活塞,涡轴和涡轮螺桨发动机的区别

活塞式发动机活塞发动机很简单，原理就跟你汽车的发动机一样，空气和燃料在汽缸中燃烧、爆炸，燃气驱动活塞，活塞驱动曲轴，这样化学能就变成机械能了。

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。

由于汽缸在燃气排出后气压低过大气压，那么新鲜的空气会因为气压差而自然进入汽缸之中，这是自然吸气的活塞发动机。

当然啦，还有机械增压或者废气涡轮增压的活塞发动机。

活塞发动机结构图活塞发动机安排方式（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。

发动机工作时气缸温度很高，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）上的排列形式多为星形或V形。

常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或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、发电机等）。

气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。

（二）活塞式发动机的工作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工作循环，活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。

发动机开始工作时，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，一般是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。

气缸内容积逐渐减少，混合气体受到活塞的强烈压缩。

当活塞运动到上死点时，混合气体被压缩在上死点和气缸头之间的小空间内。

这个小空间叫作“燃烧室”。

这时混合气体的压强加到十个大气压。

温度也增加到摄氏4OO度左右。

压缩是为了更好地利用汽油燃烧时产生的热量，使限制在燃烧室这个小小空间里的混合气体的压强大大提高，以便增加它燃烧后的做功能力。

当活塞处于下死点时，气缸内的容积最大，在上死点时容积最小（后者也是燃烧室的容积）。

混合气体被压缩的程度，可以用这两个容积的比值来衡量。

这个比值叫“压缩比”。

活塞航空发动机的压缩比大约是5到8，压缩比越大，气体被压缩得越厉害，发动机产生的功率也就越大压缩冲程之后是“工作冲程”，也是第三个冲程。

在压缩冲程快结束，活塞接近上死点时，气缸头上的火花塞通过高压电产生了电火花，将混合气体点燃，燃烧时间很短，大约0.015秒；但是速度很快，大约达到每秒30米。

气体猛烈膨胀，压强急剧增高，可达6O到75个大气压，燃烧气体的温度到摄氏2000到250O度。

燃烧时，局部温度可能达到三、四千度，燃气加到活塞上的冲击力可达15吨。

活塞在燃气的强大压力作用下，向下死点迅速运动，推动连杆也门下跑，连杆便带动曲轴转起来了。

这个冲程是使发动机能够工作而获得动力的唯一冲程。

其余三个冲程都是为这个冲程作准备的。

第四个冲程是“排气冲程”。

工作冲程结束后，由于惯性，曲轴继续旋转，使活塞由下死点向上运动。

这时进气门仍旧关闭，而排气门大开，燃烧后的废气便通过排气门向外排出。

当活塞到达上死点时，绝大部分的废气已被排出。

然后排气门关闭，进气门打开，活塞又由上死点下行，开始了新的一次循环。

从进气冲程吸入新鲜混合气体起，到排气冲程排出废气止，汽油的热能通过燃烧转化为推动活塞运动的机械能，带动螺旋桨旋转而作功，这一总的过程叫做一个“循环”。

这是一种周而复始的运动。

由于其中包含着热能到机械能的转化，所以又叫做“热循环”。

活塞航空发动机要完成四冲程工作，除了上述气缸、活塞、联杆、曲轴等构件外，还需要一些其他必要的装置和构件。

（三）活塞式航空发动机的辅助工作系统发动机除主要部件外，还须有若干辅助系统与之配合才能工作。

主要有进气系统（为了改善高空性能，在进气系统内常装有增压器，其功用是增大进气压力）、燃油系统、点火系统（主要包括高电压磁电机、输电线、火花塞）、起动系统（一般为电动起动机）、散热系统和润滑系统等。

涡轮轴发动机涡轴发动机是涡轮发动机的一种，由涡桨发动机衍生而来。

空气经过压缩机压缩后，进入燃烧室与燃料混合燃烧、爆炸，燃气驱动涡轮使其旋转（一般都有几级涡轮），涡轮与压气机共轴，这样能驱动压气机吸入和压缩空气，同时涡轮也与一条动力轴是共轴的，这条轴通过转向齿轮向直升机垂直于发动机的旋翼轴提供动力。

如果动力不转向，直接驱动一个螺旋桨，这就是涡桨发动机。

在带有压气机的涡轮发动机这一类型中，涡轮轴发动机出现得较晚，但已在直升机和垂直／短距起落飞机上得到了广泛的应用。

涡轮轴发动机于1951年12月开始装在直升机上，作第一次飞行。

那时它属于涡轮螺桨发动机，并没有自成体系。

以后随着直升机在军事和国民经济上使用越来越普遍，涡轮轴发动机才获得独立的地位。

在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机根相近。

它们都是由涡轮风扇发动机的原理演变而来，只不过后者将风扇变成了螺旋桨，而前者将风扇变成了直升机的旋翼。

除此之外，涡轮轴发动机也有自己的特点：它一般装有自由涡轮(即不带动压气机，专为输出功率用的涡轮)，而且主要用在直升机和垂直／短距起落飞机上。

在构造上，涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器基本构造，但它一般都装有自由涡轮，如图所示，前面的是两级普通涡轮，它带动压气机，维持发动机工作，后面的二级是自由涡轮，燃气在其中作功，通过传动轴专门用来带动直升机的旋翼旋转，使它升空飞行。

此外，从涡轮流出来的燃气，经过尾喷管喷出，可产生一定的推力，由于喷速不大，这种推力很小，如折合为功率，大约仅占总功率的十分之一左右。

有时喷速过小，甚至不产生什么推力。

为了合理地安排直升机的结构，涡轮轴发动机的喷口，可以向上，向下或向两侧，不象涡轮喷气发动机那样非向后不可。

这有利于直升机设计时的总体安排。

涡轮轴发动机是用于直升机的，它与旋翼配合，构成了直升机的动力装置。

按照涡轮风扇发动机的理论，从理论上讲，旋翼的直径愈大愈好。

同样的核心发动机，产生同样的循环功率，所配合的旋翼直径愈大，则在旋翼上所产生的升力愈大。

事实上，由于在能量转换过程中有损失，旋翼也不可能制成无限大，所以，旋翼的直径是有限制的。

——般说，通过旋翼的空气流量是通过涡轮轴发动机的空气流量的500-1000倍。

同涡轮轴发动机和直升机常用的另一种动力装置——活塞发动机采相比，涡轮轴发动机的功率重量比要大得多，在2.5以上。

而且就发动机所产生的功率来说，涡轮轴发动机也大得多，目前使用中的涡轮轴发动机所产生的功率，最高可达6000马力甚至10000马力，活塞发动则相差很远。

在经济性上，涡轮轴发动机的耗油率略高于最好的活塞式发动机，但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油便宜，这在一定程度上得到了弥补。

当然，涡轮轴发动机也有其不足之处。

它制造比较困难，制造成本也较高。

特别是由于旋翼的转速更低，它需要比涡轮螺旋桨发动机更重更大的减速齿轮系统，有时它的重量竟占发动机总重量一半以上。

涡喷发动机与活塞发动机的原理差异涡轮螺旋桨发动机一般来说，现代不加力涡轮风扇发动机的涵道比是有着不断加大的趋势的。

因为对于涡轮风扇发动机来说，若飞行速度一定，要提高飞机的推进效率，也就是要降低排气速度和飞行速度的差值，需要加大涵道比；而同时随着发动机材料和结构工艺的提高，许用的涡轮前温度也不断提高，这也要求相应地增大涵道比。

对于一架低速（500～600km/h）的飞机来说，在一定的涡轮前温度下，其适当的涵道比应为50以上，这显然是发动机的结构所无法承受的。

为了提高效率，人们索性便抛去了风扇的外涵壳体，用螺旋桨代替了风扇，便形成了涡轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机。

涡轮螺旋桨发动机由螺旋桨和燃气发生器组成，螺旋桨由涡轮带动。

由于螺旋桨的直径较大，转速要远比涡轮低，只有大约1000转/分，为使涡轮和螺旋桨都工作在正常的范围内，需要在它们之间安装一个减速器，将涡轮转速降至十分之一左右后，才可驱动螺旋桨。

这种减速器的负荷重，结构复杂，制造成本高，它的重量一般相当于压气机和涡轮的总重，作为发动机整体的一个部件，减速器在设计、制造和试验中占有相当重要的地位。

涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外涵道，由于螺旋桨的直径比发动机大很多，气流量也远大于内涵道，因此这种发动机实际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。

尽管工作原理近似，但涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机在产生动力方面却有着很大的不同，涡轮螺旋桨发动机的主要功率输出方式为螺旋桨的轴功率，而尾喷管喷出的燃气推力极小，只占总推力的5%左右，为了驱动大功率的螺旋桨，涡轮级数也比涡轮风扇发动机要多，一般为2～6级。

同活塞式发动机＋螺旋桨相比，涡轮螺旋桨发动机有很多优点。

首先，它的功率大，功重比（功率/重量）也大，最大功率可超过10000马力，功重比为4以上；而活塞式发动机最大不过三四千马力，功重比2左右。

其次，由于减少了运动部件，尤其是没有做往复运动的活塞，涡轮螺旋桨发动机运转稳定性好，噪音小，工作寿命长，维修费用也较低。

而且，由于核心部分采用燃气发生器，涡轮螺旋桨发动机的适用高度和速度范围都要比活塞式发动机高很多。

在耗油率方面，二者相差不多，但涡轮螺旋桨发动机所使用的煤油要比活塞式发动机的汽油便宜。

由于涵道比大，涡轮螺旋桨发动机在低速下效率要高于涡轮风扇发动机，但受到螺旋桨效率的影响，它的适用速度不能太高，一般要小于900km/h。

目前在中低速飞机或对低速性能有严格要求的巡逻、反潜或灭火等类型飞机中的到广泛应用。