活塞式航空发动机是指提供航空器飞行动力的
往复式内燃机。一种4
冲程,用
火花塞点火的
汽油发动机。
曲轴转动两圈,每个活塞在气缸内往复运动4次,完成一个循环,活塞每运动一次称为“一个冲程”。4个冲程依次为进气、压缩、膨胀和排气。它主要由曲轴、连杆、活塞、气缸、分气机构和机匣等部件组成。有的发动机前部装设
减速器以降低
输出轴的转速。大多数发动机在机匣后部装有
增压器以提高发动机高空性能。活塞式航空发动机都是多气缸发动机,最少有4个气缸,多者可达28个。按气缸
冷却方式分为
液冷式发动机和气冷式发动机两种。按气缸排列形式又分为直列型发动机和
星型发动机。以星型气冷式发动机用得较多。
从1903年第一架飞机升空到
第二次世界大战末期,所有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了活塞式航空发动机,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。
活塞式航空发动机是一种 4
冲程、电嘴点火的
汽油发动机。
曲轴转动2圈,每个活塞在汽缸内往复运动4次,每次称1个冲程。4个冲程依次为吸气、压缩、膨胀和排气,合起来形成1个
定容加热循环(见
工程热力学)。发动机热效率与
压缩比和燃烧后工质(
工作介质)温度有关。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自动燃烧并形成爆震波(见燃烧学),引起汽缸局部过热和增大零件负荷,降低发动机的可靠性。提高汽油的
辛烷值(见
航空燃油)是提高压缩比、防止爆震的有效措施。
航空汽油的辛烷值一般在 100以上。每个汽缸能发出的功率受到工质温度的限制。每升活塞排量发出的功率称为
升功率,一般为22~44千瓦(30~60马力),个别发动机可达59千瓦(80马力),活塞排量是指活塞在汽缸内自最下端移至最上端所扫过的容积。
活塞式发动机主要由
曲轴、
连杆、活塞、汽缸、分气机构和机匣等部件组成(图1 )。发动机前部有
减速器,以降低
输出轴的转速。大多数发动机在机匣后部装有
增压器以提高发动机高空性能。
按汽缸的
冷却方式发动机分为液冷式和气冷式两种。早期飞机的
飞行速度很低,多采用
液冷式发动机。随着飞行速度的提高,可以利用
高速气流直接冷却汽缸,气冷式发动机遂得到广泛应用。发动机按汽缸排列形式又分为星型和直列型。
星型发动机汽缸以
曲轴为中心沿机匣向外呈辐射状均匀排列,有单排和双排等形式。
直列式发动机汽缸沿机匣前后成行排列,有对缸、工字型、V型等排列形式,以星型和V型用得较多。有时按
供油方式不同又将发动机分为
化油器式和直接注油式两种,其中直接注油式应用较广泛。
活塞式航空发动机的性能通常用转速特性、
螺旋桨特性和
高度特性表示。油门全开或
进气压力维持不变时,发动机的功率和耗油率随转速的变化关系称为转速特性,又称外部特性。在发动机上安装
定距螺旋桨时,
发动机功率和耗油率随转速的变化关系称螺旋桨特性。这时转速的改变是靠控制油门杆实现的。
发动机转速不变时,功率和耗油率随
飞行高度的变化关系称为高度特性。由图2 看出,由于有
增压器对吸入空气增压,在某一高度以下可保持进气压力恒定,而大气温度又随高度增加而下降,所以在此高度以下发动机的功率仍随高度增加而略有增加。这个高度称额定高度。在额定高度以上发动机功率随高度增加而下降。