《固定翼無人機(jī)技術(shù)》課件-課程教案13-第十三章 航空活塞動(dòng)力裝置 11-18

固定翼無人機(jī)技術(shù)固定翼無人機(jī)技術(shù)教師年級授課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容第十三章航空活塞動(dòng)力裝置授課類型現(xiàn)場講授學(xué)情分析教材分析教學(xué)目標(biāo)知識與技能了解航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的分類掌握活塞發(fā)動(dòng)機(jī)基本原理掌握航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造了解航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)性能掌握航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工作系統(tǒng)過程與方法1、講授法2、討論法3、直觀演示法4、讀書指導(dǎo)法5、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法6、現(xiàn)場教學(xué)法7、自主學(xué)習(xí)法教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)基本原理（基本術(shù)語，四行程工作循環(huán)，混合氣不正常燃燒）航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造（構(gòu)造和機(jī)件，增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)）航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工作系統(tǒng)（燃油系統(tǒng)，點(diǎn)火和啟動(dòng)系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)）教學(xué)難點(diǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)基本原理（基本術(shù)語，四行程工作循環(huán)，混合氣不正常燃燒）航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造（構(gòu)造和機(jī)件，增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)）知識框架圖教學(xué)過程主備從備（教師姓名）[課堂引入]引入：這一部分首先讓大家對航空活塞動(dòng)力裝置有個(gè)整體了解，航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)分類，基本原理，構(gòu)造，性能，工作系統(tǒng)等等。[教學(xué)內(nèi)容]航空活塞動(dòng)力裝置思考：航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)一般有哪些分類方法和類型？火花點(diǎn)火式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)行程中，哪個(gè)行程，通過什么方式將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能？航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)由哪些主要機(jī)件組成？構(gòu)造上有何特點(diǎn)？簡述四行程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作過程？余氣系數(shù)的物理意義是什么？為什么在低溫條件下啟動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)要多注點(diǎn)油？為什么活塞發(fā)動(dòng)機(jī)降低功率時(shí)，不能收油門過猛？什么叫早燃？主要現(xiàn)象和危害是什么？使用中應(yīng)注意哪些問題？什么叫爆震？有何特點(diǎn)？主要現(xiàn)象和危害是什么？10.使用中如何防止發(fā)動(dòng)機(jī)爆震？出現(xiàn)爆震后如何處置？11.簡述辛烷值和級數(shù)的意義？12.影響發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的因素有哪些？各是如何影響的？13.哪些因素影響航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率？14.甲發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出有效功率為150kW，燃油消耗量為60（kg/h），乙發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出有效功率為60kW，燃油消耗量為15（kg/h）。試比較上述兩臺發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性的好壞。15.什么是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性，吸氣式和增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性分別是什么樣的？16.什么是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳特性，吸氣式和增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳特性分別是什么樣的？17.什么是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性，吸氣式和增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性分別是什么樣的？18.什么是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓特性，有什么規(guī)律？13.1航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)分類活塞發(fā)動(dòng)機(jī)（pistonengine）是依靠在氣缸中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使氣體工質(zhì)完成熱力循環(huán)，并將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的動(dòng)力裝置。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)用作航空動(dòng)力已經(jīng)有100多年的歷史了，在航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展過程中，隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求的牽引，發(fā)展出了各種類型的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。從不同的角度看，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)有不同的分類方法。一、按混合氣形成的方式劃分根據(jù)氣缸內(nèi)混合氣形成方式，航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)可分為汽化器式發(fā)動(dòng)機(jī)和直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。汽化器式發(fā)動(dòng)機(jī)裝有汽化器（見圖13-1），汽化器是發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)氣門（俗稱油門）等組成。燃料與空氣在汽化器內(nèi)混合，形成可以燃燒的混合氣，再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃燒。汽化器工作時(shí)按發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的要求，提供相應(yīng)數(shù)量的燃油，使燃油霧化并與空氣均勻混合得到一定成分的可燃混合氣，以便良好燃燒，保證發(fā)動(dòng)機(jī)各工況間的順利過渡。汽化器式燃料供給裝置結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格便宜、維修方便，但它的最大缺點(diǎn)是不能精確控制混合氣的濃度，造成燃燒不完全；由于結(jié)構(gòu)中有喉管的存在，會(huì)使進(jìn)氣阻力增加；還存在著各缸分配汽油不均勻，易產(chǎn)生氣阻和結(jié)冰等現(xiàn)象。直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)中裝有直接噴射裝置（見圖13-2），無汽化器結(jié)構(gòu)，燃料由直接噴射裝置直接噴入氣缸，混合氣在氣缸燃燒室內(nèi)形成（有的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴到進(jìn)氣門處）。直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式保證了汽油霧化效果好、燃油量控制精確、工作可靠性高，但同時(shí)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)維修成本較高。目前，功率較小的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)多為汽化器式，功率較大的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)則既有汽化器式，也有直接噴射式的。二、按發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻方式劃分根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方式的不同，航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)可分為氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)（見圖13-3左）和液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)（見圖13-3右）。氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)（也稱風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)）直接利用飛行中的迎面氣流對氣缸直接進(jìn)行冷卻，氣流流經(jīng)氣缸周邊與散熱片進(jìn)行熱交換，從而達(dá)到使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻降溫。這種發(fā)動(dòng)機(jī)中間的曲軸是固定的，工作時(shí)曲軸周圍的一圈氣缸圍繞著固定的曲軸旋轉(zhuǎn)。液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的廢熱是經(jīng)由環(huán)繞在氣缸外圍的冷卻液管線排除，冷卻液在收集氣缸的熱量之后會(huì)與外界的空氣進(jìn)行熱量交換，溫度降低后冷卻液會(huì)回到儲(chǔ)存箱中繼續(xù)循環(huán)運(yùn)作，由于需要在機(jī)體上增加冷卻液循環(huán)相關(guān)裝置，此類發(fā)動(dòng)機(jī)體型較大。冷卻液通常采用水、乙二醇或乙二醇和水的混合物。目前，功率較小的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)多為氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，功率較大的則既有氣冷式，也有液冷式的。三、按氣缸的排列方式劃分，可把航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)歸納為直列型和星型。直列型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸在機(jī)匣上從前到后排列成行，又可分為單排直列型、水平對置型和H型、V型或X型等形式。目前使用中最常見的直列型發(fā)動(dòng)機(jī)為水平對置型（見圖13-4），氣缸在機(jī)匣的左右兩側(cè)各排成一行，彼此相對，這種發(fā)動(dòng)機(jī)有四缸、六缸和八缸等，此類發(fā)動(dòng)機(jī)由于受結(jié)構(gòu)影響，后排氣缸氣冷效果不好，多為液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，體型較大。星型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸沿著機(jī)匣的周圍均勻排列，氣缸以曲軸為中心，向外呈輻射狀安裝。此類發(fā)動(dòng)機(jī)有單層、雙層和多層等不同形式，單層分為五缸、七缸和九缸三種。目前使用中最常見的星型發(fā)動(dòng)機(jī)為單層星型和雙層星型（見圖13-5）。四、按空氣進(jìn)入氣缸前是否增壓劃分根據(jù)空氣在進(jìn)入氣缸之前是否進(jìn)行增壓，航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)分為增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)和吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，外界空氣是在不通過任何增壓器的情況下，只靠大氣壓力將空氣壓入氣缸。增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)裝有渦輪增壓器，根據(jù)動(dòng)力來源一般分為機(jī)械增壓和廢氣增壓兩類，增壓器主動(dòng)壓縮空氣（提高進(jìn)氣壓力和密度）來提高進(jìn)氣量，空氣先經(jīng)增壓器再進(jìn)入氣缸參與燃燒做功，見圖13-6。受大氣壓力影響，增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)常用在飛行高度較高（空氣密度低、大氣壓力低）的飛機(jī)上，而吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)則常用在飛行高度較低的飛機(jī)上。五、按發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是否帶有減速器劃分根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與螺旋槳間是否帶有減速器（圖13-7），航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)可分為直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)和非直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)。直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接驅(qū)動(dòng)，即螺旋槳轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速一致。非直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過減速器驅(qū)動(dòng)，見圖13-7，即減速器對發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速按比例縮小后再傳導(dǎo)給螺旋槳。直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)常裝在小功率發(fā)動(dòng)機(jī)上，非直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)常裝在大功率發(fā)動(dòng)機(jī)上。六、按混合氣點(diǎn)燃方式按混合氣著火的方式區(qū)分，可分為點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)也可以稱為火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，裝有電嘴結(jié)構(gòu)（火花塞），是依靠電火花點(diǎn)燃混合氣的內(nèi)燃機(jī)，汽油機(jī)都是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)是利用壓縮空氣產(chǎn)生的高溫點(diǎn)燃燃料，使之進(jìn)行燃燒，柴油機(jī)是典型的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)；一些煤油機(jī)也是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的分類方式多種多樣，以上分類方式都只僅僅反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的某一方面，對具體發(fā)動(dòng)機(jī)的全稱應(yīng)綜合其全面特點(diǎn)。例如，裝在國產(chǎn)運(yùn)五飛機(jī)上的活塞五型航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其全稱為：九缸、星型、氣冷式、汽化器式、增壓式、非直接驅(qū)動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。13.2基本原理航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這個(gè)轉(zhuǎn)變過程是通過熱力循環(huán)（奧托循環(huán)、狄賽爾循環(huán)）實(shí)現(xiàn)的。熱力循環(huán)具體到活塞發(fā)動(dòng)機(jī)則是由活塞運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)行程來完成的?；钊l(fā)動(dòng)機(jī)工作過程就是，工質(zhì)氣體不斷地燃燒，不斷對氣缸內(nèi)活塞做功，使發(fā)動(dòng)機(jī)不斷輸出機(jī)械功。這一切都依賴于燃料的可靠燃燒，因此必須確?？煽康狞c(diǎn)火源。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，是由活塞運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。活塞運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程而完成一個(gè)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)，叫四行程發(fā)動(dòng)機(jī)?；钊?jīng)過兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為二行程發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)大部分屬于四行程發(fā)動(dòng)機(jī)。超輕型飛機(jī)特別是低空短航時(shí)無人機(jī)有些采用二行程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。13.2.1基本術(shù)語發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過連桿連接，使曲軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了描述活塞的運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)常用名詞如圖13-9所示。上止點(diǎn)：活塞頂距曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處的位置。下止點(diǎn)：活塞頂距曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近處的位置。曲軸轉(zhuǎn)角：曲臂中心線與氣缸中心線的夾角，用來描述發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)活塞的位置?；钊谐蹋荷现裹c(diǎn)與下止點(diǎn)間的距離。燃燒室容積：活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂與氣缸頭之間形成的容積。氣缸總?cè)莘e：活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂與氣缸頭之間形成的容積?？捎脕砻枋霭l(fā)動(dòng)機(jī)做功的能力。曲柄半徑：曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷距離。氣缸工作容積：上下止點(diǎn)間掃過的容積。內(nèi)燃機(jī)排量：所有氣缸工作容積之和。壓縮比：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值。完整工作循環(huán)：進(jìn)氣過程-壓縮過程-做功過程-排氣過程。13.2.2四行程發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)這里以奧托循環(huán)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為例介紹?；钊狡桶l(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞不斷重復(fù)進(jìn)氣行程、壓縮行程、膨脹行程和排氣行程，如圖2-26所示。每完成一次能量轉(zhuǎn)換，活塞就運(yùn)動(dòng)了四個(gè)行程，發(fā)動(dòng)機(jī)便完成一次工作循環(huán)，曲軸共轉(zhuǎn)了兩圈（4×180°=720°）。（a）進(jìn)氣行程進(jìn)氣行程的作用是使氣缸內(nèi)充滿新鮮混合氣。進(jìn)氣行程開始時(shí)，活塞位于上止點(diǎn)，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉?；钊谇S的帶動(dòng)下，由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，氣缸容積不斷增大，新鮮混合氣被吸入氣缸，如圖13-10（a）所示。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)半圈（180°），活塞到達(dá)下止點(diǎn)，進(jìn)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣行程結(jié)束。（b）壓縮行程壓縮行程的作用是對氣缸內(nèi)的新鮮混合氣進(jìn)行壓縮，為混合氣燃燒后膨脹做功創(chuàng)造條件。壓縮行程開始時(shí)，活塞位于下止點(diǎn)，進(jìn)、排氣門關(guān)閉?；钊谇S的帶動(dòng)下，由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，氣缸容積不斷縮小，混合氣受到壓縮，如圖13-10（b）所示，氣體的溫度和壓力不斷升高。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)半圈，活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，壓縮行程結(jié)束。在理論上當(dāng)壓縮行程結(jié)束的一瞬間，電火花將混合氣點(diǎn)燃并完全燃燒，放出熱能，氣體壓力和溫度急劇升高。（c）膨脹行程膨脹行程的作用是使燃料的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。膨脹行程開始時(shí)，活塞位于上止點(diǎn)，進(jìn)、排氣活門關(guān)閉著。燃燒后的高溫高壓燃?xì)饷土遗蛎?，推?dòng)活塞，使活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖13-10（c）所示。這樣，燃?xì)鈱钊阕隽斯?。在膨脹行程中，氣缸容積不斷增大，燃?xì)獾膲毫Α囟炔粩嘟档?，熱能不斷的轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，曲軸旋轉(zhuǎn)了半圈，膨脹行程結(jié)束，燃?xì)庖沧兂闪藦U氣。（d）排氣行程排氣行程的作用是廢氣排出氣缸，以便再次充入新鮮混合氣。排氣行程開始時(shí)，活塞位于下止點(diǎn)，排氣門打開，進(jìn)氣仍關(guān)閉著?；钊磺S帶動(dòng)，由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，廢氣被排出氣缸，如圖13-10（d）所示。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)了半圈，活塞到達(dá)上止點(diǎn)，排氣行程結(jié)束，排氣門關(guān)閉。13.2.3混合氣的不正常燃燒混合氣的不正常燃燒是指破壞發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的一些燃燒現(xiàn)象，如過貧油燃燒、過富油燃燒、早燃和爆震燃燒等。這些不正常燃燒現(xiàn)象的發(fā)生，將會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常，不但影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時(shí)還可損壞機(jī)件，造成事故，危及飛行安全。（一）混合氣的過貧油或過富油燃燒描述混合氣中油和空氣成分的參數(shù)主要為余氣系數(shù)和油氣比。1.余氣系數(shù)1kg燃料完全燃燒所需要的最少空氣量，叫做理論空氣量，用L理表示。燃料的種類不同，理論空氣量的數(shù)值也就不同。任何一種燃料的理論空氣量都可由燃燒的化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算出來。常規(guī)大氣條件下，氧在空氣中的質(zhì)量含量約為23.2%，經(jīng)計(jì)算，航空汽油的理論空氣量為15.1千克空氣/千克汽油，即完全燃燒1kg汽油需要15.1kg空氣配合，航空煤油的理論空氣量為14.7千克空氣/千克煤油。所以近似地講，在常規(guī)大氣條件下完全燃燒1kg汽油或煤油所需要的最少空氣量為15kg。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的實(shí)際燃燒，混合氣中的空氣量和燃油量都可能變化。實(shí)際同1kg燃料混合燃燒的空氣量叫做實(shí)際空氣量，用L實(shí)表示。實(shí)際空氣量不一定等于理論空氣量。余氣系數(shù)就是混合氣中實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值，用α表示，即：如果混合氣中實(shí)際空氣量小于理論空氣量，則α＜1?；旌蠚馊紵龝r(shí)，由于氧氣不足，燃料富裕，燃料不能實(shí)現(xiàn)完全燃燒，這種混合氣叫做富油混合氣。余氣系數(shù)比1小得越多，表示混合氣越富油。如果混合氣中實(shí)際空氣量大于理論空氣量，則α＞1?；旌蠚馊紵龝r(shí)，由于氧氣有剩余，燃料能夠完全燃燒，這種混合氣叫做貧油混合氣。余氣系數(shù)比1大得越多，表示混合氣越貧油。如果混合氣中實(shí)際空氣量等于理論空氣量，則α＝1?；旌蠚馊紵龝r(shí)，燃料能夠完全燃燒，氧氣也沒有剩余?；旌蠚饧炔回氂鸵膊桓挥停@種混合氣叫做理論混合氣?？梢?，余氣系數(shù)的大小可以直觀反映混合氣貧油、富油程度，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的重要參數(shù)。如果混合氣的余氣系數(shù)α>1.1，則為過貧油燃燒；如果混合氣的余氣系數(shù)α<0.6，則為過富油燃燒。在發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用中，因燃油系統(tǒng)故障，飛行員使用不當(dāng)，特定的氣象條件等原因，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)過貧油或過富油燃燒現(xiàn)象。1.過貧油燃燒時(shí)的現(xiàn)象和危害發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小，經(jīng)濟(jì)性變差?；旌蠚膺^貧油燃燒時(shí)，混合氣放熱量和火焰?zhèn)鞑ニ俣榷紲p小，燃?xì)獾呐蛎涀龉δ芰Ρ幌魅?，燃?xì)馀蛎洸粡氐?，熱損失增加。導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小，經(jīng)濟(jì)性變差，嚴(yán)重時(shí)還可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)熄火、停車。氣缸頭溫度降低。圖13-11為某活塞發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭溫度隨余氣系數(shù)的變化，可知，混合氣余氣系數(shù)約等于0.97時(shí)，氣缸頭溫度最高，偏離此值氣缸頭溫度都會(huì)降低。所以混合氣過貧油燃燒時(shí)，氣缸頭溫度降低。發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)?；旌蠚膺^貧油時(shí)，由于混合不均，不同氣缸、不同工作循環(huán)、同一氣缸的不同區(qū)域，其貧油程度都不相同，會(huì)引起燃?xì)鈮毫Υ笮〔坏?，作用在曲軸上的力不均勻，引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。排氣管發(fā)出短促而尖銳的噪音。由于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏p小，殘余燃繞持續(xù)時(shí)間延長，一部分混合氣在排氣過程中尚在燃燒，流過排氣管時(shí)便會(huì)發(fā)出短促而尖銳的聲音。如果在夜間，還可看到在排氣管口冒出的淡紅色（或淡黃色）的火舌，這表示混合氣流出排氣管時(shí)還在燃燒。汽化器回火。汽化器式發(fā)動(dòng)機(jī)，混合氣過貧油燃燒時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，少部分混合氣在排氣過程后期，進(jìn)氣門已打開時(shí)，仍在繼續(xù)燃燒。此時(shí)，新鮮混合氣會(huì)被殘余的火焰點(diǎn)燃，如果此時(shí)的火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥谶M(jìn)氣管內(nèi)氣流流速，火焰就會(huì)竄入進(jìn)氣管，沿管路一直燒到汽化器，嚴(yán)重時(shí)可能造成火災(zāi)。發(fā)生汽化器回火，應(yīng)立即前推油門桿開大節(jié)氣門，使進(jìn)氣流速增加，將火焰吸入氣缸，消除回火。2.過富油燃燒時(shí)的現(xiàn)象和危害混合氣過富油燃燒時(shí)，燃料不能完全燃燒，混合氣的放熱量減小、火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小，經(jīng)濟(jì)性變差，氣缸頭溫度降低，與過貧油混合氣類似，過富油混合氣也存在混合不均，富油程度不一致。最終使氣缸內(nèi)燃?xì)鈮毫Υ笮〔坏?，也?huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。但過富油燃燒與過貧油燃燒比較，過富油燃澆也有其不同的現(xiàn)象。（1）氣缸內(nèi)部積炭?；旌蠚膺^富油燃燒時(shí)，汽油中的碳不能燒盡，一部分殘余的碳就會(huì)積聚在活塞頂、氣缸壁、電嘴和氣門等處，這種現(xiàn)象叫做積炭。積碳都使發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小，經(jīng)濟(jì)性變差，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障。活塞頂和氣缸壁上積炭，使導(dǎo)熱性變差，散熱不良，從而造成這些機(jī)件局部過熱；電嘴上積炭，還會(huì)使電火花能量減弱，甚至使電嘴不能跳火；氣門上積炭，則可能使氣門關(guān)閉不嚴(yán)，以致漏氣，甚至過熱燒壞氣門。（2）排氣管冒黑煙和“放炮”。過富油混合氣燃燒不完全，廢氣中含有大量未燃或正在燃燒的碳，所以從排氣管排出的廢氣中帶有濃密的黑煙，在夜間還可看到排氣管口排出長而紅的火舌。廢氣中剩余的可燃物質(zhì)，在排氣管口與外界空氣相遇，發(fā)生復(fù)燃，產(chǎn)生一種類似放火炮的聲音，這種現(xiàn)象叫做排氣管“放炮”。不同混合比的混合氣燃燒時(shí)，排氣管口的火苗形狀見圖13-12所示。飛行中，若減小功率時(shí)收油門過猛，此時(shí)節(jié)氣門迅速關(guān)小，空氣量驟然減少，而燃油量因系統(tǒng)慣性使其減小滯后，容易造成暫時(shí)的混合氣過富油，而發(fā)生排氣管“放炮”現(xiàn)象。所以飛行中，操縱油門要柔和。（二）早燃壓縮過程中，如果在電嘴跳火以前，混合氣的溫度已達(dá)到著火溫度，混合氣就會(huì)自行燃燒。這種發(fā)生在正常點(diǎn)火以前的自燃現(xiàn)象，叫做早燃。早燃的現(xiàn)象、危害與提前點(diǎn)火角過大時(shí)類似。早燃發(fā)生后，氣體壓力升高過早，壓縮行程消耗的功增大，同時(shí)燃?xì)馍釗p失增加，所以發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小，經(jīng)濟(jì)性變差。對多氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)，如果某些氣缸發(fā)生早燃，因曲拐機(jī)構(gòu)受力不均勻，會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈的振動(dòng)。若發(fā)動(dòng)機(jī)在小轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生早燃，此時(shí)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣性較小，過大的燃?xì)鈮毫?huì)引起曲軸倒轉(zhuǎn)，損壞機(jī)件。因此，必須防止發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生早燃。（三）爆震在一定的條件下，氣缸內(nèi)混合氣的正常燃燒遭到破壞而在未燃混合氣的局部出現(xiàn)具有爆炸性的燃燒現(xiàn)象，叫做爆震燃燒，簡稱爆震。爆震時(shí)瞬間的火焰?zhèn)鞑ニ俣?、局部燃?xì)鈮毫蜏囟榷歼h(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常燃燒時(shí)的數(shù)值，瞬間火焰?zhèn)鞑ニ俣葀p可達(dá)2000m/s，局部燃?xì)鈮毫蛇_(dá)100～120kgf/cm2，局部燃?xì)鉁囟瓤蛇_(dá)3300K以上。1.爆震發(fā)生時(shí)的現(xiàn)象和后果（1）發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)發(fā)出不規(guī)則的金屬敲擊聲，這是由于爆震燃燒產(chǎn)生的爆震波猛烈碰擊氣缸壁和活塞頂發(fā)出的聲音，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作中該聲音會(huì)被正常的工作噪聲所掩蓋。（2）氣缸局部溫度急劇升高，活塞、氣門及電嘴等機(jī)件過熱或燒損。（3）排氣總管周期性冒黑煙。這是由于某氣缸爆震產(chǎn)生的局部高溫，使燃燒產(chǎn)物離解，游離出的碳隨廢氣排出形成的。（4）發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，機(jī)件易損壞。這是由于爆震產(chǎn)生的局部高壓作用在活塞上，曲拐機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊而引起的。發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小，經(jīng)濟(jì)性變差，轉(zhuǎn)速下降。由于燃燒產(chǎn)物的離解，燃料不完全燃燒；同時(shí)熱損失增加，熱利用率降低，最終引起發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小，經(jīng)濟(jì)性變差，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)使用中爆震危害非常大，是不允許發(fā)生的。2.爆震產(chǎn)生的原因

目前關(guān)于爆震的理論還不十分成熟，解釋爆震比較完善的理論是“過氧化物”理論，其基本論點(diǎn)是：認(rèn)為爆震的產(chǎn)生是由于氣缸內(nèi)部未燃混合氣在火焰前鋒到達(dá)以前，局部已經(jīng)形成了大量的，化學(xué)性質(zhì)活潑的過氧化物的緣故。即未燃區(qū)混合氣中的過氧化物生成速度很大，濃度積累到一定的時(shí)候，在火焰前鋒未到達(dá)之前，未燃區(qū)中受到擠壓特別厲害的那部分混合氣，將發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而自行著火，這個(gè)自燃火焰的傳播速度極大，局部燃?xì)獾膲毫蜏囟燃眲∩仙胶芨叩闹?，形成爆炸性燃燒?.燃料的抗爆性活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)是否發(fā)生爆震，與所采用的燃料性質(zhì)有密切關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)使用某種燃料將會(huì)發(fā)生爆震，而使用另一種燃料就不易發(fā)生爆震。這說明燃料本身性質(zhì)具有抵抗、阻止爆震發(fā)生的性能。燃料的這種性能就叫做抗爆性。燃料的抗爆性與混合氣的成分有很大的關(guān)系。同一種燃料，混合氣的余氣系數(shù)不同，抗爆性也就不同。通常當(dāng)混合氣余氣系數(shù)α=1時(shí)，燃料的抗爆性用辛烷值表示，辛烷值越大，抗爆性越好；當(dāng)混合氣余氣系數(shù)α=0.6時(shí)，燃料的抗爆性用級數(shù)表示，級數(shù)越高，抗爆性越強(qiáng)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的抗爆性，應(yīng)同時(shí)滿足余氣系數(shù)不同時(shí)的抗爆性要求，既要有足夠的辛烷值，又要具備一定的級數(shù)。（1）辛烷值的意義及測定。燃料當(dāng)中，有一種抗爆性很強(qiáng)的燃料，叫異辛烷（C8H18），將它的辛烷值規(guī)定為100；還有一種抗爆性很弱的燃料，叫正庚烷（C7H16），將它的辛烷值規(guī)定為0。將這兩種燃料按不同的容積比例混合，就可得到各種不同辛烷值的燃料，這些燃料就具有不同的抗爆性。例如，將70%容積的異辛烷和30%容積的正庚烷混合，得到的混合燃料的辛烷數(shù)是70等。因此，辛烷數(shù)就是混合燃料中異辛烷所占容積的百分?jǐn)?shù)。然而，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的燃料是汽油，并不是直接使用上述的混合燃料。那么汽油的辛烷值該如何確定呢？汽油的辛烷值是由試驗(yàn)比較法確定的。試驗(yàn)時(shí)，將被測定的汽油和上述按某種比例混合燃料的余氣系數(shù)調(diào)整到1，如果它們都使同一臺發(fā)動(dòng)機(jī)在相同的壓縮比下發(fā)生爆震，就說明兩種燃料的抗震性相同。那么，混合燃料的辛烷數(shù)就定為被測定汽油的辛烷值。（2）級數(shù)的意義及測定。辛烷值表示的是α=1時(shí)燃料的抗爆性，也就是代表發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣在貧油時(shí)的抗爆性。而發(fā)動(dòng)機(jī)大功率時(shí)常采用富油混合氣，富油時(shí)燃料的抗爆性是用級數(shù)來表示的。在確定汽油級數(shù)時(shí)，將被測汽油和純異辛烷分別作為同一臺增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，將兩種燃料混合氣的余氣系數(shù)都調(diào)整到α=0.6，增大進(jìn)氣壓力直到發(fā)動(dòng)機(jī)剛發(fā)生爆震時(shí)，記下氣缸的平均指示壓力（爆震開始時(shí)氣缸的平均壓力）。若發(fā)動(dòng)機(jī)用純異辛烷工作，記得的平均指示壓力為20kgf/cm2；若發(fā)動(dòng)機(jī)用被測汽油工作時(shí)，平均指示壓力為26kgf/cm2，那么該汽油的級數(shù)為：可見，汽油的級數(shù)就是在不發(fā)生爆震的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)使用該汽油所能得到的最大平均指示壓力與使用異辛烷工作時(shí)所能得到的最大平均指示壓力的百分比。汽油的辛烷值和級數(shù)同時(shí)表示汽油的抗爆性時(shí)，用分子表示其辛烷值，分母表示其級數(shù)。例如，辛烷值為95，級數(shù)為130的汽油表示為：RH-95/130。通常汽油的辛烷值在95以上，才標(biāo)明其級數(shù)。RH-70汽油是沒有加抗爆劑的純汽油。辛烷值大于70才加入了抗爆鉛水。4.發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況對爆震的影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況方面的因素，是指與發(fā)動(dòng)機(jī)工作有關(guān)的進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、氣缸頭溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和提前點(diǎn)火角等。這些因素的變化，都會(huì)改變混合氣中過氧化物活性中心濃度的大小，因而與爆震有直接的關(guān)系。以下做具體分析：（1）進(jìn)氣壓力和溫度的影響。進(jìn)氣壓力和溫度過高，混合氣被壓縮后的壓力和溫度也就過高，燃燒較晚的那部分混合氣產(chǎn)生的過氧化物也會(huì)增得更多，容易發(fā)生爆震。（2）氣缸頭溫度的影響。氣缸頭溫度過高，氣缸中混合氣受熱程度大，溫度升高得就多些，產(chǎn)生的過氧化物濃度也增大，容易爆震。必須保持氣缸的良好散熱性，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。在一定的進(jìn)氣壓力下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，氣缸內(nèi)湍流強(qiáng)度增強(qiáng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃?，燃燒時(shí)間縮短，燃燒較晚的那部分混合氣的過氧化物還來不及增加到一定的值，便已完全燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)則不容易發(fā)生爆震。相反，在同一條件下，減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，則比較容易發(fā)生爆震。（4）提前點(diǎn)火角。提前點(diǎn)火角過大，混合氣邊壓縮、邊燃燒，混合氣壓力和溫度升高得快，過氧化物生成積累得多，發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生爆震。5.防止爆震的方法（1）按規(guī)定使用燃料，切忌使用辛烷值和級數(shù)低于規(guī)定值的燃料，向油箱加油時(shí)必須檢查所加油料是否符合規(guī)定。（2）操縱使用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，不可使進(jìn)氣溫度過高；同時(shí)應(yīng)按規(guī)定使用進(jìn)氣壓力，使用最大進(jìn)氣壓力的連續(xù)工作時(shí)間不得超過規(guī)定時(shí)間。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)在小轉(zhuǎn)速工作時(shí)，不應(yīng)使用大的進(jìn)氣壓力，以免燃?xì)鈮毫囟冗^高引發(fā)爆震。（4）發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不能過高，不能超過規(guī)定值，發(fā)動(dòng)機(jī)在大功率狀態(tài)工作時(shí)間不能太長，以免造成發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。（5）避免發(fā)動(dòng)機(jī)積炭。機(jī)件積炭，造成氣缸散熱不良，容易使混合氣局部過熱；積炭過多時(shí)，使燃燒室容積變小，壓縮比變大，壓力溫度增高，都易引起爆震。防止積炭，應(yīng)使混合氣不要過富油。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)間一旦發(fā)生爆震，可采取以下措施：（1）把變距桿前推，減輕螺旋槳負(fù)荷，加大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。（2）后拉油門桿，減小進(jìn)氣壓力。（3）加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱，這樣可以減弱或消除爆震。13.3航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造13.3.1構(gòu)造和機(jī)件本節(jié)以目前應(yīng)用較多的點(diǎn)燃式航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)為例介紹活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的具體構(gòu)造。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的主要機(jī)件包括氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、機(jī)匣等，如圖13-13所示。氣缸是混合氣進(jìn)行燃燒，對活塞做功使之往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并將燃燒后的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的地方。氣缸承受燃?xì)飧邷?、高壓作用，必須要有足夠的?qiáng)度及良好的散熱性能，此外還要求氣缸的重量要輕，為了滿足這些要求，氣缸一般都由氣缸頭和氣缸身兩部分組成，如圖13-14所示。圖13-14氣缸氣缸身由合金鋼制成，以確保其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。氣缸頭則由導(dǎo)熱性較好且重量較輕的鋁合金制成。氣缸頭上裝有進(jìn)氣門、排氣門和電嘴等部件。為加強(qiáng)散熱，氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸頭和氣缸身都裝有許多散熱片。此外，為減輕活塞高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦和磨損，氣缸身內(nèi)表面經(jīng)過了仔細(xì)研磨拋光處理。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)都是多氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)，氣缸的數(shù)目隨發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及功率大小不同而不同。活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了氣體能量與曲軸機(jī)械功之間的相互轉(zhuǎn)換?；钊Ｓ脤?dǎo)熱性較好且重量較輕的鋁合金制成?；钊麅?nèi)部是空心結(jié)構(gòu)，裝有與連桿連接固定用的活塞銷。活塞與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。活塞外部周圍有幾道圓周槽，糟內(nèi)裝有特種耐磨生鐵制成的彈性漲圈，漲圈與氣缸拋光內(nèi)表面緊密貼合，用來防止燃?xì)饴┤霗C(jī)匣和滑油漏進(jìn)氣缸，起到密封和潤滑的作用，如圖13-15所示。連桿用來連接活塞與曲軸，并傳遞機(jī)械功（圖13-16）。連桿是主要的受力件，由高強(qiáng)度合金鋼制成。對于多氣缸的星型航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)而言，它的連桿是由一個(gè)主連桿和多個(gè)副連桿組成的連桿組。曲軸通過連桿將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用來帶動(dòng)螺旋槳和其他附件。曲軸也是主要的受力件，由高強(qiáng)度合金鋼制成；曲軸支承在機(jī)匣內(nèi)，其組成形式如圖13-16所示。曲軸上的配重（平衡塊）用來平衡曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性離心力，以減輕發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)，同時(shí)儲(chǔ)備能量，以利于發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)工作?；钊⑦B桿和曲軸連接在一起，稱為曲拐機(jī)構(gòu)，見圖13-17。曲拐機(jī)構(gòu)的作用就是將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。氣門機(jī)構(gòu)的作用是控制進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉，并保證適時(shí)地將混合氣送入氣缸和將氣缸內(nèi)的廢氣排出。典型的氣門機(jī)構(gòu)如圖13-18所示，由傳動(dòng)齒輪、凸輪盤、推筒、推桿、搖臂、氣門及氣門彈簧組成。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)凸輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪盤上的凸起部分上頂推筒時(shí)，推桿上移，經(jīng)搖臂壓縮氣門彈簧，使氣門打開；凸起部分轉(zhuǎn)過后，在氣門彈簧作用下，氣門關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)氣缸上都有一個(gè)進(jìn)氣門和排氣門，它們的開啟和關(guān)閉都由氣門機(jī)構(gòu)來控制。由于氣門處在氣缸頭高溫區(qū)，故由特種耐熱鋼制成。為了便于形成進(jìn)氣渦流，進(jìn)氣門頭部常特制成凹形；為了加強(qiáng)排氣門的散熱，排氣門制成空心的，內(nèi)部充填金屬鈉，所以排氣門桿較粗，頭部常呈凸形。機(jī)匣是發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體，用來安裝氣缸及有關(guān)附件、支承曲軸和傳遞螺旋槳拉力，并將發(fā)動(dòng)機(jī)上所有的機(jī)件連接起來，構(gòu)成一個(gè)整體。機(jī)匣常用高強(qiáng)度的鋁合金或鋁鎂合金制成。一、增壓器的作用發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率與其所吸入的空氣量有十分密切的關(guān)系，但吸入的空氣量是由氣缸的大小和數(shù)目決定的，是一個(gè)固定的數(shù)值。曲軸的轉(zhuǎn)速由油門開啟的大小位置而定，但空氣的密度隨著飛行高度的增加而減小。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)功率的輸出，是與空氣密度成正比的。表13-2說明了發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨高度或空氣改變的情形。表13-2活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率隨飛行高度的改變高度/m大氣壓/atm密度/%功率/%01.0010010012000.868888.024000.7478.576.630000.6973.371.236000.6469.366.042000.5965.561.448000.5561.757.255000.5158.152.961000.4754.548.867000.4451.545.073000.4148.541.380000.3845.838.085000.3543.534.9從表中可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)隨著飛行高度的增大，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率降低，產(chǎn)生單位功率所消耗的燃料也增大，因?yàn)橛奢S承及活塞等之間的摩擦所消耗的動(dòng)力是固定不變的。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率就會(huì)降低，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的高空性能變差。汽化器中雖然有高度調(diào)整的裝置，但它的功用只能維持混合氣中汽油及空氣的比值不變，并不能補(bǔ)救高空動(dòng)力的降低。二、增壓器的分類活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)上的增壓器按照傳動(dòng)裝置的布置分為內(nèi)（傳動(dòng)）增壓器和外（傳動(dòng)）增壓器兩種，相應(yīng)的增壓分為內(nèi)增壓、外增壓和混合增壓三種方式。（一）內(nèi)增壓器內(nèi)增壓器由進(jìn)氣通道、離心式葉輪、擴(kuò)散器和分氣室等部分組成，如圖13-20所示。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)增壓葉輪高速旋轉(zhuǎn)，混合氣流過葉輪時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體作功，壓縮混合氣，提高混合氣的壓力，當(dāng)混合氣流過擴(kuò)散器時(shí)，由于擴(kuò)散的通道是擴(kuò)張形的，使混合氣減速增壓，然后通過分氣室，進(jìn)入各氣缸。（二）外增壓器外增壓器通常采用廢氣渦輪增壓器。主要結(jié)構(gòu)為：離心式葉輪、廢氣渦輪、廢氣門和控制系統(tǒng)（見圖13-21）。廢氣渦輪是一個(gè)向心式的葉輪，或是由導(dǎo)向器和工作葉輪組成的軸流式渦輪。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，從各個(gè)氣缸排出的高溫廢氣，通過廢氣渦輪時(shí)膨脹做功，帶動(dòng)外增壓器葉輪，壓縮吸進(jìn)的空氣。實(shí)際使用中，為了保證加壓后的空氣溫度升高導(dǎo)致密度下降，在增壓空氣進(jìn)入活塞發(fā)動(dòng)機(jī)前通常會(huì)增加一個(gè)散熱器（中冷器），如圖13-22所示。廢氣渦輪輸出功率的大小，可以通過改變廢氣門的開度來控制。廢氣門位于廢氣收集器上，其作用是控制進(jìn)入廢氣渦輪的廢氣流量，調(diào)整或保持廢氣渦輪和增壓葉輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)廢氣門全開，所有的廢氣都不通過廢氣渦輪，而通過尾噴管直接排入大氣；當(dāng)廢氣門全關(guān)，所有的廢氣先通過廢氣渦輪，然后再經(jīng)過尾噴管排入大氣；當(dāng)廢氣門部分打開，則相應(yīng)數(shù)量的廢氣通過廢氣渦輪，另外的廢氣進(jìn)入尾噴管。（三）混合增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)有些大功率活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩級增壓。廢氣渦輪增壓器作為第一級，內(nèi)增壓器為第二級。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，空氣從進(jìn)氣口經(jīng)過濾后，首先進(jìn)入廢氣渦輪增壓器，經(jīng)第一次壓縮后，通過中間冷卻器降低溫度，再進(jìn)入內(nèi)增壓器經(jīng)第二次壓縮，最后通過進(jìn)氣管流入各氣缸，如圖13-23所示。兩級增壓器增壓能力強(qiáng)，在增加空氣壓力的同時(shí)，空氣溫度也隨之升高，從而提高進(jìn)氣溫度，這樣會(huì)降低進(jìn)氣密度使填充量減小，而且進(jìn)氣溫度高還會(huì)引起不正常的燃燒，如爆震等現(xiàn)象，故在內(nèi)、外增壓器之間安裝有中間冷卻器。利用中間冷卻器降低增壓后的空氣溫度，將進(jìn)氣溫度降至保持正常燃燒的要求。中間冷卻器使用的冷卻介質(zhì)通常為外界的空氣。13.4航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)性能航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及飛行條件對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響、以及發(fā)動(dòng)機(jī)常見的工作狀態(tài)和應(yīng)用，是飛行員正確使用發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)揮其性能的基礎(chǔ)。13.4.1主要性能指標(biāo)（一）發(fā)動(dòng)機(jī)功率（1）指示功率發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的指示功等于循環(huán)的膨脹功與壓縮功之差，用符號Wi表示。指示功率就是發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)完成的指示功，用符號P表示。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸數(shù)為i，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速為n（r/min）。那么，一個(gè)汽缸每一秒鐘的循環(huán)數(shù)應(yīng)該是。指示功率是一個(gè)汽缸在一次循環(huán)中對活塞所做的功，故指示功與汽缸數(shù)和每秒鐘循環(huán)數(shù)的乘積就是指示功率。其表達(dá)式如下：發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率所包含的能量，是一種機(jī)械形式的能量，已經(jīng)不是熱量形式的能量的。由于燃料燃燒的不完全、燃燒產(chǎn)物的分解、汽缸壁的散熱及廢氣帶走的熱量等，造成了熱量損失，使得燃料所包含的熱能沒有被全部利用。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率所包含的機(jī)械能量，只占燃料總熱量的一部分。指示功率的大小決定于指示功、汽缸數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。對所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)來說，汽缸數(shù)不變，可以不考慮，指示功率只決定于指示功和轉(zhuǎn)速。影響指示功率的因素有：混合氣的余氣系數(shù)、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、提前點(diǎn)火角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。（2）阻力功率發(fā)動(dòng)機(jī)所得到的指示功率，并不是全部用來帶動(dòng)螺旋槳的，其中有一部分是用來克服機(jī)件之間的摩擦、帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)附件以及供給發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣所需要的動(dòng)力。這幾部分消耗的功率之和稱為阻力功率。阻力功率約占指示功率的10%~15%。阻力功率的分配情況大致如下（假設(shè)阻力功率為100%）：活塞與汽缸壁的摩擦損失功率45%~65%減速器內(nèi)部摩擦損失功率10%~15%連桿、曲軸、曲軸軸承之間的摩擦損失功率5%~10%氣門機(jī)構(gòu)摩擦損失功率5%~10%帶動(dòng)附件消耗功率5%~10%進(jìn)、排氣損失功率10%~15%顯而易見，阻力功率越大，用于帶動(dòng)螺旋槳的功率就越小，發(fā)動(dòng)機(jī)獲得的有效功率就越小。因此，應(yīng)盡可能將阻力功率減小到最小程度，這就要從影響阻力功率的因素著手。影響阻力功率的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、滑油溫度、進(jìn)氣壓力、大氣壓力和溫度、壓縮比。（3）有效功率活塞發(fā)動(dòng)機(jī)扣除本身機(jī)械摩擦損失和帶動(dòng)其他輔機(jī)的外部損耗后向外有效輸出的功率，稱為有效功率（effectivepower）。對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)來說，用來帶動(dòng)螺旋槳的功率叫做有效功率，用Ne表示，單位為瓦特，最大功率一般用千瓦或馬力（1hp=75kgf·m/s=735W）來表示。通常所說的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，在沒有特別說明的情況下，指的都是發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。對吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，其有效功率等于指示功率與阻力功率之差。對增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)，其有效功率等于指示功率減去阻力功率和增壓器功率。由于發(fā)動(dòng)機(jī)安裝了增壓器，雖然多消耗一部分功率，但增壓器提高了進(jìn)氣壓力，增大了指示功率，指示功率的增加量比帶動(dòng)增壓器消耗的功率大得多。因此，帶增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率比吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的大?；钊l(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，各氣缸內(nèi)燃料燃燒釋放出的能量，經(jīng)燃?xì)馀蛎洸⒂汕諜C(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成機(jī)械功，在克服摩擦等損失后，最后由曲軸輸出機(jī)械功。曲軸除帶動(dòng)螺旋槳外還需要驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的一些附件，如減速器，增壓器、燃油泵、滑油泵、發(fā)電機(jī)、磁電機(jī)等，也要消耗部分功率，所以，最終影響發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的因素較為復(fù)雜，對使用中的發(fā)動(dòng)機(jī)其中主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣溫度、大氣條件、混合氣余氣系數(shù)、滑油溫度、飛行速度等。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)α=0.85左右時(shí)，有效功率最大。α大于或小于0.85，有效功率都會(huì)減少。（二）燃油消耗率活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在1h內(nèi)產(chǎn)生1hp的有效功率，所消耗的航空燃油質(zhì)量，稱之為燃油消耗率（specificfuelconsumption），用sfc表示，單位為kg/hp·h，即：式中----發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)燃油消耗量（kg/h）；----發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率。例如：甲發(fā)動(dòng)機(jī)sfc為0.33kg/hp·h，乙發(fā)動(dòng)機(jī)sfc為0.26hp·h。因此，乙發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性比甲發(fā)動(dòng)機(jī)好。燃油消耗率不僅考慮到每小時(shí)燃油消耗量的大小，而且還考慮到了發(fā)動(dòng)機(jī)功率的大小。它是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的又一重要指標(biāo)。影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率sfc的因素主要有：混合氣的余氣系數(shù)和機(jī)械損失。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α=1.05～1.10時(shí)，燃油消耗率最低，同時(shí)排氣溫度最高；當(dāng)余氣系數(shù)偏離此范圍時(shí)，燃油消耗率將增加。2.機(jī)械損失發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失主要是指：摩擦損失和帶動(dòng)附件所消耗的功率。機(jī)械損失越小，發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率越高，燃料熱利用率也越高，燃油消耗率降低。燃油消耗率是描述航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)之一。目前航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率已經(jīng)很低，一般來說吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)sfc般在0.21～0.23kg/hp·h；增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)sfc一般在0.26～0.32kg/hp·h。（三）發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性是指快推油門桿時(shí)轉(zhuǎn)速上升的快慢程度。通常在地面當(dāng)螺旋槳在最小距時(shí)，快推油門以發(fā)動(dòng)機(jī)從慢車轉(zhuǎn)速加速到最大轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間t作為衡量加速性的標(biāo)準(zhǔn)。所需的時(shí)間越短，發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性越好，可以在短時(shí)間內(nèi)增大功率，有助于改善飛機(jī)的起飛、復(fù)飛及爬升性能。影響加速性的主要因素有：1.燃油量增加的快慢加速時(shí)燃油量增加越快，將使發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率上升越快，加速時(shí)間越短，加速性越好。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)，在確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的前提下，燃油系統(tǒng)給定了燃油量增加的速率。有的發(fā)動(dòng)機(jī)還設(shè)置了輔助的注油裝置，可進(jìn)一步提高加速性。2.大氣壓力和大氣溫度大氣壓力增加或大氣溫度降低都將使空氣密度增高，使進(jìn)氣充填量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率增加；同時(shí)空氣密度升高，螺旋槳的負(fù)載功率也增大。但總的是剩余功率變大，發(fā)動(dòng)機(jī)加速性變好。反之，大氣壓力降低或氣溫升高，加速性變差。所以，在高原機(jī)場或高溫機(jī)場，發(fā)動(dòng)機(jī)加速性變差。3.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，加速時(shí)間越短，加速性將越好。所以，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量不僅可以降低飛機(jī)的運(yùn)行成本，還可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性。4.氣缸頭溫度氣缸頭溫度過低，燃油蒸發(fā)不良，將使火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率降低，加速性變差。當(dāng)α=0.97時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭溫度最高。此外，進(jìn)氣裝置進(jìn)氣濾工作時(shí)，大氣濕度增加時(shí)也會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)加速性變差；對變距螺旋槳的飛機(jī)，在實(shí)際飛行使用中，螺旋槳的槳葉角也會(huì)影響加速性：當(dāng)變距桿不在最前即最小距位置，螺旋槳的負(fù)載功率較大，發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)，剩余功率?。煌瑫r(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不可能達(dá)到最大轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)加速性變差。所以，飛機(jī)起飛、復(fù)飛時(shí)，為了確保加速性和發(fā)動(dòng)機(jī)功率，變距桿必須放在最前位。（四）發(fā)動(dòng)機(jī)效率航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)，燃料燃燒釋放出的熱能中只有一部分轉(zhuǎn)換成有效的機(jī)械功用來帶動(dòng)螺旋槳以產(chǎn)生推進(jìn)功率，其余大部分能量隨廢氣排入大氣和用于克服機(jī)械損失。發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率定義為：在發(fā)動(dòng)機(jī)的一次熱力循環(huán)中，有效功的熱當(dāng)量與燃料的理論放燃量的比值，用ηe表示，即：式中Le為一次熱力循環(huán)中，帶動(dòng)螺旋槳的有效功；Qe為一次熱力循環(huán)中，燃料的理論放熱量。發(fā)動(dòng)機(jī)的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(dòng)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(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)之一。目前，吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)ηe一般在0.20～0.32；增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)ηe般在0.16～0.28。（五）其他性能指標(biāo)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要要求是重量輕、功率大、尺寸小和油耗低等，因此除了功率和經(jīng)濟(jì)性之外，還有一些常用的性能指標(biāo)如下：功重比：指有效功率與重量的比值。功重比越大，越有利于改善飛機(jī)的飛行性能。先進(jìn)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的功重比可達(dá)1.85kW/daN。排量：指各缸工作容積的總和，即活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過的氣體容積乘以氣缸數(shù)。理論上來說，排氣量越大發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率就越大。升功率：發(fā)動(dòng)機(jī)每升排量所發(fā)出的功率，單位是kW/L。升功率是衡量活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平的一個(gè)重要指標(biāo)，一般為22～29kW/L，個(gè)別達(dá)到59kW/L。以上參數(shù)均為衡量活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)性能的參數(shù)，現(xiàn)將典型活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)列表示出（表13-3）。表13-3部分航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號年份布局冷卻氣缸數(shù)排量L功率kW質(zhì)量kg功重比kW/daN萊特1903年直列液冷43.288.9581.270.112安贊尼1910年星形氣冷33.1122.3754.940.415納皮爾“佩刀”1940年V形液冷1236.711640.5411351.474艾利遜V-17101941年V形液冷1228.02932.13724.31.313普·惠R-43601945年星形氣冷2871.452237.11634.41.396大陸O-2001959年水平對缸氣冷43.2974.5785.350.891萊康明O-5401959年水平對缸氣冷68.8886.4379.781.105萊康明XR-775520世紀(jì)40年代星形液冷36127.082982.82746.71.108萊康明IO-540K20世紀(jì)60年代水平對缸氣冷68.88223.71201.121.12913.4.2航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的特性活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率和燃油消耗率是實(shí)際使用中最受關(guān)注的兩個(gè)性能指標(biāo)。航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率和燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力或飛行高度的變化規(guī)律，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性，依據(jù)這些規(guī)律繪制的圖形稱為特性曲線。航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的特性主要有：負(fù)荷特性、螺旋槳特性、高度特性和增壓特性等。（一）負(fù)荷特性1.吸氣式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性吸氣式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性是在節(jié)氣門全開時(shí)，其有效功率和燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。負(fù)荷特性是通過試驗(yàn)獲得的，通過試驗(yàn)得到的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性如圖13-24所示。當(dāng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由逐步增大時(shí)，有效功率先是單調(diào)增大，到達(dá)頂點(diǎn)后，隨著轉(zhuǎn)速的增大而減小。燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大一直是單調(diào)增大的。2.增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性是在進(jìn)氣壓力保持為最大時(shí)，其有效功率和燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性在地面試驗(yàn)時(shí)，模擬空中的飛行條件進(jìn)行試驗(yàn)得到的，如圖13-25所示。增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率和燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律與吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的類似，區(qū)別在于：增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率隨轉(zhuǎn)速的增大而增大的程度比吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的平緩；燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大而增大的程度比吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的急劇。（二）螺旋槳特性航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳特性是指發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)定距螺旋槳工作時(shí)（如果安裝變距螺旋槳時(shí)，槳葉角應(yīng)保持不變），其有效功率和燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，也稱油門特性。1.吸氣式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳特性吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳特性通過試驗(yàn)得到，如圖13-26所示。有效功率隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大，先是減小，而后增大。2.增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳特性增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳特性與吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳特性基本相同，轉(zhuǎn)速增大時(shí)，有效功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比地增大，燃油消耗率隨著轉(zhuǎn)速的增大，也是首先減小，然后再增大。如圖13-27所示。活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在巡航狀態(tài)工作時(shí)經(jīng)濟(jì)性最好。對于裝有變距螺旋槳的發(fā)動(dòng)機(jī)，為了發(fā)出同樣大小的有效功率，可以用不同的工作狀態(tài)來工作，其中只有一個(gè)工作狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性最好，這個(gè)工作狀態(tài)叫做有利工作狀態(tài)。（三）高度特性活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性是在轉(zhuǎn)速保持不變的情況下，其有效功率和燃油消耗率隨飛行高度的變化規(guī)律。1.吸氣式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性吸氣式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性，是在節(jié)氣門全開，混合氣的余氣系數(shù)保持不變，提前點(diǎn)火角保持在最有利數(shù)值的條件下獲得的。（1）裝變距螺旋槳的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性裝有變距螺旋槳的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)高度變化時(shí)可利用螺旋槳變距來保持轉(zhuǎn)速不變，其高度特性如圖13-28所示。高度升高時(shí)有效功率不斷減小，燃油消耗率則不斷增大。（2）裝定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性裝有定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度升高時(shí)，由于槳葉角不能改變，轉(zhuǎn)速會(huì)減小，發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率與轉(zhuǎn)速不變時(shí)相比，降低得更快。圖13-29上實(shí)線為帶定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率和燃油消耗率隨高度變化的情形。圖中虛線是在轉(zhuǎn)速保持不變的條件下的高度特性曲線。吸氣式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在高度升高時(shí)，不僅有效功率迅速減小，而且經(jīng)濟(jì)性也變差。因此這種發(fā)動(dòng)機(jī)不適用于高空飛行。2.增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性（1）單速傳動(dòng)增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性內(nèi)（傳動(dòng)）增壓器的離心葉輪轉(zhuǎn)速高達(dá)數(shù)萬轉(zhuǎn)/每分，在曲軸和離心葉輪間必須有一套齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)按傳動(dòng)比分為單速傳動(dòng)和雙速傳動(dòng)。用于較低飛行高度的發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用單速傳動(dòng)，用于高空飛行的發(fā)動(dòng)機(jī)則采用雙速傳動(dòng)，在低空工作時(shí)用低速擋工作，以減少不必要的功率消耗，當(dāng)飛機(jī)超過某一高度后增壓器自動(dòng)轉(zhuǎn)入高速擋工作。單速傳動(dòng)增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性曲線如圖13-30所示。在額定高度以下，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。圖上還繪出了進(jìn)氣壓力P進(jìn)氣與進(jìn)氣溫度T進(jìn)氣隨高度變化的曲線。（2）裝有廢氣渦輪增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性帶廢氣渦輪的增壓式發(fā)動(dòng)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。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。如圖13-31所示。廢氣渦輪增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)在它的額定高度較高。目前，同時(shí)采用廢氣渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)，額定高度可達(dá)10000～14000m。而采用二速傳動(dòng)式增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)，其額定高度也不超過6000～7000m。但是廢氣渦輪增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造復(fù)雜，重量較大。因此在飛行高度不高的飛機(jī)上，不宜采用。只有在飛高空的飛機(jī)上，為了在較高的高度上仍能獲得大的有效功率，才適于使用這種發(fā)動(dòng)機(jī)。（3）飛行速度對高度特性的影響飛機(jī)飛行時(shí)，相對氣流以與飛行速度相等的速度流過飛機(jī)，對于飛機(jī)而言，相對氣流具有很大的動(dòng)能，這部分動(dòng)能可用來提高空氣的壓力，以增大發(fā)動(dòng)機(jī)的功率?？諝饬魅脒M(jìn)氣口以后，在通道內(nèi)速度降低，壓力提高。這種利用速度降低提高的壓力稱為沖壓。飛行速度越大，所能獲得的沖壓也越大。對于吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，由于飛行時(shí)有了沖壓，充填量增大，引起發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率增大，而阻力功率基本沒有改變，故與不計(jì)入沖壓相比有效功率增大，同時(shí)機(jī)械效率提高，燃油消耗率減小。圖13-32上虛線和實(shí)線分別表示計(jì)入沖壓和不計(jì)沖壓時(shí)吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性。對于增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)，由于有了沖壓，增壓葉輪進(jìn)口處空氣的壓力提高了。為了使進(jìn)氣壓力不超過額定值，就要相應(yīng)地關(guān)小節(jié)氣門。在沒有計(jì)入沖壓時(shí)所計(jì)算出的額定高度，節(jié)氣門就不能全開，而要到更高一些的某一高度，節(jié)氣門才能完全打開。也就是說有沖壓時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定高度將會(huì)提高。飛行速度越大，額定高度提高得越多。（四）增壓特性增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在保持轉(zhuǎn)速不變的條件下，有效功率和燃油消耗率隨進(jìn)氣壓力變化的規(guī)律，稱為增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓特性，如圖13-33：當(dāng)轉(zhuǎn)速保持不變時(shí)，有效功率隨著有進(jìn)氣壓力的增大而一直增大，燃油消耗率則隨著進(jìn)氣壓力的增大先是減小，而后增大。13.5航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)工作系統(tǒng)13.5.1燃油系統(tǒng)一、主要功能活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)（fuelsystem）的功用是儲(chǔ)存燃油，不斷供給發(fā)動(dòng)機(jī)適當(dāng)數(shù)量的燃油，并將燃油霧化，同空氣均勻混合形成可燃混合氣，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工作狀態(tài)下的需要。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)必須在地面和空中運(yùn)行的所有條件下向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油計(jì)量裝置供給燃油。以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其燃油系統(tǒng)必須完成下述三項(xiàng)任務(wù)：提供適量的汽油；將汽油霧化、汽化與空氣混合；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工作狀態(tài)的需要，調(diào)整最適當(dāng)?shù)幕旌蠚狻６?、結(jié)構(gòu)組成活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的型式有汽化器式和直接噴射式兩種。它們的組成基本相似，主要組成部件有：油箱、燃油濾、燃油選擇開關(guān)、燃油泵、燃油計(jì)量裝置、系統(tǒng)顯示儀表等。直接噴射式燃油系統(tǒng)還包括燃油流量分配器和噴油嘴。飛行器通常會(huì)有多個(gè)油箱存儲(chǔ)所需燃油，油箱的位置取決于飛機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每個(gè)油箱中，都有一條油管通向選擇閥，該閥門可在駕駛艙進(jìn)行控制，供飛行員操作切換所使用的油箱。當(dāng)燃油選擇開關(guān)選擇好供油油箱后，主燃油泵將燃油從油箱中抽出并加壓，經(jīng)過主油濾的過濾送到燃油調(diào)節(jié)器，燃油調(diào)節(jié)器再根據(jù)外界條件（如飛行狀態(tài)和外界大氣溫度、壓力等）和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)（如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、油門桿和混合比桿的位置）計(jì)量出合適的燃油量。對于汽化器式燃油系統(tǒng)，汽化器的功能是根據(jù)外界條件和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)計(jì)量燃油，并將計(jì)量后的燃油噴入進(jìn)氣道中，使燃油與空氣形成混合比適當(dāng)?shù)幕旌蠚?，然后進(jìn)入氣缸。汽化器式燃油系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，價(jià)格便宜，使用中不易出現(xiàn)氣塞，熱發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能較好；缺點(diǎn)是燃油分配不太好，混合比不能精確控制，容易出現(xiàn)汽化器結(jié)冰現(xiàn)象。對于直接噴射式燃油系統(tǒng)（如圖13-34所示），計(jì)量后燃油由燃油流量分配器平均分配后送到噴油嘴并噴到氣缸進(jìn)氣門處，進(jìn)氣門打開后隨新鮮空氣一起進(jìn)入氣缸（有的發(fā)動(dòng)機(jī)直接噴入氣缸）。直接噴射式燃油調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)是：進(jìn)氣系統(tǒng)中結(jié)冰可能性小，各氣缸的燃油分配比較均勻；有較精確的油氣比控制，因而發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性好；便于寒冷天氣啟動(dòng)；油門響應(yīng)快，特別是改善了加速性能。其缺點(diǎn)也很顯著：熱發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)比較困難，在炎熱天氣地面運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易形成氣塞，可采用電動(dòng)增壓泵來解決。燃油噴射器組件包括：氣流部分、監(jiān)控部分和燃油計(jì)量部分。一些燃油噴射器配備有自動(dòng)混合控制單元。燃油/空氣控制組件的功能是控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口并設(shè)定計(jì)量燃油壓力以獲得適當(dāng)?shù)娜加?空氣比。空氣節(jié)流閥安裝在歧管入口處，其蝶閥由飛機(jī)中的節(jié)流控制器定位，控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量。燃油流量表能夠?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)正常工作和測定飛行中消耗的燃油量提供有用的指示。典型系統(tǒng)的燃油流量以每小時(shí)加侖、磅或千克為單位顯示。由電感測燃油流量傳感器測量，通過電子裝置向指示器發(fā)送與燃油流量成正比的信號。燃油溫度表和壓力表是低壓燃油供油溫度和壓力傳至相應(yīng)的指示器，顯示低壓系統(tǒng)是否正提供足夠的燃油且沒有氣穴（低壓氣泡形成并破裂的現(xiàn)象），溫度是否適合正常。燃油溫度和壓力指示器與滑油溫度和壓力指示器相似。在某些發(fā)動(dòng)機(jī)上在低壓燃油濾中裝有燃油壓差開關(guān)，用于感測油濾元件前后壓差，當(dāng)油濾部分堵塞，開關(guān)接通警告燈報(bào)警，指示可能發(fā)生缺油。13.5.2點(diǎn)火和啟動(dòng)系統(tǒng)一、點(diǎn)火系統(tǒng)的組成和工作汽油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)都是利用高壓電產(chǎn)生電火花來點(diǎn)燃混合氣?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的基本要求：所有點(diǎn)火系統(tǒng)必須以正確的點(diǎn)火順序在發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸中的每個(gè)火花塞的電極上提供高壓火花。在活塞的上止點(diǎn)位置之前的特定方位，比如通過曲軸旋轉(zhuǎn)位置測量，觸發(fā)氣缸中的火花?；鸹ㄈ氲綒飧咨w中，其電極暴露在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒區(qū)域。在所有工作條件下，系統(tǒng)輸出的電壓必須足以使火花塞電極中的間隙電弧化。點(diǎn)火系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要系統(tǒng)，它工作的好壞，直接影響啟動(dòng)性能、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、經(jīng)濟(jì)性以及工作的可靠性。在實(shí)際工作中，點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)生的問題也比較多，統(tǒng)計(jì)表明，在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的故障中有2/3與點(diǎn)火系統(tǒng)有關(guān)。點(diǎn)火系統(tǒng)主要附件：磁電機(jī)及磁電機(jī)開關(guān)、電嘴和高壓導(dǎo)線?，F(xiàn)代航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)通常裝備兩個(gè)磁電機(jī)，且兩個(gè)磁電機(jī)相互獨(dú)立工作，互不影響如圖3-3所示。點(diǎn)火系統(tǒng)可分為兩類：磁點(diǎn)火系統(tǒng)或用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的電子全權(quán)數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制（FADEC）系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)也可以細(xì)分為單磁或雙磁點(diǎn)火系統(tǒng)。單磁勵(lì)點(diǎn)火系統(tǒng)通常由一個(gè)磁電機(jī)和必要的接線組成，與同一發(fā)動(dòng)機(jī)上的另一個(gè)單磁電機(jī)一起使用。雙磁體通常使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁體，將兩個(gè)完整的磁體饋送到一個(gè)磁體殼體中。一些古董飛機(jī)使用電池點(diǎn)火系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，能量源是電池或發(fā)電機(jī)，而不是磁電機(jī)。該系統(tǒng)類似于當(dāng)時(shí)大多數(shù)汽車中使用的系統(tǒng)。二、啟動(dòng)系統(tǒng)的組成和工作啟動(dòng)系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來，使發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入正常工作。為了能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)，需要滿足下列條件：一是啟動(dòng)時(shí)因?yàn)檗D(zhuǎn)速小，發(fā)動(dòng)機(jī)主燃油泵不能正常供油，需要預(yù)先向氣缸注油（如使用電動(dòng)增壓泵）；二是啟動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速一般不低于40~60r/min（啟動(dòng)轉(zhuǎn)速）；三是電嘴應(yīng)能適時(shí)地產(chǎn)生強(qiáng)烈電火花點(diǎn)燃?xì)飧字械挠蜌饣旌蠚?。航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式通常采用直接啟動(dòng)式電動(dòng)啟動(dòng)機(jī)和間接式電動(dòng)慣性啟動(dòng)機(jī)，目前廣泛使用的是直接啟動(dòng)式電啟動(dòng)機(jī)。啟動(dòng)電源可使用機(jī)載蓄電池，也可使用地面電源。通常情況下，使用機(jī)載蓄電池提供電源來啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)多次未能成功啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載蓄電池電壓偏低或飛機(jī)未裝蓄電池的情況下，應(yīng)使用地面電源來啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。IO-360-L2A發(fā)動(dòng)機(jī)使用直接啟動(dòng)式電啟動(dòng)機(jī)（圖13-36），由啟動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)而啟動(dòng)。13.5.3潤滑系統(tǒng)一、潤滑系統(tǒng)的作用潤滑系統(tǒng)（lubricationsystem）的功能是不斷地將滑油送到各機(jī)件的摩擦面進(jìn)行潤滑，以減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損?；褪窃诨捅玫淖饔孟?，在潤滑系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)的，如圖3-7所示。潤滑系統(tǒng)的作用：（1）保證發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑。潤滑有兩個(gè)方面的含義，一方面是減少由于機(jī)件直接接觸而形成的磨損，從而延長機(jī)件的壽命；另一方面是把干面摩擦變成液面摩擦，減少因摩擦而引起的能量損失，從而可使機(jī)械效率提高。（2）冷卻。任何一種摩擦都會(huì)發(fā)出熱量，若不把這份熱量散出去，便會(huì)使機(jī)件有過熱的危險(xiǎn)。滑油通過機(jī)件表面時(shí)除了潤滑零件外，它還起帶走熱量的作用。單位時(shí)間內(nèi)流過的滑油量越多，冷卻的作用越好。實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)滑油本身所需要的滑油量很少，為了冷卻，還須供應(yīng)足夠的滑油，使它循環(huán)不斷地流過機(jī)件表面。（3）密封。使活塞在運(yùn)動(dòng)時(shí)不致漏氣，以免工作時(shí)因混合氣和燃?xì)膺M(jìn)入機(jī)匣，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降和滑油變質(zhì)。（4）保持機(jī)件清潔。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于燃燒不完全而產(chǎn)生的炭粒、油煙、磨損的金屬屑以及機(jī)械雜質(zhì)和灰塵等有害物質(zhì)都能進(jìn)入滑油中去，這些物質(zhì)過多，會(huì)影響潤滑。因此，滑油應(yīng)該具有不使這些雜質(zhì)沉積在金屬表面而浮游在滑油中的性質(zhì)，并借本身的流動(dòng)把它帶走并過濾后除去，這樣也就相當(dāng)于清潔機(jī)件的作用。（5）保護(hù)金屬不受腐蝕。由于發(fā)動(dòng)機(jī)不可避免地要和空氣、水蒸氣及燃燒后產(chǎn)生的其他氣體接觸，使金屬漸漸腐蝕而損壞。在高溫下腐蝕作用更嚴(yán)重，如果在機(jī)件的表面有一層潤滑油油膜，則此油膜便可將金屬與空氣隔開，防止金屬腐蝕。（6）作為控制系統(tǒng)的工作液。在螺旋槳飛機(jī)上主要作為變距的工作介質(zhì)。（7）作為調(diào)節(jié)裝置傳動(dòng)介質(zhì)。潤滑系統(tǒng)將加壓后的滑油輸送到某些調(diào)節(jié)裝置和其他設(shè)備，以帶動(dòng)有關(guān)部件。例如，推動(dòng)進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)器的傳動(dòng)活塞以操縱節(jié)氣門的開度，推動(dòng)混合比調(diào)節(jié)器的傳動(dòng)活塞以轉(zhuǎn)動(dòng)高壓汽油泵的調(diào)節(jié)齒輪。以及推動(dòng)螺旋槳的變距活塞，改變螺旋槳的槳葉角。二、潤滑的方法發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件的潤滑方法主要有三種：潑濺潤滑、壓力潤滑和壓力-潑濺潤滑。采用潑濺潤滑的方法只需要在機(jī)匣內(nèi)存儲(chǔ)一定數(shù)量的滑油，所以這種潤滑系統(tǒng)比較簡單。但因潑濺的滑油壓力太小，很難進(jìn)入那些間隙較小的機(jī)件之間，而且對機(jī)匣外部的機(jī)件和附件無法進(jìn)行潤滑。此外，由于無法使滑油過濾，滑油容易變臟，且滑油的溫度也不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，這種方法對機(jī)件潤滑和冷卻的效果都比較差，只能在一些構(gòu)造簡單的小型發(fā)動(dòng)機(jī)上使用?；徒?jīng)油泵加壓后，沿專門的油路流至各摩擦面上的潤滑方法，叫做壓力潤滑。為了使滑油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，潤滑機(jī)件后的滑油用油泵抽回，經(jīng)過過濾和冷卻后，再次送往各摩擦面。采用這種潤滑方法，由于滑油壓力較高，滑油能被輸送到所有無法應(yīng)用潑濺潤滑的地方去，即便哪些間隙小的摩擦面，也能得到良好的潤滑；同時(shí)，還可在油路上安裝油濾和散熱器，前者用來濾出