16張動圖講解航空發動機分類及原理，這次終於明白了

又到分享機械動圖的時候了，這次我們通過直觀動圖講解下航空發動機。航空發動機是一種高度複雜和精密的熱力機械，為航空器提供飛行所需動力的發動機。作為飛機的心臟，被譽為"工業之花"，它直接影響飛機的性能、可靠性及經濟性，是一個國家科技、工業和國防實力的重要體現。

01 活塞發動機

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對航空發動機而言，最先使用的就是活塞式發動機，其工作原理是指活塞承載燃氣壓力，在氣缸中進行反覆運動，並依據連杆將這種運動轉變為曲軸的旋轉活動。

在20世紀初期，萊特兄弟將一臺4缸、水平直列式水冷發動機改裝後，成功用到了「飛行者一號」飛機上，完成了飛行試驗。這也是人類歷史上第一次具有動力、可以載人、平穩運行、可操作的飛行器成功飛行。在第二次世界大戰中，活塞式發動機得到了技術革新，優化了發動機的性能和運行效率。

活塞式發動機主要由氣缸、活塞、連杆、曲軸、氣門機構、螺旋槳減速器、機匣等組成。氣缸是混合氣（汽油和空氣）進行燃燒的地方，氣缸內容納活塞做往復運動。發動機工作時氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱片，用以擴大散熱面積。

活塞式星型發動機

氣缸在發動機殼體（機匣）上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發動機有5個、7個、9個、14個、18個或24個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數目越多發動機功率越大。

活塞式星型發動機

在噴氣發動機出現之前，活塞式飛機發動機大多採用星型設計，因其曲軸短戰場生存性強，結構緊湊佔用飛機空間小而被艦載機廣泛使用，其餘發動機則採用V型設計。

星型發動機用於飛機

星型發動機沿軸向放置在機頭，輸出軸直接連接槳葉，比直列式活塞發動機更合理的利用了空間，省去了減速機構和動力變向傳遞機構等，利於減輕機身重量，使機體更靈活。

02 渦噴/渦扇發動機

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20世紀30年代後期到20世紀40年代初，噴氣發動機在英國和德國的誕生，開創了噴氣推進新時代和航空事業的新紀元。現代渦輪噴氣發動機的結構由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，戰鬥機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。

渦輪噴氣發動機仍屬於熱機的一種，就必須遵循熱機的做功原則：在高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。噴氣式發動機和活塞式發動機都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段。

不同的是，在活塞式發動機中這四個階段是分時依次進行的，但在噴氣發動機中則是連續進行的，氣體依次流經噴氣發動機的各個部分，就對應著活塞式發動機的四個工作位置。

空氣首先進入的是發動機的進氣道，當飛機飛行時，可以看作氣流以飛行速度流向發動機，由於飛機飛行的速度是變化的，而壓氣機適應的來流速度是有一定的範圍的，因而進氣道的功能就是通過可調管道，將來流調整為合適的速度。

進氣道後的壓氣機是專門用來提高氣流壓力的，空氣流過壓氣機時，壓氣機工作葉片對氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。在亞音速時，壓氣機是氣流增壓的主要部件。

從燃燒室流出的高溫高壓燃氣，流過同壓氣機裝在同一條軸上的渦輪。燃氣的部分內能在渦輪中膨脹轉化為機械能，帶動壓氣機旋轉，在渦輪噴氣發動機中，氣流在渦輪中膨脹所做的功正好等於壓氣機壓縮空氣所消耗的功以及傳動附件克服摩擦所需的功。

經過燃燒後，渦輪前的燃氣能量大大增加，因而在渦輪中的膨脹比遠小於壓氣機中的壓縮比，渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機進口高很多，發動機的推力就是這一部分燃氣的能量而來的。

從渦輪中流出的高溫高壓燃氣，在尾噴管中繼續膨脹，以高速沿發動機軸向從噴口向後排出。這一速度比氣流進入發動機的速度大得多，使發動機獲得了反作用的推力。

03 渦槳/渦軸發動機

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渦槳/渦軸發動機是在渦噴發動機誕生、成熟後，將活塞發動機渦輪化而研製發展的新型動力。渦槳發動機代替活塞螺旋槳發動機用於固定翼飛機，渦軸發動機代替活塞軸發動機用於旋翼直升機。

渦槳、渦軸發動機主機結構基本是一樣的，只是中間減速傳動系統和推進器不同，所以二者有較大的通用性，容易互相改型派生。

渦輪螺旋槳發動機，簡稱渦槳發動機，由螺旋槳和燃氣發生器組成，螺旋槳由渦輪帶動。由於螺旋槳的直徑較大，轉速要遠比渦輪低，只有大約1000轉/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的範圍內，需要在它們之間安裝一個減速器，將渦輪轉速降至十分之一左右後，才可驅動螺旋槳。

這種減速器的負荷重，結構複雜，製造成本高，它的重量一般相當於壓氣機和渦輪的總重，作為發動機整體的一個部件，減速器在設計、製造和試驗中佔有相當重要的地位。

渦輪螺旋槳發動機的螺旋槳後的空氣流就相當於渦輪風扇發動機的外涵道，由於螺旋槳的直徑比發動機大很多，氣流量也遠大於內涵道，因此這種發動機實際上相當於一臺超大涵道比的渦輪風扇發動機。

由於涵道比大，渦輪螺旋槳發動機在低速下效率要高於渦輪風扇發動機，但受到螺旋槳效率的影響，它的適用速度不能太高，一般要小於900km/h。在中低速飛機或對低速性能有嚴格要求的巡邏、反潛或滅火等類型飛機中的到廣泛應用。