飞机动力装置飞机动力装置第二部分：活塞式发动机第二部分：活塞式发动机第一章第一章 航空活塞式发动机概述航空活塞式发动机概述航空活塞式发动机的类型和组成航空活塞式发动机的类型和组成航空活塞式发动机的基本工作原理航空活塞式发动机的基本工作原理航空活塞式发动机的类型和组成航空活塞式发动机的类型和组成一、航空活塞式发动机的类型一、航空活塞式发动机的类型1、按混合气形成的方式区分 航空活塞式发动机可分为汽化器式发动机和直接喷射式发动机。 汽化器式发动机装有汽化器，燃料和空气预先在汽化器内混合好，然后再进入发动机气缸内燃烧。 直接喷射式发动机装有直接喷射装置，燃料由直接喷射装置直接喷入气缸，然后同空气在气缸内混合形成混合气。2、按发动机的冷却方式区分 航空活塞式发动机可分为气冷式发动机和液冷式发动机。 气冷式发动机直接利用迎面气流来冷却气缸。 液冷式发动机则利用循环流动的冷却液来冷却气缸，由冷却液把吸收的热量耗散到周围的大气中。3、按气缸排列的方式分直列型用在小型飞机上。气冷式的，也有液冷式星型。气冷式的发动机。广泛地用在各种飞机上。编号：为了识别各个气缸，需要对气缸进行编号。规定：发动机上安装螺旋桨的一端叫前端；安装附件的一端叫后端。从发动机的后端向前看以区别左侧和右侧，及顺时针和逆时针。 对立式的活塞发动机，气缸编号的原则是，后端右侧开始，按奇数编号；后端左侧开始按偶数编号， 单排星型活塞式发动机，气缸编号的原则是，从后端向前端看，12点钟位置为号气缸，然后按顺时针编号双排星型发动机气缸编号：从后端向前看，后排12点钟位置为号气缸，然后按顺时针奇数编号。前排约1点钟位置为2号气缸，然后按顺时针偶数编号。 4、按空气进入气缸前是否增压区分 可分为增压式发动机和吸气式发动机。 增压式发动机上装有增压器，外界空气先经过增压器提高压力，然后进入气缸。 吸气式发动机工作时，外界空气被直接吸入气缸。例：670型航空活塞式发动机是单排九缸星型气冷带增压汽化式发动机。二、航空活塞式发动机的组成二、航空活塞式发动机的组成1 1、主要机件、主要机件气缸气缸活塞活塞连杆连杆曲轴曲轴气门机构气门机构机匣机匣气缸：呈圆筒形，固定在机匣上,是混合气进行燃烧并将燃烧释放出来的热能转变为机械能的地方。活塞：装在气缸里面，并在气缸内作往复直线运动，将燃气所作的功，传递出去。连杆：一端连接活塞，另一端与曲轴相连，起着传递力的作用,并和曲柄一起将活塞的直线运动转变为旋转运动。 曲轴：和连杆一起将活塞的直线运动转变为旋转运动，将功传递给螺旋桨。发动机工作时，气缸内不断地进行着气体的新陈代谢。气门机构：就是控制气门的开启和关闭，保证新鲜混合气在适当的时机进入气缸，以及保证燃烧做功后的废气适时地从气缸中排出。机匣：作为发动机的壳体，它除了用来安装气缸和支承曲轴外，还将发动机所有的机件连结起来，构成一台完整的发动机。通常在发动机的曲轴和螺旋桨轴间装有减速器，使螺旋桨轴的转速低于曲轴的转速。2、工作系统、工作系统燃油系统燃油系统是为了不断地给发动机提供适当数量的燃油，并将燃油很好地雾化，与空气均匀混合成浓度合适的可燃混合气。型式有：汽化器式和直接喷射式。点火系统点火系统是为了在适当的时刻产生电火花，以点燃气缸里的混合气。电火花由装在气缸上的电嘴在高压电的作用下产生，而高压电由磁电机产生。润滑系统润滑系统主要用来将润滑油不断地送到各机件的摩擦面，以降低摩擦阻力，减轻机件的磨损，同时把摩擦产生的热量带走。冷却系统冷却系统是为了把气缸内的一部分热量散发到大气中去，保证气缸头的温度正常。冷却系统有：气冷式和液冷式两种。起动系统起动系统是为了带动发动机从静止状态开始转动起来，并使发动机进入慢车转速。转动曲轴的方式通常有气动和电动两种。航空活塞式发动机的基本工作原理航空活塞式发动机的基本工作原理发动机工作时，燃料与空气组成的混合气经进气门进入气缸，在气缸内被活塞压缩后，由电火花点火进行燃烧，放出热能。高温高压的燃气膨胀，推动活塞作功，将热能转换为机械能。最后，作功后的废气经排气门排到大气中。上死点：是活塞距曲轴旋转中心最远的位置。下死点：是活塞距曲轴旋转中心最近的位置。活塞行程：上、下死点之间的距离叫做活塞的行程。活塞在上死点时，气体在气缸内所占有的容积，叫做燃烧室容积，用 V燃表示 ；活塞在下死点时，气体在气缸内所占有的容积，叫做气缸全容积，用 V全表示 ；上死点与下死点之间的气缸容积，叫做气缸工作容积，用 V工作表示 。工作容积等于气缸横截面积与活塞行程的乘积；工作容积等于全容积与燃烧室容积之差，即V工作 = V全 - V燃一、四行程发动机的基本工作原理一、四行程发动机的基本工作原理混合气从进入气缸起，分别经过压缩、燃烧、膨胀，直到废气排出，在这整个过程中，活塞从上死点到下死点之间往返了两次，也就是连续地移动了四个行程。由于在这四个行程中，分别完成了进气、压缩、膨胀和排气的工作，所以这四个行程相应地叫做进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。从进气行程开始，到排气行程结束，四个行程组成一个工作循环。四个行程：进气行程压缩行程膨胀行程排气行程(1)进气行程在进气行程中，排气门始终关闭，活塞在上死点时进气门打开。因此，当活塞从上死点向下死点移动时，气缸内容积扩大，压力减小，在气缸内外压力差的作用下，混合气经过进气门进入气缸。活塞到达下死点，进气门关闭，不再进气，于是进气行程结束。(2)压缩行程在进气行程之后，活塞从下死点往上死点移动，此时由于进气门和排气门都关闭着，使气缸内的容积不断缩小，混合气受到压缩，因而压力和温度升高，成为压缩行程。活塞到达上死点时，压缩行程也就结束。(3)膨胀行程在压缩行程结束时，电嘴产生电火花，将压缩后的混合气点燃。膨胀行程就是混合气燃烧膨胀作功的一个行程，也就是发动机赖以产生动力的一个行程，因此成为工作行程。在膨胀行程中，进气门和排气门仍然关闭着，混和气在电嘴点火后的瞬间全部烧完，放出大量的热能，燃气的温度和压力急剧升高。在燃气膨胀的同时，以很大的压力推动活塞，使活塞从上死点向下死点移动，这样燃气便做了功。燃气在膨胀作功的过程中，所占的容积逐渐扩大，压力和温度不断下降，直到活塞到达下死点时，膨胀行程就结束。(4)排气行程燃气膨胀作功以后，就变为废气。为了再次把新鲜混合气送入气缸，以便连续工作，必须把废气排出气缸。排出废气的工作，便是靠排气行程来完成的。在排气行程中，进气门仍然关闭着。当膨胀行程结束，活塞到达下死点时，排气门打开，废气便在气缸内外气体的压力差，以及活塞从下死点向上死点移动的推压作用下排出气缸。活塞到达上死点时，排气门关闭，排气行程结束。五个工作过程：进气压缩燃烧膨胀排气活塞在气缸的上死点和下死点之间往返了两次，连续移动了四个行程在四个行程中曲轴旋转两周，每个气缸有一次点火。在一个循环中完成了五个过程，五个过程的顺序是：进气，压缩，燃烧，膨胀，排气。二、四行程发动机的点火次序二、四行程发动机的点火次序上面阐述的是一个气缸内四个行程的工作情形。实际上，航空活塞式发动机都是多缸发动机，每个气缸都按照上述四个行程的顺序进行工作。但是各气缸的相同行程并非同时进行，而是按一定的次序均匀错开的，因此，每个气缸的点火，也是按相同的次序均匀错开，保证活塞推动曲轴的力量尽可能均匀，以获得发动机的平稳运转。 单排星型发动机：点火间隔角为：气缸间隔角为: 所以点火间隔角等于气缸间隔角的两倍。单排九缸星型发动机点火顺序是：135792468。双排星型发动机：点火间隔角等于气缸间隔角的两倍。前后派交错点火。双排14缸星型发动机点火顺序11051494138312721161。可以看出，双排十四缸星型发动机点火次序的规律是：加九减五。 第二章第二章 航空活塞式发动机构造航空活塞式发动机构造气缸活塞组气缸活塞组曲轴连杆曲轴连杆气门机构气门机构减速器减速器增压器增压器机匣和附件传动机构机匣和附件传动机构排气管、整流罩和发动机安装排气管、整流罩和发动机安装气缸活塞组气缸活塞组一、功用及工作条件一、功用及工作条件工质在发动机的气缸活塞组内进行热力过程，通过热力过程将燃油的化学能转化为机械能。此组的主要零件是气缸和活塞，以及活塞涨圈、导风板等。气缸和活塞的工作条件是十分恶劣的，以中等功率的651发动机为例，其起飞功率状态工作条件为: 1.爆发压力高达78公斤/平方厘米。2.活塞运动的最大速度的等于24米/秒。3.活塞压向气缸壁的侧压力可达2200公斤。4.燃烧期间燃气温度高达23002400摄氏度。可见，气缸活塞组在发动机工作过程中，承受着很大的热负荷和机械负荷，是发动机上最薄弱的地方。二、二、气缸构造气缸构造 如图，为651发动机后排气缸零件图，在设计和构造方面对气缸的要求主要有：1.必须具有足够的强度，以承受发动机运行时所产生的内压；2.必须使用轻金属材料制造，以便降低发动机重量；3.必须具有良好的导热性，以便有效地冷却；4.成本低，且易于制造、检查和维护。气缸呈圆筒形，固定在机匣上，是混合气进行燃烧并将燃烧释放出来的热能转变为机械能的地方。所以将发动机产生功率的部件叫做气缸。组成：气缸由气缸头和气缸筒两部分组成。气缸头：气缸头提供了混合气燃烧的空间，在气缸头上安装有进气门，排气门，两个电嘴。在气缸头上还有进、排气操纵机构及散热片。气缸筒：气缸筒由筒体和钢衬套组成。气缸筒的外表面镶制有散热片，便于散热冷却。(1)气缸头在气冷式发动机中，每个气缸的头部都是分别加工的，而在液冷式发动机中，则通常是整体铸造的。气缸头常用具有良好的导热性和铸造性能的耐热铝合金铸成。铸成后，通过热处理提高材料强度。气冷式发动机气缸头的外部有很多铸造的或机加工的散热片。又深又密的散热片大大地增加了气缸头的散热面积，能更好地改善气冷效果。(2)气缸筒气缸筒内表面和带涨圈的活塞相配合的区域称作镜面。镜面的耐磨性对发动机的工作具有重要的意义，通常采用下列方法提高镜面的耐磨性：1.用渗氮法提高表面硬度；2.采用具有收缩变形的气缸筒；3.精加工镜面。气缸筒渗氮的目的在于让表面层产生氮化铁和钢的其它氮化物，使表面层硬度增加1.5-2倍。氮化过程是在气缸筒长时间放置在温度为500度的氨气介质中进行的。(3)导风板在发动机工作过程中，燃油燃烧所发出的热量的13-15%要通过气缸壁传到周围介质中去。对于气冷式发动机，发动机气缸的冷却情况取决于冷却空气的流速、密度和温度。为了使各个气缸及气缸的各部分都得到充分冷却，必须使用导风板装置对气流进行导向。导风板的作用如下：1.减小通气截面，增大散热片间的空气流速；2.把空气导向后面被遮着的部位和要求强烈冷却的区域，象后排电嘴；3.保证冷空气流至后排气缸，若不经导向的任意环吹，则流到后排气缸的将是被前排预热过的空气。三、三、活塞构造活塞构造活塞装在气缸里面，并在气缸内作往复直线运动，将燃气所作的功，传递出去。组成： 活塞 活塞涨圈 活塞销形状：有些发动机的活塞加工成具有一定的椭圆度，其作用是，在工作温度下，能与气缸配合的更好。活塞的顶面可以是平面、凸面或凹面。在活塞的头部可以加工出两个凹槽，以防止与气门相碰撞。活塞的运动速度活塞在气缸内做往复直线运动，而且是非匀速的直线运动。四、四、活塞附件活塞附件(1)(1)活塞销活塞销功用：联接活塞和连杆。加工：由镍合金钢锻造的管材加工而成,表面进行了硬化和研磨处理。 全浮动式活塞销全浮动式活塞销：用于现代航空活塞发动机的活塞销是全浮动式的，这样的活塞销，可以在活塞和连杆活塞销轴承中间自由转动。(2)(2)活塞涨圈活塞涨圈安装：在活塞涨圈槽内，借本身的弹力和燃气从内面作用的侧压力，紧压在气缸壁上。作用：防止燃气从燃烧室中泄漏出去；并阻挡滑油，使渗到燃烧室中的滑油量降到最小。分类：封严涨圈、挡油涨圈、刮油涨圈。 封严涨圈封严涨圈功用：发动机工作时，避免燃气通过活塞泄漏。位置：位于活塞的最上部。数量：大多数航空发动机，每个活塞上安装有三个封严涨圈。形状：横截面可以使锥形、矩形或梯形。通常是梯形的，这样便受到活塞运动所产生的附加侧压力，因而被紧紧压在气缸壁上，提供最佳的密封。挡油涨圈挡油涨圈功用：控制气缸壁上滑油油膜的厚度。如果进入燃烧室的滑油过多,滑油就将燃烧，并在燃烧室壁上、电嘴上及气门头上留下很厚的积炭层，这些积炭如果进入到涨圈槽或气门导套内，就可以使气门和活塞涨圈粘住，此外，这些积炭还可以引起电嘴点火延迟，早燃，爆震或滑油消耗量过大。位置：位于紧挨封严涨圈下面和活塞销衬套的上面。数量：大多数航空发动机每个活塞上安装有一个或两个。在涨圈槽上开有很多小孔，使过剩的滑油流回到机匣。 刮油涨圈刮油涨圈功用：当活塞上行时，刮油涨圈将多余的滑油留在涨圈的上面；活塞下行时，通过挡油涨圈将这些滑油压回到机匣中去。位置：它被安装在活塞裙的底部，数量：大多数发动机每个活塞上安装有一个。形状：涨圈表面有刮切刃口斜面。曲轴连杆曲轴连杆一、曲轴一、曲轴曲轴的主要功用是，把活塞和连杆的往复运动转变为旋转运动，将发动机产生的功率传给螺旋桨。此外，曲轴还带动发动机附件，凸轮盘、增压器等运转，并保证在非作功行程时，连杆和活塞也能运动。曲轴是发动机的主干，它是发动机上承力最大的构件，要求具有足够高的强度，通常由高强度合金钢锻造而成。(1)(1)曲轴的类型曲轴的类型1、单曲拐曲轴 单曲拐曲轴是最简单的，由前后轴颈、两个曲拐颊、 曲拐销和配重组成。此曲轴应用于单排星型发动机。2、双曲拐曲轴双曲拐曲轴由前后轴颈、两个曲拐颊、两个曲拐销和中间部件组成，两个曲拐互成180度，曲拐颊一端带配重。此曲轴应用于双排星型发动机和4缸V型发动机。3、三曲拐曲轴此曲轴有3个曲拐，互成120度。应用于3缸直立式发动机和6缸V型发动机。4、四曲拐曲轴此种曲轴有4个曲拐，成180度排列。应用于4缸直立式发动机、4缸对立式发动机和4排星型发动机。(2)(2)曲轴结构曲轴结构曲轴上的一个曲拐销和两个曲拐颊就构成一个曲拐，各曲拐结构都差不多。例：670发动机的曲轴结构曲轴的前部分由曲拐销、前曲拐颊、配重、前轴颈、齿套部分和轴头组成 曲轴的后部分由后曲拐颊、后轴颈、配重等组成。(3)(3)曲轴平衡曲轴平衡在曲轴上安装有平衡块(配重)和阻尼器(减振器)。平衡块用来保证曲轴的静平衡。阻尼器用来保证曲轴的动平衡，以减小发动机的振动。检验曲轴是否达到静平衡的方法是：将曲轴架在两个刀刃上，看曲轴是否有向任何方向旋转的趋势。(4)(4)曲轴维修曲轴维修时间：为了保证发动机的正常工作，在对发动机进行大修或发动机突然停车时应检查曲轴的径向跳动量。方法：在规定的部位用形块将曲轴支好，使用平台和一个千分表来测定曲轴的径向跳动量。如果表的总读数超过厂家规定的极限值，则曲轴不能再使用。例：检查结果是：-0.002英寸，0.003英寸,则曲轴的径向跳动量为0.005英寸。检查曲轴的转动角度时用定时盘进行测量。 二、二、连杆连杆 连杆是在曲轴和活塞之间传递作用力的机件。连杆必须具有足够的强度和刚度，以保证传力可靠。此外，重量还要小，以便在连杆和活塞停止运动、改变方向和从每个死点再次运动时，减小惯性力。连杆有三种类型：即普通型、叉片型和主副型连杆。普通型连杆普通型连杆用在直立式和对立式发动机上。连杆装曲拐销的杆端用一个盖板和一个分体轴承通过夹紧螺栓装在一起。叉片型连杆叉片型连杆用在V型发动机上。连杆由叉杆和片杆组成。叉杆在曲轴端分叉，为片杆活动提供空间。叉杆和片杆在曲轴端用夹紧端盖和同一个分体轴承连接。主副连杆主副连杆星型发动机上通常用主副连杆机构。每一排中有一个气缸的活塞通过主连杆与曲轴连接，其它气缸的活塞通过副连杆连接到主连杆上。主连杆是活塞销与曲柄销的连接杆件。曲柄销端称为大端，容纳曲柄销或主连杆轴承的端周围的凸缘供副连杆安装用，副连杆通过副连杆销连接到主连杆上。活塞销端称为活塞端，又叫小端，与1号气缸中的活塞相连。装配时，副连杆销被压入主连杆的孔中，一个滑动轴承安装在主连杆的活塞端，以便装入活塞销。气门机构气门机构功用：控制气门开启和关闭的定时性。组成：凸轮盘，凸轮盘，滚轮，滚轮，挺杆，挺杆，推杆，推杆，调整螺丝，调整螺丝，摇臂，摇臂，转轮，转轮，气门弹簧等。气门弹簧等。工作：工作：凸轮盘上有许多凸起的部分，凸起部分顶着一个凸轮滚轮或随动轮工作，凸轮滚轮依次推动挺杆和推杆，推杆又作用于摇臂而打开气门。当凸轮滚轮和挺杆沿着凸轮盘较低的部分滚动时，气门弹簧在气门杆上滑动，通过气门弹簧座锁扣和气门杆环形槽将气门压在气门座上，这时气门就关闭,并将气门机构推向相反的方向。 一、气门一、气门气门分为进气门和排气门。形状：通常是蘑菇式和喇叭式的气门，喇叭式气门只能用作进气门。组成：气门头，气门杆，气门颈，气门顶。材料：气门要承受高温，高压和腐蚀,所以必须用合金钢来制造。气门头气门头气门头有一个研磨过的表面，当气门关闭时，这个表面紧靠在研磨过的气门座上，形成气门密封面。气门头经研磨的表面，通常是用很坚固的司太利合金（钨铬钴硬质合金)制造的，这种合金焊接在气门表面上，其厚度约为1.6mm,并磨成正确的角度。司太利合金能承受高温、腐蚀，也能承受气门工作时的撞击和磨损。气门杆气门杆气门杆起引导气门头的作用，气门杆安装在气缸头内的气门导套内上、下运动。气门杆表面进行了硬化处理。一些发动机排气门的气门杆是空心的，并充有金属钠。金属钠是极佳的热导体，便于散热。注意！在任何情况下，都不得将充有金属钠的气门杆割开或进行可能导致气门损坏的加工，因为，气门里的金属钠暴露在大气中，会引起燃烧或产生爆炸，造成人员的伤害。二、气门二、气门弹簧弹簧功用：是关闭气门，使其紧贴在气门座上。每个气门上安装有两个或三个气门弹簧。目的是防止在某转速下发生振动或颤振。每个弹簧将在不同的发动机转速上振动，因此，就能很快地衰减掉由发动机转动而产生的弹簧颤动之振动。两个或三个弹簧也能减少弹性不足造成的危险，以及由于受热和材料疲劳断裂产生的故障。 三、凸轮盘三、凸轮盘功用：控制气门的升程)和气门打开所持续的时间及定时性。凸轮盘上凸起的型面的形状，决定了气门的升程(气门升离气门座的距离)和气门打开所持续的时间。气门的定时性取决于这些凸起的间隔和相对于曲轴的转速和方向的凸轮盘转动的转速与方向。凸轮盘上凸起的个数取决于气缸的数目、凸轮盘与曲轴的转动方向、减速比等因素。四、凸轮轴四、凸轮轴 凸轮轴用于直列型发动机。 凸轮轴是一根由齿轮驱动的扭力轴，在沿轴线方向有若 干个凸轮，齿轮由曲轴上的主动齿轮传动。由于每个凸 轮只有一个凸起，因此传动减速比总是1/2。 凸轮盘和凸轮轴上的凸起型是经过精心设计的。凸起的 高度决定气门的开度；凸起两侧导坡的长度决定气门的 定时；凸起半径的变化率决定了气门机构内惯性力和冲 击力的大小。五、挺杆组件五、挺杆组件 挺杆组件将凸轮的旋转运动转变为往复运动，并将这个运动传递给推杆。挺杆的凸轮端和凸轮型面压紧，并保持径向。挺杆的另一端有球面座和推杆配合。挺杆有机械式和液压式两种。六、推杆六、推杆 推杆把挺杆的运动传递给气门摇臂。七、气门摇臂七、气门摇臂功用：摇臂将凸轮的提升力传递给气门。支承：摇臂被滚珠轴承支承，同时也作为一个支点，通常臂的一端支承推杆，另一端支承气门杆。结构：摇臂的一端有时开槽，以便安装转轮。另一端则制成带有螺纹的开缝夹头和锁紧螺栓，或攻有螺纹的孔。调节螺丝：摇臂可以有一个调节螺丝，用来调整摇臂和气门杆顶端之间的间隙。将螺丝调整到特定的间隙，以确保气门关严。 气门间隙气门间隙定义：当气门处于全关位时摇臂和气门杆顶端之间的间隙定义为气门间隙。功用：气门间隙将影响气门开关的定时性、气门的升程和气门打开所延续的时间。气门间隙过大，使气门晚开早关。造成气门开启角变小，开启延续的时间变短，减小气门的升程。气门间隙过小，使气门早开晚关。造成气门开启角变大，开启延续的时间变长，增加气门的升程。减速器减速器 减速器的功用在于使螺旋桨的转速较曲轴的转速降低一些。这是由于现代大功率发动机都具有较高的转速，而飞机在起飞和飞行中都需要很大的拉力，为此需要采用能排流大量空气的大直径螺旋桨。但大直径的螺旋桨在过高的转速下，其叶尖速度会超过音速而使螺旋桨的效率大大降低。因此，必须采用减速器以降低螺旋桨的转速。由于减速器的齿轮需要传递很大的功率，自身应力就非常大，因此，减速器齿轮都是用锻钢制造的。减速器的类型比较多，航空发动机使用的有定轴、行星正和行星斜齿轮系。 1、定轴齿轮系组成：安装在曲轴上的齿轮叫主动齿轮安装在螺旋桨轴上的齿轮叫被动齿轮。应用：定轴齿轮系常用于直立式和型发动机中。2、行星齿轮系组成：安装在曲轴上的主动齿轮叫太阳轮，它与曲轴一起转动，一组小的行星齿轮均匀安装在行星架上，这个齿轮架被连到螺旋桨轴上。行星齿轮同时和太阳齿轮与固定齿轮相啮合。固定齿轮用螺栓安装在前机匣内。当发动机工作时，太阳齿轮转动，因为行星齿轮与太阳齿轮啮合，所以行星齿轮必然转动，而它们又同时与固定齿轮啮合，当它们转动时，它们边作自转，边在公转，所以行星齿轮架就带动螺旋桨以较低的转速与曲轴同向转动。增压器增压器 离心式增压器离心式增压器功用：增大发动机的进气压力。增大进气压力，是为了增大发动机的有效功率，以改善飞机的起飞性能和发动机的高空性能。增压式活塞发动机，增压是使进气压力从海平面到一定的飞行高度以内自动地保持不变。大多装有进气压力调节器。分类：内增压器内增压器是增大空气和燃油混合气的压力从而增大发动机的进气压力，使发动机的进气压力，从海平面到临界高度保持为常数。外增压器外增压器是增大空气的压力从而增大发动机的进气压力，使发动机的进气压力，从海平面到临界高度保持为常数。内增压器功用：增大空气和燃油混合气的压力从而增大发动机的进气压力，使发动机的进气压力，从海平面到临界高度保持为常数。组成：进气通道离心式叶轮扩压器分气室等驱动力内增压器的增压叶轮是通过安装在曲轴末端的传动齿轮来带动的。分类：单级单速单级单速是: 增压器只有一个叶轮，而且，此叶轮只有一个转速。单级双速单级双速是: 增压器只有一个叶轮,此叶轮有两个转速，因此还应有一个双速离合器配合工作。 双级单速等。外增压器功用增大进入发动机空气的压力，从而提高发动机的进气压力，使发动机的进气压力，从海平面到临界高度保持为常数。组成一个废气涡轮一个离心式叶轮一个中间冷却器一个内增压叶轮控制系统。外增压器离心式叶轮用来增加空气的压力。中间冷却器的功用是降低增压后的空气温度，将进气温度降至保证正常燃烧的要求。中间冷却器使用的冷却介质，一般为外界的空气。内增压叶轮作为增压器的第二级，增加混合气的压力，经过进气管流入各气缸。它由曲轴通过传动齿轮系来带动。 废气涡轮是一个向心式的叶轮，或是由导向器和工作叶轮组成轴流式涡轮。发动机工作时，从各个气缸排出的高温废气，通过废气涡轮时膨胀作功，去带动外增压叶轮。离心式增压器的增压原理发动机工作时，空气经进气通道进入高速旋转着的叶轮，在叶轮的作用下经叶片间的通道，从叶轮外缘流出，通过扩散器，进入分气室，最后从分气室流入各气缸。空气经过增压器后，压力的提高分两个阶段获得：前一阶段，空气在叶轮内借惯性离心力增压；后一阶段，空气在扩散器和分气室内靠减小气流速度来增压。尽管离心增压和减速增压构成了离心式增压器的增压原理，但究其本质，都是由于增压器叶轮对气体作功的结果。因为叶轮对气体作功，一方面使气体高速旋转，另一方面又使气体在叶轮出口处获得很大的绝对速度。这样，气体因高速旋转而产生惯性离心力，又因有了很大的出口绝对速度，才有可能在扩散形的通道中，把速度降下，以再次增加气体的压力。进气压力与增压器进口空气压力的比值，叫做增压器的增压比。进气温度与增压器进口空气温度的差值，叫做增压器空气的温度增量。进气压力的调节能够维持进气压力设计值（额定值）的最大高度，叫做设计高度或额定高度。增压器的增压能力，便是按照这个高度来设计的。 从海平面到额定高度保持进气压力为常数的方法是 改变节气门的开度。进气压力的调节在额定高度，节气门全开，增压器的增压能力，恰好使进气压力达到所要求的数值。飞行高度降低时，节气门的开度变小，以保持进气压力不变。当飞行高度超过额定高度时，由于节气门已经全开，所以随着飞行高度的增高，进气压力随大气压力的下降而下降。进气压力调节器进气压力调节器功用功用：借改借改变节气气门的开度来保持的开度来保持进气气压力力为额定定值。进气压力调节器：主要由两个感应膜盒、分油活门、传动活塞和调进气压力调节器：主要由两个感应膜盒、分油活门、传动活塞和调节机构等组成。节机构等组成。两个膜盒中，一个是感两个膜盒中，一个是感应膜盒，膜盒， 其内部与其内部与进气系气系统相通，它用相通，它用 来感受来感受进气气压力的大小。力的大小。工作感工作感应膜盒内装有膜盒内装有弹簧，簧，弹 簧力的大小可由簧力的大小可由调节机构操机构操纵， 以改以改变所要保持的所要保持的进气气压力。力。另一个膜盒是另一个膜盒是补偿感感应膜盒，膜盒， 它的内部是真空，并装有它的内部是真空，并装有弹簧簧 以增加其以增加其刚度度, , 它用来消除大它用来消除大 气气压力力变化化对工作感工作感应膜盒膜盒变 形的影响。形的影响。分油活分油活门由感由感应膜盒膜盒带动，用，用 以控制滑油的以控制滑油的进、出油路。、出油路。传动活塞通活塞通过杠杆与杠杆与节气气门相相 连，它可以操，它可以操纵节气气门的的开度。开度。 工作工作：进进气气压压力力为为额额定定值值时时，分分油油活活门门处处于于中中立立位位，恰恰好好把把传传动动活活塞塞两两边边的的滑滑油油油油路路堵堵住住, ,见见图图，传传动动活活塞塞停停留留在在某某一一位位置置，静静止止不不动动，节节气气门门开度不变。开度不变。进进气气压压力力大大于于为为额额定定值值（如如飞飞行行高高度度降降低低，使使进进气气压压力力增增大大而而超超过过额额定定值值）时时，工工作作感感应应膜膜盒盒内内所所感感受受的的压压力力增增大大，膜膜盒盒向向左左伸伸，带带动动分分油油活活门门向向左左移移动动，打打开开滑滑油油路路，使使传传动动活活塞塞的的左左边边与与进进油油路路相相通通，传传动动活活塞塞的的右右边边与与回回油油路路相相通通，如如图图2-192-19所所示示。这这时时，传传动动活活塞塞在在滑滑油油压压力力的的作作用用下下，向向右右移移动动，把把节节气气门门关关小小，使使进进气气压压力力减减小小。使使进进气气压压力力减减小小的的同同时时，工工作作感感应应膜膜盒盒向向右右收收缩缩，带带动动分分油油活活门门逐逐渐渐向向右右移移动动，直直至至进进气气压压力力恢恢复复到到额额定定值值时时，分分油油活活门门又又回回到到中中立立位位置置，把把滑滑油油路路堵堵住住，传传动动活活塞塞停停留留在在新新的的位位置置，静静止止不不动动，节节气气门门也也关关小小到到相相应的开度，不再关小。应的开度，不再关小。进进气气压压力力小小于于为为额额定定值值（如如飞飞行行高高度度升升高高，使使进进气气压压力力减减小小而而低低于于额额定定值值）时时，进进气气压压力力调调节节器器工工作作情情况况与与上上述述情情况况相相反反，使使节节气气门门适适当当地开大，进气压力仍恢复到额定值。地开大，进气压力仍恢复到额定值。机匣和附件传动机构机匣和附件传动机构 一、机匣一、机匣机匣是发动机的骨架。机匣的外部装有气缸、附件和辅助零件，内部装有发动机主要机构的轴承和支座。依靠装在机匣上的结合支座，将发动机固定在飞机的发动机安装架上。由机匣壁组成的内腔，可使飞溅的滑油去润滑发动机的一系列零件，并汇集工作过的滑油。 (1)(1)星型发动机机匣星型发动机机匣星型发动机机匣通常包括前机匣、中机匣、增压机匣和附件机匣(后盖)。各部分机匣是用螺栓连接起来的，为避免连接处漏油，通常使用胶圈、橡胶条等进行封严。(2)直列型发动机机匣直列型发动机机匣直列型发动机机匣通常包括主机匣、增压机匣和后盖。二、附件传动机构二、附件传动机构发动机的附件传动机构用来在曲轴和附件之间双向传递功率。即起动时由起动机通过传动机构带动曲轴转动，当起动机脱开之后，曲轴又通过传动机构带动各附件运转。附件传动机构实际上是由传动轴、各型齿轮和必要的离合器组成的齿轮系。 三、轴承三、轴承功用：用来支承发动机内部的转动件，是转子和静子的中介。在工作中转动部件的所有外传力都要通过轴承传递，轴承还要以高速运转，承受振动力，因此，工作条件恶劣，要求轴承具有足够的强度，且运转平稳、摩擦力小。发动机上：滑动轴承，滚珠轴承，滚棒轴承。排气管、整流罩和发动机安装排气管、整流罩和发动机安装 一、排气管一、排气管功用：收集和排除发动机产生的有害废气，以保证飞机和乘客的安全。分类：短排气管和排气总管两种。(1)短排气管式现代航空发动机上基本上没有使用。(2)集气管式集气管式用在大多数发动机上。它的特点是，有一个或若干个排气总管，单个气缸的排气管汇交于集气管，集气管再把废气集中排入大气。排气管的常见故障是裂纹和卡子松脱。排气管出现故障后，高温废气就会泄露出来。这可能引起火灾，机件过热、座舱一氧化碳中毒等。因此，对排气管要经常性地认真检查，防止故障发生。二、排气附件二、排气附件常用的排气附件有热交换器、废气涡轮和功率恢复涡轮。(1)热交换器热交换器使用发动机排气作为热源来加热一定量的空气，使这部分空气达到一定高的温度。这部分被加热的空气可以用来防冰或进行座舱加温。(2)废气涡轮废气涡轮是发动机涡轮增压器的一部分，它利用废气的作功，把废气中的能量提取出来，转换成机械能来带动增压器对进气增压，提高发动机的指示功率。(3)功率恢复涡轮功率恢复涡轮实际上也是废气涡轮，只不过它被直接联接到发动机曲轴上，以使发动机直接从废气中得到功率，这样的能得到附加功率的系统，叫功率恢复涡轮系统，简称PRT系统。 三、发动机安装三、发动机安装发动机是通过安装架固定到飞机上的。如图，是一个用钢管焊接的架子，由发动机固定环、撑杆和接头组成。固定环上的接头用来和增压机匣上的对应接头相连，撑杆端部的接头用来和机身结构的连接点相接。由于发动机安装架要承受发动机的所有外传力，包括拉力、扭矩、重力和惯性力等，因此，连接螺栓都是经过特殊热处理的合金钢制成的。四、发动机整流罩四、发动机整流罩 发动机装到飞机上之后，都要用整流罩将发动机包起来，其作用是保护发动机和发动机附件，并减少发动机的气动阻力。整流罩是用铝合金板材或复合材料制成的薄壁结构，安装好后，外表是光滑的，前部开适当形状和适当大小的口，以保证发动机有足够的冷却和工作空气进入，后部沿发动机周向开有若干个鱼鳞片通风口，鱼鳞片的开度可以调节，以控制流过发动机的冷却流量。第三章第三章 航空活塞式发动机的工作过程航空活塞式发动机的工作过程进气过程进气过程压缩过程压缩过程燃烧过程燃烧过程提前点火提前点火混和气的不正常燃烧混和气的不正常燃烧膨胀过程膨胀过程排气过程排气过程定时图定时图理想循环理想循环活塞式发动机的理想循环叫奥托循环,又叫定容加热循环。由下述四个可逆的热力过程组成绝热压缩过程；定容加热过程；绝热膨胀过程；定容放热过程。进气过程进气过程一、进气过程的进行情况一、进气过程的进行情况进气过程是指新鲜混合气进入气缸的过程。进气过程的作用是使发动机得到工作时所需要的新鲜混合气。 进气过程从进气门打开时开始，到进气门关闭时结束。进气过程：在进气过程的最初一段时间内，活塞尚在前一个循环的排气行程，正向上死点运动，进气门逐渐开大，而排气门还开着，前一个循环的废气正继续排出气缸。活塞运动到上死点时，进气门已开大，尔后活塞从上死点向下死点运动，气缸容积不断扩大，大量混合气经过进气门进入气缸。活塞经过下死点以后，继续进气，直到压缩行程的初期，进气门关闭时，进气才停止。装有汽化器的吸气式发动机，外界空气门经过节气门后，与汽化器喷油嘴喷入的燃料混合、蒸发组成余气系数一定的混合气，混合气进入分气室，再经过进气管和进气门进入气缸。进气道中的节气门与飞行员座舱内的油门杆相连接。油门杆向后拉，节气门关小，进入气缸的气体量减少; 油门杆向前推，节气门开大，进入气缸的气体量增多。因此，操纵油门杆可以改变进入气缸的气体量, 从而改变发动机的功率。参数的变化：温度：气体从外界进入气缸后，温度有所提高，这是因为，流入气缸的气体与气缸头、进气门、排气门和活塞等灼热的机件相接触，吸收热量的结果。压力：气体从外界进入气缸的过程中，压力有所下降，这是因为气体具有粘性，在进气系统管道内流动时，不可避免地要产生流动损失的结果。密度：在进气过程中，气体温度的提高，压力的降低，均导致气体密度的减小，质量：进入气缸的气体质量减小。二、进气门的早开晚关二、进气门的早开晚关为了增加进入气缸的气体量，在活塞从上死点下行开始进气行程之前，进气门就打开了，直到活塞离开下死点，进入压缩行程的初期，进气门才完全关闭。所以，在整个进气过程中，进气门是早开晚关的，曲轴转过的角度大于180度。进气门的早开角进气门的早开角 定义：进气门的早开角是进气门刚刚打开时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。进气门要早开，应在排气行程的后期打开。 进气门早开角约为1545。好处：进气门早开可以尽量多地吹除废气，尽量多地进入新鲜的混合气，提高发动机的容积效率，从而提高发动机的输出功率，又有利于气缸，特别是气缸头的冷却。进气门的早开进气门的早开角角 开的过早，会使刚进入气缸的一部分新鲜混合气从排气门排出，经济性变坏；开的过晚, 会使进入气缸的混合气减少,对气缸头的冷却变坏。进气门的进气门的晚关晚关角角定义：进气门的晚关角是进气门恰好完全关闭时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。进气门要晚关就应在压缩行程的初期关闭。进气门晚关角的范围: 4080。好处：进气门晚关可以尽量多地进入新鲜的混合气; 提高发动机的容积效率，从而提高发动机的输出功率; 也有利于气缸，特别是气缸头的冷却。进气门的进气门的晚关晚关角角关的过晚，会使一部分已经进入气缸的新鲜混合气被活塞压回进气管内，使进入气缸的新鲜混合气充填量减少。进气门关的过早，也会使新鲜混合气充填量减少。三、三、充填量及其影响因素充填量及其影响因素 理论充填量理论充填量：定义：在理想情况下，一次进气过程中进入一个气缸的空气的质量称为理论充填量。理想情况是：1、空气在气缸中的容积为气缸的工作容积；2、吸入式发动机气缸中空气压力和温度分别为外界大气压力和温度；3、增压式发动机气缸中的空气应分别为增压器后空气的压力和温度。实际充填量实际充填量：定义： 在一次进气过程中实际进入一个气缸的空气的质量称为实际充填量，简称为充填量。在混合气余气系数保持不变的条件下，充填量越大，喷入空气中的燃油越多，因而混合气燃烧后所释放的热能越多，发动机的功率就越大; 反之，充填量越小，发动机的功率也越小。 充填系数充填系数：定义：实际充填量与理论充填量的比值称为充填系数。充填系数越大，说明进气过程中空气充填入气缸的有效程度越大，进气过程进行的越好。在理论充填量不变的条件下，实际充填量就越大。 在增压式发动机中，由于实际充填量有可能大于理论充填量，所以充填系数有可能大于。现代航空活塞式发动机的充填系数一般约为0.71.2。影响充填系数的因素：影响充填系数的因素：流动损失：气体流经进气管和进气门等处时，不可避免地会发生摩擦和分离，形成涡流，产生流动损失，使气缸内气体的压力降低，温度升高，气体的密度减小，充填量减小，充填系数降低。气缸头的温度：在进气过程中，由于气体与气缸、活塞和气门等灼热机件相接触，吸收热量，而使温度提高。温度升高，密度减小，使充填量减小，因此充填系数降低，气缸头的温度愈高，气体受热程度愈大，充填系数愈小。发动机转速：设计转速时，充填系数最大，转速偏离设计转速，充填系数都会减小。高转速时：发动机转速增大时，活塞运动速度也增大，进气管内气体流速也随之增大，引起流动损失增加，使气缸内气体的压力降低，所以充填系数是随转速的增大而减小。低转速时：进气门的晚关角是为高转速工作的需要而确定的，在低转速时进气门晚关角就显得过大，这样，使已进入气缸的混合气，在压缩的过程中又倒流回进气管，从而使充填量减小，这种倒流现象转速愈小愈严重，所以，在小转速时，充填系数也小。影响实际充填量的因素：气缸工作容积；进气温度；进气压力；充填系数，同开角等。n充填系数：充填系数越大，充填量越大。n气缸工作容积：在其它条件保持不变的情况下，气缸工作容积越大，充填量就越大。对定型的发动机而言，气缸工作容积为定值，故它对充填量的影响就不会发生变化。n进气压力：在进气温度不变的情况下，进气压力越高，空气密度越大，充填量越大。n进气温度：在进气压力不变的情况下，进气温度越低，空气密度越大，充填量越大。n对于吸气式发动机而言，随着飞行高度增高，大气密度越低，充填量越少。n同开角： 同开角越大，充填量也越大。这是因为同开角大，气缸中废气的吹除量大，进入气缸的新鲜混合气多。四、进气过程的压容图四、进气过程的压容图 (1)吸气式发动机进气过程压容图(2)增压式发动机进气过程压容图压缩过程压缩过程一、压缩过程的进行情况一、压缩过程的进行情况压缩过程是指混合气体在气缸内被活塞压缩的过程。压缩过程的作用在于提高混合气体的压力和温度创造良好的燃烧条件，使混合气体在较小的容积内燃烧后，达到较高的压力和温度以增加气体膨胀时所作的功，从而提高发动机的功率和经济性。压缩过程从活塞在下死点时开始，到活塞运行到上死点时结束。在这整个过程中，曲轴转过了180度。实际上，压缩过程是多变过程。过程方程为：二、压缩比二、压缩比 压缩比表示了气体在气缸内受压缩的程度。当充填量相同时，压缩比越大，气体在气缸内被压缩得越厉害，压缩终了时，气体的压力和温度提高得越高，气体燃烧得更快，从而使燃气膨胀所做的功增加；同时，由于燃烧室容积相对减小，因此，经缸壁散失的热量也相对减小。所以，压缩比增大时，发动机的功率增加，经济性提高。三、压缩过程的压容图三、压缩过程的压容图 (1)吸气式发动机压缩过程压容图(2)增压式发动机压缩过程压容图燃烧过程燃烧过程一、燃烧过程的进行情况一、燃烧过程的进行情况燃烧过程是指混合气在气缸内燃烧释放热能的过程。其作用是提高气体的温度和压力，以便气体膨胀，推动活塞作功。燃烧过程从电嘴点火时开始，到混合气全部烧完时结束。也可以说，燃烧过程从压缩行程后期开始，到膨胀行程初期结束。燃燃烧过程的三个程的三个阶段段燃烧过程第一阶段（隐燃期）燃烧过程第一阶段（隐燃期）第一阶段是从电嘴点火时开始，到气缸内的气体压力开始显著增大时结束。燃烧过程第二阶段（显燃期）燃烧过程第二阶段（显燃期）第二阶段从气体压力开始显著增大时开始，到气体压力达到最大时结束。活塞到达上死点后，曲轴转到1015时，燃气压力和温度达到最大值，发动机的功率增大。燃烧过程第三阶段（后燃期）燃烧过程第三阶段（后燃期）第三阶段从气体压力达到最大时开始,到混合气全部烧完时结束。这个阶段的燃烧是在膨胀过程中进行的。余气系数余气系数定义：混合气中空气和燃油完全燃烧所需的空气质量之比叫余气系数。物理意义：表征混合气的贫、富油程度。为贫油; 为富油。余气系数与火焰传播速度的关系：余气系数与火焰传播速度的关系：0.80.9时火焰传播速度最大余气系数偏离这个数值，不论向富油方向或向贫油方向变化，火焰传播速度均要减小余气系数大于1.3或小于0.4，混合气就不能着火燃烧要保证正常的燃烧，混合气的余气系数应在0.61.1之间1.1为过份贫油; 0.6为过份富油为了缩短燃烧过程进行的时间，混合气的余气系数应在0.80.9之间。二、燃烧过程的压容图二、燃烧过程的压容图 (1)吸气式发动机燃烧过程压容图(2)增压式发动机燃烧过程压容图提前点火提前点火一、提前点火的必要性一、提前点火的必要性为了保证燃气最大压力值出现在曲轴转过上死点后1015度，以获得近可能大的发动机功率，就必须使发动机点火提前。所以，在压缩行程的末期，活塞尚未到达上死点时，电嘴就跳火点燃混合气，这叫做发动机提前点火。提前点火角提前点火角定义：从电嘴跳火花开时到活塞运动到上死点为止，曲轴所转过的角度。即，电嘴刚跳火时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。提前点火，就是在压缩行程的后期点火。 提前点火角约为：2035。好处：使气缸内的压力最高，出现在活塞过上死点后曲轴转，再转1015时，这样可以使发动机输出的功率最大。二、提前点火角的选择二、提前点火角的选择提前点火角过大时，气缸内气体的压力和温度升高的过早，活塞压缩气体所消耗的功将增大; 同时燃气向外放出的热量增多，致使气体膨胀过程所作的功减小，这些都会减小发动机的输出功率。提前点火角过大时，还容易发生爆震，严重时由于在压缩过程的后期，作用于活塞上的压力太大还会使曲轴发生倒转。提前点火角过小时，气缸内燃气的最高压力出现的晚，数值也将减小，这也会使发动机输出的功率减小。三、影响有利提前点火角的因素三、影响有利提前点火角的因素有利提前点火角等于曲轴在燃烧过程第一、二阶段内的旋转角减去10-15度。由于燃烧过程第一、二阶段内曲轴旋转角取决于发动机转速和燃烧过程第一、二阶段所需的时间，而此时间又取决于火焰传播速度。因此，有利提前点火角取决于发动机转速和火焰传播速度。三、影响有利提前点火角的因素三、影响有利提前点火角的因素在发动机转速保持不变的情况下，火焰传播速度增大，燃烧时间就缩短，在这段较短的时间内，曲轴转过的角度也减小。为了使燃气在上死点后10-15度时产生最大的压力，有利提前点火角应该减小。反之，火焰传播速度减小，有利提前点火角就应该增大。因此，所有增大火焰传播速度的因素都使有利提前点火角减小。三、影响有利提前点火角的因素三、影响有利提前点火角的因素在火焰传播速度不变的情况下，发动机转速增加，则在燃烧过程第一、二阶段时间内，曲轴的转角增大，为了使燃气能在上死点后10-15度产生最大压力，有利提前点火角就应增大。混合气的不正常燃烧混合气的不正常燃烧混合气的不正常燃烧是指可能造成破坏发动机正常工作的某些燃烧现象，例如：过贫油、过富油燃烧；早燃和爆震等。这些不正常燃烧现象的发生，不但降低发动机的功率和经济性，严重时还会损坏机件，甚至造成事故。因此，研究燃烧过程，还必须了解混合气的不正常燃烧现象，分析其产生的原因，从而找出预防的方法。一、混合气过贫油燃烧一、混合气过贫油燃烧当混合气的余气系数大于1.1时，混和气中燃料过少，空气过多，所以火焰传播速度减小，每公斤混合气燃烧后的发热量减少，从而产生各种不正常燃烧现象：(1)发动机功率减少，经济性变差(2)排气管发出短促而尖锐的声音(3)气缸头温度低(4)汽化器回火(5)发动机振动二、混合气过富油燃烧二、混合气过富油燃烧混合气过富油时，燃料不能完全燃烧，燃料汽化吸收的热量增多，每公斤混合气燃烧后的发热量减小，燃气最大压力出现得晚。因此，发动机也会出现与过贫油燃烧时相似的现象如发动机功率减少，经济性变差，气缸头温度低，发动机振动等。但是混合气过富油燃烧也有下列一些不同的现象：(1)气缸内部积炭(2)排气管口冒黑烟和“放炮”三、早燃三、早燃定义：早燃是电嘴没跳火，混合气就燃烧的现象。原因：主要是气缸头温度过高或压缩比过大，也就是说，在气缸内存在炽热点，如气缸头温度过高，会使电嘴、排气门等高温机件处积炭而炽热，造成早燃。危害：早燃发生后，气体压力升高过早，压缩行程消耗的功增大，燃气散热量增大，膨胀所作的功减小，于是发动机功率减小，经济性变差。多气缸发动机，如果少数气缸发生早燃，由于曲拐机构受力不均匀，发动机会发生强烈的震动。若发动机在小转速工作时发生早燃，压缩行程后期燃气作用在活塞上的压力过大，而曲轴旋转的惯性又较小，还会引起曲轴倒转，损坏机件。必须防止发动机产生早燃。预防：为了防止发生早燃，必须正确地使用和维护发动机，确保发动机气缸头温度正常，同时要防止气缸内积炭。在维修发动机时，当发现电嘴等机件发生积炭，应将它们卸下，并浸泡在规定的溶液中，当炭层软化后用鬃毛刷子将已软化的炭层刷掉。特别要指出，不准用刮刀、锉等金属工具刮掉机件上的炭层，以避免损坏机件。四、爆震四、爆震定义：混合气爆炸性的燃烧叫做爆震。 危害：爆震会使气缸局部温度急剧升高，活塞、气门及电嘴等机件过热或被烧坏; 局部燃气以很高的压力突然作用在活塞上，使曲拐机构承受冲击负荷，易于损坏; 燃烧不完全，排气管周期性地冒出黑烟; 发动机的功率减小，经济性变差。燃料的抗爆性：燃油的品级，即燃油的辛烷值：燃油的辛烷值愈高，表示其抗爆性愈强，发动机使用这种燃油，就不容易产生爆震; 反之，燃油的辛烷值愈低，抗爆性愈差，发动机就愈容易产生爆震。各类发动机采用的燃油的品级是有规定的，若使用了比规定的燃油品级低的燃油，发动机工作时就可能产生爆震。发动机工作状态对爆震的影响：压缩比：增大发动机的压缩比，压缩后的混合气的压力增大，温度升高，混合气燃烧时的压力和温度也随之升高，这会加速过氧化物的形成，容易发生爆震。所以，压缩比愈高愈容易爆震。为了防止爆震的产生，现代航空活塞式发动机的压缩比一般限制在8.5以下。进气压力和进气温度：进气压力和进气温度过高，混合气被压缩后的压力和温度也就愈高，燃烧较晚的那部分混合气产生的过氧化物也随之增多，故容易产生爆震。发动机工作状态对爆震的影响：气缸头温度：气缸头温度过高时，混合气受热程度增大，温度升高，产生的过氧化物也就增多，故容易产生爆震。因此，必须保持发动机散热良好，以防止发动机温度过高。所以，气缸头温度愈高愈容易爆震。 提前点火角：提前点火角过大时，发动机容易发生爆震。这是因为混合气边燃烧，边压缩的时间增加，混合气的压力和温度升高很快，过氧化物形成得更多的缘故。发动机转速：发动机在低转速，高的进气压力下，容易产生爆震。所以活塞式发动机应避免在高进气压力，低的转速下工作。防止爆震的方法：按规定牌号使用燃料使用发动机时，不得使进气压力、进气温度以及最大进气压力的使用时间超过规定值发动机在小转速工作时，不得使用大的进气压力使用发动机时，注意发动机温度不能超过规定值防止气缸内部积炭膨胀过程膨胀过程一、膨胀过程的进行情况一、膨胀过程的进行情况膨胀过程是燃气膨胀推动活塞作功的过程。在这个过程中，高温、高压的燃气膨胀，推动活塞，使曲轴旋转，产生动力，所以，膨胀过程是使热能转换为机械能的过程。膨胀过程从活塞运动到上死点时开始，到活塞行至下死点时结束。曲轴旋转180。二、残余燃烧二、残余燃烧 如第三节所述，气缸内燃气最大压力出现之后到全部混合气烧完为止，是燃烧过程的第三阶段，也称残余燃烧或者燃烧过程的后燃期。残余燃烧一般在膨胀过程中结束，但有时也会延续到整个排气过程还在进行燃烧。三、膨胀过程的压容图三、膨胀过程的压容图 (1)吸气式发动机膨胀过程压容图(2)增压式发动机膨胀过程压容图排气过程排气过程一、排气过程的进行情况一、排气过程的进行情况排气过程从排气门打开时开始，到排气门关闭时结束，它是指膨胀作功后的废气从气缸排出的过程。排气过程的作用是清除气缸中的废气，以便使新鲜的混合气进入气缸，气缸中的废气排除得越多，充填量就越大，发动机的功率就越高。二、排气门的早开晚关二、排气门的早开晚关排气过程开始于排气门打开时，但排气门不是在活塞到达膨胀行程下死点时才突然打开的，而是在活塞到达膨胀行程下死点之前，即膨胀行程的后期就打开，排气门的关闭也延续到活塞到达上死点之后，即下一进气行程初期。所以，排气过程的曲轴转角大于180度。 排气门的早开角排气门的早开角 定义:排气门的早开角是排气门刚刚打开时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。排气门要早开，应在膨胀行程的后期打开。 排气门早开角约为5080。好处：排气门早开可以尽量多地排除废气，尽量多地进入新鲜的混合气，减少排气行程中活塞所消耗的功，从而提高发动机的输出功率。排气门的早开角排气门的早开角开的过早，会影响膨胀行程的进行，减小输出功率。开得过晚，则排气不彻底，增加活塞向上运动的阻力，减小输出功率。排气门的排气门的晚关晚关角角定义：排气门的晚关角是排气门恰好完全关闭时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。排气门要晚关就应在进气行程的初期关闭。排气门晚关角的范围: 2040。好处：排气门晚关可以尽量多地进入新鲜的混合气;增大新鲜混合气的充填量，提高发动机的输出功率。排气门的排气门的晚关晚关角角关的过早，则废气排气得不彻底，就会减少进入气缸的新鲜混合气的充填量，降低容积效率，减少输出功率。关得过晚，已进入气缸的一部分新鲜混合气会从排气门直接排入大气，使发动机的经济性不好。三、气门同开角三、气门同开角定义：进气门和排气门同为打开状态，曲轴旋转的角度叫气门同开角或叫气门重叠。大小：同开角等于进气门早开角与排气门晚关角之和，即同开角。范围：航空活塞式发动机的气门同开角约为4080。三、气门同开角三、气门同开角好处：气门同开可以增加进入气缸新鲜混合气的充填量提高发动机的容积效率增大发动机的输出功率也有利于气缸的冷却。四、排气过程的压容图四、排气过程的压容图 (1)吸气式发动机排气过程压容图(2)增压式发动机排气过程压容图定时图定时图定定义义：用用曲曲轴轴旋旋转转的的角角度度来来表表示示气气门门开开关关和和点点火火时时刻的图形叫定时图刻的图形叫定时图。功用：定时图集中而形象地表明了发动机工作时各个过程所历经的角度，它对外场维护工作有重要的作用，根据定时图，可以正确地安装、调整或检查气门机构、磁电机等定时机件。从定时图中可以看出进气门早开角、进气门晚关角、前点火角、气门开角、排气门晚关角。这些角度的数值随发动机型别的不同而不同，每一型别的发动机都有它自己的定时图。进气门打开状态曲轴旋转过的角度为180。 排气门打开状态曲轴旋转过的角度为180。 进气门和排气门同时关闭状态曲轴旋转过的角度为360。从电嘴跳火到进气门打开曲轴旋转过的角度为360。第四章第四章 航空活塞式发动机功率和经济性航空活塞式发动机功率和经济性发动机的功率发动机的功率发动机的经济性发动机的经济性航空活塞式发动机的热平衡航空活塞式发动机的热平衡发动机的功率发动机的功率一、指示功率一、指示功率示功图示功图在活塞式发动机的一个实际工作循环中，气缸内气体的压力随气缸容积变化的图形叫做示功图。它能表示出气缸内的气体在一个实际工作循环中对活塞所作的功。实际循环曲线实际循环曲线活塞发动机的示功图活塞发动机的示功图 增压式活塞发动机的示功图增压式活塞发动机的示功图图中图中图中图中点点点点1 1 1 1进气门打开时刻；进气门打开时刻；进气门打开时刻；进气门打开时刻；点点点点2 2 2 2进气门完全关闭时刻；进气门完全关闭时刻；进气门完全关闭时刻；进气门完全关闭时刻；点点点点3 3 3 3点火时刻；点火时刻；点火时刻；点火时刻；点点点点4 4 4 4排气门打开时刻；排气门打开时刻；排气门打开时刻；排气门打开时刻；点点点点5 5 5 5排气门完全关闭时刻。排气门完全关闭时刻。排气门完全关闭时刻。排气门完全关闭时刻。e e e e，b b b b为上死点；为上死点；为上死点；为上死点；a a a a，d d d d为下死点；为下死点；为下死点；为下死点；c c c c为压力最高点。为压力最高点。为压力最高点。为压力最高点。曲线曲线曲线曲线1-e-d-21-e-d-21-e-d-21-e-d-2为进气过程；为进气过程；为进气过程；为进气过程；曲线曲线曲线曲线d-2-3-bd-2-3-bd-2-3-bd-2-3-b为压缩过程；为压缩过程；为压缩过程；为压缩过程；曲线曲线曲线曲线3-b-c3-b-c3-b-c3-b-c为燃烧过程的第一、二阶段。为燃烧过程的第一、二阶段。为燃烧过程的第一、二阶段。为燃烧过程的第一、二阶段。曲线曲线曲线曲线b-c-4-db-c-4-db-c-4-db-c-4-d为膨胀过程；为膨胀过程；为膨胀过程；为膨胀过程；曲线曲线曲线曲线4-d-e-54-d-e-54-d-e-54-d-e-5为排气过程。为排气过程。为排气过程。为排气过程。指指示示功功：在一次实际循环中，一个气缸中的气体对活塞所作的功称为指示功。它是燃烧室发出的功。影影响响指指示示功功的的因因素素：余气系数，发动机转速，提前点火角，进气压力和排气压力，进气温度，大气湿度等。影响影响指示功指示功的因素：的因素：余气系数：指示功随余气系数的变化规律是：当余气系数在0.80.9范围内时，指示功最大;余气系数偏离这个范围，指示功都减小。故将余气系数等于0.85这个值叫做最大指示功余气系数。转速：转速对指示功的影响是:随着转速的增加，指示功增大，以后又随转速的增加而减小。影响影响指示功指示功的因素：的因素：提前点火角：当提前点火角为最有利数值时，气缸内混合气燃烧后的最大压力出现在上死点后1015，指示功达到最大。提前点火角偏离最有利数值时，指示功都减小。这是因为提前点火角过大，点火过早，燃气对气缸传热的时间变长，散热损失增大，使指示功减小。提前点火角过小，活塞在膨胀行程中已经离开上死点很远，混合气才燃烧完，由于放热太迟，热能没有得到充分利用，所以使指示功减小。影响影响指示功指示功的因素：的因素：进气压力和排气压力进气压力增大时，进入气缸的气体的密度增大，充填量增大，因此指示功增大。排气压力减小时，如果进气压力保持不变，则排气过程中排出的废气量增多，充填量增大，指示功也就增大。影响影响指示功指示功的因素：的因素：进气温度：进气温度上升，在进气压力保持不变的情况下，进入气缸的气体的密度减小，充填量变小，因此指示功减小。大气湿度：大气湿度增大，进入气缸中的混合气中的水蒸气的含量增多，使充填量减小，所以使指示功减小。不不过过，在通常情况下，由于空气中水蒸气的分压很小，故大气湿度的变化对指示功的影响不大。指示功率指示功率单位时间作的指示功称为指示功率，用符号N指示表示。它是燃烧室发出的功率。影影响响指指示示功功率率的的因因素素：指示功，气缸数和转速。对所使用的发动机来说，气缸数不变，所以只取决于指示功和转速。影响影响指示功率指示功率的因素：的因素：指示功在气缸数目和转速不变的情况下，指示功增大，指示功率也增大。气缸数目在指示功和转速不变的情况下，气缸数目增多，指示功率增大影响影响指示功率指示功率的因素：的因素：转速在气缸数目不变的情况下，发动机转速增大时，起初使指示功率增大得比较快，到某一转速以后，继续增大转速,指示功率的增大减慢，到某一转速时,指示功率达到最大值，之后再增大转速，则因指示功迅速减小，指示功率也减小。二、阻力功率二、阻力功率机件摩擦损失活塞,涨圈与气缸壁面之间摩擦，连杆与曲轴之间、曲轴与轴承之间摩擦气门机构内各机件之间都产生摩擦。其中以活塞和涨圈与气缸壁面之间的摩擦阻力最大,消耗的功率最多，约总机械损失的5060。带动附件消耗的功率进排气损失影响影响阻力功率阻力功率的因素：的因素：发动机转速、滑油温度、进气压力、压缩比等。发动机转速：发动机转速增大时，克服机件摩擦所消耗的功率和带动附件所消耗的功率都随之增大，转速增大进、排气时间缩短，进气管和排气管中气流的速度增大，流动阻力增加进排气损失功增大。阻力功率与转速的平方成正比。滑油温度：滑油温度升高时，滑油粘度降低，机件摩擦面之间的油膜难以维持，而不连续，引起金属间直接接触，增大摩擦力，使阻力损失增大。滑油温度降低时，滑油粘度增大，机件运动阻力增大，使阻力损失增大。所以滑油温度升高或降低，都会使阻力损失增大。三、内传动式增压器功率三、内传动式增压器功率 由于内传动式增压器是靠发动机本身曲轴带动的，它也要消耗一部分功率。增压器消耗的功率，叫做增压器功率。 其中，k2为一比例常数，G空为流入增压器的空气流量，n为发动机转速。 四、有效功率四、有效功率发动机传递给螺旋桨的功率叫做有效功率，用Ne表示。对于吸气式发动机来说，有效功率等于指示功率减去阻力功率; 即Ne = Ni - Nf对于增压式发动机来说，有效功率等于指示功率减去阻力功率，再减去带动增压器所消耗的功率; 即Ne = Ni - Nf Nc有效功率的大小决定于指示功率、阻力功率和增压器功率 影响影响有效功率有效功率的因素：的因素：进气压力：进气压力增加，使充填量增加，发动机的指示功率增大。这时阻力功率基本保持不变；增压器功率有所增加，但没有指示功率增加得多。所以是，发动机的有效功率随进气压力的增加而增大。影响影响有效功率有效功率的因素：的因素：进气温度：进气温度降低，使充填量增加，发动机的指示功率增大；混合气燃烧后压力高，活塞与气缸壁之间的摩擦损失大，阻力功率增大；增压器功率因空气流量增加而增大；但是，后两项功率的增加较指示功率的增加小。所以，发动机的有效功率随进气温度的降低而增大。影响影响有效功率有效功率的因素：的因素：提前点火角：提前点火角的变化，主要影响指示功率，对阻力功率和增压器功率影响较小。由于提前点火角过大或过小，均使指示功率减小，从而使有效功率减小。所以，只有在有利提前点火角下工作时，发动机的指示功率最大，有效功率也最大。影响影响有效功率有效功率的因素：的因素：滑油温度：滑油温度的变化，主要影响阻力功率。当滑油温度适当时，摩擦损失功率最小，有效功率最大；过大或过小的滑油温度，都会使有效功率减小。混合气余气系数：混合气余气系数，主要影响指示功率，对阻力功率和增压器功率影响较小。 发动机的经济性发动机的经济性一、发动机的效率一、发动机的效率指示效率有效效率等于指示功与单位时间加入的燃油完全燃烧所释放的理论热量的比值机械效率机械效率等于有效功与指示功的比值有效效率有效效率等于有效功与单位时间加入的燃油完全燃烧所释放的理论热量的比值二、发动机的燃油消耗率二、发动机的燃油消耗率燃油消耗量发动机每小时消耗的燃油重量有效燃油消耗率产生单位有效功率，在一小时内所消耗的燃油质量称为有效燃油消耗率,简称为燃油消耗率发动机每小时所消耗的燃油质量越少，产生的有效功率越大，则燃油消耗率越低，发动机的经济性越好。所以，有效燃油消耗率是评定活塞式发动机性能的一个重要指标。影响燃油消耗率的因素 1、混合气的余气系数当混合气余气系数接近于最经济余气系数，燃料燃烧最完全，燃油消耗率最小。2、机械效率机械效率高，说明机械损失功率小，燃油消耗率就小。发动机的热平衡发动机的热平衡在发动机的实际工作中，燃料的理论放热量只有小部分转换成有效功，而大部分则损失掉了。燃料的理论放热量在作功和各项损失上的分配情况，叫做发动机的热平衡。燃料燃烧时放出的热量，大部分随废气排出发动机外，一部分被冷却剂和滑油带走，余下的部分转换为有效功，并以机械能的形式传给螺旋桨。第五章第五章 航空活塞式发动机的特性航空活塞式发动机的特性负荷特性荷特性螺旋螺旋桨特性特性高度特性高度特性增增压特性特性发动机的有效功率和燃油消耗率随发动机的转速、进气压力和飞行高度的变化规律，叫做发动机的特性。航空活塞式发动机的特性主要是指：负荷特性、螺旋桨特性、高度特性和增压特性。负荷特性负荷特性一、吸气式发动机的负荷特性一、吸气式发动机的负荷特性 当节气门全开时,发动机的有效功率和有效燃油消耗率随发动机转速的变化规律,叫做吸气式发动机的负荷特性。试验：试验在地面进行，在试验中，用改变桨叶角的办法来改变发动机的转速：桨叶角增大，负荷增大，转速减小；桨叶角减小，负荷变小，转速增大。节气门全开；混合气的余气系数保持不变；提前点火角在每个转速都调到最有利的数值。规律：当转速由较小转速增大时，有效功率增大而后随着转速的增大而减小。燃油消耗率随转速的增大一直是增大的。二、增压式发动机的负荷特性二、增压式发动机的负荷特性 当进气压力保持为最大时，发动机的有效功率和有效燃油消耗率随发动机转速的变化规律,叫做增压式发动机的负荷特性。试验：试验在地面或按空中的条件进行；用改变桨叶角的办法改变负荷以改变发动机的转速；余气系数保持不变；提前点火角在每个转速都调到最有利的数值。利用改变节气门度的方法来保持进气压力不变。当转速减小时，增压器的增压能力变小，必须逐渐开大节气门，转速减小到某一数值以后，节气门全开，转速继续减小，进气压力也随之减小。规律：当转速由较小转速增大时，有效功率增大而后随着转速的增大而减小。燃油消耗率随转速的增大一直是增大的。如图示，内传动增压式发动机的负荷特性与吸气式发动机的负荷特性相似。其区别在于：增压式发动机的有效功率随转速的增大而增大的程度，比吸气式发动机的平缓，而有效燃油消耗率随转速增大而增大的程度，比吸气式发动机的急剧。螺旋桨特性螺旋桨特性在螺旋桨的桨叶角保持不变的条件下，发动机的有效功率和燃油消耗率随发动机转速变化的规律，叫做发动机的螺旋桨特性。一、吸气式发动机的螺旋桨特性一、吸气式发动机的螺旋桨特性有效功率随转速的增大而增大; 燃油消耗率随转速的增大，先是减小，而后增大。(1)有效功率随转速变化的解释(2)燃油消耗率随转速变化的解释二、二、增压式增压式发动机的螺旋机的螺旋桨特性特性转速增大时，有效功率与转速的立方成正比地增大；燃油消耗率随着转速的增大，也是首先减小，然后再增大。但是，由中转速到大转速增加时，增压发动机的有效燃油消耗率增大较快。 余气系数：余气系数：在高转速工作时，为了使发动机能输出大功率，余气系数等于0.85。在中等转速工作时，必须在保证发动机稳定工作的前提下，来提高发动机的经济性， 混合气的余气系数选择为0.91.0。在低转速工作时，为了提供足够的燃料使之保证燃烧，必须使用富油混合气，所以，混合气的余气系数应选择为0.70.8。三、三、不同桨叶角不同桨叶角的螺旋的螺旋桨特性特性在同样的转速下，桨叶角越大，由于空气对螺旋桨的阻力越大，转动螺旋桨所需要的有效功率也越大，因此有效功率曲线越往上移不同的转速，可以改变桨叶角的大小而得到相同的有效功率发动机在工作范围内的任何一点下工作，可以通过改变节气门开度和选择一定的桨叶角达到。 四、四、发动机的工作状机的工作状态最大工作状态最大工作状态( (起飞工作状态起飞工作状态) )起起飞飞时时，为为了了最最大大限限度度地地缩缩短短起起飞飞滑滑跑跑距距离离，发发动动机机所所采采用的工作状态，叫做起飞工作状态。用的工作状态，叫做起飞工作状态。发发动动机机在在起起飞飞工工作作状状态态所所输输出出的的功功率率和和所所使使用用的的转转速速，分分别称为起飞功率和起飞转速。别称为起飞功率和起飞转速。吸吸气气式式发发动动机机的的起起飞飞功功率率是是在在节节气气门门全全开开的的情情况况下下获获的的的的，所以，起飞功率就是最大功率，起飞转速就是最大转速。所以，起飞功率就是最大功率，起飞转速就是最大转速。起起飞飞工工作作状状态态时时，由由于于功功率率最最大大，转转速速最最大大，故故发发动动机机的的温温度度最最高高，机机件件承承受受的的力力最最大大，所所以以，发发动动机机在在起起飞飞状状态态下连续工作时间一般不得超过下连续工作时间一般不得超过5 5分钟。分钟。额定工作状态额定工作状态是设计时所规定的发动机的基准工作状态。发动机在额定状态工作时，所输出的功率和所使用的转速，分别称为额定功率和额定转速。额定转速是设计发动机进行热力计算时所依据的转速。而额定功率是在额定转速和油门稍为关小的情况下，发动机所输出的功率，它比油门全开时发动机所输出的功率小515。使用工作状态使用工作状态发动机进行长时间的工作试验所采用的工作状态。此时发动机的有效功率和转速，分别称为使用功率和使用转速。使用功率等于地面额定功率的90%，也叫做最大持久功率。使用转速等于额定转速的96.6%。巡航工作状态巡航工作状态飞机作巡航飞行时，发动机所使用的工作状态，叫做巡航工作状态。在这种状态下，发动机所输出的功率和所使用的转速，分别称为巡航功率和巡航转速。有利巡航功率一般为额定功率的5060，经济巡航功率一般为额定功率的3040。慢车工作状态慢车工作状态发动机在地面以最小转速稳定工作时的状态。发动机在慢车状态工作时，所输出的功率和所使用的转速，分别称为慢车功率和慢车转速。发动机在起动或停车前，飞机在着陆或在地面待命时均使用慢车转速。高度特性高度特性在保持转速不变的条件下，发动机的有效功率和燃油消耗率随飞行高度变化的规律，叫做发动机的高度特性。一、吸气式发动机的高度特性一、吸气式发动机的高度特性在节气门全开，混合气的余气系数保持不变，提前点火角保持在最有利数值的条件下获得的。对变距螺旋桨发动机，可用变距的方法来保持发动机的转速不变。随着飞行高度的升高，有效功率减小, 燃油消耗率则增大。(1)特性的解释(2)不同转速下吸气式发动机的高度特性二、单速内传动增压式发动机的高度特性二、单速内传动增压式发动机的高度特性利用改变桨叶角的大小来保持发动机转速为额定值；混合气余气系数不变；提前点火角为有利值；在额定高度以内，进气压力保持为额定值不变，超过额定高度，节气门全开。在额定高度以下，随着高度的增加，有效功率一直增大，有效燃油消耗率不断减小。在额定高度以上，随着高度的增加，有效功率一直减小，有效燃油消耗率不断增大。(1)特性的解释(2)不同转速下的高度特性三、飞行速度对高度特性的影响三、飞行速度对高度特性的影响实际上，飞机飞行时，相对气流以与飞行速度相等的速度流过飞机，对于飞机而言，相对气流具有很大的动能，这部分动能可以用来提高空气的压力，以增加发动机的功率，从而提高高空性能。增压特性增压特性增压发动机，在保持转速不变的条件下，发动机的有效功率和燃油消耗率随进气压力变化的规律，叫做发动机的增压特性。试验：改变桨叶角的大小来保持发动机转速不变提前点火角调整到有利值利用改变节气门开度的方法来改变进气压力特性发动机的有效功率随进气压力的增大而增大有效燃油消耗率随着进气压力的增大，先是减小的，而后才增大。