星型发动机 :气缸环绕曲轴排列的往复式内燃机

更新时间:2024-09-20 18:37

星型发动机(radial engine)是指将气缸排列成放射状的发动机,是一种气缸环绕曲轴排列的一种往复式内燃机。星型发动机的主要构造包括:气缸、活塞、主副连杆、减速器、曲轴、气门结构和机匣等。

星型发动机具有各缸散热均匀、发动机整体长度较短小、曲轴结构简单、加工精度容易保证以及维修便利等优点,被广泛应用于通用航空领域,包括工业、农业、林业、渔业建筑业等。

星型发动机在第二次世界大战中是计划装用在陆军的快速上的。星形发动机最早源于法国,星形发动机现在几乎不见踪影,但是在第一次世界大战中爆发性发展起来。到1960年年末,欧洲开始生产大型星型发动机。制造了有限的几个“Zvezda”柴油船舶发动机。制造新静态发动机的生产商有俄罗斯的Vedemeyev和苏霍伊航空集团发动机公司,以及澳大利亚的Rotec工程公司。

历史沿革

星型发动机在二战中是计划装用在陆军的快速登陆艇上的。星形发动机最早源于法国,星形发动机现在几乎不见踪影,但是在一次大战中爆发性发展起来,即使到了二战时期,主要的航空发动机大致分为空冷星型(用空气冷却的星型发动机)和液冷V型(靠水或冷却液冷却的气缸布置成V型的发动机)。到了大战末期,在大功率范畴里,空冷星型独领风骚。在战后的一段时间里,它与喷气发动机并驾齐驱了好一阵子。但是由于除了飞机以外的其它使用场合已不需要这么大功率的发动机,此外匹配也较不方便,因此就毫不犹豫地舍弃了。到1960年年末,欧洲开始生产大型星型发动机。苏联制造了有限的几个“Zvezda”柴油船舶发动机。它有6行,每行星型排布7个气缸,共计42个气缸。该型发动机可在2500r/m(转/分钟)产生4500kW(6000hp)(千瓦)功率。为特种飞机制造了各种小功率发动机的公司包括Jacohbs,Lycoming,Continental,Wright和Warnerre-fabricated等。近来,制造新静态发动机的生产商还有俄罗斯的Vedemeyev和Sukhoi发动机公司,以及澳大利亚的Rotec工程公司。

构造

星型发动机的主要构造包括:气缸、活塞、主副连杆、减速器、曲轴、气门结构和机匣等。其中,主副连杆结构是星型活塞发动机的重要零部件之一。在星型发动机结构中,曲轴是星型发动机对外输出功率的关键部件。而连杆的重要作用就是连接活塞和曲轴,从而将活塞的往复运动转换成为曲轴的旋转运动。星型发动机上基本上用的主副式连杆结构。每一排中有一个汽缸的活塞通过主连杆与曲轴连接,其他汽缸的活塞通过副连杆连接到主连杆上。

工作原理

发动机的工作方向是以主连杆曲轴为中心逆时针旋转。发动机的点火顺序为1,3,5,7,9,2,4,6,8,点火间隔为80°。曲柄连杆机构为主副连杆式曲柄连杆机构,其中第四缸为主气缸,第四杆为主连杆。发动机的最大转速n=2950rpm,属于高速发动机。在高速状态下,连杆机构中各构件不像在低速状态所具有的刚性性能,而表现出弹性性能的特征。因此,高速运动的连杆出现弹性变形,这种变形不但对机构的运动特性有影响(运动失真),同时也对失效模式产生较大影响(疲劳破坏)。对于该型发动机,主连杆是主要的功率输出和受力部件,其疲劳强度是否满足设计要求,将直接影响发动机的使用寿命。主副曲柄连杆机构在运动过程中,连杆本身的运动是由旋转运动和往复运动合成的平面复合运动。

特点

优点

星型发动机一个特别发展就是机壳旋转式发动机。机壳旋转式发动机的曲轴固定到机体上,发动机机壳带动螺旋桨旋转。这种类型的发动机在一次世界大战时广泛使用,因为其质量轻,运行平稳,并且具有非常好的冷却特性。旋转式发动机工作平稳,在某种程度上是由于活塞不相对于飞机做往复运动,而是沿着圆形轨道运动。机壳旋转式发动机不适合通用航空的一个主要问题是可靠性极差,同时排气歧管和汽化燃油-空气输送系统布置困难。机壳旋转式发动机可靠性差主要是由于军用设计重点是降低质量。但是,即使考虑可靠性问题,机壳旋转式发动机相对于同时代的水冷直列式发动机,可靠性要差很多。由于没有排气歧管,发动机排放物影响严重,而且简陋的燃料供应系统导致燃料效率低和缺乏可控性。

局限性

与相同的直列式,V形或对置式发动机相比,最小类型的星型发动机(三缸和五缸)运行非常不平稳,并且不可靠。

应用领域

星形活塞发动机是航空教练机及个人用小型飞机、竞技飞机的主要动力装置之一。

参考资料

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