活塞式航空發動機

活塞式航空發動機

發動機帶動空氣螺旋槳推進器旋轉產生推進力(見航空發動機)。

從1903年第一架飛機升空到第二次世界大戰末期，所有飛機都用活塞式航空發動機作為動力裝置。40年代中期在軍用飛機和大型民用機上燃氣渦輪發動機逐步取代了活塞式航空發動機，但小功率活塞式航空發動機比燃氣渦輪發動機經濟，在輕型低速飛機上仍得到應用。

活塞式航空發動機是一種 4衝程、電嘴點火的汽油發動機。曲軸轉動2圈，每個活塞在汽缸內往複運動4次，每次稱1個衝程。4個衝程依次為吸氣、壓縮、膨脹和排氣，合起來形成1個定容加熱循環（見工程熱力學）。發動機熱效率與壓縮比和燃燒后工質(工作介質)溫度有關。過大的壓縮比會使工質的壓力和溫度過高，燃油可能在未被電嘴點火前就自動燃燒並形成爆震波（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。每個汽缸能發出的功率受到工質溫度的限制。每升活塞排量發出的功率稱為升功率，一般為22～44千瓦（30～60馬力），個別發動機可達59千瓦（80馬力），活塞排量是指活塞在汽缸內自最下端移至最上端所掃過的容積。

活塞式發動機主要由曲軸、連桿、活塞、汽缸、分氣機構和機匣等部件組成（圖1 ）。發動機前部有減速器，以降低輸出軸的轉速。大多數發動機在機匣後部裝有增壓器以提高發動機高空性能。

活塞式航空發動機

按汽缸的冷卻方式發動機分為液冷式和氣冷式兩種。早期飛機的飛行速度很低，多採用液冷式發動機。隨著飛行速度的提高，可以利用高速氣流直接冷卻汽缸，氣冷式發動機遂得到廣泛應用。發動機按汽缸排列形式又分為星型和直列型。星型發動機汽缸以曲軸為中心沿機匣向外呈輻射狀均勻排列，有單排和雙排等形式。直列式發動機汽缸沿機匣前後成行排列，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動機分為化油器式和直接注油式兩種，其中直接注油式應用較廣泛。

活塞式航空發動機的性能通常用轉速特性、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，發動機的功率和耗油率隨轉速的變化關係稱為轉速特性，又稱外部特性。在發動機上安裝定距螺旋槳時，發動機功率和耗油率隨轉速的變化關係稱螺旋槳特性。這時轉速的改變是靠控制油門桿實現的。發動機轉速不變時，功率和耗油率隨飛行高度的變化關係稱為高度特性。由圖2 看出，由於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恆定，而大氣溫度又隨高度增加而下降，所以在此高度以下發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。在額定高度以上發動機功率隨高度增加而下降。