第五章航空活塞發(fā)動機(jī)的性能《航空活塞動力裝置》

航空活塞動力裝置第五章航空活塞發(fā)動機(jī)的性能目

錄第一節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)第二節(jié)發(fā)動機(jī)的使用性能

復(fù)習(xí)思考題第一節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)一、有效功率發(fā)動機(jī)用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機(jī)功率的影響：1.發(fā)動轉(zhuǎn)速：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加后，一方面單位時間內(nèi)各氣缸完成的熱循環(huán)次數(shù)增加，傳遞給曲軸更多的機(jī)械功；但另一方面，轉(zhuǎn)速增加，進(jìn)氣速度增加，摩擦損失的功率增加，帶動附件所消耗的功率也增加。試驗表明，在發(fā)動機(jī)使用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加，有效功率增加。進(jìn)氣壓力對Ne

的影響一、有效功率發(fā)動機(jī)用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機(jī)功率的影響：2.進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣溫度：進(jìn)氣壓力增加或進(jìn)氣溫度降低，都使發(fā)動機(jī)的充填量增加，燃料釋放出更多的熱能，所以有效功率增加。相反，進(jìn)氣壓力減小或進(jìn)氣溫度升高，有效功率將降低。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速對Ne

的影響一、有效功率發(fā)動機(jī)用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機(jī)功率的影響：3.大氣條件：當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度和混合比不變時，大氣壓力增加或大氣溫度降低，會使發(fā)動機(jī)充填量增加，發(fā)動機(jī)功率增加。對吸氣式發(fā)動機(jī)，經(jīng)理論推導(dǎo)有下列數(shù)量關(guān)系：1,

1）時，有效功率為1；發(fā)動機(jī)在大氣條件為狀（

2,

2）時，有效功率為

2。效功率有以下關(guān)系：式中，發(fā)動機(jī)在大氣條件為狀態(tài)

1

（

1,

1）時，有效功率為

1

；發(fā)動機(jī)在大氣條件為狀態(tài)2（

2,

2）時，有效功率為2

；m

通過實驗測出為

0.5～0.6。式中，發(fā)動機(jī)在大1

氣條件為狀態(tài)

1（態(tài)

2

2

?2

1122

?11·2或1

2

=

2

112如果大氣狀態(tài)發(fā)生變化后進(jìn)氣壓力保持不變，則：

2

=1增壓式發(fā)動機(jī)在相同的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和混合比不變時，經(jīng)理論推導(dǎo)，大氣條件的變化與發(fā)動機(jī)有12一、有效功率發(fā)動機(jī)用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機(jī)功率的影響：混合氣余氣系數(shù)：當(dāng)混合氣的余氣系數(shù)＝0.8～0.9

時，有效功率最大；余氣系數(shù)偏離此范圍時，有效功率將減小?；蜏囟龋喊l(fā)動機(jī)工作時，凡具有相對運(yùn)動的工作面不可避免地存在摩擦損失，如活塞與氣缸壁的摩擦損失；減速器內(nèi)部的摩擦損失；曲拐和氣門機(jī)構(gòu)的摩擦損失等。這些損失的存在都將發(fā)動機(jī)有效功率減小，所以應(yīng)盡可能減小其損失。摩擦損失主要受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和滑油溫度影響。由于發(fā)動機(jī)各摩擦面都有滑油進(jìn)行潤滑，只

有保持滑油溫度在適當(dāng)范圍內(nèi)，才能確?；偷酿ば赃m當(dāng)，潤滑性能最好，摩擦損失的功率最低，從而使發(fā)動機(jī)的有效功率最大。一、有效功率發(fā)動機(jī)用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機(jī)功率的影響：6.飛行速度：飛機(jī)飛行速度增加，由于相對氣流的沖壓作用，動壓轉(zhuǎn)換成靜壓，發(fā)動機(jī)充填量增加。所以發(fā)動機(jī)有效功率增加。發(fā)動機(jī)制造出來以后，它的有效功率是否符合設(shè)計值，通常通過在平衡臺上的實驗來檢查，其工作原理如圖。發(fā)動機(jī)有效功率的測量一、有效功率發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機(jī)功率的影響：6.飛行速度測量發(fā)動機(jī)有效功率時，通過在發(fā)動機(jī)輸出軸上施加一定的摩擦制動力，從而對發(fā)動機(jī)軸產(chǎn)生一制動力矩

制（相當(dāng)于螺旋槳阻力力矩），發(fā)動機(jī)對平衡臺施加的反作用力矩

制′通過平衡臺上的外力 產(chǎn)生的力矩

平衡平衡。當(dāng)制動力矩

制與發(fā)動機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力矩

旋相等時，發(fā)動輸出機(jī)的就有穩(wěn)效定功在率一定的。轉(zhuǎn)公速式如下工：作，此時通平過衡測出=

平衡×臺上的外力 、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 ，就可得到平=2旋

=

制

=

制’

=衡旋

× ×

=60×

× ×

2=

×60

×6075×

2

()二、燃油消耗率發(fā)動機(jī)產(chǎn)生1hp的有效功率，在1個小時內(nèi)所消耗的燃油重量。用為：表示，單位kg/(hp·h)，即：=式中，

時燃——發(fā)動機(jī)小時燃油消耗量；——發(fā)動機(jī)有效功率。影響因素：1.

混合氣的余氣系數(shù)：當(dāng)混合氣的余氣系數(shù)等于最佳經(jīng)濟(jì)余氣系數(shù)值（＝1.05～1.10）時，燃 油消耗率最低；當(dāng)余氣系數(shù)偏離此范圍時，燃油消耗率將增加。2.

機(jī)械損失：發(fā)動機(jī)的機(jī)械損失主要是指：摩擦損失和帶動附件所消耗的功率。機(jī)械損失越小，發(fā)動機(jī)工作效率越高，燃料熱利用率越高，燃油消耗率越低。

時燃航空活塞發(fā)動機(jī)的加速性是指快推油門桿時轉(zhuǎn)速上升的快慢程度。發(fā)動機(jī)的加速性取決于發(fā)動機(jī)有效功率 與螺旋槳負(fù)載功率 之差，即剩余功率

?

(?

=機(jī)性的，慣即:–)的大小和發(fā)動式中，?

——發(fā)動機(jī)剩余功率；速；——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量；——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)——發(fā)動機(jī)慢車轉(zhuǎn)速。影響加速性的主要因素有：=常數(shù)··?三、發(fā)動機(jī)的加速性1.燃油量增加的快慢2.大氣壓力和大氣溫度3.發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量4.氣缸頭溫度在發(fā)動機(jī)一次熱力循環(huán)中，有效功的熱當(dāng)量與燃料的理論放燃量的比值，用 表示，即式中， ——一次熱力循環(huán)中，帶動螺旋槳的有效功率； ——一次熱力循環(huán)中，燃料的

理論放熱量。發(fā)動機(jī)有效效率描述了燃料熱能的有效利用程度，評定了由熱能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動螺旋槳的有效功能量轉(zhuǎn)換過程中，能量損失的大小，是衡量發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)之一。目前，吸氣式發(fā)動機(jī)一般在

0.20～0.32；增壓式發(fā)動機(jī) 一般在

0.16～0.28。若將燃料的理論放熱量定義為

100%，則各部分的能量分配比例如圖所示。=四、發(fā)動機(jī)效率能量分配圖由于燃油消耗率和有效效率從不同側(cè)面都描述了發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，所以兩者間必然存在一定聯(lián)系。下面以發(fā)動機(jī)工作1h來計算。其中：發(fā)動機(jī)的有效功率為

（ ）；發(fā)動機(jī)的小時耗油量為

時燃（kg/h）；燃料的低

熱值為

低（kJ/kg）。發(fā)動機(jī)工作1h所輸出的有效功為 ×

3600

×

75

×

9.8（J）；時燃

×發(fā)動機(jī)工作

1h燃料的理論放熱量為

低

×

1000（J）。故由此可見，燃油消耗率與有低效效率成反比。時燃

×低

×

1000

·×

3600

×

75

×

9.8

2646===常數(shù)/四、發(fā)動機(jī)效率第二節(jié)發(fā)動機(jī)的使用性能1.吸氣式發(fā)動機(jī)的高度特性1）裝變距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機(jī)的高度特性裝有變距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機(jī)，當(dāng)高度變化時可利用螺旋槳變距來保持轉(zhuǎn)速不變。這種發(fā)動機(jī)的高度特性如上圖。高度升高時有效功率不斷減小，燃油消耗率則不斷增大。一、高度對發(fā)動機(jī)性能影響2）裝定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機(jī)的高度特性裝有定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機(jī)的高度升高時，由于槳葉角不能

改變，轉(zhuǎn)速會減小，發(fā)動機(jī)有效功率與轉(zhuǎn)速不變時相比，降低得更快。下圖上實線為帶定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機(jī)的有效功率和燃油消耗率隨高度變化的情形。為便于比較起見，同一圖上還用虛線繪出了在轉(zhuǎn)速保持不變的條件下的高度特性曲線。（上圖）變距螺旋槳的高度特性（下圖）定距螺旋槳的高度特性2.增壓式發(fā)動機(jī)的高度特性1

單速傳動增壓式發(fā)動機(jī)的高度特性單速傳動增壓式發(fā)動機(jī)的高度特性曲線，如上圖?？梢钥闯觯涸陬~定高度以下，隨著高度的升高，有效功率一直增大，燃油消耗率則不斷減?。辉陬~定高度以上，隨著高度的升高，有效功率一直減小，燃油消耗率則不斷增大。2

廢氣渦輪增壓式發(fā)動機(jī)的高度特性特性帶廢氣渦輪的增壓式發(fā)動機(jī)，從地面到額定高度范圍，通過逐漸開

大節(jié)氣門來保持進(jìn)氣壓力不變，發(fā)動機(jī)的有效功率基本不變，燃油

消耗率也基本不變。超過額定高度以后，廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速保持不變，進(jìn)氣壓力即隨高度的升高而減小，有效功率也隨高度的升高而

減小，燃油消耗率隨高度升高而增大。這種發(fā)動機(jī)的高度特性曲線如下圖。一、高度對發(fā)動機(jī)性能影響（上圖）單速傳動增壓發(fā)動機(jī)的高度特性（下圖）廢氣渦輪增壓式發(fā)動機(jī)的高度特性3.全油門高度的含義自然吸氣式發(fā)動機(jī)在全油門狀態(tài)下，有效功率隨高度上升而下降。某些地面增壓式發(fā)動機(jī)可以在地面高度油門全開，此時發(fā)動機(jī)功率最大，在相同高度下，地面增壓發(fā)動機(jī)的功率比自然吸氣式發(fā)動

機(jī)的功率大，但與吸氣式發(fā)動機(jī)的變化規(guī)律相似，發(fā)動機(jī)功率隨飛行高度上升而單調(diào)下降，如圖所示。高空增壓型發(fā)動機(jī)則可以在指定飛行高度范圍內(nèi)的各個高度上使發(fā)動機(jī)保持其最大功率。在此額定高度以上，在油門全開的情況下，進(jìn)氣壓力隨高度增加而逐漸減小，所以發(fā)動機(jī)功率逐漸減小。一、高度對發(fā)動機(jī)性能影響吸氣式及地面增壓式發(fā)動機(jī)的高度特性綜合性能曲線含義：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、飛行高度對發(fā)動機(jī)功率的影響綜合到一起。圖1所示為某吸氣式發(fā)動機(jī)的綜合性能曲線；圖2所示為某增壓式發(fā)動機(jī)的綜合性能曲線。圖中：左側(cè)曲線為在標(biāo)準(zhǔn)海平面下，轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力與發(fā)動機(jī)功率的關(guān)系；右側(cè)曲線為節(jié)氣門全開時，轉(zhuǎn)速、飛行高度、進(jìn)氣壓力與發(fā)動機(jī)功率的關(guān)系。通過發(fā)動機(jī)綜合性能曲線，我們可以清晰看出轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、飛行高度對發(fā)動機(jī)功率的影響。在實際中有廣泛的用途。二、發(fā)動機(jī)的綜合性能曲線1.起飛工作狀態(tài)起飛工作狀態(tài)是發(fā)動機(jī)使用全油門和最大轉(zhuǎn)速工作的狀態(tài)，此時發(fā)動機(jī)可發(fā)出最大使用功率。飛機(jī)在緊急起飛，短跑道起飛，高溫、高原機(jī)場起飛時，為了盡可能縮短起飛滑跑距離，可使用起飛工作狀態(tài)；飛機(jī)復(fù)飛或快速爬升時，為了獲得最大上升率，也可使用起飛工作狀態(tài)。發(fā)動機(jī)在起飛工作狀態(tài)下工作時，單位時間燃料放熱量最多，發(fā)動機(jī)溫度很高；同時發(fā)動機(jī)各機(jī)件承受的負(fù)荷也最大。因此，起飛工作狀態(tài)連續(xù)工作時間一般不超過5min

。2.額定工作狀態(tài)額定工作狀態(tài)是設(shè)計發(fā)動機(jī)所規(guī)定的基準(zhǔn)工作狀態(tài)。額定狀態(tài)常用于飛機(jī)正常起飛、大功率爬升和大速度平飛。連續(xù)使用時間通常不超過1h

。三、發(fā)動機(jī)常見的工作狀態(tài)在不同的飛行狀態(tài)下，要求發(fā)動機(jī)有不同的功率設(shè)置。不同的飛機(jī)，不同類型的螺旋槳、發(fā)動機(jī)、燃油系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)有不同的功率設(shè)置方法。設(shè)置發(fā)動機(jī)功率時，應(yīng)該參考相應(yīng)的儀表。除主要的發(fā)動機(jī)儀表，如進(jìn)氣壓力表、轉(zhuǎn)速表、燃油流量表、滑油溫度/滑油壓力表和氣缸頭溫度/排氣溫度表以外，還可參考空速表或垂直速度表。下面簡要說明主要飛行階段的發(fā)動機(jī)功率設(shè)置。四、發(fā)動機(jī)的功率設(shè)置典型的發(fā)動機(jī)控制和顯示四、發(fā)動機(jī)的功率設(shè)置1.起飛功率設(shè)置在設(shè)置之前首先應(yīng)該完成所有必須的檢查。然后將混合比桿、變距桿和油門桿推到最前以

獲得最大的發(fā)動機(jī)功率。起飛到一定高度后，

按照飛行程序適當(dāng)?shù)卣{(diào)整混合氣的油氣比或是設(shè)置發(fā)動機(jī)的爬升功率。2.爬升功率的設(shè)置3.巡航功率的設(shè)置注意應(yīng)該先收油門再收變距。當(dāng)高度較高后，應(yīng)適當(dāng)?shù)貙⒒旌媳日{(diào)貧油。隨著飛行高度的增加，進(jìn)氣壓力逐漸減小，應(yīng)適當(dāng)?shù)厍巴朴烷T保持空速或垂直速度。在巡航階段飛行員可根據(jù)所需的空速設(shè)置發(fā)動機(jī)功率，也可按照飛行手冊的巡航性能表設(shè)置發(fā)動機(jī)的功率。由于巡航狀態(tài)時間較長，燃油經(jīng)濟(jì)性是考慮的主要問題，因此選用發(fā)動機(jī)中轉(zhuǎn)速狀態(tài)工作較好。復(fù)習(xí)思考題影響發(fā)動機(jī)有效