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1、细心整理一、活塞式发动机航空活塞式发动机是利用汽油及空气混合，在密闭的容器气缸内燃烧，膨胀作功的机械。活塞式发动机必需带动螺旋桨，由螺旋桨产生推拉力。所以，作为 飞机的动力装置时，发动机及螺旋桨是不能分割的。 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展燃烧的地方。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。发动机工作时气 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
2、积一样的状况下，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 限制进气门、排气门定时翻开和关闭。二、涡轮喷气发动机在其次次世界大战以前，全部的飞机都接受活塞式发动机作为飞机的动力，这种发动机本身并不能产生向前的动 力，而是须要驱动一副螺旋桨，使螺旋桨在空气中旋转，以此推动飞机前进。这种活塞式发动机螺旋桨的组合始终是飞机固定的推动模式，很少有人提出过质疑。 到了三十年头
3、末，尤其是在二战中，由于斗争的须要，飞机的性能得到了迅猛的开展，飞行速度到达700800公里每小时，高度到达了10000米以 上，但人们突然发觉，螺旋桨飞机似乎到达了极限，尽管工程师们将发动机的功率越提越高，从1000千瓦，到2000千瓦甚至3000千瓦，但飞机的速度仍 没有明显的提高，发动机明显感到“有劲使不上”。 问题就出在螺旋桨上，当飞机的速度到达800公里每小时，由于螺旋桨始终在高速旋转，桨尖局部事实上已接近了音速，这种跨音速流场的干脆后果就是螺旋 桨的效率急剧下降，推力下降，同时，由于螺旋桨的迎风面积较大，带来的阻力也较大，而且，随着飞行高度的上升，大气变淡薄，活塞式发动机的功率也会
4、急剧下 降。这几个因素合在一起，确定了活塞式发动机螺旋桨的推动模式已经走到了终点，要想进一步提高飞行性能，必需接受全新的推动模式，喷气发动机应运而生。 喷气推动的原理大家并不生疏，依据牛顿第三定律，作用在物体上的力都有大小相等方向相反的反作用力。喷气发动机在工作时，从前端吸入大量的空气，燃 烧后高速喷出，在此过程中，发动机向气体施加力，使之向后加速，气体也给发动机一个反作用力，推动飞机前进。事实上，这一原理很早就被应用于实践中，我们 玩过的爆竹，就是依*尾部喷出火药气体的反作用力飞上天空的。 早在1913年，法国工程师雷恩洛兰就获得了一项喷气发动机的专利，但这是一种冲压式喷气发动机，在当时的低
5、速下根本无法工作，而且也缺乏所需的高 温耐热材料。1930年，弗兰克惠特尔取得了他运用燃气涡轮发动机的第一个专利，但直到11年后，他的发动机在完成其首次飞行，惠特尔的这种发动机形成 了现代涡轮喷气发动机的根底。 现代涡轮喷气发动机的构造由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，战斗机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。涡轮喷气发动机仍属于热机的一种，就必需 遵循热机的做功原那么：在高压下输入能量，低压下释放能量。因此，从产生输出能量的原理上讲，喷气式发动机和活塞式发动机是一样的，都须要有进气、加压、燃 烧和排气这四个阶段，不同的是，在活塞式发动机中这4个阶段是分时依次进展的，但在喷气发动机中那么
6、是连续进展的，气体依次流经喷气发动机的各个局部，就对 应着活塞式发动机的四个工作位置。 当飞机飞行时，可以看作气流以飞行速度流向发动机，由于飞机飞行的速度是变更的，而压气机适应的来流速度是有必需的范围的，因而进气道的功能就是通 过可调管道，将来流调整为相宜的速度。在超音速飞行时，在进气道前和进气道内气流速度减至亚音速，此时气流的滞止可使压力提升十几倍甚至几十倍，大大超过 压气机中的压力提高倍数，因而产生了单*速度冲压，不需压气机的冲压喷气发动机。 进气道后的压气机是特地用来提高气流的压力的，空气流过压气机时，压气机工作叶片对气流做功，使气流的压力，温度提升。在亚音速时，压气机是气流增压 的主要
7、部件。 从燃烧室流出的高温高压燃气，流过同压气机装在同一条轴上的涡轮。燃气的局部内能在涡轮中膨胀转化为机械能，带动压气机旋转，在涡轮喷气发动机中，气 流在涡轮中膨胀所做的功正好等于压气机压缩空气所消耗的功以及传动附件克制摩擦所需的功。经过燃烧后，涡轮前的燃气能量大大增加，因而在涡轮中的膨胀比远 小于压气机中的压缩比，涡轮出口处的压力和温度都比压气机进口高许多，发动机的推力就是这一局部燃气的能量而来的。 从涡轮中流出的高温高压燃气，在尾喷管中接着膨胀，以高速沿发动机轴向从喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多，使发动机获得了反作用 的推力。三、涡轮风扇发动机 自从惠特尔独创了第一台涡
8、轮喷气发动机以后，涡轮喷气发动机很快便以其强大的动力、优异的高速性能取代了活塞式发动机，成为战斗机的首选动力装置，并起先 在其他飞机中起先得到应用。 但是，随着喷气技术的开展，涡轮喷气发动机的缺点也越来越突出，那就是在低速下耗油量大，效率较低，使飞机的航程变得很短。尽管这对于执行防空任务的 高速战斗机还并不特别紧要，但假设用在对经济性有严格要求的亚音速民用运输机上却是不行承受的。 要提高喷气发动机的效率，首先要知道什么式发动机的效率。发动机的效率事实上包括两个局部，即热效率和推动效率。为提高热效率，一般来讲须要提高燃气 在涡轮前的温度和压气机的增压比，但在飞机的飞行速度不变的状况下，提高涡轮前
9、温度将会使喷气发动机的排气速度增加，导致在空气中损失的动能增加，这样又 降低了推动效率。由于热效率和推动效率对发动机循环参数冲突的要求，致使涡轮喷气发动机的总效率难以得到较大的提升。 那么，如何才能同时提高喷气发动机的热效率和推动效率，也就是怎样才能既提高涡轮前温度又至少不增加排气速度呢？答案就是接受涡轮风扇发动机。这种发动机 在涡轮喷气发动机的的根底上增加了几级涡轮，并由这些涡轮带动一排或几排风扇，风扇后的气流分为两局部，一局部进入压气机内涵道，另一局部那么不经过燃 烧，干脆排到空气中外涵道。由于涡轮风扇发动机一局部的燃气能量被用来带动前端的风扇，因此降低了排气速度，提高了推动效率，而且，假
10、如为提高热效率 而提高涡轮前温度后，可以通过调整涡轮构造参数和增大风扇直径，使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，就不会增加排气速度。这样，对于涡轮风扇发动机来 讲，热效率和推动效率不再冲突，只要构造和材料允许，提高涡轮前温度总是有利的。 目前航空用涡轮风扇发动机主要分两类，即不加力式涡轮风扇发动机和加力式涡轮风扇发动机。前者主要用于高亚音速运输机，后者主要用于歼击机，由于用途 不同，这两类发动机的构造参数也大不一样。不加力式涡轮风扇发动机不仅涡轮前温度较高，而且风扇直径较大，涵道比可达8以上，这种发动机的经济性优于涡轮喷气发动机，而可用飞行速度又比活塞式发动 机高，在现代大型干线客机、军用运输
11、机等最大速度为M0.9左右的飞机中得到广泛的应用。依据热机的原理，当发动机的功率必需时，参加推动的工质越多，所 获得的推力就越大，不加力式涡轮风扇发动机由于风扇直径大，空气流量就大，因而推力也较大。同时由于排气速度较低，这种发动机的噪音也较小。 加力式涡轮风扇发动机在飞机巡航中是不开加力的，这时它相当于一台不加力式涡轮风扇发动机，但为了追求高的推重比和减小阻力，这种发动机的涵道比一般 在1.0以下。在高速飞行时，发动机的加力翻开，外涵道的空气和涡轮后的燃气一同进入加力燃烧室喷油后再次燃烧，使推力可大幅度增加，甚至超过了加力式涡 轮喷气发动机，而且随着速度的增加，这种发动机的加力比还会上升，并且
12、耗油率有所下降。加力式涡轮风扇发动机由于具有这种低速时较油耗低，开加力时推重比 大的特点，目前已在新一代歼击机上得到广泛应用。四、脉动喷气发动机 脉动喷气发动机是喷气发动机的一种，可用于靶机，导弹或航空模型上。德国纳粹在其次次世界大战的后期，曾用它来推动V-1导弹，轰炸过伦敦。这种发动机的 构造如下图，它的前部装有单向活门，之后是含有燃油喷嘴和火花塞的燃烧室，最终是特别设计的长长的尾喷管。 脉动喷气发动机工作时，首先把压缩空气打入单向活门，或使发动机在空中运动，这时便有气流进入燃烧室，然后油咀喷油，火花塞点火燃烧。这时长尾喷管在 燃气喷出后，由于燃气流的惯性作用，虽然燃烧室内的压强同外面大气的
13、压强相等，仍会接着向外喷，所以在燃烧室内造成空气淡薄的现象，使压强显著降低到小于 大气压，于是空气再次翻开单向活门流入燃烧室，喷油点火燃烧，起先其次个循环。这样周而复始，发动机便可不断地工作了。这种发动机由进气到燃烧、排气的循 环过程进展得很快，一秒钟大约可达4050次。 脉动式发动机在原地可以起动，构造简洁，重量轻，造价廉价。这些都是它的优点。但它只适于低速飞行速度极限约为每小时640800公里，飞行高 度也有限，单向活门的工作寿命短，加上振动猛烈，燃油消耗率大等缺点，使得它的应用受到限制。五、涡轮轴发动机 带有压气机的涡轮发动机这一类型中，涡轮轴发动机出现得较晚，但已在直升机和垂直短距起落
14、飞机上得到了广泛的应用。 涡轮轴发动机于1951年12月起先装在直升机上，作第一次飞行。那时它属于涡轮螺桨发动机，并没有自成体系。以后随着直升机在军事和国民经济上运用越来越普遍，涡轮轴发动机才获得独立的地位。在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机根相近。它们都是由涡轮风扇发动机的原理演化而来，只不过后者将风扇变成了螺旋桨，而前者将风扇变成 了直升机的旋翼。除此之外，涡轮轴发动机也有自己的特点：它一般装有自由涡轮(即不带动压气机，专为输出功率用的涡轮)，而且主要用在直升机和垂直短距 起落飞机上。 在构造上，涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器根本构造，但它一般都装有自
15、由涡轮，如下图，前面的是两级平凡涡轮，它带动 压气机，维持发动机工作，后面的二级是自由涡轮，燃气在其中作功，通过传动轴特地用来带动直升机的旋翼旋转，使它升空飞行。此外，从涡轮番出来的燃气，经 过尾喷管喷出，可产生必需的推力，由于喷速不大，这种推力很小，如折合为功率，大约仅占总功率的特别之一左右。有时喷速过小，甚至不产生什么推力。为了合 理地支配直升机的构造，涡轮轴发动机的喷口，可以向上，向下或向两侧，不象涡轮喷气发动机那样非向后不行。这有利于直升机设计时的总体支配。 涡轮轴发动机是用于直升机的，它及旋翼协作，构成了直升机的动力装置。遵照涡轮风扇发动机的理论，从理论上讲，旋翼的直径愈大愈好。同样
16、的核心发动机，产 生同样的循环功率，所协作的旋翼直径愈大，那么在旋翼上所产生的升力愈大。事实上，由于在能量转换过程中有损失，旋翼也不行能制成无限大，所以，旋翼的直径 是有限制的。般说，通过旋翼的空气流量是通过涡轮轴发动机的空气流量的500-1000倍。 同涡轮轴发动机和直升机常用的另一种动力装置活塞发动机采相比，涡轮轴发动机的功率重量比要大得多，在2.5以上。而且就发动机所产生的功率来 说，涡轮轴发动机也大得多，目前运用中的涡轮轴发动机所产生的功率，最高可达6000马力甚至10000马力，活塞发动那么相差很远。在经济性上，涡轮轴发 动机的耗油率略高于最好的活塞式发动机，但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油廉价，这在必需程度上得到了弥补。当然，涡轮轴发动机也有其缺乏之处。它制 造比拟困难，制造本钱也较高。特别是由于旋
