航空活塞发动机分类组成工作原理
航空活塞式发动机组成及工作原理
航空活塞式发动机组成及工作原理首先是吸气过程。
活塞在曲轴的推动下向下运动，气缸内的活塞腔体积增大，气门打开，进气门使气缸内形成负压，外界空气通过进气口进入气缸，充满活塞腔。
接下来是压缩过程。
活塞开始向上运动，气门关闭，气缸内的空气被压缩，体积减小，压力增大。
这个过程使得气体的温度和密度都增加。
然后是燃烧过程。
当活塞运动到最高点时，燃油会被注入到气缸中，同时点火系统点燃混合物。
混合物的燃烧释放出大量的热能，使得气体的温度和压力继续上升。
最后是排气过程。
经过燃烧后，气体的压力降低，活塞开始向下运动，废气通过排气门排出气缸，完成一个工作循环。
1.活塞：活塞是发动机的关键部件之一，它在气缸内做往复运动，将热能转化为机械能。
2.气缸：气缸是活塞运动的容纳空间，也是燃烧和膨胀气体的工作区域。
3.曲轴：曲轴通过连杆与活塞相连，将活塞的往复运动转化为旋转运动，提供动力给飞机的其他部件。
4.连杆：连杆连接活塞和曲轴，将活塞的往复运动传递给曲轴。
5.气门：气门控制进气和排气过程。
进气门负责将新鲜空气引入气缸，而排气门则负责排出废气。
6.点火系统：点火系统用来点燃燃油混合物，引发燃烧过程。
7.燃油系统：燃油系统将燃油供给到气缸中，以供燃烧过程使用。
总结起来，航空活塞式发动机通过气缸内的往复活塞运动将热能转化为机械能。
它包括活塞、气缸、曲轴、连杆和气门等组成部件，通过吸气、压缩、燃烧和排气四个循环过程实现燃料的燃烧，并产生动力供给飞机驱动其他部件。
航空活塞式发动机是一种复杂的机械系统，其中每个部件都扮演着重要的角色，保持其正常工作和维护是确保发动机运行的关键。
航空活塞式发动机组成及工作原理
航空活塞式发动机组成及工作原理航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合,在密闭的容器(气缸)内燃烧,膨胀作功的机械。
活塞式发动机必须带动螺旋桨,由螺旋桨产生推(拉)力。
所以,作为飞机的动力装置时,发动机与螺旋桨是不能分割的。
(一)活塞式发动机的主要组成主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。
气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方。
气缸内容纳活塞作往复运动。
气缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴),以及进、排气门。
发动机时气缸温度很高,所以气缸外壁上有许多散热片,用以扩大散热面积。
气缸在发动机壳体(机匣)上的罗列形式多为星形或者V形。
常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或者24个气缸不等。
在单缸容积相同的情况下,气缸数目越多发动机功率越大。
活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动,并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。
连杆用来连接活塞和曲轴。
曲轴是发动机输出功率的部件。
曲轴转动时,通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。
除此而外,曲轴还要带动一些附件(如各种油泵、发机电等)。
气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。
(二)活塞式发动机的原理活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。
活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气缸完成一个循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,挨次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。
发动机开始时,首先进入“进气冲程”,气缸头上的进气门打开,排气门关闭,活塞从上死点向下滑动到下死点为止,气缸内的容积逐渐增大,气压降低——低于外面的大气压。
于是新鲜的汽油和空气的混合气体,通过打开的进气门被吸入气缸内。
混合气体中汽油和空气的比例,普通是1比15即燃烧一公斤的汽油需要15公斤的空气。
进气冲程完毕后,开始了第二冲程,即“压缩冲程”。
这时曲轴靠惯性作用继续旋转,把活塞由下死点向上推动。
这时进气门也同排气门一样严密关闭。
航空活塞发动机分类组成工作原理
离心式增压器
废气涡轮增压发动机
该系统增压器由废气涡轮驱动，故称为涡轮增压器。 废气涡轮安排在活塞式发动机的排气道中，由汽缸排出的废气经排气道通过涡轮膨胀作功后再排放到大气中。废气涡轮所作的功，通过涡轮和离心式增压器的连接轴传到增压器，使进入增压器的空气增压。这种增压系统也叫做外部驱动的增压系统。 通过废气涡轮的废气 流量决定了涡轮的功率， 涡轮输出的功率大小决定 了增压器使气体升压的高 低。故改变增压器的增压 比是通过控制废气流量来 实现。
01
02
第五节 气缸中的燃烧
故当a=1时，r=0.067，此为恰当油气比。
油气比
理论空气量；对航空汽油， L理为14.9kg。 2C8H18+25O2->16CO2+18H2O a=L实/L理 贫、富油
余气系数
1
具体发动机的全称
2
例：运五飞机上的活塞五型航空活塞式发动机，其全称？
2.航空活塞式发动机的组成
基本组件：活塞、曲轴、连杆、气缸、进排气门和火花塞等。 活塞：活塞在气缸中往复运动。其顶面和气缸头的内表面之间的空间是燃烧室。活塞上装有数个弹性很强的活塞环，又称涨圈，其作用是是防止燃烧室内的高温高压燃气向外泄漏，并防止滑油从外部进入燃烧室。
D
由于爆燃产生的局部高压突然作用在活塞上，使连杆、曲轴系统遭受强烈冲击，易于造成损坏;
E
发动机功率大大减小，经济性大大下降。
第五节 气缸中的燃烧
影响爆燃的因素 1.燃料的影响： 辛烷数(亦称奥克坦数)和级数—对应贫油和富油工作状态下燃料的抗爆性。 辛烷数指异辛烷和正庚烷所组成的混合物中异辛烷所占的体积分数。 级数指在不发生爆燃的情况下，发动机使用该种汽油工作所能达到的最大平 均指示压力与使用纯异辛烷工作所能达到的最大平均指示压力的百分比。 2.发动机结构的影响： 压缩比、气缸尺寸、燃烧室形状、火花塞的数目和安放位置与气缸头和活塞的材料等。 3.发动机工作状况的影响： 进气压力、进气温度、气缸头温度、发动机转速和提前点火角等。
航空活塞式发动机
2023-11-06contents •活塞式发动机概述•活塞式发动机的结构•活塞式发动机的性能•活塞式发动机的设计与分析•活塞式发动机的发展趋势与挑战•活塞式发动机的应用场景与案例分析目录01活塞式发动机概述活塞式发动机是一种往复式内燃机，通过在汽缸中燃烧燃料产生动力，推动活塞往复运动，从而驱动飞机飞行。
定义活塞式发动机具有结构简单、可靠性高、使用维护成本低等优点，但在飞行速度和效率方面相较于涡轮发动机存在局限。
特点定义与特点活塞从汽缸顶部开始运动，吸气口打开，空气被吸入汽缸中。
吸气活塞向下运动，空气被压缩。
压缩燃料在压缩后的空气中燃烧，产生高温高压气体。
燃烧活塞向上运动，高温高压气体推动活塞向上运动，带动曲轴转动，将动力输出。
排气活塞式发动机的工作原理使用汽油作为燃料，适用于低速小型飞机。
活塞式发动机的类型50系列发动机使用航空煤油作为燃料，适用于中速小型飞机。
60系列发动机使用航空汽油作为燃料，适用于高速小型飞机。
70系列发动机02活塞式发动机的结构气缸气缸是活塞式发动机的核心部件，用于封闭气室，并承受气体的压力。
活塞活塞在气缸中来回运动，将气体压力转化为旋转动力。
气缸与活塞气阀控制气体的流入和流出，确保发动机的运转。
燃烧室燃油和空气混合后在此处燃烧，产生高温高压气体推动活塞运动。
气阀与燃烧室燃油系统与点火系统燃油系统提供燃油，并确保燃油在正确的时间和地点进入燃烧室。
点火系统产生电火花，点燃混合气体，产生爆炸推动活塞。
冷却系统与润滑系统冷却系统防止发动机过热，确保其正常运转。
润滑系统提供润滑油，减少活塞和气缸之间的摩擦。
03活塞式发动机的性能活塞式发动机的功率通常以马力（hp）或千瓦（kW）为单位来衡量。
一般来说，活塞式发动机的功率取决于其气缸数量、冲程数和活塞面积等参数。
同时，发动机的转速也会对其功率产生影响。
扭矩扭矩是活塞式发动机产生旋转力量的能力，通常以牛顿米（Nm）为单位来衡量。
活塞式发动机的扭矩取决于其气缸数量、冲程数和活塞面积等参数，以及发动机的转速和油门设置。
航空活塞发动机工作时的四个冲程
航空活塞发动机是一种常用的航空发动机，它采用往复式循环工作原理。
而这种发动机在工作时，有着明显的四个冲程，即进气、压缩、点火和排气。
下面将对航空活塞发动机工作时的四个冲程进行详细介绍。
一、进气冲程进气冲程是指活塞向下运动，以吸入空气和燃料混合物的过程。
在活塞下行的过程中，气门打开，使得气缸内的压力与外界相等，同时燃油喷射系统将燃油喷入气缸内，与空气混合。
活塞在达到最低点后开始向上运动，气门关闭，将混合气压缩。
二、压缩冲程压缩冲程是指活塞向上运动，将进气冲程中吸入的混合气压缩。
在这一过程中，活塞向上运动，气缸内的气体被压缩，使得燃料与空气更加紧密地结合。
压缩冲程的目的是提高混合气的压缩比，以便在点火冲程中产生更大的爆炸力。
三、点火冲程点火冲程是指在混合气压缩到最高点时，火花塞放电，引燃混合气，产生爆炸并推动活塞向下运动的过程。
在点火冲程中，点火塞产生火花，使得压缩的混合气体燃烧，释放能量。
这一过程是发动机工作的关键，火花的强弱和点火时机的精准会直接影响到发动机的性能和效率。
四、排气冲程排气冲程是指活塞向上运动，将点火冲程中燃烧后的废气排出气缸外的过程。
在排气冲程中，排气门打开，活塞向上运动，将燃烧后的废气排出气缸外，同时使新鲜空气进入气缸，为下一个循环做准备。
通过排气冲程，燃烧后的废气被有效地清除，为发动机的循环工作提供了必要的条件。
总结：航空活塞发动机工作时的四个冲程在循环中不断重复，形成连续的动力输出。
进气、压缩、点火和排气各自担负着不同的作用，相互配合，使得发动机可以高效地转化燃料的能量为机械动力。
了解和掌握这四个冲程的工作原理，对于理解和维护航空活塞发动机具有重要意义。
在航空活塞发动机的工作过程中，进气、压缩、点火和排气四个冲程的协调配合是至关重要的。
这些冲程的精准执行直接影响着发动机的性能和效率，因此航空活塞发动机的设计以及维护都需要对这些冲程有着深入的认识。
进气冲程是活塞向下运动，使气缸内形成负压，打开进气门允许混合气进入。
航空活塞式发动机组成及工作原理
航空活塞式发动机组成及工作原理在活塞式发动机中，气缸是一个长形的金属筒体，通常由铝合金制成。
它是发动机内部燃烧室的一部分。
活塞是气缸内上下运动的金属筒体，通常由铝合金制成。
活塞通过一个连接杆与曲轴相连，当活塞上下运动时，连杆将运动转化为旋转运动。
工作原理：1.进气冲程：活塞向下运动，气缸内空气通过气门进入燃烧室。
通常情况下，每个活塞在工作周期内都会进行两个进气冲程。
2.压缩冲程：活塞向上运动，将气缸内的空气压缩。
同时，气门关闭，防止气体逆流。
3.点火和燃烧：当活塞达到最高点时，点火系统将火花引燃压缩的混合气体燃烧。
燃烧过程中，高温高压气体迅速膨胀，推动活塞向下运动。
4.排气冲程：活塞再次向上运动，将排出的废气通过排气门排出气缸。
上述四个冲程构成了活塞式发动机的工作周期，也被称为“四冲程循环”。
每个活塞每转一圈执行一次工作周期，将内燃能量转化为机械能。
这种工作原理使得活塞式发动机具有高效率和高功率输出的特点。
航空活塞式发动机的燃料供应系统通常采用喷射式供油系统，以确保燃料均匀喷入燃烧室。
点火系统负责在燃烧室内引燃燃料混合物，产生爆炸压力。
排气系统用于排出燃烧后的废气。
为了保持发动机的稳定性和高效性，活塞式发动机通常还配备有冷却系统和润滑系统。
总的来说，航空活塞式发动机通过将燃料燃烧产生的气体膨胀驱动活塞运动，将化学能转化为机械能。
它是航空领域中常见的发动机类型之一，具有重量轻、功率大、可靠性高的优点，被广泛应用于小型飞机、直升机和无人机等航空器上。
航空活塞动力装置知识点整理
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。
航空喷气发动机是将燃料在燃烧室内连续燃烧释放出的热能转换成气体动能，从发动机高速喷出，产生推进力的动力装置。
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=1.033atPSI:1PSI=11bf/in^2=0.07kgf/cm^2=6894.8Pa;1kgf/cm^2=14.3PSIPSI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。
第10章航空活塞动力装置
第10章航空活塞动力装置（Aero Piston engine）10,1航空发动机概述10.1.1航空发动机的类型航空活塞动力装置功率小；经济性好；主要用于：低空低速的通用机航空燃气涡轮动力装置重量轻、推力（功率）大；sfc高；燃烧稳定性差；使用成本高10.1.2对航空发动机的一般要求一般衡量发动机品质的主要指标有：性能参数；可靠性；维修性；总寿命性能参数的定义及其对飞行的影响：推重比：发动机的推力与自身重量的比值重功比：发动机的重量与发动机产生的功率的比值燃油消耗率：发动机在单位时间产生单位推力（功率）的燃油量。
意义：表示发动机经济性的好坏，直接影响飞机的有效载重，航程和续航时间1、性能参数发动机的加速性：发动机转速上升的快慢程度影响飞机的起飞越障能力和复飞性能活塞发动机的加速性好于喷气发动机发动机高空性：指发动机性能随飞行高度增加的下降程度高空性主要限制飞机的实用升限喷气发动机的高空性好于活塞发动机2、发动机的可靠性衡量发动机可靠性的指标空中停车率：发动机在每飞行1000小时因发动机本身故障引起的空中停车次数提前换发率：3、发动机的维修性提高发动机的维修性：可以确保飞行安全和飞行任务的完成；可以节省大量的人力、物力、财力4、发动机的寿命早期：翻修寿命和总寿命现在：部件寿命、视情维护10.2航空活塞式发动机的分类，基本组成及工作情形10.2.1航空活塞式发动机的分类1. 按混合气形成的方式划分2. 按发动机的冷却方式划分3. 按气缸的排列方式划分4. 按空气进入气缸前是否增压划分5. 按发动机转子是否带有减速器划分活塞五型发动机（国产运五飞机）九缸、星型、气冷式、汽化器式、增压式、非直接驱动式活塞发动机IO540-C4D5D （法国TB-20 飞机）六缸、水平对置式、气冷式、直接喷射式、吸气式、直接驱动式活塞发动机10.2.2航空活塞式动力装置的基本组成活塞动力装置=发动机+螺旋桨发动机的主要器件（图见教材232页）1、气缸：混合气进行燃烧，并将燃烧后的热能转化为机械功的地方，同时，气缸还引导活塞运动。
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由磁电机、分电器和火花塞三部分组成。磁电机是产生高压电的自备电源，通过 分电器将高压电依次接通各个气缸的火花塞，使火花塞产生电火花，将气缸中的 新鲜混合气点燃。
起动系统
当发动机开车时，首先使用起动系统将曲轴转动，使发动机由静止状态过渡到正 常运转状态，完成起动过程。起动系统有气体压力和电动力两种。轻型发动机多 使用电力起动方式，即使用电动机带动惯性系统旋转，利用惯性系统储存的能量 带动曲轴加速转动，同时点火，使发动机自主运转起来。
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2.航空活塞式发动机的组成
4.润滑系统 润滑系统的功用是减轻发动机上各个相对运动机件之间的摩擦， 加强发动机内部冷却等等。在该系统中，滑油泵不断地将滑油从 滑油储存器中吸出，使滑油在发动机内部循环后重新返回储存器 中。
5.冷却系统 有气冷式和液冷式两种，轻型发动机(如直立式和水平对置式发动 机)和星形发动机多用气冷式;V型发动机使用液冷式。冷却系统主 要是为加强发动机的外部冷却，外部冷却和润滑系统的内部冷却 使发动机能够在允许的温度条件下正常运转。
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3.航空活塞式发动机的基本工作原理
基本术语： 上死点 下死点 活塞行程 燃烧室 燃烧室容
积 全体积 余隙体积 工作体积
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压缩
膨胀
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进、排气门：新鲜油气混合物通过进气门进入气缸，膨胀做功后的燃 气(或称乏气、废气)通过排起门由气缸排出后经过排气系统排往大气。 进排气门的开闭由气门机构控制。
火花塞：火花塞的功能是适时高压放电，点燃气缸中的新鲜油气混合 物。人们习惯称其为电嘴。
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活塞式发动机典型构成
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2.航空活塞式发动机的组成
曲轴和连杆（如图）：活塞和曲轴由连杆相连，从而将活塞的直线运 动转变为曲轴的旋转运动，并将从每个气缸获得的功传输到螺旋桨。
气缸：内壁是燃烧室的组成部分。发动机工作过程中，汽油和空气的 混合物在燃烧室中被压缩，点火燃烧变为高温、高压燃气，通过燃气 膨胀使热能转变为机械能。
四冲程循环运作过程
1、进气行程 2、压缩行程 3、膨胀行程 4、排气行程
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3.航空活塞式发动机的基本工作原理
进气冲程和充填系数
理论充填量和实际充填量 理想情况下，一次进气过程进入一个气缸的空气质量，称为理论 充气量。所谓理想情况是指空气在气缸中所占的容积为气缸工作 容积。 对于吸气式发动机，气缸中气体的压力和温度分别等于外界 大气的压力和温度;对于增压式发动机，气缸中气体的温度和压力 分别等于增压器后气体的温度和压力。理论充气量并不是进入气 缸的实际空气量，但它可作为评价进气好坏的基准。 实际充填量是指在一次进气过程中进入一个气缸的实际空气质量， 简称其为充填量。由于进气过程中气体的流动损失、炽热发动机 对气体加热、气缸中存有残余废气以及气门叠开等因素的影响， 充填量会有较大的变化范围。
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1.航空活塞式发动机的类型
按气缸排列的形式区分: 直列式发动机 直立式发动机 正立式发动机 倒立式发动机
说明：使用正立式发动机，由于处理螺旋桨和地面的间隙为飞 机设计带来困难，目前多使用气缸头朝下、曲轴在上的倒立式 发动机。这两种发动机多用小型飞机
(E) 排气凸轮轴 (I)进气凸轮轴 (S)火花塞 (V)气门 (P)活塞 (R) 连杆 (C)曲轴 (W)水冷的水套
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2.航空活塞式发动机的组成
工作系统 燃油系统
燃油系统的功能是储油和供油。供油过程中，将燃油雾化并与空气均匀掺混后， 供入气缸。根据油气混合物配置方法不同，有化油器式和喷油式两种燃油系统。
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具体发动机的全称
例：运五飞机上的活塞五型航空活塞式 发动机，其全称？
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2.航空活塞式发动机的组成
基本组件：活塞、曲轴、连杆、 气缸、进排气门和火花塞等。 活塞：活塞在气缸中往复运 动。其顶面和气缸头的内表 面之间的空间是燃烧室。活 塞上装有数个弹性很强的活 塞环，又称涨圈，其作用是 是防止燃烧室内的高温高压 燃气向外泄漏，并防止滑油 从外部进入燃烧室。
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第一节 航空活塞式发动机的类型
水平对置式发动机：多用于小型飞机，如图所示。常常使用 四个气缸或六个气缸。分两列水平方向安装在发动机匣的两 侧，
V型发动机：将八个或十二个气缸分两列安装在机匣上，从 发动机正面看去，其排列形式如同英文字母V相似。曾广泛 用于歼击机和强击机。
还曾出现过H型、W型、X型等活塞式发动机
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1.航空活塞式发动机的类型
星形发动机：有多种飞机曾经使用或正在使用。结构特征:从正面 看，所有气缸均以曲轴为中心，沿圆周呈辐射状均布于机匣上， 就像闪烁的星星，故称星形发动机。此类发动机有单层、双层和 多层等不同形式，单层分为五缸、七缸和九缸三种。双层星形发 动机有十四缸和十八缸两种，每层各为七缸和九缸，前后两层气 缸交错安装，利于气缸冷却;多层星形发动机曾出现过四层二十八 缸和四层三十六缸两种，但结构复杂，很少使用。
补充 航空活塞式发动机的组成及工作原理
1.航空活塞式发动机的类型
一、航空活塞式发动机的分类 按油气混合物的配制方式区分： 化油器式发动机 喷油式发动机 按发动机的冷却方式区分： 气冷式发动机 液冷式发动机 按气体进入气缸前是否增压区分： 吸气式发动机 增压式发动机 按发动机曲轴与螺旋桨间有无减速器区分： 直接驱动式发动机 非直接驱动式发动机