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。
05
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
01
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。
无人机动力技术第5章
第三节 散热系统
混合气产生的热量：转变为有效功 率输出到螺旋浆，进、排气过程和压缩 过程中消耗掉，相互运动的机件摩擦转 变成热量，直接通过机件散热。
散热分为气冷式和液冷式
一、发动机散热的必要性 二、散热系统的组成和工作 1、汽缸散热片
2、导风板
3、鱼鳞板
三、汽缸头温度的影响因素及调节 1、影响因素
航空活塞式发动机工作时，磁铁转子由曲轴经传动齿
轮带动旋转，由于磁铁转子与软铁架相对位置的不断
改变，根据电磁感应原理就可以形成低压电。此时一 级线圈感应电动势的最大值为30~50V、二级线圈为2 400一2800V。但是，比起电嘴跳火所需要的电压值 (10000V左右)都小得多。所以，第二步就是利用断电 器断开低压电路,使低压电流突然消失，从而在这-瞬何 造成二级线圈因互感作用而产生15 00~18000V的高压 电来满足电嘴点火的要求。
一是进气压力 二是混合气余气系数
三是散热空气流量和温度
2、汽缸头温度的调节
易升温的情况：发动机大功率而空速低，混合气处 于比较贫油状态，滑油量太少。
措施：调整发动机功率，调节混合气余气系数，调 整散热空气量。
第四节 点火系统 现在航空活塞发动机都是利用高压电产生 电火花来点燃混合气。
一、点火系统的组成和工作
2、干机匣滑油系统的工作 机匣系统外有滑油箱，滑油完成润滑和冷却后由回油
泵抽出送到散热器冷却后再回滑油箱。
三、滑油系统的监控
1、润滑消耗
2、润滑温度 一般40℃—120℃之间，绿区范围。温度升高原因：一
是滑油量少；二是发动机温度长时间高；三是散热器工作 不好。措施：调整滑油散热器风门开度降低发动机功率、 加强发动机散热，或使混合气更富油的方法。
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。
航空活塞式发动机PPT课件
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1
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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13
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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4
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。
飞机结构与系统：10-2 航空活塞发动机的分类、组成及工作
减小摩擦阻力，减轻机件磨损，将摩擦产生的热量带走。
起动系统
利用外部动力将曲轴转起来，使发动机从静止进入工作状态。
冷却系统
将气缸的部分热量散发到大气，确保气缸温度正常。
10.2.3 奥托循环与四行程发动机的工作
1、奥托循环
压 力
3
p
2
1-2 绝热压缩 2-3 等容加热 3-4 绝热膨胀 4 4-1 等容放热
10.2.2 航空活塞式发动机的基本组成
5、气门机构
控制进、排气门的开 启与关闭，保证适时地 将混合气送入汽缸和将 汽缸内的废气排出。
10.2.2 航空活塞式发动机的基本组成
6、机匣
发动机的壳体，用来安装气缸及有关附件、支 撑曲轴和传递螺旋桨拉力，并将发动机上的所有机 件连接起来，构成一个整体。
10.2.1 航空活塞式发动机的分类
1、按混合气形成的方式划分
汽油箱 起动油泵
汽油压力表
汽油滤
汽化器
汽油泵 汽油滤
汽化器式
10.2.1 航空活塞式发动机的分类
燃油流量分配器 喷油咀
流入汽缸 进口空气
进气管 进气压力表
燃油流量表 燃油压力表
电动泵
油门 混合比杆
燃油箱 单向活门
发动机驱动泵
直接喷射式
10.2 航空活塞发动机分类组成和工作
本节主要介绍：
¾航空活塞式发动机的分类 ¾航空活塞式发动机的基本组成 ¾奥托循环与四行程发动机的工作 ¾航空活塞式发动机气缸的点火次序
10.2.1 航空活塞式发动机的分类
按混合气形成的方式划分 按发动机的冷却方式划分 按气缸的排列方式划分 按空气进入气缸前是否增压划分 按发动机转子是否带有减速器划分
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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)上的排列形式多为星形或V形。
常见的星形发动机有5个、7个、9个、
14个、18个或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、发电机等)。
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,依次是进气冲程、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,一般是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。
气缸内容积逐渐减少,混合气体受到活塞的强烈压缩。
当活塞运动到上死点时,混合气体被压缩在上死点和气缸头之间的小空间内。
这个小空间叫作“燃烧室”。
这时混合气体的压强加到十个大气压。
温度也增加到摄氏4度左右。
压缩是为了更好
地利用汽油燃烧时产生的热量,使限制在燃烧室这个小小空间里的混合气体的压强大大提高,以便增加它燃烧后的做功能力。
当活塞处于下死点时,气缸内的容积最大,在上死点时容积最小(后者也是燃烧室的容积)。
混合气体被压缩的程度,可以用这两个容积的比值来衡量。
这个比值叫“压缩比”。
活塞航空发动机的压缩比大约是5到8,压缩比越大,气体被压缩得越厉害,发动机产生的功率也就
越大。
压缩冲程之后是“冲程”,也是第三个冲程。
在压缩冲程快结束,活塞接近上死点时,气缸头上的火花塞通过高压电产生了电火花,将混合气体点燃,燃烧时间很短,大约0.015秒;但是速度很快,大约达到每秒30米。
气体猛烈膨胀,压强急剧增高,可达6O到75个大气压,燃烧气体的温度到摄氏2000到250O度。
燃烧时,局部温度可能达到三、四千度,燃气加到活塞上的冲击力可达15吨。
活塞
在燃气的强大压力作用下,向下死点迅速运动,推动连杆也门下跑,连杆便带动曲轴转起来了。
这个冲程是使发动机能够而获得动力的唯一冲程。
其余三个冲程都是为这个冲程作准备的。
第四个冲程是“排气冲程”。
冲程结束后,由于惯性,曲轴继续旋转,使活塞由下死点向上运动。
这时进气门仍旧关闭,而排气门大开,燃烧后的废气便通
过排气门向外排出。
当活塞到达上死点时,绝大部分的废气已被排出。
然后排气门关闭,进气门打开,活塞又由上死点下行,开始了新的一次循环。
从进气冲程吸入新鲜混合气体起,到排气冲程排出废气止,汽油的热能通过燃烧转化为推动活塞运动的机械能,带动螺旋桨旋转而作功,这一总的过程叫做一个“循环”。
这是一种周而复始的运动。
由于其中包含着热能到机械能的转化,所以又叫做“热循
环”。
活塞航空发动机要完成四冲程,除了上述气缸、活塞、联杆、曲轴等构件外,还需要一些其他必要的装置和构件。
(三)活塞式航空发动机的辅助系统
发动机除主要部件外,还须有若干辅助系统与之配合才能。
主要有进气系统(为了改善高空性能,在进气系统内常装有增压器,其功用是增大进气压
力)、燃油系统、点火系统(主要包括高电压磁电机、输电线、火花塞)、起动系统(一般为电动起动机)、散热系统和润滑系统等。