講解航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類及原理(航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制原理),航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，為航空器提供飛行所需動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。作為飛機(jī)的心臟，被譽(yù)為"工業(yè)之花"，它直接影響飛機(jī)的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，是一個(gè)國家科技、工業(yè)和國防實(shí)力的重要體現(xiàn)。
01 活塞發(fā)動(dòng)機(jī)
對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，最先使用的就是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作原理是指活塞承載燃?xì)鈮毫?，在氣缸中進(jìn)行反復(fù)運(yùn)動(dòng)，并依據(jù)連桿將這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)。
在20世紀(jì)初期，萊特兄弟將一臺(tái)4缸、水平直列式水冷發(fā)動(dòng)機(jī)改裝后，成功用到了“飛行者一號(hào)”飛機(jī)上，完成了飛行試驗(yàn)。這也是人類歷史上第一次具有動(dòng)力、可以載人、平穩(wěn)運(yùn)行、可操作的飛行器成功飛行。在第二次世界大戰(zhàn)中，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)得到了技術(shù)革新，優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和運(yùn)行效率。
活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。氣缸是混合氣（汽油和空氣）進(jìn)行燃燒的地方，氣缸內(nèi)容納活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱片，用以擴(kuò)大散熱面積。
▲活塞式星型發(fā)動(dòng)機(jī)
氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體（機(jī)匣）上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發(fā)動(dòng)機(jī)有5個(gè)、7個(gè)、9個(gè)、14個(gè)、18個(gè)或24個(gè)氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數(shù)目越多發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大。
▲活塞式星型發(fā)動(dòng)機(jī)
在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)之前，活塞式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用星型設(shè)計(jì)，因其曲軸短戰(zhàn)場生存性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊占用飛機(jī)空間小而被艦載機(jī)廣泛使用，其余發(fā)動(dòng)機(jī)則采用V型設(shè)計(jì)。
▲星型發(fā)動(dòng)機(jī)用于飛機(jī)
星型發(fā)動(dòng)機(jī)沿軸向放置在機(jī)頭，輸出軸直接連接槳葉，比直列式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)更合理的利用了空間，省去了減速機(jī)構(gòu)和動(dòng)力變向傳遞機(jī)構(gòu)等，利于減輕機(jī)身重量，使機(jī)體更靈活。
02 渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)
20世紀(jì)30年代后期到20世紀(jì)40年代初，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在英國和德國的誕生，開創(chuàng)了噴氣推進(jìn)新時(shí)代和航空事業(yè)的新紀(jì)元。現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，戰(zhàn)斗機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)仍屬于熱機(jī)的一種，就必須遵循熱機(jī)的做功原則：在高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)都需要有進(jìn)氣、加壓、燃燒和排氣這四個(gè)階段。
不同的是，在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中這四個(gè)階段是分時(shí)依次進(jìn)行的，但在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的，氣體依次流經(jīng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分，就對(duì)應(yīng)著活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)工作位置。
空氣首先進(jìn)入的是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道，當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動(dòng)機(jī)，由于飛機(jī)飛行的速度是變化的，而壓氣機(jī)適應(yīng)的來流速度是有一定的范圍的，因而進(jìn)氣道的功能就是通過可調(diào)管道，將來流調(diào)整為合適的速度。
進(jìn)氣道后的壓氣機(jī)是專門用來提高氣流壓力的，空氣流過壓氣機(jī)時(shí)，壓氣機(jī)工作葉片對(duì)氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。在亞音速時(shí)，壓氣機(jī)是氣流增壓的主要部件。
從燃燒室流出的高溫高壓燃?xì)猓鬟^同壓氣機(jī)裝在同一條軸上的渦輪。燃?xì)獾牟糠謨?nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣流在渦輪中膨脹所做的功正好等于壓氣機(jī)壓縮空氣所消耗的功以及傳動(dòng)附件克服摩擦所需的功。
經(jīng)過燃燒后，渦輪前的燃?xì)饽芰看蟠笤黾?，因而在渦輪中的膨脹比遠(yuǎn)小于壓氣機(jī)中的壓縮比，渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機(jī)進(jìn)口高很多，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就是這一部分燃?xì)獾哪芰慷鴣淼摹?/div>
從渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)猓谖矅姽苤欣^續(xù)膨脹，以高速沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向從噴口向后排出。這一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的速度大得多，使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了反作用的推力。
03 渦槳/渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)
渦槳/渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)誕生、成熟后，將活塞發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪化而研制發(fā)展的新型動(dòng)力。渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)代替活塞螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)用于固定翼飛機(jī)，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)代替活塞軸發(fā)動(dòng)機(jī)用于旋翼直升機(jī)。
渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)基本是一樣的，只是中間減速傳動(dòng)系統(tǒng)和推進(jìn)器不同，所以二者有較大的通用性，容易互相改型派生。
渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，簡稱渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，由螺旋槳和燃?xì)獍l(fā)生器組成，螺旋槳由渦輪帶動(dòng)。由于螺旋槳的直徑較大，轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)比渦輪低，只有大約1000轉(zhuǎn)/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內(nèi)，需要在它們之間安裝一個(gè)減速器，將渦輪轉(zhuǎn)速降至十分之一左右后，才可驅(qū)動(dòng)螺旋槳。
這種減速器的負(fù)荷重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，它的重量一般相當(dāng)于壓氣機(jī)和渦輪的總重，作為發(fā)動(dòng)機(jī)整體的一個(gè)部件，減速器在設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)中占有相當(dāng)重要的地位。
渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳后的空氣流就相當(dāng)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發(fā)動(dòng)機(jī)大很多，氣流量也遠(yuǎn)大于內(nèi)涵道，因此這種發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上相當(dāng)于一臺(tái)超大涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
由于涵道比大，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)在低速下效率要高于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但受到螺旋槳效率的影響，它的適用速度不能太高，一般要小于900km/h。在中低速飛機(jī)或?qū)Φ退傩阅苡袊?yán)格要求的巡邏、反潛或滅火等類型飛機(jī)中的到廣泛應(yīng)用。
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