第五章航空活塞發(fā)動機的性能《航空活塞動力裝置》

航空活塞動力裝置第五章航空活塞發(fā)動機的性能目

錄第一節(jié)發(fā)動機的主要性能指標第二節(jié)發(fā)動機的使用性能

復習思考題第一節(jié)發(fā)動機的主要性能指標一、有效功率發(fā)動機用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機功率的影響：1.發(fā)動轉(zhuǎn)速：發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加后，一方面單位時間內(nèi)各氣缸完成的熱循環(huán)次數(shù)增加，傳遞給曲軸更多的機械功；但另一方面，轉(zhuǎn)速增加，進氣速度增加，摩擦損失的功率增加，帶動附件所消耗的功率也增加。試驗表明，在發(fā)動機使用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，有效功率增加。進氣壓力對Ne

的影響一、有效功率發(fā)動機用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機功率的影響：2.進氣壓力和進氣溫度：進氣壓力增加或進氣溫度降低，都使發(fā)動機的充填量增加，燃料釋放出更多的熱能，所以有效功率增加。相反，進氣壓力減小或進氣溫度升高，有效功率將降低。發(fā)動機轉(zhuǎn)速對Ne

的影響一、有效功率發(fā)動機用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機功率的影響：3.大氣條件：當發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度和混合比不變時，大氣壓力增加或大氣溫度降低，會使發(fā)動機充填量增加，發(fā)動機功率增加。對吸氣式發(fā)動機，經(jīng)理論推導有下列數(shù)量關系：1,

1）時，有效功率為1；發(fā)動機在大氣條件為狀（

2,

2）時，有效功率為

2。效功率有以下關系：式中，發(fā)動機在大氣條件為狀態(tài)

1

（

1,

1）時，有效功率為

1

；發(fā)動機在大氣條件為狀態(tài)2（

2,

2）時，有效功率為2

；m

通過實驗測出為

0.5～0.6。式中，發(fā)動機在大1

氣條件為狀態(tài)

1（態(tài)

2

2

?2

1122

?11·2或1

2

=

2

112如果大氣狀態(tài)發(fā)生變化后進氣壓力保持不變，則：

2

=1增壓式發(fā)動機在相同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和混合比不變時，經(jīng)理論推導，大氣條件的變化與發(fā)動機有12一、有效功率發(fā)動機用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機功率的影響：混合氣余氣系數(shù)：當混合氣的余氣系數(shù)＝0.8～0.9

時，有效功率最大；余氣系數(shù)偏離此范圍時，有效功率將減小?；蜏囟龋喊l(fā)動機工作時，凡具有相對運動的工作面不可避免地存在摩擦損失，如活塞與氣缸壁的摩擦損失；減速器內(nèi)部的摩擦損失；曲拐和氣門機構(gòu)的摩擦損失等。這些損失的存在都將發(fā)動機有效功率減小，所以應盡可能減小其損失。摩擦損失主要受發(fā)動機轉(zhuǎn)速和滑油溫度影響。由于發(fā)動機各摩擦面都有滑油進行潤滑，只

有保持滑油溫度在適當范圍內(nèi)，才能確保滑油的黏性適當，潤滑性能最好，摩擦損失的功率最低，從而使發(fā)動機的有效功率最大。一、有效功率發(fā)動機用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機功率的影響：6.飛行速度：飛機飛行速度增加，由于相對氣流的沖壓作用，動壓轉(zhuǎn)換成靜壓，發(fā)動機充填量增加。所以發(fā)動機有效功率增加。發(fā)動機制造出來以后，它的有效功率是否符合設計值，通常通過在平衡臺上的實驗來檢查，其工作原理如圖。發(fā)動機有效功率的測量一、有效功率發(fā)動機發(fā)動機用來帶動螺旋槳的功率叫作有效功率，用

Ne

表示，單位為瓦特（W）或馬力（1hp＝75kgf·m/s＝735W

）。分別討論這些因素對發(fā)動機功率的影響：6.飛行速度測量發(fā)動機有效功率時，通過在發(fā)動機輸出軸上施加一定的摩擦制動力，從而對發(fā)動機軸產(chǎn)生一制動力矩

制（相當于螺旋槳阻力力矩），發(fā)動機對平衡臺施加的反作用力矩

制′通過平衡臺上的外力 產(chǎn)生的力矩

平衡平衡。當制動力矩

制與發(fā)動機輸出的旋轉(zhuǎn)力矩

旋相等時，發(fā)動輸出機的就有穩(wěn)效定功在率一定的。轉(zhuǎn)公速式如下工：作，此時通平過衡測出=

平衡×臺上的外力 、發(fā)動機轉(zhuǎn)速 ，就可得到平=2旋

=

制

=

制’

=衡旋

× ×

=60×

× ×

2=

×60

×6075×

2

()二、燃油消耗率發(fā)動機產(chǎn)生1hp的有效功率，在1個小時內(nèi)所消耗的燃油重量。用為：表示，單位kg/(hp·h)，即：=式中，

時燃——發(fā)動機小時燃油消耗量；——發(fā)動機有效功率。影響因素：1.

混合氣的余氣系數(shù)：當混合氣的余氣系數(shù)等于最佳經(jīng)濟余氣系數(shù)值（＝1.05～1.10）時，燃 油消耗率最低；當余氣系數(shù)偏離此范圍時，燃油消耗率將增加。2.

機械損失：發(fā)動機的機械損失主要是指：摩擦損失和帶動附件所消耗的功率。機械損失越小，發(fā)動機工作效率越高，燃料熱利用率越高，燃油消耗率越低。

時燃航空活塞發(fā)動機的加速性是指快推油門桿時轉(zhuǎn)速上升的快慢程度。發(fā)動機的加速性取決于發(fā)動機有效功率 與螺旋槳負載功率 之差，即剩余功率

?

(?

=機性的，慣即:–)的大小和發(fā)動式中，?

——發(fā)動機剩余功率；速；——發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量；——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)——發(fā)動機慢車轉(zhuǎn)速。影響加速性的主要因素有：=常數(shù)··?三、發(fā)動機的加速性1.燃油量增加的快慢2.大氣壓力和大氣溫度3.發(fā)動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量4.氣缸頭溫度在發(fā)動機一次熱力循環(huán)中，有效功的熱當量與燃料的理論放燃量的比值，用 表示，即式中， ——一次熱力循環(huán)中，帶動螺旋槳的有效功率； ——一次熱力循環(huán)中，燃料的

理論放熱量。發(fā)動機有效效率描述了燃料熱能的有效利用程度，評定了由熱能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動螺旋槳的有效功能量轉(zhuǎn)換過程中，能量損失的大小，是衡量發(fā)動機經(jīng)濟性的重要參數(shù)之一。目前，吸氣式發(fā)動機一般在

0.20～0.32；增壓式發(fā)動機 一般在

0.16～0.28。若將燃料的理論放熱量定義為

100%，則各部分的能量分配比例如圖所示。=四、發(fā)動機效率能量分配圖由于燃油消耗率和有效效率從不同側(cè)面都描述了發(fā)動機的經(jīng)濟性，所以兩者間必然存在一定聯(lián)系。下面以發(fā)動機工作1h來計算。其中：發(fā)動機的有效功率為

（ ）；發(fā)動機的小時耗油量為

時燃（kg/h）；燃料的低

熱值為

低（kJ/kg）。發(fā)動機工作1h所輸出的有效功為 ×

3600

×

75

×

9.8（J）；時燃

×發(fā)動機工作

1h燃料的理論放熱量為

低

×

1000（J）。故由此可見，燃油消耗率與有低效效率成反比。時燃

×低

×

1000

·×

3600

×

75

×

9.8

2646===常數(shù)/四、發(fā)動機效率第二節(jié)發(fā)動機的使用性能1.吸氣式發(fā)動機的高度特性1）裝變距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機的高度特性裝有變距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機，當高度變化時可利用螺旋槳變距來保持轉(zhuǎn)速不變。這種發(fā)動機的高度特性如上圖。高度升高時有效功率不斷減小，燃油消耗率則不斷增大。一、高度對發(fā)動機性能影響2）裝定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機的高度特性裝有定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機的高度升高時，由于槳葉角不能

改變，轉(zhuǎn)速會減小，發(fā)動機有效功率與轉(zhuǎn)速不變時相比，降低得更快。下圖上實線為帶定距螺旋槳的吸氣式發(fā)動機的有效功率和燃油消耗率隨高度變化的情形。為便于比較起見，同一圖上還用虛線繪出了在轉(zhuǎn)速保持不變的條件下的高度特性曲線。（上圖）變距螺旋槳的高度特性（下圖）定距螺旋槳的高度特性2.增壓式發(fā)動機的高度特性1

單速傳動增壓式發(fā)動機的高度特性單速傳動增壓式發(fā)動機的高度特性曲線，如上圖?？梢钥闯觯涸陬~定高度以下，隨著高度的升高，有效功率一直增大，燃油消耗率則不斷減??；在額定高度以上，隨著高度的升高，有效功率一直減小，燃油消耗率則不斷增大。2

廢氣渦輪增壓式發(fā)動機的高度特性特性帶廢氣渦輪的增壓式發(fā)動機，從地面到額定高度范圍，通過逐漸開

大節(jié)氣門來保持進氣壓力不變，發(fā)動機的有效功率基本不變，燃油

消耗率也基本不變。超過額定高度以后，廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速保持不變，進氣壓力即隨高度的升高而減小，有效功率也隨高度的升高而

減小，燃油消耗率隨高度升高而增大。這種發(fā)動機的高度特性曲線如下圖。一、高度對發(fā)動機性能影響（上圖）單速傳動增壓發(fā)動機的高度特性（下圖）廢氣渦輪增壓式發(fā)動機的高度特性3.全油門高度的含義自然吸氣式發(fā)動機在全油門狀態(tài)下，有效功率隨高度上升而下降。某些地面增壓式發(fā)動機可以在地面高度油門全開，此時發(fā)動機功率最大，在相同高度下，地面增壓發(fā)動機的功率比自然吸氣式發(fā)動

機的功率大，但與吸氣式發(fā)動機的變化規(guī)律相似，發(fā)動機功率隨飛行高度上升而單調(diào)下降，如圖所示。高空增壓型發(fā)動機則可以在指定飛行高度范圍內(nèi)的各個高度上使發(fā)動機保持其最大功率。在此額定高度以上，在油門全開的情況下，進氣壓力隨高度增加而逐漸減小，所以發(fā)動機功率逐漸減小。一、高度對發(fā)動機性能影響吸氣式及地面增壓式發(fā)動機的高度特性綜合性能曲線含義：發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣壓力、飛行高度對發(fā)動機功率的影響綜合到一起。圖1所示為某吸氣式發(fā)動機的綜合性能曲線；圖2所示為某增壓式發(fā)動機的綜合性能曲線。圖中：左側(cè)曲線為在標準海平面下，轉(zhuǎn)速、進氣壓力與發(fā)動機功率的關系；右側(cè)曲線為節(jié)氣門全開時，轉(zhuǎn)速、飛行高度、進氣壓力與發(fā)動機功率的關系。通過發(fā)動機綜合性能曲線，我們可以清晰看出轉(zhuǎn)速、進氣壓力、飛行高度對發(fā)動機功率的影響。在實際中有廣泛的用途。二、發(fā)動機的綜合性能曲線1.起飛工作狀態(tài)起飛工作狀態(tài)是發(fā)動機使用全油門和最大轉(zhuǎn)速工作的狀態(tài)，此時發(fā)動機可發(fā)出最大使用功率。飛機在緊急起飛，短跑道起飛，高溫、高原機場起飛時，為了盡可能縮短起飛滑跑距離，可使用起飛工作狀態(tài)；飛機復飛或快速爬升時，為了獲得最大上升率，也可使用起飛工作狀態(tài)。發(fā)動機在起飛工作狀態(tài)下工作時，單位時間燃料放熱量最多，發(fā)動機溫度很高；同時發(fā)動機各機件承受的負荷也最大。因此，起飛工作狀態(tài)連續(xù)工作時間一般不超過5min

。2.額定工作狀態(tài)額定工作狀態(tài)是設計發(fā)動機所規(guī)定的基準工作狀態(tài)。額定狀態(tài)常用于飛機正常起飛、大功率爬升和大速度平飛。連續(xù)使用時間通常不超過1h

。三、發(fā)動機常見的工作狀態(tài)在不同的飛行狀態(tài)下，要求發(fā)動機有不同的功率設置。不同的飛機，不同類型的螺旋槳、發(fā)動機、燃油系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)有不同的功率設置方法。設置發(fā)動機功率時，應該參考相應的儀表。除主要的發(fā)動機儀表，如進氣壓力表、轉(zhuǎn)速表、燃油流量表、滑油溫度/滑油壓力表和氣缸頭溫度/排氣溫度表以外，還可參考空速表或垂直速度表。下面簡要說明主要飛行階段的發(fā)動機功率設置。四、發(fā)動機的功率設置典型的發(fā)動機控制和顯示四、發(fā)動機的功率設置1.起飛功率設置在設置之前首先應該完成所有必須的檢查。然后將混合比桿、變距桿和油門桿推到最前以

獲得最大的發(fā)動機功率。起飛到一定高度后，

按照飛行程序適當?shù)卣{(diào)整混合氣的油氣比或是設置發(fā)動機的爬升功率。2.爬升功率的設置3.巡航功率的設置注意應該先收油門再收變距。當高度較高后，應適當?shù)貙⒒旌媳日{(diào)貧油。隨著飛行高度的增加，進氣壓力逐漸減小，應適當?shù)厍巴朴烷T保持空速或垂直速度。在巡航階段飛行員可根據(jù)所需的空速設置發(fā)動機功率，也可按照飛行手冊的巡航性能表設置發(fā)動機的功率。由于巡航狀態(tài)時間較長，燃油經(jīng)濟性是考慮的主要問題，因此選用發(fā)動機中轉(zhuǎn)速狀態(tài)工作較好。復習思考題影響發(fā)動機有效