nèi)作往復運動，并通過連桿將這種運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。連桿用來連接活塞和曲軸。曲軸是發(fā)動機輸出功率的部件。曲軸轉(zhuǎn)動時，通過減速器帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生拉力。除此而外，曲軸還要帶動一些附件。氣門機構用來控制進氣門、排氣門定時打開和關閉。按汽缸的冷卻方式發(fā)動機分為液冷式和氣冷式兩種。早期飛機的飛行速度很低，多采用液冷式發(fā)動機。隨著飛行速度的提高,可以利用高速氣流直接冷卻汽缸,氣冷式發(fā)動機遂得到廣泛應用。發(fā)動機按汽缸排列形式又分為星型和直列型。星型發(fā)動機汽缸以曲軸為中心沿機匣向外呈輻射狀均勻排列，有單排和雙排等形

10、式。直列式發(fā)動機汽缸沿機匣前后成行排列,有對缸、工字型、V型等排列形式,以星型和V型用得較多。有時按供油方式不同又將發(fā)動機分為汽化器式和直接注油式兩種，其中直接注油式應用較廣泛4、輔助工作系統(tǒng) 發(fā)動機除主要部件外，還須有若干輔助系統(tǒng)與之配合才能工作。主要有進氣系統(tǒng)（為了改善高空性能，在進氣系統(tǒng)內(nèi)常裝有增壓器，其功用是增大進氣壓力）、燃油系統(tǒng)、點火系統(tǒng)（主要包括高電壓磁電機、輸電線、火花塞）、起動系統(tǒng)（一般為電動起動機）、散熱系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等。5、性能活塞式航空發(fā)動機的性能通常用轉(zhuǎn)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(fā)動機的功率和耗油率隨轉(zhuǎn)速的變化關系稱為轉(zhuǎn)速特性，又稱外部特性。在發(fā)動機上安裝定距螺旋槳時，發(fā)動機功率和耗油率隨轉(zhuǎn)速的變化關系稱螺旋槳特性。這時轉(zhuǎn)速的改變是靠控制油門桿實現(xiàn)的。發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變時，功率和耗油率隨飛行高度的變化關系稱為高度特性。由圖2 看出，由于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恒定，而大氣溫度又隨高度增加而下降，所以在此高度以下發(fā)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(fā)動機功率隨高度增加而下降。6、發(fā)展：當飛機的速度達到800公里每小時，由于螺旋槳始終在高速旋轉(zhuǎn)，槳尖部