航空发动机构造第十章其他航空发动机

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1、1冬I10.1.2航空活塞发动机排列布置形式第10章其他航空发动机简介IntroductionofOtherAero-engine第10.1节航空活塞发动机aircraftpistonengine从1903年第一架飞机升空到第二次世界大战末期，所冇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Y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。航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合，在密闭的容器（气缸）内燃烧,膨胀作功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨，

2、由螺旋桨产生推（拉）力。所以，作为飞机的动力装置时，发动机与螺旋桨是不能分割的。（一）活塞式发动机的主要组成主耍由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。气缸是混合气（汽油和空气）进行燃烧的地方。气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装冇点燃混合气的电火花塞（俗称电嘴），以及进、排气门。发动机工作时气缸温度很高，所以气缸外壁上有许多散热片，用以扩大散热面积。气缸在发动机壳体（机匣）上的排列形式多为星形或V形。常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或24个气缸不等。图10.1.1活塞发动机结构示意图在单缸容积相同的情

3、况下，气缸数目越多发动机功率越大。活塞承受燃气压力在气缸N作往复运动，并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。连杆用来连接活塞和曲轴。曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动吋，通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。除此而外，曲轴还要带动一些附件（如各种油泵、发电机等）。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。（二）活塞式发动机的工作原理活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机，即一个气缸完成-个工作循环，活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压

4、缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。发动机丌始工作时，首先进入“进气冲程”，气缸头上的进气门打幵，排气门关闭，活塞从上死点向下滑动到下死点为止，气缸内的容积逐渐增大，气压降低——低于外面的大气压。于是新鲜的汽汕和空气的混合气体，通过打开的进气门被吸入气缸内。混合气体中汽油和空气的比例，一•般是1比15即燃烧一公斤的汽油需要15公斤的空气。进气冲程完毕后，幵始了第二冲程，即“压缩冲程”。这时曲轴靠惯性作用继续旋转，把活塞由下死点向上推动。这时进气门也同排气门一样严密关闭。气缸内容积逐渐减少，混合气体受到活塞的强烈压缩。当活塞运动到上死点时，混合气体被压

5、缩在上死点和气缸头之间的小空间内。这个小空间叫作“燃烧室”。这时混合气体的压强加到十个大气压。温度也增加到摄氏400度左右。压缩是为了更好地利用汽油燃烧时产生的热量，使限制在燃烧室这个小小空间里的浞合气体的压强大大提高，以便增加它燃烧后的做功能力。当活塞处于下死点吋，气缸内的容积最大，在上死点吋容积最小（后者也是燃烧室的容积）。混合气体被压缩的程度，可以用这两个容积的比值来衡量。这个比值叫“压缩比”。活塞航空发动机的压缩比大约是5到8,压缩比越大，气体被压缩得越W害，发动机产生的功率也就越大。压缩冲程之后是“工作冲程”，也是第三个冲程。在压缩

6、冲程快结束，活塞接近上死点吋，气缸头上的火花塞通过高压电产生Y电火花，将混合气体点燃，燃烧吋间很短，大约0.015秒；但是速度很快，大约达到每秒30米。气体猛烈膨胀，压强急剧增高,可达60到75个大气压，燃烧气体的温度到摄氏2000到2500度。燃烧时，局部温度可能达到三、四千度，燃气加到活塞上的冲击力可达15吨。活塞在燃气的强大压力作用下，向下死点迅速运动，推动连杆也门下跑，连杆便带动曲轴转起来了。排气冲程开关吸气冲程压缩冲程倣功冲程驱动轴四冲程活塞发动机工作原理排气口关进气口开喷油嘴关图10.1.3航空活塞发动机工作原理这个冲程是使发动机

7、能够工作而获得动力的唯一冲程。其余三个冲程都是为这个冲程作准备的。第四个冲程是“排气冲程”。工作冲程结束后，由于惯性，曲轴继续旋转，使活塞由下死点向上运动。这吋进气门仍旧关闭，而排气门大开，燃烧后的废气便通过排气门h'd外排出。当活塞到达上死点吋，绝大部分的废气已被排出。然后排气门关闭，进气门打开，活塞又由上死点K行，开始了新的一次循环。从进气冲程吸入新鲜浞合气体起，到排气冲程排出废气止，汽油的热能通过燃烧转化为推动活塞运动的机械能，带动螺旋桨旋转而作功，这一总的过程叫做一个“循环”。这是一种周而复始的运动。由于其屮包含着热能到机械能的转化，

8、所以又叫做“热循环”。发动机热效率与压缩比和燃烧f工质温度宥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ft动燃烧丼形成爆震波，引起汽缸局部过