星型发动机,风阻大,为什么

星型发动机教具模型
星型发动机,风阻大,为什么 第一篇

星型发动机教具模型

基于复杂传统结构教具的简化改进

星型发动机是一种气缸环绕曲轴呈星型排列的一种活塞式发动机，气

缸数多为奇数。在喷气发动机出现之前，活塞式飞机发动机

大多采用星型设计，因其曲轴短战场生存性强，再因其结构紧凑占用

飞机空间小而被舰载机广泛使用；其余发动机则采用V型设计。现

代的一些轻型飞机则采用直列或水平对置型发动机 。星型发动机可靠性高，重量轻，功率提升潜力大，维修性和生存性也不错。星型发动机结构复杂装配要求高，制作成本高，结构可视性差，不适用于本

科阶段进行机械类学生进行理论学习，故要求简化结构，且结构可视

性强原理简单明了。

本文介绍的星型发动机模型有效的简化了结构复杂程度，能使

该教具能用亚克力板等价格低大众化的材料制作，方便了模型教具在

各个层次高校的普及，但是没有改变发动机的运行原理。同时保证了

结构的稳定性。

目录

目录

摘要……………………………………………………1

1.问题提出………………………………………………3

1.1我国教具发展现状

2.问题分析………………………………………………4

3.设计方案结构及原理…………………………………4

4.功能特点及实用性总结………………………………7

5.参考文献………………………………………………9

教具发展现状

现阶段我国教学模型大都配合精度不高，材料质量低。使用寿

命不长。常常面临使用时教具配合过盈，或者断裂等情况。现阶段教

具往往应有一定的设计精度但是却为降低成本在加工和设计时没有

没有按照应有尺寸进行设计加工。使用寿命不长，难以使用。而且根

据调查全国有80％的高校教具损坏严重且无法找到相应的配件和替

代品。所以我们根据这一现状制作出自星型发动机教具模型

方案结构及原理

1）以方形来代替圆形的气缸体，大大减少了加工及装配的难度

2）操作和控制简便，任何工作人员很容易地使用它

3）采用透明的亚克力板，利于观察结构的演示

4）利用触碰开关点亮LED灯形象的展示了爆炸的瞬时性及过程

5）采用丝杆省略了轴承等部件，降低了项目的费用

6)模型可以用来作为教学模型，向学生形象的展示发动机的原理。

1. 电路控制

利用触碰开关及LED灯来形象展示出汽缸发生爆炸的的瞬间。

电路方案设计时考虑的主要问题：

触碰开关的选择符合了结构的要求，及原理的应用

2.加工工艺

将亚克力板用激光切割器切割，组装时用玻璃胶固定，调整好螺

母的松紧程度。使气缸与轴之间相互配合，以保证在行程范围内可以

顺畅运行。

1）材料为3MM亚克力，由于材料中间为3MM，边缘薄，为2.7

左右，切割时注意公差配合，及时更改尺寸。

2）MM亚克力切割能量为90%-95%，速度为350.切割时要排版。

切割前调节激光头高度，为5MM-8MM。

调好高度后适切一部分，查看切割效果。

3）激光切割机切割面积有限，注意限位。

V型发动机
星型发动机,风阻大,为什么 第二篇

V型发动机【星型发动机,风阻大,为什么】

二程发动机

发动机

飞机的星型发动机

飞机螺旋桨与机枪同步图

缝纫机

环式真空泵

奎西发动机

马耳他十字机芯

喷气式发动机

喷射推进机

汽车万向节

汽轮蒸汽机

发动机转速与车速关系
星型发动机,风阻大,为什么 第三篇

发动机转速、档位与车速的关系

准确计算发动机转速与车速的关系，首先需要要知道车轮的直径，其次还要知道变速箱各档位的传动比、以及主减速器的传动比。【星型发动机,风阻大,为什么】

轮胎规格：轮胎宽度/高宽比R轮毂直径，例如规格为195/55R15的轮胎，其宽度是195mm，高宽比是0.55，轮毂直径是15吋（英寸）。

车速(km/h)＝发动机转速×车轮周长×60/1000/(总传动比) ＝【轮胎宽度(mm)×高宽比×2＋轮毂直径(吋)×25.4】×π×60/1000000/减速器传动比/对应档位传动比×发动机转速(rpm)

其中：“×60”是将每分钟的发动机转速(rpm)，转换为每小时的转速(rph)，“/1000000”则是将以毫米(mm)为单位的轮胎圆周长，转换成以公里(km)为单位。

在上式中，对于一辆特定的汽车，轮胎规格、减速器传动比是固定的参数，而且，对于某一档位，其传动比也是固定的，因此，只要已知档位和发动机的转速，即可求出对应的车速。

例如，对于凯越五档手动变速箱（1.6 DOHC），各档的传动比、发动机转速与车速关系如下（图片附后）：

【主减速器传动比：3.722，轮胎195/55R15，车速(公里/小时)＝0.030158276602032055994161807652875/对应档位传动比×发动机转速(rpm)】

相同转速情况下，档位越高，车速越快（不高于100km/小时），油耗越低。这是因为车速是由距离和时间这两个因素组成的量。

假如：一台pp车，在发动机转速2000转/分时，1至5档车速分别是15km/小时, 30km/小时,45km/小时,60km/小时,75km/小时,由于发动机运转速度相同，发动机在单位时间内的油耗也可以视为相同。现在要行驶一段长度为15km的道路，走两次，第一次用2000转、1档匀速走完，耗时正好一个小时；第二次用2000转、5档匀速走完，耗时为12分钟。也就是说，第二次发动机的工作时间只是第一次的1/5，又由于其单位油耗是相同的，所以结论是：第二次发动机工作耗费的汽油也只是第一次的1/5。试想：如果分别用1、2、3、4、5档匀速跑完100km,所耗费的汽油可能是25公升、20公升、15公升、10公升、5公升。

回到现实中来，堵车时我们往往在1、2、3档之间换来换去，而走快速路或高速路时基本用4、5档不去管它，所以经常堵车的同学也就不要埋怨油耗在12、13个左右了，因为你的车在高速路上用90~100的车速行驶，油耗会是不到7个。 再有，相同档位下，发动机转速越高，油耗越高。

2000转的时候燃烧就不太充分，长期的燃烧不充分的后果是什么？积炭！ 既然4000转燃烧充分，为什么不保持4000转来开呢？为什么实际操作上，保持4000转来开会费油呢？

因为4000转的时候提供的动力对于正常的城市驾驶过于充足了。可以想象一下，如果你红灯起步以后一路都4000转再换档，车子是如何“冲”出去的。在城里这么开可能刚升到2档就要踩刹车来控制车速了。这一脚刹车下去，你的那些油做的功就又全部被刹车消耗掉了。费油，90%都浪费在这一脚刹车上了。

所以城里老4000转换档是肯定费油的。但是2000转这么开又容易积炭，所以折中一下，2500到3000转再换档比较好，提供的动力充足，但也不至于过剩，汽油又能相对燃烧比较充分，发动机效率也相对较高，负荷小了发动机不必要的磨损也小了。这样开的油耗可能不会比2000转就换高出多少去，但是其他好处却很明显，综合效益比较好。

再说一下既然高速路上跑到4000转也不至于需要踩刹车来控制车速，可为什么高速路上用4000转开也不是最省油的？

这里就要说一下风阻的问题了。流体力学我没学过，只知道一个大概的原理。流体的阻力和一般的摩擦阻力不一样。也就是说轮胎和地面的磨擦力几乎是不变的，理想情况下只和车身重量有关，和车速无关。

而空气阻力（风阻）却和车速息息相关，车速变成原来的2倍，风阻可能就是原来的4倍了（好像是类似平方的关系，不确定，权当是平方关系吧）。 4000转的时候发动机固然效率高了，但是4000转5档（自动档4档）的时候车速快，风阻大，发动机的功都被用去克服风阻了。跑高速的时候车速越快越费油这一说法的主要原因就是这个了。

航空发动机导论
星型发动机,风阻大,为什么 第四篇

航空发动机导论

专业：交通工程 学号：140741223 姓名：聂鑫

所属学院：机场学院【星型发动机,风阻大,为什么】

二〇一六年 四 月

航空发动机导论

聂鑫1

（1.中国民航大学航空工程学院，天津 300300）

摘 要：航空发动机（aero-engine），是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动

力的发动机。作为飞机的心脏，被誉为“工业之花”，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。目前，世界上能够独立研制高性能航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国、法国等少数几个国家，技术门槛很高。航空发动机主要有三大类：活塞式航空发动机、燃气涡轮发动机、冲压发动机。当今，在全球范围内使用较多的是燃气涡轮发动机，它主要有四种构造类型，分别是：涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机。世界三大航空发动机生产商分别是美国通用电气、英国罗尔斯·罗伊斯和美国普拉特·惠特尼。中国进入航空发动机领域较晚，在发动机的研制、使用、维护上与世界航空大国存在很大的差距，但我国也是在航空发动机领域进步最快的一个国家，我国现今拥有多款性能卓越的发动机，现今对航空发动机的重视会使得我国的航空发动机能够更加快速的进步。

关键词：航空发动机；可靠性；经济性；涡轮风扇发动机

Abstract

Aircraft engine (aero - engine), is a highly complex and sophisticated thermal mechanical, provide power for the flying aircraft engine. As the heart of the aircraft, known as the "flower of the industry", it directly affects the performance, reliability and economy of aircraft is a national science and technology, industry and the important embodiment of national defense power. At present, the developed independently in the world of high performance aero engine countries only the United States, Russia, Britain, France and other countries, a few technical threshold is very high. There are three main categories: engine piston aircraft engine, gas turbine engine and ramjet. Today, on a global scale is to use more gas turbine engine, it mainly has four structural types, respectively is: turbo jet engines, turbofan engine, turboshaft and turboprop engines. Are three aircraft engine manufacturer in the world, American, the American and British rolls Royce pratt Whitney. China into the field of aero engine late, on engine development, use, maintenance and air power there is a big gap in the world, but China is also one of the fastest progress in the field of aero engine countries, our country today are based on the excellent performance of the engine, today's emphasis on aircraft engine will make our country's aviation engine can more rapid development.

Keywords:Aircraft engine; Reliability; Economy; Turbofan engine

目录

一、 对我校飞行器动力工程专业的认识 二、 航空燃气涡轮发动机的类型及其特点 三、 航空燃气涡轮发动机的工作原理 四、 航空燃气涡轮发动机的组成及其功用

一、对我校飞行器动力工程专业的认识

我校的飞行器动力工程在全校的专业中属于热门专业，也是我校就业形势很好的专业。图1就很好地展示了我校飞行器动力工程专业的就业情况，在航空航天领域的就业多年来在众多专业中一直名列前茅。图2的我校毕业生平均年薪与其他高校的对比中可以了解到我校的毕业生粘性在全国的各大高校中属于前列，这也是得益于我校的航空类专业。

图 1 我校各专业的就业领域

图2 我校毕业生平均年薪与其他高校的对比

中国民航大学的前身军委民航局第二航校，在1951年9月25日中央人民政府人民革命军事委员会的批准下成立，当时的主要任务是是为新中国民航培训飞行和机务人员，教员多为“两航”起义人员中的知识分子。在2015年因为我校在教育部本科教学工作水平评估中获得优秀，紧接着我校在2006年5月30日，经教育部批准，中国民用航空学院更名为中国民航大学。我校长期致力于飞行和机务人员的培养，所以我校的航空工程学院的毕业方向主要是各个航空航空公司、航空维修单位、适航部门和航空科研院所，也可以继续攻读本专业或相关交叉学科的硕士学位。

我校飞行器动力工程主要针对于民航发动机，在民航界具有很高的声誉，由于民航发动机在安全性、制造成本、经济性，维护性，使用寿命，噪音，排放等等方面有很高的要求，特别是安全性，由于发动机不断的启动、关停，以及各种飞行需求，各个部件都承受着复杂的循环载荷。尽管随着制造工艺和维护水平的提高，发动机的可靠性越来越强，但空中停车的情况还是偶有发生。在60年代，平均每年每台发动机失效一次。在今天，

平均每台发动机每30年失效一次。所以我校的航空类学生对于民航发动机的维修也存在很大的难度，需要我们更加认真、努力的学习专业文化知识，也要更加认真的实习。

中国民航大学的飞行器动力工程专业的培养目标：本专业以航空维修工程为特色，培养适应国内外现代民航发展需求，具备较高思想政治素质，掌握系统的航空发动机专业知识和扎实的航空维修及管理理论基础，具有较强的实际操作能力和严谨的工作作风，了解民航发展动态，能够从事航空发动机的运行监控、故障诊断、维护修理及维修管理等相关技术、管理工作，宽口径、厚基础、强能力、高素质，具有创新精神，德、智、体、美全面发展的应用型高级工程技术人才和管理人才。本专业可授予工学学士学位。

我校的飞行器动力工程在未来的工作中也许会有很多的艰辛困苦，但是作为一名航空人就不能轻易说苦，也不轻易说累，在航空人眼里无数的艰难困苦只是他们学习进步万里征程的一个有一个良师益友，航空是一个既浪漫又现实的事业。外界看来充满神秘感的航空事业,实际是一个“如果没有一种对国家的忠诚、没有一种

活塞式发动机
星型发动机,风阻大,为什么 第五篇

活塞式航空发动机（aircraft piston engine）

1、概念：往复式发动机也叫活塞发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机。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。 为航空器提供飞行动力的往复式内燃机。发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推进力。本身不能产生推力，只能从轴上输出功率带动螺旋桨，由螺旋桨产生推力，所以螺旋桨称为推进器。活塞式发动机(热机)加螺旋桨（推进器）称为活塞式动力装置。

最常用的往复式发动机是利用汽油或者柴油燃料产生压力的。通常都不止一个活塞，每个活塞都在气缸内，燃料－空气混合物被注入其内，然后被点燃。热气膨胀，推动活塞向后运动。活塞的这种直线运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动。这种发动机经常被通称为内燃机，尽管内燃机并不必须包括活塞。

现在的利用并不是很多，水蒸气是另一种叫做蒸气式发动机的往复式发动机的能源。这种情况下是利用非常高的蒸气压力来驱动活塞。蒸气能的大部分利用中，

活塞发动机已经被更为高效的涡轮机所取代，由于要求有更高的力矩活塞已经更多的运用到轿车领域中。

2、工作原理：活塞式航空发动机是一种4冲程、电嘴点火的汽油发动机。曲轴转动2圈,每个活塞在汽缸内往复运动4次,每次称1个冲程。4个冲程依次为吸气、压缩、膨胀和排气,合起来形成1个定容加热循环（见工程热力学）。发动机热效率与压缩比和燃烧后工质(工作介质)温度有关。过大的压缩比会使工质的压力和温度过高,燃油可能在未被电嘴点火前就自动燃烧并形成爆震波（见燃烧学），引起汽缸局部过热和增大零件负荷，降低发动机的可靠性。提高汽油的辛烷值（见航空燃油）是提高压缩比、防止爆震的有效措施。航空汽

油的辛烷值一般在100以上。每个汽缸能发出的功率受到工质温度的限制。每升活塞排量发出的功率称为升功率，一般为22～44千瓦（30～60马力），个别发动机可达59千瓦（80马力），活塞排量是指活塞在汽缸内自最下端移至最上端所扫过的容积。

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（工程热力学）。曲轴转动2圈,每个活塞在汽缸内往复运动4次,每次称1个冲程。四个冲程为一个循环。

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”。

度量衡换算

1千瓦=1.3596216173039米制马力(马力)1马力等于每秒钟把75公斤重的物体提高1米所作的功 1米制马力(

马力)=0.73549875千瓦

3、结构和分类：活塞式发动机主要由曲轴、连杆、活塞、汽缸、分气机构和机匣等部件组成。发动机前部有减速器，以降低输出轴的转速。大多数发动机在机匣后部装有增压器以提高发动机高空性能。气缸是混合气进行燃烧的地方。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，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。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。

按汽缸的冷却方式发动机分为液冷式和气冷式两种。早期飞机的飞行速度很低，多采用液冷式发动机。随着飞行速度的提高,可以利用高速气流直接冷却汽缸,气冷式发动机遂得到广泛应用。发动机按汽缸排列形式又分为星型和直列型。星型发动机汽缸以曲轴为中心沿机匣向外呈辐射状均匀排列，有单排和双排等形式。直列式发动机汽缸沿机匣前后成行排列,有对缸、工字型、V型等排列形式,以星型和V型用得较多。有时按供油方式不同又将发动机分为汽化器式和直接注油式两种，其中直接注油式应用较广泛

4、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。

5、性能

活塞式航空发动机的性能通常用转速特性、螺旋桨特性和高度特性表示。油门全开或进气压力维持不变时，发动机的功率和耗油率随转速的变化关系称为转速特性，又称外部特性。在发动机上安装定距螺旋桨时，发动机功率和耗油率随转速的变化关系称螺旋桨特性。这时转速的改变是靠控制油门杆实现的。发动机转速不变时，功率和耗油率随飞行高度的变化关系称为高度特性。由图2 看出，由于有增压器对吸入空气增压，在某一高度以下可保持进气压力恒定，而大气温度又随高度增加而下降，所以在此高度以下发动机的功率仍随高度增加而略有增加。这个高度称额定高度。在额定高度以上发动机功率随高度增加而下降。

6、发展：当飞机的速度达到800公里每小时，由于螺旋桨始终在高速旋转，桨尖部分实际上已接近了音速，这种跨音速流场的直接后果就是螺旋桨的效率急剧下降，推力下降，同时，由于螺旋桨的迎风面积较大，带来的阻力也较大，而且，随着飞行高度的上升，大气变稀薄，活塞式发动机的功率也会急剧下降。这几个因素合在一起，决定了活塞式发动机＋螺旋桨的

推进模式已经走到了尽头，要想进一步提高飞行性能，必须采用全新的推进模式，喷气发动机应运而生。