航空模型发动机（二）

洪家庆

3.怎样根据航空模型对发动机的要求来设计和选用发动机。

上面我们谈过了发动机的原始参数及构造形式，然而正确的选用却更重要。

从使用及制造的观点来看，对发动机有六个方面的要求：①功率；②重量；③起动性能；④对供油面的敏感程度；⑤发动机的寿命、可靠性及维护是否方便；⑥制造难易程度；这些因素就是发动机设计者和运动员在设计和挑选发动机时最根本的因素。有时这些因素是互相矛盾的，这只有根据主要要求来综合考虑解决。例如功率、重量、寿命常常就是很矛盾的，为了获得最大的功率及最小的重量，我们常常是降低使用寿命，很显然这不是好办法。如何将这些矛盾的条件转化为有利的条件呢？这正是向每一个设计者提出的问题。在航模发动机上考虑经济性是比较少的。不考虑耗油率的大小有时是情有可原的，但也不完全是这样。例如创纪录飞行的模型有时却希望发动机能特别省油。因此也不能不考虑耗油率。一台发动机制造是否容易(即工艺性是否良好)是一台发动机能否多快好省的制造出来、能否推广大量制造的最根本问题。我们必须足够的重视。

这里我们有重点的谈谈怎样来满足使用上提出的这些要求。

1)如何提高功率：在现定的容积下提高功率什么是最有效的方法呢？这从热机学中知道，只与气缸中平均压力以及转速有关。因此一般的发动机都尽量的提高工作转速，实际上这是一个最不得已的方法，因为发动机转速加高会带来一系列的困难。首先提高转速只是在一定范围内有效，转速再提高以后，提高功率的效果就很差了。因为有用功率的增加是与转速的一次方成正比，而消耗在摩擦上的功率却是与转速的二次方成正比。这也就是为什么目前一般的航空模型发动机只有16，000转/分左右，而没有再继续上升的根本原因。同时，提高转速，热来一系列的不利条件。首先是对制造上带来了困难，要将滑动轴承改成滚动轴承，而且要采用比较好的耐磨材料或者是采用比较特殊的处理方法。其次，使作往复运动的零件、特别是连杆的负荷加大使得连杆工作可靠性降低。我们都会有这样的经验。连杆是发动机中是薄弱的环节。因此，我们说这是提高功率不得已才采用的办法。

除了提高转速以外，提高功率的办法还很多，主要是提高压缩比、加大进气量、改善换气质量、改善冷却效果以及采用高能燃料，这些都是积极的办法。目前已有的发动机中比较注意考虑的因素都是加大进气量以及改善换气质量，例如我国近年来出现的一些优秀的发动机以及国际上有名的发动机MVVS，MOKI等都是这样。但是对于加大压缩比以及改善冷却条件考虑的都比较少，上述几种发动机改进的特点都是机构构造上的改进，从方案上看没有什么突出的地方。而苏联布里诺夫采用的发动机方案他充分考虑了冷却问题，同时不是采用热火栓点火而是采用压缩点火的。显然这种方案的优越性很大，值得我们很好的学习。除此以外寻找一些高能燃料及抗暴润滑附加剂也很重要，在我国似乎开展的还很不够，实际上这也是很重要的。

2)怎样提高起动性能。

使用发动机的运动员都很关心发动机的起动性能，特别是那些初学航空模型的人。我们每一个熟练的运动员的手指上都会存有初开发动机时留下的伤疤。的确，起动是一个重要的使用性能。但是设计者在考虑问题时，常常将这一点忘掉了或者是感到很难考虑。因此，设计者事先对一台发动机是否容易起动把握不大，而常常由制造后实际使用来判明起动性的。实际上影响启动性能的因素至少有这三点：第一是分气定时图以及进气压力；第二是汽化器质量、混气雾化的质量以及混气比例；燃料的成份燃点等；第三是气缸与活塞的配合。在前两个条件一定时，气缸与活塞的配合对起动性能的影响极大。这点以后还要谈到。分气定时图对起动性能影响应该做试验来确定，目前还没有资料得出最好的数据来。

对气化器而言有两个因素影响：一是混气比例、一是务化程度。我们主要谈谈气化器的形式对雾化的影响。一般的气化器有两种形式(图7，图8)。

图7适用于中等转速中等功率的气化器

图8适用于高转速大功率的气化器

图7所表示的是一种转速较低中等功率的发动机上所常用的，这种气化器流量比较小，从构造上可以看见喷油咀就装在气流通道中，这样喷油咀正好在低压区，压差比较大，因此在较低的转速下就能得到比较好的务化效果，也就是说在转速较低时也能得到较好的雾化。因此对启动有很大的好处。也就是流速高容易启动。这种气化器的缺点就是不能用在进气量大的大功率发动机上，因为它的供油量不大，同时进气道阻力也太大。一般高速大功率发动机上采用的气化器多半是图8，这种型式的优点是它能适应于大的流量，同时进气道的阻力小。这种气化器的缺点是它只有在额定高转速下进气流速度很大的情况下才能雾化的很好，而在启动时，由于转速不够气流速度低，因此雾化很不好。所以装有这种构造型式气化器的发动机启动是比较困难的，要求启动者拨动螺旋桨的速度更加快一些才成。也就是说它保持稳定工作的最低转速比起前述的一种要高一些。

为了克服这两种构造的缺点，近来出现了一些改型的构造，如图9及图10所示。它们所具有的优点都是使能稳定工作的最低转速尽量低且能很好雾化，这样就容易启动；另一方面就是要流体阻力小、进气量大。在图9中是将喷油口加多这受到汽化器孔道空间的限制，同时靠近壁面的孔其效果不大，因为这附近流速很小。因此一般还是将气化器移在一边这种效果是较好的。

图9改型的气化器(1)

图10改型的气化器(2)

3)怎样减小油面对发动机的影响。

在特技模型比赛或表演时，我们有时看见一些模型飞机起飞以后发动机就哑了，因此运动员不能作动作，只有平飞或强迫着陆；有时我们也看见一些自由飞在脱手以后发动机马力就小了。这常常都是油面的关系(当然有时也是贫富油影响)。有的运动员在发动机起动以后，用手握着模型上下翻转来调整油门，这就是为了减少油面的影响。从发动机设计的观点来考虑，是那些因素影响发动机对油面敏感呢？主要的影响因素有二：第一是发动机的吸油能力，也就是曲轴机匣的增压比。在大型的柴油机上都是用注油泵的。第二个因素也是汽化器的形式。油面的改变一般都是对发动机有很大影响的。为了减少这种影响，我们是尽量增加曲轴机匣的增压比，可以说这一问题是不能完全解决的，只能在设计时估计到这一问题。

4)怎样提高发动机的寿命，工作可靠性。

这是一个很重要而且比较复杂的问题，我们只可能简单综合的谈谈。

提高发动机工作寿命最有效的方法，是使发动机的工作转速不要过高，也就是使活塞在气缸中上下运动的速率低一些，这样往复运动零件的应力以及气缸活塞的磨损都会小一些。所以，可以延长发动机的工作寿命，同时可以允许使用较便宜的材料，不必经过特殊的处理，这就便于推广普及。

除了上面这个根本性的办法以外，保证制造质量以及合理的使用维护，也是提高发动机工作寿命的重要途径。合理的使用与维护主要是选用合适的燃料，润滑剂不要使燃料带有腐蚀性。发动机运转时应注意周围空气的洁净，不能在吸入的空气中带有灰尘，否则将气缸研坏。在北方有风砂的季节内，在户外使用发动机这是一个很严重的问题，常常有些运动员不注意这些问题在有风时仍在户外磨车，这将大大减低机发动的寿命。合理的磨车以及合理的燃料配方都能促使发动机提高功率，提高工作寿命。

发动机工作的可靠性，就是指发动机在整个工作寿命内工作性能很稳定不易出问题。保证发动机工作可靠一方面是设计得合理，另一方面是制造的质量。我们这儿谈设计上的问题。在发动机上经常容易出现的问题可分为两类：一类是破坏性的如曲轴断裂，连杆弯曲和断裂，机匣破裂，这些当然多半是设计有问题选用的材料不合适。例如英国出产的(AMCO3·5立方公分)发动机几乎每台的机匣都会破裂。这显然是设计有问题。另一类问题是工作不稳定影响工作性能或者是在飞机模型出事故(自由飞摔下来、特技等着陆不好)时发动机容易出故障，这类情况如气缸与机匣容易松动，油针松动，以及油针位置不对没有弹性装置容易撞断等等，这些问题在设计时应该充分的考虑。所以，以气缸来连接机匣及缸头是很不好的，这种带有螺纹的气缸不能设计的太薄，因为带有螺纹给热处理也带来一定的困难。其制造的准确度也会比圆筒式的气缸低一些。因此，建议在高速特技无线电等模型上尽量不要采用气缸螺纹连接的发动机而尽量采用螺钉连接的发动机。增加发动机工作的可靠性，很难得出一条十分明显的原则来，都需要在具体情况具体的考虑。除了设计上的考虑以外制造质量是特别重要的，这一点将在下一段里讲述。

(待续)