航空活塞发动机分类组成工作原理
航空活塞式发动机组成及工作原理
航空活塞式发动机组成及工作原理首先是吸气过程。
活塞在曲轴的推动下向下运动，气缸内的活塞腔体积增大，气门打开，进气门使气缸内形成负压，外界空气通过进气口进入气缸，充满活塞腔。
接下来是压缩过程。
活塞开始向上运动，气门关闭，气缸内的空气被压缩，体积减小，压力增大。
这个过程使得气体的温度和密度都增加。
然后是燃烧过程。
当活塞运动到最高点时，燃油会被注入到气缸中，同时点火系统点燃混合物。
混合物的燃烧释放出大量的热能，使得气体的温度和压力继续上升。
最后是排气过程。
经过燃烧后，气体的压力降低，活塞开始向下运动，废气通过排气门排出气缸，完成一个工作循环。
1.活塞：活塞是发动机的关键部件之一，它在气缸内做往复运动，将热能转化为机械能。
2.气缸：气缸是活塞运动的容纳空间，也是燃烧和膨胀气体的工作区域。
3.曲轴：曲轴通过连杆与活塞相连，将活塞的往复运动转化为旋转运动，提供动力给飞机的其他部件。
4.连杆：连杆连接活塞和曲轴，将活塞的往复运动传递给曲轴。
5.气门：气门控制进气和排气过程。
进气门负责将新鲜空气引入气缸，而排气门则负责排出废气。
6.点火系统：点火系统用来点燃燃油混合物，引发燃烧过程。
7.燃油系统：燃油系统将燃油供给到气缸中，以供燃烧过程使用。
总结起来，航空活塞式发动机通过气缸内的往复活塞运动将热能转化为机械能。
它包括活塞、气缸、曲轴、连杆和气门等组成部件，通过吸气、压缩、燃烧和排气四个循环过程实现燃料的燃烧，并产生动力供给飞机驱动其他部件。
航空活塞式发动机是一种复杂的机械系统，其中每个部件都扮演着重要的角色，保持其正常工作和维护是确保发动机运行的关键。
航空活塞发动机
优化点火时间
通过调整点火时间，使燃 油在最佳时机点燃，提高 燃烧效率。
冷却系统优化
采用先进的散热技术
通过采用更高效的散热器和其他散热技术，降低活塞发动机的温度，提高其可 靠性。
优化冷却气流
通过调整冷却气流的方向和速度，使活塞发动机的冷却更加均匀和有效。
燃油效率提升
采用燃油直喷技术
通过将燃油直接喷入汽缸内部，提高燃油的利用率和燃烧效率。
技术挑战
高压比
活塞发动机的压比是有限的，因为过高的压缩比会导致爆 燃和不正常燃烧等问题。因此，提高活塞发动机的性能的 同时还需要解决高压比带来的问题。
高温与高压
活塞发动机在高温和高压力下运行，这会导致材料疲劳和 性能下降等问题。因此，需要研发具有更高耐温能力和抗 疲劳性能的材料。
燃油经济性
尽管活塞发动机的燃油经济性已经得到了很大提升，但是 还需要进一步降低油耗，提高活塞发动机的经济性。
气缸
是发动机的基本组成之一，用于封闭气体的空间，通常由铸铁或铝合金制成。活塞在气缸内来回运动，吸入和压 缩气体，推动曲轴转动。
活塞
是发动机的关键部件之一，它在气缸内来回运动，通过改变气体的压力和体积来产生动力。活塞通常由铸铁或铝 合金制成，表面覆盖有耐磨材料。
气阀与气门机构
气阀
是控制气体进入和排出气缸的部件，通常由金属材料制成，表面覆盖有耐磨材料。气阀由弹簧和凸轮 机构驱动，控制气体的进出。
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03
可靠性
衡量活塞发动机在长时间运行下的稳 定性，与发动机的维护和零部件的可 靠性有关。
04
噪音水平
衡量活塞发动机产生的噪音，与发动 机的设计、运转速度和排气系统等有 关。
燃烧优化
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航空活塞式发动机组成及工作原理
航空活塞式发动机组成及工作原理航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合,在密闭的容器(气缸)内燃烧,膨胀作功的机械。
活塞式发动机必须带动螺旋桨,由螺旋桨产生推(拉)力。
所以,作为飞机的动力装置时,发动机与螺旋桨是不能分割的。
(一)活塞式发动机的主要组成主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。
气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方。
气缸内容纳活塞作往复运动。
气缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴),以及进、排气门。
发动机时气缸温度很高,所以气缸外壁上有许多散热片,用以扩大散热面积。
气缸在发动机壳体(机匣)上的罗列形式多为星形或者V形。
常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或者24个气缸不等。
在单缸容积相同的情况下,气缸数目越多发动机功率越大。
活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动,并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。
连杆用来连接活塞和曲轴。
曲轴是发动机输出功率的部件。
曲轴转动时,通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。
除此而外,曲轴还要带动一些附件(如各种油泵、发机电等)。
气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。
(二)活塞式发动机的原理活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。
活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气缸完成一个循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,挨次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。
发动机开始时,首先进入“进气冲程”,气缸头上的进气门打开,排气门关闭,活塞从上死点向下滑动到下死点为止,气缸内的容积逐渐增大,气压降低——低于外面的大气压。
于是新鲜的汽油和空气的混合气体,通过打开的进气门被吸入气缸内。
混合气体中汽油和空气的比例,普通是1比15即燃烧一公斤的汽油需要15公斤的空气。
进气冲程完毕后,开始了第二冲程,即“压缩冲程”。
这时曲轴靠惯性作用继续旋转,把活塞由下死点向上推动。
这时进气门也同排气门一样严密关闭。
航空活塞发动机分类组成工作原理
离心式增压器
废气涡轮增压发动机
该系统增压器由废气涡轮驱动，故称为涡轮增压器。 废气涡轮安排在活塞式发动机的排气道中，由汽缸排出的废气经排气道通过涡轮膨胀作功后再排放到大气中。废气涡轮所作的功，通过涡轮和离心式增压器的连接轴传到增压器，使进入增压器的空气增压。这种增压系统也叫做外部驱动的增压系统。 通过废气涡轮的废气 流量决定了涡轮的功率， 涡轮输出的功率大小决定 了增压器使气体升压的高 低。故改变增压器的增压 比是通过控制废气流量来 实现。
01
02
第五节 气缸中的燃烧
故当a=1时，r=0.067，此为恰当油气比。
油气比
理论空气量；对航空汽油， L理为14.9kg。 2C8H18+25O2->16CO2+18H2O a=L实/L理 贫、富油
余气系数
1
具体发动机的全称
2
例：运五飞机上的活塞五型航空活塞式发动机，其全称？
2.航空活塞式发动机的组成
基本组件：活塞、曲轴、连杆、气缸、进排气门和火花塞等。 活塞：活塞在气缸中往复运动。其顶面和气缸头的内表面之间的空间是燃烧室。活塞上装有数个弹性很强的活塞环，又称涨圈，其作用是是防止燃烧室内的高温高压燃气向外泄漏，并防止滑油从外部进入燃烧室。
D
由于爆燃产生的局部高压突然作用在活塞上，使连杆、曲轴系统遭受强烈冲击，易于造成损坏;
E
发动机功率大大减小，经济性大大下降。
第五节 气缸中的燃烧
影响爆燃的因素 1.燃料的影响： 辛烷数(亦称奥克坦数)和级数—对应贫油和富油工作状态下燃料的抗爆性。 辛烷数指异辛烷和正庚烷所组成的混合物中异辛烷所占的体积分数。 级数指在不发生爆燃的情况下，发动机使用该种汽油工作所能达到的最大平 均指示压力与使用纯异辛烷工作所能达到的最大平均指示压力的百分比。 2.发动机结构的影响： 压缩比、气缸尺寸、燃烧室形状、火花塞的数目和安放位置与气缸头和活塞的材料等。 3.发动机工作状况的影响： 进气压力、进气温度、气缸头温度、发动机转速和提前点火角等。
航空活塞式发动机
2023-11-06contents •活塞式发动机概述•活塞式发动机的结构•活塞式发动机的性能•活塞式发动机的设计与分析•活塞式发动机的发展趋势与挑战•活塞式发动机的应用场景与案例分析目录01活塞式发动机概述活塞式发动机是一种往复式内燃机，通过在汽缸中燃烧燃料产生动力，推动活塞往复运动，从而驱动飞机飞行。
定义活塞式发动机具有结构简单、可靠性高、使用维护成本低等优点，但在飞行速度和效率方面相较于涡轮发动机存在局限。
特点定义与特点活塞从汽缸顶部开始运动，吸气口打开，空气被吸入汽缸中。
吸气活塞向下运动，空气被压缩。
压缩燃料在压缩后的空气中燃烧，产生高温高压气体。
燃烧活塞向上运动，高温高压气体推动活塞向上运动，带动曲轴转动，将动力输出。
排气活塞式发动机的工作原理使用汽油作为燃料，适用于低速小型飞机。
活塞式发动机的类型50系列发动机使用航空煤油作为燃料，适用于中速小型飞机。
60系列发动机使用航空汽油作为燃料，适用于高速小型飞机。
70系列发动机02活塞式发动机的结构气缸气缸是活塞式发动机的核心部件，用于封闭气室，并承受气体的压力。
活塞活塞在气缸中来回运动，将气体压力转化为旋转动力。
气缸与活塞气阀控制气体的流入和流出，确保发动机的运转。
燃烧室燃油和空气混合后在此处燃烧，产生高温高压气体推动活塞运动。
气阀与燃烧室燃油系统与点火系统燃油系统提供燃油，并确保燃油在正确的时间和地点进入燃烧室。
点火系统产生电火花，点燃混合气体，产生爆炸推动活塞。
冷却系统与润滑系统冷却系统防止发动机过热，确保其正常运转。
润滑系统提供润滑油，减少活塞和气缸之间的摩擦。
03活塞式发动机的性能活塞式发动机的功率通常以马力（hp）或千瓦（kW）为单位来衡量。
一般来说，活塞式发动机的功率取决于其气缸数量、冲程数和活塞面积等参数。
同时，发动机的转速也会对其功率产生影响。
扭矩扭矩是活塞式发动机产生旋转力量的能力，通常以牛顿米（Nm）为单位来衡量。
活塞式发动机的扭矩取决于其气缸数量、冲程数和活塞面积等参数，以及发动机的转速和油门设置。
航空活塞发动机工作时的四个冲程
航空活塞发动机是一种常用的航空发动机，它采用往复式循环工作原理。
而这种发动机在工作时，有着明显的四个冲程，即进气、压缩、点火和排气。
下面将对航空活塞发动机工作时的四个冲程进行详细介绍。
一、进气冲程进气冲程是指活塞向下运动，以吸入空气和燃料混合物的过程。
在活塞下行的过程中，气门打开，使得气缸内的压力与外界相等，同时燃油喷射系统将燃油喷入气缸内，与空气混合。
活塞在达到最低点后开始向上运动，气门关闭，将混合气压缩。
二、压缩冲程压缩冲程是指活塞向上运动，将进气冲程中吸入的混合气压缩。
在这一过程中，活塞向上运动，气缸内的气体被压缩，使得燃料与空气更加紧密地结合。
压缩冲程的目的是提高混合气的压缩比，以便在点火冲程中产生更大的爆炸力。
三、点火冲程点火冲程是指在混合气压缩到最高点时，火花塞放电，引燃混合气，产生爆炸并推动活塞向下运动的过程。
在点火冲程中，点火塞产生火花，使得压缩的混合气体燃烧，释放能量。
这一过程是发动机工作的关键，火花的强弱和点火时机的精准会直接影响到发动机的性能和效率。
四、排气冲程排气冲程是指活塞向上运动，将点火冲程中燃烧后的废气排出气缸外的过程。
在排气冲程中，排气门打开，活塞向上运动，将燃烧后的废气排出气缸外，同时使新鲜空气进入气缸，为下一个循环做准备。
通过排气冲程，燃烧后的废气被有效地清除，为发动机的循环工作提供了必要的条件。
总结：航空活塞发动机工作时的四个冲程在循环中不断重复，形成连续的动力输出。
进气、压缩、点火和排气各自担负着不同的作用，相互配合，使得发动机可以高效地转化燃料的能量为机械动力。
了解和掌握这四个冲程的工作原理，对于理解和维护航空活塞发动机具有重要意义。
在航空活塞发动机的工作过程中，进气、压缩、点火和排气四个冲程的协调配合是至关重要的。
这些冲程的精准执行直接影响着发动机的性能和效率，因此航空活塞发动机的设计以及维护都需要对这些冲程有着深入的认识。
进气冲程是活塞向下运动，使气缸内形成负压，打开进气门允许混合气进入。
航空活塞式发动机PPT课件
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发动机的组成和工作原理
1
航空活塞式发动机概述
2
航空活塞式发动机的组成
发
动 机
20世纪30年代 活塞式发动机+螺旋桨的组合成为飞机固定的推进模式。
发
展
史
第一台
重75kg，功率12hP 。
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3
航空活塞式发动机概述
航空活塞式发动机发展现状
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。
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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。
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航空活塞式发动机概述
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。
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5
气冷式发动机
航空活塞式发动机概述
液冷式发动机
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6
航空活塞式发动机概述 初教六甲飞机——活塞六甲发动机
.ห้องสมุดไป่ตู้
7
航空活塞式发动机的组成
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航空活塞式发动机组成及工作原理
航空活塞式发动机组成及工作原理在活塞式发动机中，气缸是一个长形的金属筒体，通常由铝合金制成。
它是发动机内部燃烧室的一部分。
活塞是气缸内上下运动的金属筒体，通常由铝合金制成。
活塞通过一个连接杆与曲轴相连，当活塞上下运动时，连杆将运动转化为旋转运动。
工作原理：1.进气冲程：活塞向下运动，气缸内空气通过气门进入燃烧室。
通常情况下，每个活塞在工作周期内都会进行两个进气冲程。
2.压缩冲程：活塞向上运动，将气缸内的空气压缩。
同时，气门关闭，防止气体逆流。
3.点火和燃烧：当活塞达到最高点时，点火系统将火花引燃压缩的混合气体燃烧。
燃烧过程中，高温高压气体迅速膨胀，推动活塞向下运动。
4.排气冲程：活塞再次向上运动，将排出的废气通过排气门排出气缸。
上述四个冲程构成了活塞式发动机的工作周期，也被称为“四冲程循环”。
每个活塞每转一圈执行一次工作周期，将内燃能量转化为机械能。
这种工作原理使得活塞式发动机具有高效率和高功率输出的特点。
航空活塞式发动机的燃料供应系统通常采用喷射式供油系统，以确保燃料均匀喷入燃烧室。
点火系统负责在燃烧室内引燃燃料混合物，产生爆炸压力。
排气系统用于排出燃烧后的废气。
为了保持发动机的稳定性和高效性，活塞式发动机通常还配备有冷却系统和润滑系统。
总的来说，航空活塞式发动机通过将燃料燃烧产生的气体膨胀驱动活塞运动，将化学能转化为机械能。
它是航空领域中常见的发动机类型之一，具有重量轻、功率大、可靠性高的优点，被广泛应用于小型飞机、直升机和无人机等航空器上。
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当压缩冲程既将结束，活塞即将移至上死点的时候， 火花塞打火点燃油气混合物，并在极短时间内通过燃 烧变为燃气，同时将燃料中的化学能转换为热能，使 燃气的压力和温度急剧升高，作用在活塞内表面上的 巨大压力推动活塞由上死点迅猛地向下死点移动，当 活塞抵达下死点时，完成膨胀冲程。通过膨胀冲程， 使发动机对外做功，所以，膨胀冲程又称为做功冲程。
2.航空活塞式发动机的组成
工作系统
燃油系统
燃油系统的功能是储油和供油。供油过程中，将燃油雾化并与空气均匀 掺混后，供入气缸。根据油气混合物配置方法不同，有化油器式和喷油 式两种燃油系统。
点火系统
由磁电机、分电器和火花塞三部分组成。磁电机是产生高压电的自备电 源，通过分电器将高压电依次接通各个气缸的火花塞，使火花塞产生电 火花，将气缸中的新鲜混合气点燃。
实际充填量是指在一次进气过程中进入一个气缸的实际空 气质量，简称其为充填量。由于进气过程中气体的流动损 15
3.航空活塞式发动机的基本工作 原理
充填系数
实际充填量与理论充填量之比称为充填系数。吸气式发动机 的充填系数小于增压式发动机的充填系数，主要原因是增压 式发动机在气门叠开时扫除气缸内残存废气的效果显著所致。 现代活塞式发动机的充填系数为0.7-1.2。
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2.航空活塞式发动机的组成
曲轴和连杆（如图）：活塞和曲轴由连杆相连，从而 将活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将从每 个气缸获得的功传输到螺旋桨。
气缸：内壁是燃烧室的组成部分。发动机工作过程中， 汽油和空气的混合物在燃烧室中被压缩，点火燃烧变 为高温、高压燃气，通过燃气膨胀使热能转变为机械 能。
3.航空活塞式发动机的基本工作 原理
进气冲程和充填系数
理论充填量和实际充填量
理想情况下，一次进气过程进入一个气缸的空气质量，称 为理论充气量。所谓理想情况是指空气在气缸中所占的容 积为气缸工作容积。 对于吸气式发动机，气缸中气体的压力和温度分别等 于外界大气的压力和温度;对于增压式发动机，气缸中气 体的温度和压力分别等于增压器后气体的温度和压力。理 论充气量并不是进入气缸的实际空气量，但它可作为评价 进气好坏的基准。
水平对置式发动机：多用于小型飞机，如图所示。常常使用 四个气缸或六个气缸。分两列水平方向安装在发动机匣的两 侧，
V型发动机：将八个或十二个气缸分两列安装在机匣上，从发 动机正面看去，其排列形式如同英文字母V相似。曾广泛用于 歼击机和强击机。
还曾出现过H型、W型、X型等活塞式发动机
4
1.航空活塞式发动机的类型
4.润滑系统
润滑系统的功用是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等。在该系统中，滑油泵不 断地将滑油从滑油储存器中吸出，使滑油在发动机内部循 环后重新返回储存器中。
5.冷却系统
有气冷式和液冷式两种，轻型发动机(如直立式和水平对 置式发动机)和星形发动机多用气冷式;V型发动机使用液 冷式。冷却系统主要是为加强发动机的外部冷却，外部冷 却和润滑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。
进、排气门：新鲜油气混合物通过进气门进入气缸，
膨胀做功后的燃气(或称乏气、废气)通过排起门由气缸
排出后经过排气系统排往大气。进排气门的开闭由气
门机构控制。
8
活塞式发动机典型构成
(E) 排气凸轮轴 (I)进气凸轮轴 (S)火花塞 (V)气门 (P)活塞 (R) 连杆 (C)曲轴 (W)水冷的水套
起动系统
当发动机开车时，首先使用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。起动系统有气体压力和电动力两
种。轻型发动机多使用电力起动方式，即使用电动机带动惯性系统旋转，
利用惯性系统储存的能量带动曲轴加速转动，同时点火，使发动机自主
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运转起来。
2.航空活塞式发动机的组成
补充 航空活塞式发动机的组成及工作原理
1.航空活塞式发动机的类型
一、航空活塞式发动机的分类
按油气混合物的配制方式区分：
化油器式发动机
喷油式发动机
按发动机的冷却方式区分：
气冷式发动机
液冷式发动机
按气体进入气缸前是否增压区分：
吸气式发动机
增压式发动机
2
按发动机曲轴与螺旋桨间有无减速器区分：
按气1缸.航排列空的形活式区塞分: 式发动机的类型
直列式发动机
直立式发动机
正立式发动机 倒立式发动机
说明：使用正立式发动机，由于处理螺旋桨和地面的间隙为飞机设 计带来困难，目前多使用气缸头朝下、曲轴在上的倒立式发动机。 这两种型
压缩冲程和压缩比
压缩比=全容积/余隙容积 压缩比是活塞式发动机的重要设计参数，它不仅表示
气缸内气体压缩的程度，同时与发动机的性能有密切 关系，压缩比增大时，发动机的功率增加，经济性也 提高。
16
压缩比的增大是有限度的，当压缩比超过一定限度时，
3.航空活塞式发动机的基本工作 原理
膨胀冲程
星形发动机：有多种飞机曾经使用或正在使用。结构特征: 从正面看，所有气缸均以曲轴为中心，沿圆周呈辐射状均 布于机匣上，就像闪烁的星星，故称星形发动机。此类发 动机有单层、双层和多层等不同形式，单层分为五缸、七 缸和九缸三种。双层星形发动机有十四缸和十八缸两种， 每层各为七缸和九缸，前后两层气缸交错安装，利于气缸 冷却;多层星形发动机曾出现过四层二十八缸和四层三十 六缸两种，但结构复杂，很少使用。
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3.航空活塞式发动机的基本工作 原理
基本术语： 上死点 下死点 活塞行
程 燃烧室 燃烧室
容积 全体积 余隙体
积 12
3.航空活塞式发动机的基本工作 原理
压缩
膨胀
发动机的工作循环
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四冲程循环运作过程
1、进气行程 2、压缩行程 3、膨胀行程 4、排气行程
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具体发动机的全称
例：运五飞机上的活塞五型航空活 塞式发动机，其全称？
基本组2件.航：活空塞、活曲轴塞、连式发动机的组成
杆、气缸、进排气门和火花 塞等。
活塞：活塞在气缸中往复运 动。其顶面和气缸头的内表 面之间的空间是燃烧室。活 塞上装有数个弹性很强的活 塞环，又称涨圈，其作用是 是防止燃烧室内的高温高压 燃气向外泄漏，并防止滑油 从外部进入燃烧室。