第一节 活塞发动机 | | 尽管航空发动机处于喷气式推进时代,但活塞式航空发动机并未退出航空历史舞台。活塞式发动机的经济性好,不但油耗省、而且每匹马力售价比燃气涡轮发动机便宜.目前在一些小型飞机,如农业、林业、采矿飞机、体育运动飞机上,还继续使用活塞式发动机.特别是小巧玲珑、惹人喜爱的各式单人飞行器,“空中摩托"上,主要还是用小型的活塞式发动机.一些发达国家也没有抛弃对活塞式航空发动机的生产和深入研究. | | (1)、四冲程活塞式发动机的循环 | | 1、曲柄联杆机构的运动 活塞式发动机的动力来源是由于气缸内混合气体燃烧时,压力升高,推动活塞作功.为了能周期不断地作功,就必须使气体状态依次恢复到原来状态,形成发动机的工作循环.因为高温高压燃气膨胀推动活塞作功,只能使活塞作直线运动,所以要以联杆跟曲轴连接起来,使往复运动变为旋转运动,带动螺旋桨旋转,从而产生带动飞机前进的动力.活塞随着联杆在极限位置I与II之间作往复运动.位置I离曲轴中心最远,称为上死点。位置II离曲轴中心最近,称为下死点.活塞在I与II两极限位置所行经的路程称为活塞冲程(或行程),以S表示,它等于曲柄半径R的两倍,即S=2R.
活塞在其冲程中所经过的容积称为工作容积 .如以D表示气缸直径,则: |  | 当活塞到达上死点位置时,剩下来的气缸容积称为燃烧室容积 .工作容积和燃烧室容积之和称为气缸总容积 ,因此: |  | 发动机的压缩比是指气缸的总容积与燃烧室容积之比,压缩比常以 表示,因此: |  | | 由此得: |  | 2、热力循环过程
绝大多数活塞式航空发动机的工作循环是由四个冲程所组成的,称为四冲程发动机.在发动机内气体状态不断的变化,即可使热能转变为机械能.其各冲程是顺序交替、独立连续的结合过程,次序如下: | | 进气冲程
活塞从上死点运动到下死点;进气门开放、排气门关闭,新鲜混合气进入气缸.这个冲程活塞在上死点时开始,运动到下死点时结束,气缸内的容积逐渐增大,气压降低一低于外界大气压.于是新鲜的汽油和空气混合气体,通过打开的进气门被吸人气缸内.
压缩冲程
混合气进人气缸以后在燃烧之前,必须预先进行压缩,使气体的压力和温度提高,从而在燃烧时燃烧速度加快,更好地利用燃烧时产生的热量,提高做功的能力.
进气冲程结束后,开始进入压缩冲程.这个冲程是指活塞从下死点运动到上死点.这冲程牙始时,曲轴靠惯性作用继续旋转,把活塞从下死点推向上死点,此时进、排气门都关闭.气缸内容积逐渐减小,工作混合气受到压缩.当活塞运动到上死点时,混合气被压缩在上死点和气缸头之间的小空间内(燃烧室容积)・活塞式发动机的压缩比s约为5-8.压缩比越大,气体被压缩得越厉害,发动机的效率越高.
膨胀冲程
在压缩冲程的末尾,活塞接近于上死点,混合气被气缸头上的电火花塞用高压电产生电火花点燃,混合气的温度和压力大大增高,活塞在燃气强大的压力作用下,向下死,告迅速运动,产生转动曲轴联杆机构所需的有效功,所以膨胀冲程也叫工作冲程.这个冲程是使发动机能够工作而获得动力的唯一冲程。
排气冲程
这个冲程的作用是将膨胀后的废气从气缸内排除出去。膨胀冲程结束后,由于运动的惯性，曲轴继续旋转，使活塞从下死点向上死点运动；排气门开放，废气被排出.这个冲程这个冲程从下死点开始，到上死点结束。当活塞到达上死点时，绝大部分废气已被排出，然后排气门关闭，进气门打开，活塞又由上死点向下运动，开始了新的一次循环。
活塞式发动机的这四个冲程的结合叫一个循环。四个冲程中包含热能到机械能的转换，所以又叫做“热力循环”。活塞上下两次，曲轴旋转两圈，经过四个冲程，完成一个热力循环的发动机称为四冲程发动机。 | | (2)、活塞式发动机的供油机构. | 上面我们提到进气冲程是以新鲜混合气供给气缸的.燃油与空气形成混合气的过程称为汽化作用;完成汽化作用的装置称为汽化器.汽化器的作用是使汽油在尚未进入汽缸之前先蒸发并与空气混合，然后进入发动机的气缸。现代汽化器是根据汽油因压力降的影响而被吸入气管的以来进行工作的，最简单的汽化器包括有两个主要部分：浮子室和混合室。浮子室内有一浮子机构,以保持油平面一定.当泊面下降时，浮子向下,通过活门的杠杆机构使针形活门上升,进油孔开大,补充足够的汽油.当浮子随油面上升而上升时,针形活门下降,自动关小进 油孔.
混合室的作用是使油雾与空气混合.根据伯努利定律,当发动机吸人的空气经过喷油孔时s空气管直径缩小(文氏管),使流速增加,因而压力降低,汽油就被吸出,同时被高速空气分子粉碎而形成油雾,并在混合室与空气得到段好混合.混合室内有节泊门用来调节进入气缸的混合气流量.为适应发动机工作状态的改变,汽化器还要设置辅助装置.这里不再赘述.
实际的航空活塞式发动机往往采用多个气缸联结在一根曲轴上的结构形式,这样不仅加大了发动机的马力,而且工作更加平稳.多气缸的排列形式主要有星形排列和V形排列两种。
近年来,活塞式发动机有了新的变化.一般活塞式发动机的活塞是在气缸内作往复直线运动的,现在出现了活塞某型旋转活塞式发动机立体剖视图在气缸内作旋转运动,兀主轴s成进气、压缩、燃烧膨胀和排气行程的旋转活塞式发动机.这种发裁机的结构紧凑,工作平稳,噪声很小,起动和加速性好,零件数目少,成本低,很适于作轻型飞机的动力装置.1969年世界上第一架用旋转活塞式发动机作动力的飞机飞行成功,开始了这类发动机在航空上应用. |
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