3.1.2航空活塞式發(fā)動機3.1.2航空活塞式發(fā)動機由于活塞式發(fā)動機具有燃油消耗率低、運行成本低、工作可靠等特點，在噴氣式發(fā)動機發(fā)明之前的近半個世紀內(nèi)，是唯一可用的航空動力裝置。目前仍廣泛應(yīng)用于飛行訓練用的教練機、施肥與滅蟲用的農(nóng)業(yè)機、滅火救生用的直升機、旅游用的輕型客機、特技飛行的各種飛機等等。1.種類航空活塞發(fā)動機類型眾多，可以不同角度進行劃分。（1）按油氣混合物配制方式按油氣混合物配制方式，分為化油器式（汽化器式）和噴油式航空活塞發(fā)動機。（2）按冷卻方式按冷卻方式，分為液冷式和氣冷式兩種。1.種類（3）按是否帶增壓按是否帶增壓器，分為自然吸氣式和增壓式發(fā)動機。（4）按有無減速器按曲軸與螺旋槳之間有無減速器，分為直接驅(qū)動和非直接驅(qū)動的發(fā)動機。（5）按汽缸排列形式按汽缸排列形式，分為直列式和星型發(fā)動機。如圖3-1。圖3-1星型發(fā)動機2.主要組件航空活塞式發(fā)動機的主要組件包括：汽缸、活塞、連桿、曲軸、火花塞和排氣活門等，如圖3-2。（1）汽缸氣缸是發(fā)動機的工作腔，油氣混合氣體在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃氣推動活塞作直線運動，并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。氣缸頭部裝有保證油氣混合氣體進入氣缸的進氣活門和將燃燒后的廢氣排出缸體的排氣活門。汽缸呈圓筒形，固定在機匣上，其內(nèi)壁是燃燒室的組成部分。（2）活塞活塞用于承受油氣混合氣體在燃燒時所產(chǎn)生的燃氣壓力，并將燃料燃燒后的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊\動的機械能，活塞在氣缸中處于的最上位置，為上死點位置；活塞在氣缸中處于的最下位置，為下死點位置?；钊谄字凶鐾鶑瓦\動。如圖3-3。（3）連桿和曲軸連桿將活塞和曲軸連接在一起，用來傳遞活塞和曲軸之間的運動。曲軸將活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并將從每個汽缸獲得的功傳輸?shù)铰菪龢?，帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，使發(fā)動機產(chǎn)生推力。兩者又稱曲拐機構(gòu)。（4）火花塞又稱電嘴，火花塞的功能是適時高壓放電，點燃汽缸中的新鮮的油氣混合物。（5）氣門機構(gòu)如圖3-4，氣門機構(gòu)由進氣門、排氣門、進排氣凸輪軸、推桿、搖臂等組成。圖5.5氣門機構(gòu)3.工作原理（1）基本術(shù)語1）上死點。2）下死點。3）活塞行程。4）全體積。5）工作體積。6）余隙體積。7）壓縮比。（2）工作原理航空活塞式發(fā)動機一般都用汽油作為燃料，基本工作原理如圖3-6所示，一個工作循環(huán)由進氣、壓縮、膨脹和排氣四個沖程組成（即活塞在氣缸中上下運動各兩次）。在進氣沖程，活塞從上死點運動到下死點，進氣活門開放而排氣活門關(guān)閉，霧化了的汽油和空氣的混合氣體被下行的活塞吸入氣缸內(nèi)。在壓縮沖程，活塞從下死點運動到上死點，進氣活門和排氣活門都關(guān)閉，混合氣體在氣缸內(nèi)被壓縮，在上死點附近，由裝在氣缸頭部的火花塞點火。在膨脹沖程，混合氣體點然后，具有高溫高壓的燃氣開始膨脹，推動活塞從上死點向下死點運動。在次沖程，燃燒氣體所蘊含的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊\動的機械能，并由連桿傳給曲軸，成為帶螺旋槳轉(zhuǎn)動的動力。所以膨脹沖程也叫做功沖程。在排氣沖程，活塞從下死點運動到上死點，排氣活門開放，燃燒后的廢氣被活塞排出缸外。當活塞到達上死點后，排氣活門關(guān)閉，此時就完成了四個沖程的循環(huán)。為滿足功率的要求，航空發(fā)動機一般都是由多氣缸組合構(gòu)成的，多個缸體同時工作帶動曲軸和螺旋槳轉(zhuǎn)動以產(chǎn)生足夠的動力。缸體的數(shù)量和布置形式多種多樣，下圖為幾種類型的缸體布置形式。不管是哪種布置形式都必須保證活塞運動與曲軸運動的協(xié)調(diào)，不能再運動中相互牽制?；钊桨l(fā)動機的運轉(zhuǎn)速度很高，氣缸內(nèi)每秒鐘要點火燃燒幾十次。高溫高壓的工作條件使得汽缸壁溫度很高，因此活塞發(fā)動機必須配備冷卻系統(tǒng)。最早活塞發(fā)動機上采用的是液體冷卻，液冷式發(fā)動機的氣缸直線排列（小型發(fā)動機）或V形排列，在發(fā)動機機體外殼內(nèi)有水箱、水泵、散熱器和相應(yīng)的管路系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)復雜而笨重。因此后來采用氣冷式冷卻系統(tǒng)。氣冷式發(fā)動機氣缸以曲軸為中心，排成星型。氣缸外面有很多散熱片，飛行時產(chǎn)生的高速氣流將汽缸壁的熱量散去，達到冷卻的目的。4.輔助系統(tǒng)航空活塞發(fā)動機正常工作過程中，除了需要上述基本組件外，還需要輔助系統(tǒng)配合才能持續(xù)運轉(zhuǎn)。這些輔助系統(tǒng)主要包括點火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)和定時系統(tǒng)等。（1）點火系統(tǒng)航空活塞發(fā)動機的點火系統(tǒng)由磁電機產(chǎn)生的高壓電在規(guī)定的時間產(chǎn)生電火花，將氣缸內(nèi)的混合氣體點燃。主要包括磁電機、火花塞（電嘴）、磁電機開關(guān)、高壓導線等，如圖3-8。1）磁電機的工作磁電機是產(chǎn)生高壓電的自備電源，在航空活塞式發(fā)動機工作時用來產(chǎn)生高壓電，并按各汽缸的點火次序?qū)⒏邏弘娸斔椭粮鱾€汽缸的電嘴，供產(chǎn)生電火花之用。如圖3-9。（2）火花塞又稱電嘴，主要由中央極、旁極、外殼、絕緣體、鋼芯桿等組成，用來產(chǎn)生電火花，如圖。影響其工作的因素主要包括火花塞間隙、火花塞掛油積炭受潮和火花塞溫度。

圖5.10火花塞的組成（2）啟動系統(tǒng)將發(fā)動機發(fā)動起來，需要借助外來動力，通常用電動機帶動曲柄使發(fā)動機啟動?，F(xiàn)代航空活塞式發(fā)動機是由啟動機直接帶動發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)而啟動。如圖3-11，根據(jù)飛機用電系統(tǒng)設(shè)計的不同，啟動電源一般使用直流24V或直流12V電源。（3）燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)作用是儲油和供油，供給發(fā)動機適量的燃油，并促使燃油霧化、汽化，與空氣混合均勻，形成混合比適當?shù)幕旌蠚?，滿足發(fā)動機各種工作狀態(tài)的需要。目前航空活塞發(fā)動機常用的燃油系統(tǒng)有化油器式和噴油式兩種。1）化油器式燃油系統(tǒng)，主要由油箱、油濾、油泵、啟動油泵和化油器等組成，如圖。2）噴油式燃油系統(tǒng)，主要由油箱、油濾、油泵、啟動油泵、壓力油泵、噴油嘴和混合比調(diào)節(jié)器等附件組成。（4）潤滑系統(tǒng)為減輕摩擦，避免機件過熱，設(shè)置潤滑系統(tǒng)。其主要任務(wù)是把數(shù)量足夠和黏度適當?shù)幕脱h(huán)不息地輸送至各摩擦面上，使機件得到良好的潤滑和冷卻。1）潤滑方式目前，航空活塞式發(fā)動機機件的潤滑方式主要有兩種，即潑濺潤滑和壓力潤滑。2）滑油系統(tǒng)的工作根據(jù)滑油儲存方式的不同，將潤滑系統(tǒng)分為濕機匣潤滑系統(tǒng)和干機匣潤滑系統(tǒng)。以濕機匣潤滑系統(tǒng)為例，如圖所示。（5）冷卻系統(tǒng)航空活塞式發(fā)動機冷卻的目的就是保持汽缸頭溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。1）兩種冷卻系統(tǒng)