航空活塞动力装置知识点整理
资料全是所需知道的内容，不分重点
绪论
发动机定义：发动机是一种将某种能量转化成机械功的动力装置。（属于热机）
航空发动机分为航空活塞发动机和航空喷气发动机
航空活塞发动机是由气缸内燃料放出的热能通过曲轴输出扭矩，带动螺旋桨转动，产生推力。
优点：低速经济性好，工作稳定性好。缺点：重量功率比大，高空性能、速度性能差。
优点：重量轻，推力大，高空性能、速度性能好。缺点：经济性较差。
飞机对航空活塞发动机的基本性能要求：
1.发动机重量功率比小
2.发动机燃油消耗率低
3.发动机尺寸要小
4.发动机可靠性要好（空中停车率小于0.01/1000h）
5.发动机使用寿命要长
6.发动机要便于维护
第一章 航空动力装置的基础知识
热机定义：将热能转化为机械能的机器。
工质：热机工作时，必须以某种物质为媒介，才能将热能转换成机械能，完成这种能量转换的媒介物叫工质。
理想气体：分子本身只有质量而不占有体积，分子间不存在吸引力的气体叫理想气体。
气体的比容的定义：单位质量的气体所占有的容积。气体比容是描述气体分子疏密程度的物理量。
温度：确定一个系统与其他系统是否处于热平衡的共同特性定义。气体温度描述了气体的冷热程度，是分子热运动平均移动动能的度量。
气体的压力是垂直作用在壁面单位面积上的力。
百帕（hPa):1hPa=100Pa=1mbar(1bar=10^5Pa)
千帕 (kPa)：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/a C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＜1 C升高P下降T下降
Ma＞1 C下降P升高T升高
扩张型管道：Ma＜1 C下降P升高T升高
Ma＞1 C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
发动机冒黑烟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
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