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1、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,1.1 航空活塞式发动机概述,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700800km/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,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
2、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,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
3、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,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
4、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,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
5、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：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
6、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。,1.2 航空活塞式发动机的组成,保
7、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
8、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
9、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
10、加到10个大气压，温度增加到400C左右。,压缩行程,压缩比：,活塞式航空发动机的压缩比 58,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：6075个大气压温度：20002500C局部温度：30004000C燃气冲击力：15000kg,1.3 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”,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
11、 压缩行程 膨胀行程 排气行程,发动机功率发动机经济性,1.3 航空活塞式发动机的工作原理,一、理想工作循环,1.3 航空活塞式发动机的工作原理,01：进气过程12：压缩过程23：燃烧过程34：膨胀过程410：排气过程,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,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,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180,1.3 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
12、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,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,进气时的流动损失,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
13、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
14、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,1545,1.3 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。,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
15、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
16、。,4080,1.3 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,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：,1.3 航空活塞式发动机的工作原理,二、进气过程,充填系数：,现代活塞式发动机的充填系数：0.71.2,实际充填量与理论充填量之比,吸气式发动机的充填系数小于增压式发动机的充填系数,1.3 航空活塞式发动机的工作原理,二、进气过程,影响充填系数的因素：,1.流动损失,2.气体受热程度,3.排进压力比,4.进气温度,5.发动机转速,排气压力与进气压力的比值,充填系数随转速变化的情形,小 结,
