活塞式航空发动机.pdf

活塞式航空发动机

+

组成：

活塞式航空发动机是一种往复式内燃机，通过带动螺旋桨高速转动而产生推力。主要

由气缸、活塞、连杆、曲轴、进气活门和排气活门等组成。

工作原理：

活塞式航空发动机一般用汽油作为燃料，每一循环包括四个冲程，即进气冲程、压缩

冲程、做功(膨胀）冲程、排气冲程。在进气冲程，活塞从上死点运动到下死点，进气活门

开放而

排气活门关闭，雾化了的汽油和空气

的混合气体被下行的活塞吸入气缸

内。在压缩冲程，活塞从下死点运动

到上死点，进气活门和排气活门都关

闭，混合气体在气缸内被压缩，在上

死点附近，由装在气缸头部的火花塞

点火。在做功（膨胀）冲程，混合气

体点燃后，具有高温高压的燃气开始膨胀，推动活塞从上死点向下死点运动。在此行程，

燃烧气体所蕴含的内能转变为活塞运动的机械能，并有连杆传给曲轴，成为带动螺旋桨转

动的动力。在排气冲程，活塞从下死点运动到上死点，排气活门开放，燃烧后的废气被活

塞排出缸外。当活塞到达上死点后，排气活门关闭，此时就完成了四个冲程的循环。
为满足功率要求，航空发动机一般都是由多气缸组合构成，多个缸体同时工作带动曲

轴和螺旋桨转动以产生足够动力。缸体的数量和布置形式多种多样，但不管是哪种布置形

式都必须保证活塞运动与曲轴运动的协调，不能在运动中互相牵制。

2缸水平对置

活

塞

式
4缸水平对置6缸V形布置
发动机的运转速度很高，气缸内每秒钟要点火燃烧几十次。高温高压的工作条件

使得气缸壁温度

很高，因此必须配

备冷却系统。最早

活塞发动机上采

用液体冷却，在发

动机外壳内有散

热套，具有一定压力的冷却液在套内循环流动带走热量。液体冷却系统因包括水

箱、水泵、散热器和相应的管路系统等，结构复杂而笨重，因此后来采用气体冷

却系统。气冷式发动机气缸以曲轴为中心，排成星形，气缸外面有很多散热片，

飞行时产生的高速气流将气缸壁的热量散去，达到冷却目的。

辅助系统：

进气系统：进气系统内常装有增压器来增大进气压力，以此改善高空性能。

燃料系统：燃料系统由燃料泵、汽化器或燃料喷射装置等组成。燃料泵将汽油压

入汽化器，汽油在此雾化并与空气混合进入气缸。

点火系统：点火系统由磁电机产生的高压电在规定的时间产生电火花，将气缸内
的混合气体点燃。

冷却系统：发动机内燃料燃烧时产生的热量除转化为的动能和排出的废气所带走

的部分内能外，还有很大一部分传给了气缸壁和其他有关机件。冷却系统的作用

就是将这些热量散发出去，以保证发动机正常工作。

启动系统：将发动机发动起来，需要借助外来动力，通常用电动机带动曲轴转动

使发动机启动。

定时系统：定时系统是由曲轴带动凸轮盘推动连杆和摇臂，定时将进气活门和排

气活门开启和关闭的系统。

主要性能指标：

活塞式发动机的主要要求是重量轻、功率大、尺寸小和耗油省等，因此活塞

式发动机的主要性能指标有以下几个：

发动机功率：

发动机可用于驱动螺旋桨的功率称为有效功率。

功率重量比：

发动机提供的功率和发动机重量之比。功率重量比越大，越有利于改善飞机

的飞行性能。

燃料消耗率：

燃料消耗率（耗油率）是衡量发动机经济性的一项指标。一般定义为产生

1KW功率在每小时所消耗的燃料的质量。
活塞发动机的发展在二战期间达到了顶峰，飞机喷气化以后用得越来越少。

在1000m高度上，816km/h的飞行速度已是活塞发动机的极限飞行速度。由于活

塞发动机功率小，重量大，外形阻力大，螺旋桨高速旋转时效率低，且桨尖易产

生激波，因此战后随着涡轮喷气、涡轮螺桨和涡轮风扇发动机的发展，它逐渐退

出了大中型飞机领域。

尽管活塞式发动机有如上致命弱点。但是对低速飞机而言，它具有喷气式发

动机无可比拟的优点，即效率高、耗油率低和价格低廉等。另外，由于燃烧较完

全，对环境的污染相对较小，噪音也比喷气发动机小。因此，目前活塞式发动机

在小型低速飞机上，如小型公务机、农业飞机、支线和一些小型多用途运输机（森

林灭火、搜索、救援和巡逻等），仍被广泛地采用。