航空活塞动力装置知识点整理Word格式.docx

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1kPa=1000Pa

工程大气压（at）:

1at=1kgf/cm^2=98066.5Pa工程大气压广泛用在液体压力的测量仪表中，发动机滑油、燃油压力常用此单位。

标准大气压（atm）:

温度为15摄氏度时，海平面上空气的平均压力，1atm=1.033at

PSI:

1PSI=11bf/in^2=0.07kgf/cm^2=6894.8Pa;

1kgf/cm^2=14.3PSI

PSI用于美、英制发动机中

毫米（或英寸）汞柱：

1标准大气压=760毫米汞柱（29.92英寸汞柱）=1013hPa

气体的热力过程：

等容过程、等压过程、等温过程和绝热过程（P9图1.5）

气体状态方程：

pv=RT

在绝热条件下：

气体压力和比容满足pv^k=常数K是气体绝热指数。

对空气K=1.4,对燃气K=1.330

稳定流动是指流体在空间各点的流动参数（P，V，T等）不随时间变化的流动，也叫定常流动。

音速是弱扰动波在介质中的传播速度

马赫数Ma=c/aC为真空速马赫数越大，气流可压缩性越大

Ma＜0.3时，低速气流

Ma在0.3～0.8时，亚音速气流

Ma在0.8～1.2时，跨音速气流

Ma＞1时，超音速气流

Ma＞3时，超高音速气流

滞止参数是按一定的过程将气流阻滞到速度为零时气流的参数

总压的物理意义：

描述了气流所具有的总机械能大小及气体膨胀做功的能力，气流绝能无摩擦流动时总压不变

收敛型管道：

Ma＜1C升高P下降T下降

Ma＞1C下降P升高T升高

扩张型管道：

Ma＜1C下降P升高T升高

Ma＞1C升高P下降T下降（注意P15扩散型和收敛型管道和P16拉瓦尔管）

燃烧反应

燃烧是物质产生发光、发热的化学反应。

燃烧物中若再无可燃物质，这种燃烧叫完全燃烧，否则，叫不完全燃烧。

1Kg燃料完全燃烧所需的最少空气量，叫做理论空气量。

在常规大气条件下完全燃烧1Kg汽油或煤油所需的最少空气量为15Kg。

余气系数就是混合气中实际空气量与理论空气量的比值

a=L实/L理

如果混合气中，实际空气量＜理论空气量，则余气系数＜1，这种混合气叫作富油混合气

如果混合气中，实际空气量＞理论空气量，则余气系数＞1，这种混合气叫作贫油混合气

如果混合气中，实际空气量=理论空气量，则余气系数=1，这种混合气叫作理论混合气

1Kg燃料完全燃烧后，将燃烧产物冷却到起始温度，所放出的热量，叫作燃料的热值。

测量时若计入水蒸气凝结放出的这部分热量得到的燃料热值，称为高热值；

若不计入这部分热量得到的燃烧热值，称为低热值。

发动机实际工作时只能利用燃烧的低热值。

当余气系数约为0.97时，混合气放热量最大（P18图1.14）

火焰前锋相对于新鲜混合气向前推进的速度叫火焰传播速度

影响火焰传播速度的因素：

1.燃料的热值越大，火焰传播速度越大

2.余气系数为0.8～0.9时，火焰传播速度最大

3.混合气初温、初压升高，火焰传播速度增大

4.气体的紊流强度越大，火焰传播速度增大

5.点火装置点火能量越高，火焰传播速度越大

奥托循环热效率（P23图1.20）

压缩比=初始体积/末体积，压缩比上升，热效率上升，容易引起爆震

热力学第二定律：

热能转变为机械能的过程中，必须损失一部分热能，才能将另一部分热能转变成机械能，而不可能将全部热能转变成机械能

第二章航空活塞发动机的组成及工作

航空活塞发动机可分为汽化器式发动机和直接喷射式发动机

功率小的航空活塞发动机多为汽化器式，功率大的则既有汽化器式（容易结冰，便宜），也有直接喷射式（容易气塞，昂贵）

功率小的多为气冷式发动机，功率大的既有气冷式，也有液冷式

按气缸排列方式，航空活塞发动机可归纳为直列式和星型

水平对置发动机（P29图2.3）散热不好，单排星型发动机（图2.4）散热好但有液锁现象

增压式发动机用在飞行高度较高飞机上，吸气式则用在高度较低飞机上

航空活塞发动机基本组成（P31图2.5、2.6、2.8）：

主要机件包括气缸，活塞，连杆，曲轴，气门机构，机匣等

气缸是混合气进行燃烧，并将燃烧后的热能转变为机械能的地方，引导活塞运动

活塞外部周围有几道圆凹槽，槽内装有特种耐磨生铁制成的弹性胀圈

排气门杆较粗，头部成凸形是为了加强排气门散热排气门制成空心的，其内充填金属钠

游星齿轮减速器（P33图2.21），螺旋桨转速是游星齿轮的公转速

发动机工作系统：

燃油系统，点火系统，润滑系统，冷却系统，启动系统

发动机的基本工作：

活塞运动四个行程完成一个工作循环的发动机，叫四行程发动机

上死点：

活塞顶距曲轴旋转中心最远处的位置

下死点：

活塞顶距曲轴旋转中心最近处的位置

曲轴转角：

曲臂中心线与气缸中心线的夹角，用来描述发动机工作时活塞的位置。

活塞行程：

上死点与下死点间的距离

燃烧室容积：

活塞在上死点时，活塞顶与气缸头之间的容积

气缸总容积：

活塞在下死点时，活塞顶与气缸头之间形成的容积，可用来描述发动机做功能力（全容积=工作容积+燃烧室容积）

活塞运动有四个行程：

进气行程，压缩行程，膨胀行程（唯一一个对外做功），排气行程

多气缸工作方式：

各气缸内的相同行程并非同时进行，而是此起彼伏，按一定次序均匀错开，目的是保证活塞推动曲轴的力量比较均匀，发动机的运转较为平稳

点火次序单排星形九缸活塞发动机：

1—3—5—7—9—2—4—6—8—1

单排星形五缸活塞发动机：

1—3—5—2—4—1

水平对置六缸活塞发动机：

1—4—5—2—3—6—1

水平对置四缸活塞发动机：

1—4—3—2—1

进气过程

进气门要早开晚关，是为了增大进气量，减轻气门机构的机械碰撞，冲淡废气。

吸气式发动机进气时猛推油门杆，进气太多，油气结合速度慢，会造成贫油燃烧，导致熄火

进气过程中，静压减小，温度增加，使气体比重减小，进气量减小，但进气涡流的形成会有助于混合气的燃烧

影响发动机充填量的主要因素有：

进气压力，大气温度，气体的受热程度，流动损失，发动机转速和残余废气量等

进气压力

为了使进气压力较为直接地反应填充量的变化，在测量进气压力时采用真空膜盒测量绝对压力

影响进气压力的因素有：

节气门开度，大气压力，进气流动损失，对增压式发动机还受增压情形影响。

飞行员可通过操控驾驶舱的油门杆，来改变节门的开度大小，控制进气压力，增压或减小填充量进而改变发动机功率的目的。

大气压力降低时，进气压力减小，充填量减小，发动机功率减小。

对同一台发动机，在高原机场工作时发动机的功率较小。

大气温度

大气温度越低，气体比重越大，充填量越大，功率增大。

大气温度越高，充填量越小，功率减小。

气体的受热程度

进气时气体受热程度大，充填量小，因此发动机散热不良，发动机温度升高，会引起充填量减小，发动机功率减小。

流动损失

使气体的压力减小，温度升高，气体比重减小，充填量减小，功率减小。

发动机转速

转速由小转速增加时，充填量增加；

当发动机转速接近最大转速时，充填量减小。

排气过程

排气门要早开晚关，目的是使废气排除更彻底，减少残余废气量，同时减少排气行程活塞所消耗的功

压缩过程

压缩比=气缸总容积/燃烧室容积（压缩比越大，效率约好）

提高压缩比可有效改善发动机的性能，这是由于：

1.气体温度越高，活性中心的浓度越大，有利于混合气的着火和燃烧

2.气体压力越高，其燃烧后燃烧气所具有的膨胀能力越强，膨胀功越大

3.混合气在较小的容积内燃烧，散热损失较少，经济性好

同时会带来不良后果

1.混合气压力和温度过高，容易产生早燃和爆震等不正常现象

2.混合气燃烧后，燃气压力、温度过高，发动机机件承受过大的负荷，容易损坏

若使用、维护发动机不当，会引起气缸严重磨损、积炭将使气缸压缩比变化，影响发动机性能，引起气门关闭不严，活塞胀圈密封不严

燃烧过程

是指混合气在气缸内燃烧放热的过程。

其作用是使燃油释放出热能，提高气体温度和压力，以便气体膨胀，推动活塞做功。

航空活塞发动机燃烧特点：

1.火焰传播速度大2.燃烧依赖于点火装置的正常工作

燃烧过程三个阶段：

隐燃期，显燃期，残余燃烧期

发动机对燃烧的要求：

一.燃烧要迅速

1.混合余气系数要适当，应选择0.8～0.9

2.发动机转速要适当

3.压缩比要越大

4.电火花能量要越大

5.残余废气量要少

二.燃烧要完全

1.在贫油极限内，混合余气系数要大于1

2.燃烧产物解离，温度越高，解离作用越强，压力升高，解离作用减弱（应防止温度过高，会发生剧烈解离反应）

3.燃烧要适当

提前点火，曲轴所转动角度叫做提前点火角

有利提前点火角，使燃气压力最大值正好出现在曲轴转过上死点10度到15度时，此时提前点火角叫做有利提前点火角

提前点火角选择太小，点火过晚，最大压力值将减小，燃气膨胀能力也被削弱；

因燃气未充分膨胀，将使排气温度升高，发动机功率降低，经济性变差及发动机过热。

提前点火角选择过大，散热增加，会消耗过大的活塞压缩功，引起发动机功率减小，经济性变差，容易引起早燃、爆震，甚至发动机倒转或停车

影响有利提前点火角的因素：

火焰传播速度增加时，有利提前点火角需相应减小；

实际发动机主要影响因素是转速

混合气成分对发动机工作的影响：

要使发动机发出大的功率，混合气余气系数应等于0.8～0.9，这个余气系数叫做最佳功率余气系数，对应发动机状态称为最佳功率状态。

当余气系数为1.05～1.10时，排气温度最高，发动机经济性最好，这个余气系数称为发动机最佳经济余气系数，发动机状态称为最佳经济状态。

当余气系数等于0.97时，气缸头（CHT）温度最高

发动机在不同转速下使用的余气系数值：

发动机大转速工作状态，一般用于起飞，爬升和复飞，余气系数为0.85左右，即可保证发动机输出较大功率，较为富油的混合气也可防止发动机过热。

发动机中转速，用于飞机巡航，余气系数一般为0.9～1.0。

发动机小转速，用于飞机下降，着陆及地面滑行，废气冲淡严重，余气系数为0.7～0.8

过贫油燃烧

混合气余气系数＞1.1

过贫油燃烧时的现象和危害：

1.发动机功率减小，经济性变差2.气缸头温度降低3.发动机振动4.排气管发出短促而尖锐的声音，在夜间可以看到在排气管口冒出脉动的淡红色（或淡黄色）的火舌5.汽化器回火，有异常声音，推油门，增大进气量可改善

原因：

1.低温条件下容易出现，雾化汽油会凝结2.燃油中有较多水分和杂质3.前推油门过猛（油气比失衡，气大于油）4.混合比杆太靠后（往前推是富油）

预防过贫油燃烧：

•低温启动发动机或启动冷发时多注油

•操纵油门动作柔和，防止推油门过猛

•加强监控燃油系统，注意油门杆和混合比杆的使用

•一旦出现汽化器回火，应前推油门杆，转速增大，将火焰吸入气缸

过富油燃烧

混合气余气系数＜0.6

过富油燃烧时的现象和危害：

1.发动机功率减小，经济性变差，气缸头温度降低，引起发动机振动2.气缸内部积炭3.排气管冒黑烟和“放炮”，夜间可以看到排气管口排出长而红的火舌，会产生一种类似放火炮的声音

1.后收油门过猛2.混合比杆使用不当3.启动时注油过多

预防过富油燃烧：

•减小功率，不要收油门过猛，防止出现过富油

•启动时注油适当

•注意油门杆和混合比杆的使用

早燃

压缩过程中，如果在电嘴跳火以前，混合气温度已达到着火温度，混合气就会自行燃烧，这种现象叫早燃

后果：

气体压力升高过早，压缩行程消耗的功增大，同时燃气散热损失增加，发动机功率减小，经济性变差，会引起发动机强烈的振动，严重时会引起曲轴倒转

1.气缸头温度过高2.气缸内积炭

预防：

•对刚停车的热发动机，禁止随意搬动螺旋桨

•保持CHT在规定范围

•防止发动机内部积炭

爆震

在一定条件下，气缸内混合气的正常燃烧遭到破坏，在未燃烧混合气的局部出现具有爆炸性的燃烧现象，叫作爆震燃烧，简称爆震

现象和后果：

1.发动机内发出不规则的金属敲击声

2.气缸局部温度急剧升高，活塞、气门及电嘴等机件过热或烧损

3.排气总管周期性冒黑烟

4.发动机振动，机件易损坏

5.发动机功率减小，经济性变差，转速下降

防止爆震的方法：

1.按规定使用燃料，切忌使用辛烷数和级数低于规定值的燃料2.操纵使用发动机时，不可使进气温度过高，同时应按规定使用进气压力，使用最大进气压力的时间不超过规定时间3.发动机在小转速工作时，不应使用大的进气压力4.发动机温度不能过高，发动机在大功率状态下工作时间不能太长，以免发动机过热5.避免发动机积炭

解决爆震的措施：

•把变距杆前推，减轻螺旋桨负荷，加大发动机转速

•后拉油门杆，减小进气压力

•加强发动机散热

第三章航空活塞动力装置的工作系统

燃油系统

燃油系统有两种供油方式，一是重力供油，二是油泵供油。

重力供油是利用燃油自身的重力从油箱流向发动机，用于小功率的上单翼飞机；

对于下单翼飞机或大功率的飞机多采用的是油泵供油方式。

航空活塞式动力装置燃油系统分为汽化器式燃油系统和和直接喷射式燃油系统（P64图3.1、3.2），主要部件有油箱，燃油滤，燃油选择开关，油泵，燃油计量装置等。

直接喷射式还包括燃油流量分配器和喷油嘴。

（P66图3.4）

汽化器结冰

当燃油喷入文氏管喉部汽化时，要吸收热量，是温度降低；

空气流经文氏管喉部时，由于流速增加，温度也要降低，如果空气湿度较大，空气中的水分会在节气门或文氏管壁面上结冰

汽化器结冰后，会使文氏管截面面积减小，进气量减少，发动机功率降低，进气压力降低，严重时，冰层会把节门卡住，以致无法操控；

或者冰层脱落下来打坏进气通道内的机件

利用热滑油对文氏管加温，或利用发动机排出的废气对进入汽化器的空气加温，还有的汽化器加温装置直接将散热后的热空气引入进气通道，提高进入汽化器的空气温度

汽化器加温的后果：

汽化器加温后，由于空气温度升高，进气量会减少，使发动机的功率有所减小，工作温度有所升高，同时进入气缸的混合气偏富油，经济性下降。

如果空气温度太高，还可能引起早燃、爆震等不正常燃烧现象

进气滤结冰

是指发动机进气装置前缘或进气滤网上结冰。

若安装的是恒速螺旋桨，当进气滤结冰后，会使进气压力下降，若安装的是定距螺旋桨，进气滤结冰时，发动机转速下降

当进气滤结冰时（或预防结冰）可使用备用空气源，备用空气源可直接利用发动机散热后的空气，或是利用发动机排出的废气对冷空气进行加温后再进入发动机

当出现汽化器回火时，可立即前推油门，将火焰吸入气缸，消除回火现象

汽化器式

直接喷射式

结冰可能性

大

小

气塞

不易出现

容易出现

热发启动

较好

比较困难

燃油分配

不太好

比较均匀

混合比控制

不能精确控制

能精确控制

结构简单，便宜

冷天易启动，加速性能好

航空汽油的要求

1.热值高。

航空汽油的热值通常指低热值，即当1kg燃油完全燃烧后，扣除生成物水蒸气的凝结热后所得到的热量

2.汽油的抗爆性要强。

辛烷值反应贫油抗爆性，辛烷值越高，表明汽油在贫油状态下抗爆性越好，级数反应富油抗爆性，级数越高，富油抗爆性越好

3.航空汽油挥发性要适当。

挥发性过低，油气混合不均匀，混合气的分配也不易均匀，造成发动机启动困难，暖车时间长，加速性能差。

挥发性过高时，燃料在燃油系统中容易挥发成气体，使燃油管路中蒸气多而燃油流量减少，甚至造成燃油管路中发生气塞现象，造成发动机工作简短或停车

4.航空汽油的闪点要高，冰点要低。

闪点是指在燃油表面出现燃油蒸气以形成可燃性混合气体的温度。

闪点高，不易早燃，冰点低，便于发动机在寒冷的天气下工作不会造成使用上的困难

还有要求燃料不易生成胶状物或沉淀；

燃烧后不能形成大量积炭，理化性质要稳定，在长期保管和运输时不会变质或产生沉淀

燃油管理

1.加油。

发动机停车，磁电机开关在断开位，机上无人员飞机周围禁止吸烟，必须摆放灭火器材，必须将飞机、加油设备连接起来并接地，加油是飞机禁止通电，不得将低于规定牌号的燃油加入油箱，不能将航空煤油和汽车用汽油加入油箱，注意应加入多少油量，飞行时应加入足够的燃油（要考虑备用油），对过夜停放的飞机（尤其是寒冷大气条件下）应将油箱加满减少水在油箱中沉积

2.飞行前检查。

飞行前应检查有无燃油泄露，油箱有无损坏或变形，油箱通气是否良好，检查油量不能只看油量表，还要揭开油箱盖目视检查燃油量，目视检查后，必须把油箱盖盖好拧紧，飞行前还必须在所有放油口放油检查

3.转换油箱供油，防止汽锁。

对于无交输供油装置的燃油系统，巡航飞行时应交叉使用左右油箱的燃油，电动增压泵应在换油箱时打开。

在起飞、着陆阶段或低空飞行时，不要立即进行不必要的油箱转换，有电动泵的应该接通

4.混合比的设置。

起飞阶段的富油混合气可防止发动机过热和爆震；

爬升到一定高度后应适当调贫油以防止过富油燃烧；

巡航阶段调整混合比可获得最佳的燃油经济性和最佳功率；

适当调节混合比可调整发动机工作温度和滑油温度

滑油系统

滑油的作用：

1.润滑和冷却2.防止机件锈蚀3.进行螺旋桨变距

发动机机件的润滑方式有三种，即泼溅润滑、压力润滑和喷射润滑

泼溅润滑

系统比较简单缺点：

对机匣外部的机件和附件无法润滑，无法使滑油过滤，滑油容易变脏，滑油温度受发动机工作温度的影响较大，冷却效果和润滑效果较差。

在飞机突然加速、大坡度盘旋、上升飞行时，无法保证有效润滑

压力润滑

压力较高，可润滑部件多，而且油路上可安装油滤和散热器，能保证滑油的温度和清洁缺点：

系统复杂

湿机匣系统的滑油直接存储在发动机机匣下盖的收油池内（湿机匣的滑油脏、消耗大、不好维护、散热不好）

干机匣系统有一个外部油箱（可以不断添加滑油，有利于维护，散热好）

滑油消耗

原因

1.活塞中有部分滑油进入气缸被烧掉（主要原因）

2.部分滑油呈雾状和蒸汽状从通气管逸出

3.滑油受高温被氧化和分解，变成了胶状物质和沉淀物

如果发现滑油消耗量突然变大，则应仔细检查发动机或滑油系统是否有泄露或严重磨损

滑油温度

滑油温度主要影响滑油粘性。

温度高，滑油黏性小；

温度过高，滑油受热分解，形成胶状物，黏性变大；

温度低，滑油黏性大（小功率下降，寒冷天气过夜会使滑油温度下降）

引起滑油温度异常升高的原因：

1.滑油量太少（加油太少或滑油系统泄露）

2.发动机温度长时间较高

3.滑油散热器工作不好或受损，若出现这种情况，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

滑油压力

引起发动机滑油压力异常的原因

1.滑油量少（加油量少或系统泄露）

2.滑油泵失效或油路堵塞

3.调压活门失效

4.滑油压力表出故障

（当出现滑油压力异常时，先判断是否是仪表故障，若滑油压力太低同时伴有滑油温度的异常变化，应该就近着陆。

当滑油压力降低至于最低压力限制时，系统会发出警告，此时应立即就近着陆。

在地面时，启动30s无滑油压力立即停车，相当寒冷天气可适当延长至60s

散热系统

散热系统的功用是利用冷却介质吸收和带走气缸壁的部分热量，使发动机工作温度保持在规定的范围内

发动机散热的必要性

如果不散热，则极易引起材料强度显著降低造成机件在很高的机械负荷和热负荷下损坏如气缸头翘曲、裂纹、活塞烧蚀、气门变形。

因机件变形使得发动机机件运转不灵或漏气、漏油；

滑油消耗量增加，还可能引起发动机出现早燃，爆震等不正常燃烧现象

如果散热过度，发动机温度太低，会使发动机功率减小、经济性变差，会使发动机工作不稳，因此发动机温度应保持在一个适当的范围，不能太高，不能太低

影响气缸头温度的主要因素：

1.进气压力2.混合气的余气系数3.散热空气流量和温度

引起气缸头温度升高的情况：

1.发动机处于高功率，空速较低时2.混合气比较贫油3.滑油量太少4.小功率，空速较大时。

采取的措施：

气缸头温度较高时，可增大鱼鳞板的开度以增加散热空气量；

减小爬升率以增加空速从而提高散热空气量；

采用阶段爬升方式

点火系统

现代航空活塞式发动机都是利用高压电产生电火花来点燃混合气。

现代航空活塞发动机通常装备两个磁电机，点火时两个电嘴同时跳火点燃混合气。

这样做的目的，一是提高每个气缸的点火能量，提高火焰传播速度，改善发动机的功率和经济性；

二是保证发动机工作可靠。

因为一旦某个磁电机发生故障不能产生高压电，另一个磁电机仍能保证使一个电嘴产生电火花，使发动机继续工作

磁电机的工作

磁电机控制电门通常标有“左磁电机”位、右“磁电机”位和“断开”位（即“OFF”位）。

“左磁电机”

位表示左磁电机的开关是断开的，左磁电机可以产生高压电，而右磁电机则不能产生高压电。

“右磁电机”位表示右磁电机的开关是断开的，右磁电机可以产生高压电，而左磁电机不能产生高压电。

“断开”位表示两个磁电机的开关都是断开，两个磁电机都不能产生高压电（P86图3.25、图3.26）

单磁电机工作时，由于每个气缸只有一个电嘴工作，燃烧速度慢，发动机的功率有所下降。

单磁电机工作时，若有发动机抖动现象，说明电嘴工作不好甚至没有工作，因为在双磁电机工作时，即使有个别的电嘴不工作，只要另一排电嘴工作良好，仍可维持正常燃烧，因而不容易发现故障。

若两个单磁电机工作时发动机的转速差过大，说明两套磁电机系统的同步性不好。

在磁电机切换时，转速相同可用单磁电机测试同步性是否良好

电嘴工作

电嘴工作条件：

10000～20000V高压电和50～100kgf/cm^2的高压及2500～3000K的高温作用，另外还要承受燃气中所含的硫、碳、铅等物质的化学腐蚀和放电过程的侵蚀

影响电嘴产生电火花的因素

1.电嘴间隙

如果电嘴的间隙过大，引起电嘴的击穿电压显著增大，绝缘性变差磁电机可靠性受到影响，如果电嘴的间隙过小，将引起电火花的强度减弱，难以点燃混合气，有可能使电嘴间隙处因积炭造成短路而不产生电火花。

2.电嘴挂油（气缸头温度低），积铅（过贫油），积炭（过富油或涨圈磨损）和受潮（长期不用）

使磁电机中二级线圈的感应电动势降低，电火花的强度减弱，分路电阻很小，电阻甚至不能产生电火花。

电嘴的积炭主要是长期过富油燃烧或活塞涨圈磨损，过多的滑油进入气缸燃烧后造成的。

使用含铅量较高的汽油或在贫油状态下长时间巡航易造成电嘴积铅。