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活塞式航空发动机的前世今生

发布日期:2019-02-18    浏览次数:414

       18世纪初,瓦特带着他的蒸汽机向世界展示了一个前所未有的动力装置,让世界意识到除了人力、畜力、水力、风力还有其他的动力驱动方式,在随后的几百年里,人类便开始了对发动机永无止境的探索。

       从蒸汽机搭载在第一台蒸汽机车以后,无数的火花都开始迸发,经历十几代先驱的探索,到现在已经摆脱了笨重的锅炉,立交高架上飞驰的汽车上搭载的都是设计精密、体积合理、功率强大的内燃活塞式发动机。

       汽车内燃活塞式发动由两大机构五大系统组成,即包括连杆、曲轴、轴瓦、飞轮、活塞在内的曲柄连杆机构;包括气缸盖、凸轮轴、气门、进排气管、空滤器、增压器的配气机构;点火系统、启动系统、润滑系统、燃料系统和冷却系统组成。在两大机构五大系统的连接和运转下,将燃料的化学能转化为机械动能。

       汽车发动机历经几百年的发展,技术已经趋于成熟与稳定,也征服了一个又一个功率扭矩大关,在汽车发动机上的热情也逐渐退却,可人总是不“安分”的,无处挥洒的热血让我们又瞄上了头上蔚蓝的苍穹。内燃活塞式发动机在道路上取得巨大成功,人们联想到将它应用到飞机上去作为飞机的飞行动力源,20世纪初美国莱特兄弟将一台直列四缸发动机改造过后装载在他们的飞行者一号上,发动机通过两根链条带动螺旋桨,这次尝试取得了成功,虽然留空时间只有12秒,飞行距离36.6米。随后在战争的推动下,航空发动机开始了蓬勃的发展。

       活塞式航空发动机与汽车内燃烧活塞发动机工作原理基本相同,但与汽车发动机相比,工作环境更加恶劣,要求功重比更高,各大系统机构间配合要求更严苛:在高空工作的航空发动机,外部气温低氧压低,但高功率的要求使工作时产生的热量相比汽车发动机高出很多,使航空发动机的配气机构与冷却系统要更加可靠。航空发动机起飞与巡航功率要求是一般汽车发动机功率要求的几倍甚至还更高,巡航时正常工作状态为极限转速60%以上,起飞过程中的工作状态已经接近极限转速,这要求发动机内所有机构系统的连接配合不能出一点差错。航空发动机的功重比也是重要的评判标准,相比汽车发动机,航空发动机还需要克服重力影响,在相同定功率时发动机重量越轻,所搭载的航空机也更加优秀。所以航空发动机在研发时更需考虑发动机整机的减重,所选用的材料由铸铁件也转变为铝合金、钛合金等质量轻、耐高温、高强度的材质。另外,航空发动机内部比汽车发动机也更加精密复杂,发动机的燃烧室、进气道、排气道、活塞、螺旋桨,甚至每个螺栓都必须严格保证尺寸公差,从零部件铸造、加工、到装配及单个零部件的质量追溯和质量管理都要做到精准、可控。

       活塞式航空发动机主要应用在小型飞机和轻型飞机上,虽然无法与大型民用飞机搭载的燃气涡轮发动机的强大推力相比,但有众多涡轮发动机无法代替的优点。涡轮发动机提供强大推力的代价就是油耗大,涡轮发动机在启动过程中的油耗一般都达到全功率的80%左右,而且涡轮发动机的响应机制差,从开始启动提速到飞机起飞,需要很长的时间。活塞式航空发动机的油耗小,为飞机所能提供的动力也不差,与涡轮式发动机相比噪音更小。活塞发动机的响应机制好,提速降速通过控制风门的开合就可以实现,增加ECU辅助控制更是能精确控制,涡轮式发动机急加减油都容易造成熄火,必须配合ECU才能实现调速。同时活塞式发动机的维修也更加方便,发生问题重新更换零件一般都能解决,涡轮发动机维修必须专业设备与人员进行叶轮动平衡,而且本身寿命也不会很长。所以活塞式航空发动机更适宜小型机与轻型机搭载是航空业不可缺少的动力之一。

       为使中国航空业在活塞式航空动力方面更加先进和拥有更多的话语权。航瑞航空动力装备有限公司在芜湖诞生,从公司创立至今攻坚克难,自主研发制造出多款活塞航空发动机,其中:20181027日至20181110日,在青海格尔木昆仑山口,海拔4767米的高原环境下完成了对“蜂鸟”7hp航空重油活塞发动机的高海拔环境试验,测试此款发动机的动力性、稳定性、启动性、性能一致性等多项重要指标,采集得到的数据均达到预期目标要求。同年11月,在高海拔、低温环境下,对“云雀”开展了带桨高原试验,历经20多天,取得了重大进展,作为国内首款完全自主研发的四冲程对置航空重油发动机:全机液冷、干式润滑系统;重油压燃,兼容多种燃料;双冗余FADEC系统,具备实时发动机健康管理功能;结构设计、新材料、新工艺应用方面进行轻量化设计开发,获得极高的功重比。验证了该款发动机设计目标:高功重比、低油耗、长航时、环境适应性强等。

       航瑞人愿意为了你我共同的蓝天梦去付出、去探索,还会为大家带来更多惊喜。我们一直在努力!