洪家慶

3.怎樣根據(jù)航空模型對發(fā)動機的要求來設計和選用發(fā)動機。

上面我們談過了發(fā)動機的原始參數(shù)及構造形式，然而正確的選用卻更重要。

從使用及制造的觀點來看，對發(fā)動機有六個方面的要求：①功率；②重量；③起動性能；④對供油面的敏感程度；⑤發(fā)動機的壽命、可靠性及維護是否方便；⑥制造難易程度；這些因素就是發(fā)動機設計者和運動員在設計和挑選發(fā)動機時最根本的因素。有時這些因素是互相矛盾的，這只有根據(jù)主要要求來綜合考慮解決。例如功率、重量、壽命常常就是很矛盾的，為了獲得最大的功率及最小的重量，我們常常是降低使用壽命，很顯然這不是好辦法。如何將這些矛盾的條件轉化為有利的條件呢？這正是向每一個設計者提出的問題。在航模發(fā)動機上考慮經(jīng)濟性是比較少的。不考慮耗油率的大小有時是情有可原的，但也不完全是這樣。例如創(chuàng)紀錄飛行的模型有時卻希望發(fā)動機能特別省油。因此也不能不考慮耗油率。一臺發(fā)動機制造是否容易(即工藝性是否良好)是一臺發(fā)動機能否多快好省的制造出來、能否推廣大量制造的最根本問題。我們必須足夠的重視。

這里我們有重點的談談怎樣來滿足使用上提出的這些要求。

1)如何提高功率：在現(xiàn)定的容積下提高功率什么是最有效的方法呢？這從熱機學中知道，只與氣缸中平均壓力以及轉速有關。因此一般的發(fā)動機都盡量的提高工作轉速，實際上這是一個最不得已的方法，因為發(fā)動機轉速加高會帶來一系列的困難。首先提高轉速只是在一定范圍內有效，轉速再提高以后，提高功率的效果就很差了。因為有用功率的增加是與轉速的一次方成正比，而消耗在摩擦上的功率卻是與轉速的二次方成正比。這也就是為什么目前一般的航空模型發(fā)動機只有16，000轉/分左右，而沒有再繼續(xù)上升的根本原因。同時，提高轉速，熱來一系列的不利條件。首先是對制造上帶來了困難，要將滑動軸承改成滾動軸承，而且要采用比較好的耐磨材料或者是采用比較特殊的處理方法。其次，使作往復運動的零件、特別是連桿的負荷加大使得連桿工作可靠性降低。我們都會有這樣的經(jīng)驗。連桿是發(fā)動機中是薄弱的環(huán)節(jié)。因此，我們說這是提高功率不得已才采用的辦法。

除了提高轉速以外，提高功率的辦法還很多，主要是提高壓縮比、加大進氣量、改善換氣質量、改善冷卻效果以及采用高能燃料，這些都是積極的辦法。目前已有的發(fā)動機中比較注意考慮的因素都是加大進氣量以及改善換氣質量，例如我國近年來出現(xiàn)的一些優(yōu)秀的發(fā)動機以及國際上有名的發(fā)動機MVVS，MOKI等都是這樣。但是對于加大壓縮比以及改善冷卻條件考慮的都比較少，上述幾種發(fā)動機改進的特點都是機構構造上的改進，從方案上看沒有什么突出的地方。而蘇聯(lián)布里諾夫采用的發(fā)動機方案他充分考慮了冷卻問題，同時不是采用熱火栓點火而是采用壓縮點火的。顯然這種方案的優(yōu)越性很大，值得我們很好的學習。除此以外尋找一些高能燃料及抗暴潤滑附加劑也很重要，在我國似乎開展的還很不夠，實際上這也是很重要的。

2)怎樣提高起動性能。

使用發(fā)動機的運動員都很關心發(fā)動機的起動性能，特別是那些初學航空模型的人。我們每一個熟練的運動員的手指上都會存有初開發(fā)動機時留下的傷疤。的確，起動是一個重要的使用性能。但是設計者在考慮問題時，常常將這一點忘掉了或者是感到很難考慮。因此，設計者事先對一臺發(fā)動機是否容易起動把握不大，而常常由制造后實際使用來判明起動性的。實際上影響啟動性能的因素至少有這三點：第一是分氣定時圖以及進氣壓力；第二是汽化器質量、混氣霧化的質量以及混氣比例；燃料的成份燃點等；第三是氣缸與活塞的配合。在前兩個條件一定時，氣缸與活塞的配合對起動性能的影響極大。這點以后還要談到。分氣定時圖對起動性能影響應該做試驗來確定，目前還沒有資料得出最好的數(shù)據(jù)來。

對氣化器而言有兩個因素影響：一是混氣比例、一是務化程度。我們主要談談氣化器的形式對霧化的影響。一般的氣化器有兩種形式(圖7，圖8)。

圖7適用于中等轉速中等功率的氣化器

圖8適用于高轉速大功率的氣化器

圖7所表示的是一種轉速較低中等功率的發(fā)動機上所常用的，這種氣化器流量比較小，從構造上可以看見噴油咀就裝在氣流通道中，這樣噴油咀正好在低壓區(qū)，壓差比較大，因此在較低的轉速下就能得到比較好的務化效果，也就是說在轉速較低時也能得到較好的霧化。因此對啟動有很大的好處。也就是流速高容易啟動。這種氣化器的缺點就是不能用在進氣量大的大功率發(fā)動機上，因為它的供油量不大，同時進氣道阻力也太大。一般高速大功率發(fā)動機上采用的氣化器多半是圖8，這種型式的優(yōu)點是它能適應于大的流量，同時進氣道的阻力小。這種氣化器的缺點是它只有在額定高轉速下進氣流速度很大的情況下才能霧化的很好，而在啟動時，由于轉速不夠氣流速度低，因此霧化很不好。所以裝有這種構造型式氣化器的發(fā)動機啟動是比較困難的，要求啟動者撥動螺旋槳的速度更加快一些才成。也就是說它保持穩(wěn)定工作的最低轉速比起前述的一種要高一些。

為了克服這兩種構造的缺點，近來出現(xiàn)了一些改型的構造，如圖9及圖10所示。它們所具有的優(yōu)點都是使能穩(wěn)定工作的最低轉速盡量低且能很好霧化，這樣就容易啟動；另一方面就是要流體阻力小、進氣量大。在圖9中是將噴油口加多這受到汽化器孔道空間的限制，同時靠近壁面的孔其效果不大，因為這附近流速很小。因此一般還是將氣化器移在一邊這種效果是較好的。

圖9改型的氣化器(1)

圖10改型的氣化器(2)

3)怎樣減小油面對發(fā)動機的影響。

在特技模型比賽或表演時，我們有時看見一些模型飛機起飛以后發(fā)動機就啞了，因此運動員不能作動作，只有平飛或強迫著陸；有時我們也看見一些自由飛在脫手以后發(fā)動機馬力就小了。這常常都是油面的關系(當然有時也是貧富油影響)。有的運動員在發(fā)動機起動以后，用手握著模型上下翻轉來調整油門，這就是為了減少油面的影響。從發(fā)動機設計的觀點來考慮，是那些因素影響發(fā)動機對油面敏感呢？主要的影響因素有二：第一是發(fā)動機的吸油能力，也就是曲軸機匣的增壓比。在大型的柴油機上都是用注油泵的。第二個因素也是汽化器的形式。油面的改變一般都是對發(fā)動機有很大影響的。為了減少這種影響，我們是盡量增加曲軸機匣的增壓比，可以說這一問題是不能完全解決的，只能在設計時估計到這一問題。

4)怎樣提高發(fā)動機的壽命，工作可靠性。

這是一個很重要而且比較復雜的問題，我們只可能簡單綜合的談談。

提高發(fā)動機工作壽命最有效的方法，是使發(fā)動機的工作轉速不要過高，也就是使活塞在氣缸中上下運動的速率低一些，這樣往復運動零件的應力以及氣缸活塞的磨損都會小一些。所以，可以延長發(fā)動機的工作壽命，同時可以允許使用較便宜的材料，不必經(jīng)過特殊的處理，這就便于推廣普及。

除了上面這個根本性的辦法以外，保證制造質量以及合理的使用維護，也是提高發(fā)動機工作壽命的重要途徑。合理的使用與維護主要是選用合適的燃料，潤滑劑不要使燃料帶有腐蝕性。發(fā)動機運轉時應注意周圍空氣的潔凈，不能在吸入的空氣中帶有灰塵，否則將氣缸研壞。在北方有風砂的季節(jié)內，在戶外使用發(fā)動機這是一個很嚴重的問題，常常有些運動員不注意這些問題在有風時仍在戶外磨車，這將大大減低機發(fā)動的壽命。合理的磨車以及合理的燃料配方都能促使發(fā)動機提高功率，提高工作壽命。

發(fā)動機工作的可靠性，就是指發(fā)動機在整個工作壽命內工作性能很穩(wěn)定不易出問題。保證發(fā)動機工作可靠一方面是設計得合理，另一方面是制造的質量。我們這兒談設計上的問題。在發(fā)動機上經(jīng)常容易出現(xiàn)的問題可分為兩類：一類是破壞性的如曲軸斷裂，連桿彎曲和斷裂，機匣破裂，這些當然多半是設計有問題選用的材料不合適。例如英國出產(chǎn)的(AMCO3·5立方公分)發(fā)動機幾乎每臺的機匣都會破裂。這顯然是設計有問題。另一類問題是工作不穩(wěn)定影響工作性能或者是在飛機模型出事故(自由飛摔下來、特技等著陸不好)時發(fā)動機容易出故障，這類情況如氣缸與機匣容易松動，油針松動，以及油針位置不對沒有彈性裝置容易撞斷等等，這些問題在設計時應該充分的考慮。所以，以氣缸來連接機匣及缸頭是很不好的，這種帶有螺紋的氣缸不能設計的太薄，因為帶有螺紋給熱處理也帶來一定的困難。其制造的準確度也會比圓筒式的氣缸低一些。因此，建議在高速特技無線電等模型上盡量不要采用氣缸螺紋連接的發(fā)動機而盡量采用螺釘連接的發(fā)動機。增加發(fā)動機工作的可靠性，很難得出一條十分明顯的原則來，都需要在具體情況具體的考慮。除了設計上的考慮以外制造質量是特別重要的，這一點將在下一段里講述。

(待續(xù))