活塞发动机总论

1、航空活塞发动机Piston Engine 32学时Lectured by Prof.Chen Zhiying 陈志英School of Jet PropulsionFeature and purposeThis is a main speciality course；To study the structure and principle of piston engine；To grasp engine operation principle，make the base of flight train and job.IntroductionMain contents:the structur

2、e principle and operation principle of pistonApproaches：Lecture, visit exhibition, picture, parts, discussion, exercises, and testBook Piston Engine and Propeller李汝辉.活塞式航空动力装置北京航空航天大学出版社.Introduction1. General structure2. Mechanism of crankshaft and camshaft3. Carburetor 4. Power-plant performance5.

3、 Engine systemTypes of engines蒸汽机（1763）凯利发明飞行原理（1810年）滑翔机（1870）内燃机（1880）飞机（1903） 热气球 （1780）1900185018001750飞机的发明比以蒸汽机为标志的工业革命晚了近140年 IntroductionIntroduction作为飞机的“心脏”，发动机在航空技术的发展过程中起着关键性作用 由于动力的缺乏（蒸汽机太笨重），动力飞行比工业革命晚了近140年，比“空气动力学之父”凯利发现飞行原理晚了近100年。 航空动力技术使人类飞向天空的梦想变成现实1903年12月17日飞行者一号莱特兄弟Introductio

4、n航空动力技术使人类飞向天空的梦想变成现实 莱特兄弟在技师泰勒的帮助下，自己动手设计制造了一台12马力、重量77.2千克的活塞式汽油发动机，为人类首次有动力的飞行提供了发动机，开创了人类飞行的新纪元。(1HP=0.735KW) 发动机主要参数汽缸尺寸:内径101.5mm，冲程S=104.8mm，排量3.398升 压 缩 比:4.4 重量:77.2千克功率:12马力(长期)， 16马力(短期)Introduction。Introduction 活塞发动机主宰了20世纪上半叶，功不可没。 活塞发动机使飞机实现首次动力飞行，开创了人类航空的新纪元。在两次世界大战中，各类活塞式作战飞机发挥了巨大作用。

5、 运输机、旅客机、邮政机相继出现，开创了民用航空的新领域。 二战末期，活塞发动机年产量达到几十万台，装备了数百万架各类飞机。Introduction功率与重量的矛盾 一方面，由于发动机的功率与飞行速度的三次方成正比，随着飞行速度的进一步提高，要求发动机功率进一步增大。 另一方面，随着活塞发动机功率的增加，将导致发动机重量迅速增大（接近三次方关系），已经不能满足飞机对发动机重量轻的要求。活塞发动机固有的缺陷限制了它在飞机上的发展Introduction螺旋桨的局限： 当飞行速度接近800公里/小时后，螺旋桨的桨尖速度已接近声速，形成激波阻力和振动，导致螺旋桨工作不稳定，推进效率急剧下降。 由于上

6、述两方面原因，限制了飞行速度的进一步提高。采用活塞式发动机的螺旋桨飞机，其飞行速度不可能接近声速，更不可能达到或超过声速。当时一些飞行员曾经试图用活塞式飞机突破“声障”，均以失败而告终。 飞机要想实现超声速飞行，必须期待新型动力的出现。喷气发动机由此应运而生。Introduction 20世纪30年代末，英国人弗兰克惠特尔和德国人汉斯冯奥海因在互不通信息的情况下，几乎同时发明了涡轮喷气发动机。Introduction喷气发动机使航空技术发生了革命性飞跃 喷气飞机的首次飞行速度就超过700公里/小时，几乎接近活塞发动机飞机的飞行速度极限，从此宣告了一个新的喷气航空时代的到来。此后不到10年的时间

7、内飞机就突破了声障，实现了超声速飞行。 1939年8月27日，由德国人亨克尔设计的He-178飞机（装奥海因设计的涡喷发动机）首次试飞成功。这是世界上第一架喷气式飞机。其发动机推力不到300Kg，推重比不到1.0。Introduction几种典型民用飞机及其发动机Introduction序号 发动机 主要特点 装备的典型飞机 装备时间 第1代 涡轮喷气发动机如：J57，BK-1，- 推重比34涡轮前温度12001300K F-86，F-100，米格-15，米格-19 40年代末 第2代加力涡轮喷气和涡轮风扇发动机如：J79，TF30，M53-P2，P11-300,P29-300 推重比56涡轮

8、前温度14001500KF-4，F-104，米格-21，米格-23，幻影-F1 60年代初第3代加力涡轮风扇发动机如：F100，F110，F404，RB199，-33，-31， M88-2推重比7.58涡轮前温度16001700KF-15，F-16，F-18，米格-29，苏-27，狂风幻影-2000 70年代中第4代高推重比涡轮风扇发动机如：F119，EJ200, -41 ，M88-3推重比9.510涡轮前温度18502000KF-22，JSF，EF2000，I.42，S-37/54 21世纪初Introduction第一代 已全部退役第二代 美、英已全部退役，F4只执行训练任务第三代 美、英

9、的现役主战机种 俄、法、日、印、韩 二，三代并存，三代为主战机种 台湾已购买150架F16和60架幻影2000 中国一、二代并存，二代为主战机种，引进少量的苏27第四代 F119发动机装在F22飞机上，已于1997年9月7日实现 首飞，2003年开始装备部队。但由于F22太贵，买不起，难 以大量装备部队，因此美、英又联合研制JSF联合战斗机。2001年底 订货量约3000架，合同总金额高达2000亿美元。IntroductionIntroduction Engine industry historyIn 1876, Otto proposed four stroke cycle engineI

10、n 1890, Benzi invent two stroke cycleIn 1892, Diesel proposed a new engine In 1957, Wankl made a rotary engine IntroductionPrimary section In 1769, steamer engine was used for cart Piston engine used for auto： Otto cycle engine In 1886, Demler made a gas patrol auto In the same year, Carl.Benzi deve

11、loped auto On January 26th, In 1886, was birthday for auto EngineIntroductionTypes of engine can be divided（1）Forming mixtureCarburetor功率较小的航空活塞发动机多为汽化器式。Fuel injection功率较大的航空活塞发动机既有汽化器式又有直接喷射式。IntroductionTypes of engine can be divided（2）cooling waysLiquid cooled Air cooledIntroduction（3）Type of fu

12、el gasoline engine Aviation gasoline piston engine kerosene engine Jet fuel;Avtur turbopros engineIntroduction（4）Type of supercharger supercharged engine 空气进入气缸之前增压，用在飞行高度较高的飞机上 aspirated engine 用在飞行高度较低的飞机上Introduction（5）Reducer 发动机曲轴与螺旋桨间是否带有减速器直接驱动式 非直接驱动式小功率发动机上 大功率发动机上Introduction（6）cylinder la

13、youts立式直列式: In line engine V型、W型: V type W type对置式 Horizontally opposed engine星形 Radial engine IntroductionTypes of engine can be divided:（7）The number of strokes in one cycle： four strokes Two strokesIntroduction（8）The number of Cylinders见国标 发动机产品名称和型号编制规则(GB725-82)Single cylinder，For motorcycle；Three cylinders，eg. TJ7100；Four cylinders ，More used in carFive cylinders ，CA7220； IntroductionSix cylinders ，EQ6100/Y