航空活塞发动机

航空活塞发动机第一章发动机的组成和工作原理第一章发动机的组成和工作原理航空活塞式发动机概述1航空活塞式发动机的工作原理3航空活塞式发动机的组成21.1航空活塞式发动机概述至今20世纪40年代20世纪30年代第一台重75kg，功率12hP。活塞式发动机+螺旋桨的组合成为飞机固定的推进模式。飞机性能迅猛发展，速度达到700～800km/h，高度达到10000m以上。诸多原因决定了活塞式发动机+螺旋桨的推进模式的终结。由于造价低、易于维修等优点仍用于一些初级教练机和小型运输机上，多为气冷式小功率活塞式发动机。航空活塞式发动机发展史国外美国的“辉光”无人机的动力装置就采用了莱康明公司生产的0-235-C型四缸对置活塞式发动机。俄罗斯苏霍伊设计局设计的苏-49初级教练机安装有一台M-9F型9缸气冷活塞式发动机，功率420hp。国内我国现役运5、运5B、初教6飞机上的动力装置均为活塞式发动机。西北工业大学研制的轻型近距无人战术侦察机ASN-206。航空活塞式发动机发展现状1.1航空活塞式发动机概述无人战术侦察机可用于昼夜空中侦察、战场侦察、目标定位、炮火定位、边境巡逻、核辐射取样、空中摄影和探矿以及电子战等。该型无人机动力装置为一台水平对置、气冷、四缸、二行程、功率为51hp的HS700型活塞式发动机。1.1航空活塞式发动机概述ASN-206航空活塞式发动机的类型二行(冲)程发动机四行(冲)程发动机只是在过去的少数飞机上采用过。目前使用的全部航空活塞式发动机。1.1航空活塞式发动机概述2.按形成混合气方式分：汽化器式、直接喷射式1.按所用燃料分：轻油、重油航空活塞式发动机（四行程）的类型1.1航空活塞式发动机概述汽化器式燃油系统简图1.1航空活塞式发动机概述直接喷射式燃油系统简图1.1航空活塞式发动机概述2.按形成混合气方式分：汽化器式、直接喷射式1.按所用燃料分：轻油、重油3.按混合气着火方法分：点燃式、压燃式4.按冷却发动机方法分：气冷式、液冷式1.1航空活塞式发动机概述航空活塞式发动机（四行程）的类型气冷式发动机液冷式发动机1.1航空活塞式发动机概述3.按混合气着火方法分：点燃式、压燃式2.按形成混合气方式分：汽化器式、直接喷射式1.按所用燃料分：轻油、重油4.按冷却发动机方法分：气冷式、液冷式5.按汽缸排列方式分：直列型、星型1.1航空活塞式发动机概述航空活塞式发动机（四行程）的类型H型X型直立型对立型V型W型直列型1.1航空活塞式发动机概述星型单排双排1.1航空活塞式发动机概述3.按混合气着火方法分：点燃式、压燃式2.按形成混合气方式分：汽化器式、直接喷射式1.按所用燃料分：轻油、重油4.按冷却发动机方法分：气冷式、液冷式5.按汽缸排列方式分：直列型、星型6.按空气进入汽缸前是否增压分：吸气式、增压式1.1航空活塞式发动机概述航空活塞式发动机（四行程）的类型1.1航空活塞式发动机概述初教六甲飞机——活塞六甲发动机1.1航空活塞式发动机概述星型、单排、九汽缸、气冷式的四行程航空活塞发动机初教六甲飞机——活塞六甲发动机1.2航空活塞式发动机的组成工作系统组成主要机件一、主要机件1.2航空活塞式发动机的组成1.2航空活塞式发动机的组成1—气门机构2—气缸3—活塞4—连杆5—机匣6—曲轴1.2航空活塞式发动机的组成活塞：用来承受混合气燃烧后所产生的压力，在气缸内来回移动作功。1.2航空活塞式发动机的组成活塞涨圈活塞销活塞：用来承受混合气燃烧后所产生的压力，在气缸内来回移动作功。1.2航空活塞式发动机的组成曲轴：支承在机匣内，把活塞的直线运动转换为曲轴的旋转运动，以带动螺旋桨旋转和其它附件工作。1.2航空活塞式发动机的组成连杆：连接活塞和曲轴，来回传递活塞和曲轴的运动。1.2航空活塞式发动机的组成副连杆主连杆连杆：连接活塞和曲轴，来回传递活塞和曲轴的运动。1.2航空活塞式发动机的组成气缸：燃油和空气组成的混合气进行燃烧的地方。散热片进气口电嘴孔冷气嘴孔气缸头气缸筒排气口1.2航空活塞式发动机的组成气缸排列次序螺旋桨旋转方向1.2航空活塞式发动机的组成机匣：用来安装气缸、支承曲轴，并将所有的机件连接起来，构成一台完整的发动机。1.2航空活塞式发动机的组成支承螺旋桨轴、减速器等附件支承曲轴、固定气缸和部分气门机构的零件连接发动机架、安装增压器和进气管安装附件、附件传动机构1.2航空活塞式发动机的组成气门机构：由曲轴带动，按照气缸的工作次序，控制进、排气门适时地打开和关闭。凸轮盘气门弹簧气门推筒推杆摇臂1.2航空活塞式发动机的组成电嘴：适时高压放电，点燃汽缸中的新鲜混合气。电嘴亦称为火花塞。电嘴孔中央极旁极电嘴间隙1.2航空活塞式发动机的组成减速器增压器保证发动机和螺旋桨都在有利转速上工作，提高发动机功率和螺旋桨工作效率。提高进气压力，增加汽缸的充填量，以增大发动机的有效功率，改善飞机的起飞性能，改善混合气的均匀程度。1.2航空活塞式发动机的组成燃油系统点火系统润滑系统冷却系统起动系统二、工作系统1.2航空活塞式发动机的组成燃油系统点火系统润滑系统冷却系统起动系统二、工作系统功用：储存燃油和向发动机连续供油。供油过程中，将燃油雾化并与空气均匀掺混成为新鲜混合气之后，供入汽缸。1.2航空活塞式发动机的组成燃油系统点火系统润滑系统冷却系统起动系统二、工作系统功用：产生高压电，并将高压电依次接通各个汽缸的电嘴，使电嘴产生电火花，将汽缸中的新鲜混合气点燃。1.2航空活塞式发动机的组成燃油系统点火系统润滑系统冷却系统起动系统二、工作系统功用：减轻发动机上各个相对运动机件之间的摩擦，加强发动机内部冷却等。1.2航空活塞式发动机的组成燃油系统点火系统润滑系统冷却系统起动系统二、工作系统功用：加强发动机的外部冷却。外部冷却和滑油系统的内部冷却使发动机能够在允许的温度条件下正常运转。1.2航空活塞式发动机的组成燃油系统点火系统润滑系统冷却系统起动系统二、工作系统功用：发动机开车时，由起动系统将曲轴转动，使发动机由静止状态过渡到正常运转状态，完成起动过程。1.3航空活塞式发动机的工作原理1.3航空活塞式发动机的工作原理上死点：活塞顶面距曲轴旋转中心最远的位置。下死点：活塞顶面距曲轴旋转中心最近的位置。1.3航空活塞式发动机的工作原理活塞行程：上死点与下死点之间的距离。1.3航空活塞式发动机的工作原理1.3航空活塞式发动机的工作原理1.3航空活塞式发动机的工作原理进气行程压缩行程膨胀行程排气行程1.3航空活塞式发动机的工作原理混合气中汽油和空气的比例为：1/15即燃烧1kg的汽油需要15kg的空气。进气行程1.3航空活塞式发动机的工作原理活塞运动到上死点时，燃烧室内混合气体的压强增加到10个大气压，温度增加到400ºC左右。压缩行程压缩比：活塞式航空发动机的压缩比5～8混合气被压缩的程度1.3航空活塞式发动机的工作原理膨胀行程燃烧时间：约0.015s速度：约30m/s压强：60～75个大气压温度：2000～2500ºC局部温度：3000～4000ºC燃气冲击力：15000kg1.3航空活塞式发动机的工作原理在惯性作用下，曲轴继续旋转，使活塞由下死点向上运动。当活塞到达上死点时，绝大部分的废气已被排出。排气行程1.3航空活塞式发动机的工作原理全过程为一个循环——“热循环”热能机械能带动螺旋桨进气行程压缩行程膨胀行程排气行程1.3航空活塞式发动机的工作原理进气行程压缩行程膨胀行程排气行程发动机功率发动机经济性进气的多少；压缩程度的大小；燃烧是否完善；膨胀是否充分；排气是否干净等。1.3航空活塞式发动机的工作原理一、理想工作循环四行程：进气、压缩、膨胀、排气五过程：进气、压缩、燃烧、膨胀、排气理想工作过程：无摩擦、无热交换、燃烧和放热都不需要耗费时间。1.3航空活塞式发动机的工作原理0―1：进气过程1―2：压缩过程2―3：燃烧过程3―4：膨胀过程4―1―0：排气过程等容排气、等压排气等压进气绝热压缩等容燃烧绝热膨胀理想工作过程压容图一、理想工作循环1.3航空活塞式发动机的工作原理一、理想工作循环航空活塞式发动机的理想循环理想工作过程压容图1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程进气过程进气门开进气门关混合气进入汽缸条件：1.有一条进气通道；2.减小汽缸内的压力，造成汽缸内外的压力差。进气过程的曲轴转角大于180º1.3航空活塞式发动机的工作原理吸气式发动机进气过程二、进气过程1.3航空活塞式发动机的工作原理增压式发动机的进气过程二、进气过程1.3航空活塞式发动机的工作原理油门杆后拉节气门关小气体流动损失增大节气门后气体压力减小、密度减小，进入汽缸的气体量减少二、进气过程1.3航空活塞式发动机的工作原理操纵节气门可以改变进入汽缸的气体量，从而改变发动机功率。结论：二、进气过程1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程进气过程气体温度提高（平均增量30～60ºC）气体压力下降气体温度升高压力降低气体密度减小进入汽缸内的气体重量减小进气时的流动损失进气门排气门1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程进气门早开角α进气门晚关角β进气门早开晚关目的：增加进气量1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程活塞运动到上死点时打开进气门，由于进气门流通截面积小，汽缸内气体的压力低，内外压差大，气体高速进入汽缸易形成强烈涡流，其动能转换为热能，温度升高，密度减小，进气量会减少。气门机构只能逐渐打开进气门。进气门早开，活塞到达上死点时进气门已开大，可减少涡流，增多进气量。1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程增压式发动机，节气门开度较大时，进气压力大于汽缸内废气压力。气门机构只能逐渐打开进气门。进气门早开，新鲜气体可以立即冲入汽缸，将废气吹除，使汽缸内的废气排除得更多，以增加进气量。1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程过晚：进气门早开的时机既不可过晚，也不可过早。过早：吸气式：进入进气管的废气量增多，进入汽缸的新鲜气体减少；增压式：进气门一打开，新鲜气体进入汽缸，此时排气过程仍在进行，部分新鲜气体就会从排气门排出，使发动机经济性变坏。进气行程初期，进气门开度很小，不能充分发挥进气门早开作用。1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程进气门早开的时机既不可过晚，也不可过早。现代航空活塞式发动机进气门早开角15º～45º1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程气门机构只能逐渐关闭气门。活塞运动到下死点时完全关闭进气门，则在进气行程后期，进气门开度较小，进气量减少。进气门晚关，进气行程后期进气门流通截面积仍较大，增加进气量。由于活塞到达下死点时，进气管内的气体速度较大，汽缸内的气体压力低于进气管内的气体压力，利用气体的流动惯性和进气管与汽缸内的压力差，可使一部分气体继续流入汽缸。尽管活塞已从下死点向上死点运动，其运动方向与进气方向相反，但不能阻止气体继续进入汽缸。1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程气门机构只能逐渐关闭气门。高转速的发动机，进气管内气流的动能很大，气体在压缩行程相当长的时间内仍能继续进入汽缸。1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程过早：进气门晚关的时机应恰当。过晚：不能充分利用气体的流动惯性；部分进入汽缸的新鲜气体被活塞推回进气管，减少进入汽缸的气体量。1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程进气门晚关的时机应恰当。1.现代航空活塞式发动机进气门晚关角：2.转速越大，进气门晚关角越大。40º～80º1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程吸气式发动机：汽缸中混合气的压力和温度分别等于外界大气的压力和温度；混合气在汽缸中所占的容积=汽缸工作容积理想情况下，一次进气行程进入一个汽缸的混合气重量。理论充填量：增压式发动机：汽缸中混合气的温度和压力分别等于增压器后混合气的温度和压力。一次进气行程中进入一个汽缸的实际混合气重量。1.3航空活塞式发动机的工作原理二、进气过程实际充填量：1.进气行程中气体的流动损失；2.炽热发动机对气体加热；3.汽缸中存有残余废气；4.气门叠开等。实际充填量变化范围取决于：1.3航空活塞式发动