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活塞式發(fā)動機(jī)


  航空活塞式發(fā)動機(jī)是利用汽油與空氣混合,在密閉的容器(氣缸)內(nèi)燃燒,膨脹作功的機(jī)械;钊桨l(fā)動機(jī)必須帶動螺旋槳,由螺旋槳產(chǎn)生推(拉)力。所以,作為飛機(jī)的動力裝置時,發(fā)動機(jī)與螺旋槳是不能分割的。

  (一)活塞式發(fā)動機(jī)的主要組成
 
  主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。

  氣缸是混合氣(汽油和空氣)進(jìn)行燃燒的地方。氣缸內(nèi)容納活塞作往復(fù)運(yùn)動。氣缸頭上裝有點(diǎn)燃混合氣的電火花塞(俗稱電嘴),以及進(jìn)、排氣門。發(fā)動機(jī)工作時氣缸溫度很高,所以氣缸外壁上有許多散熱片,用以擴(kuò)大散熱面積。氣缸在發(fā)動機(jī)殼體(機(jī)匣)上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發(fā)動機(jī)有5個、7個、9個、14個、18個或24個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下,氣缸數(shù)目越多發(fā)動機(jī)功率越大;钊惺苋?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動,并通過連桿將這種運(yùn)動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。連桿用來連接活塞和曲軸。 曲軸是發(fā)動機(jī)輸出功率的部件。曲軸轉(zhuǎn)動時,通過減速器帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生拉力。除此而外,曲軸還要帶動一些附件(如各種油泵、發(fā)電機(jī)等)。氣門機(jī)構(gòu)用來控制進(jìn)氣門、排氣門定時打開和關(guān)閉。

 。ǘ┗钊桨l(fā)動機(jī)的工作原理

  活塞頂部在曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的位置叫上死點(diǎn)、最近的位置叫下死點(diǎn)、從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的距離叫活塞沖程;钊胶娇瞻l(fā)動機(jī)大多是四沖程發(fā)動機(jī),即一個氣缸完成一個工作循環(huán),活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個沖程,依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。

  發(fā)動機(jī)開始工作時,首先進(jìn)入“進(jìn)氣沖程”,氣缸頭上的進(jìn)氣門打開,排氣門關(guān)閉,活塞從上死點(diǎn)向下滑動到下死點(diǎn)為止,氣缸內(nèi)的容積逐漸增大,氣壓降低——低于外面的大氣壓。于是新鮮的汽油和空氣的混合氣體,通過打開的進(jìn)氣門被吸入氣缸內(nèi)。混合氣體中汽油和空氣的比例,一般是 1比 15即燃燒一公斤的汽油需要15公斤的空氣。

  進(jìn)氣沖程完畢后,開始了第二沖程,即“壓縮沖程”。這時曲軸靠慣性作用繼續(xù)旋轉(zhuǎn),把活塞由下死點(diǎn)向上推動。這時進(jìn)氣門也同排氣門一樣嚴(yán)密關(guān)閉。氣缸內(nèi)容積逐漸減少,混合氣體受到活塞的強(qiáng)烈壓縮。當(dāng)活塞運(yùn)動到上死點(diǎn)時,混合氣體被壓縮在上死點(diǎn)和氣缸頭之間的小空間內(nèi)。這個小空間叫作“燃燒室”。這時混合氣體的壓強(qiáng)加到十個大氣壓。溫度也增加到攝氏4OO度左右。壓縮是為了更好地利用汽油燃燒時產(chǎn)生的熱量,使限制在燃燒室這個小小空間里的混合氣體的壓強(qiáng)大大提高,以便增加它燃燒后的做功能力。

  當(dāng)活塞處于下死點(diǎn)時,氣缸內(nèi)的容積最大,在上死點(diǎn)時容積最。ê笳咭彩侨紵业娜莘e);旌蠚怏w被壓縮的程度,可以用這兩個容積的比值來衡量。這個比值叫“壓縮比”;钊娇瞻l(fā)動機(jī)的壓縮比大約是5到8,壓縮比越大,氣體被壓縮得越厲害,發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的功率也就越大。

  壓縮沖程之后是“工作沖程”,也是第三個沖程。在壓縮沖程快結(jié)束,活塞接近上死點(diǎn)時,氣缸頭上的火花塞通過高壓電產(chǎn)生了電火花,將混合氣體點(diǎn)燃,燃燒時間很短,大約0.015秒;但是速度很快,大約達(dá)到每秒30米。氣體猛烈膨脹,壓強(qiáng)急劇增高,可達(dá)6O到75個大氣壓,燃燒氣體的溫度到攝氏2000到250O度。燃燒時,局部溫度可能達(dá)到三、四千度,燃?xì)饧拥交钊系臎_擊力可達(dá)15噸;钊谌?xì)獾膹?qiáng)大壓力作用下,向下死點(diǎn)迅速運(yùn)動,推動連桿也門下跑,連桿便帶動曲軸轉(zhuǎn)起來了。


  這個沖程是使發(fā)動機(jī)能夠工作而獲得動力的唯一沖程。其余三個沖程都是為這個沖程作準(zhǔn)備的。

  第四個沖程是“排氣沖程”。工作沖程結(jié)束后,由于慣性,曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn),使活塞由下死點(diǎn)向上運(yùn)動。這時進(jìn)氣門仍舊關(guān)閉,而排氣門大開,燃燒后的廢氣便通過排氣門向外排出。 當(dāng)活塞到達(dá)上死點(diǎn)時,絕大部分的廢氣已被排出。然后排氣門關(guān)閉,進(jìn)氣門打開,活塞又由上死點(diǎn)下行,開始了新的一次循環(huán)。

  從進(jìn)氣沖程吸入新鮮混合氣體起,到排氣沖程排出廢氣止,汽油的熱能通過燃燒轉(zhuǎn)化為推動活塞運(yùn)動的機(jī)械能,帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)而作功,這一總的過程叫做一個“循環(huán)”。這是一 種周而復(fù)始的運(yùn)動。由于其中包含著熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化,所以又叫做“熱循環(huán)”。

  活塞航空發(fā)動機(jī)要完成四沖程工作,除了上述氣缸、活塞、聯(lián)桿、曲軸等構(gòu)件外,還需要一些其他必要的裝置和構(gòu)件。

 。ㄈ┗钊胶娇瞻l(fā)動機(jī)的輔助工作系統(tǒng)

  發(fā)動機(jī)除主要部件外,還須有若干輔助系統(tǒng)與之配合才能工作。主要有進(jìn)氣系統(tǒng)(為了改善高空性能,在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)常裝有增壓器,其功用是增大進(jìn)氣壓力)、燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)(主要包括高電壓磁電機(jī)、輸電線、火花塞)、起動系統(tǒng)(一般為電動起動機(jī))、散熱系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等。

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