洪家慶

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

上面我們談過了發(fā)動機(jī)的原始參數(shù)及構(gòu)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(jī)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(jī)的壽命、可靠性及維護(hù)是否方便；⑥制造難易程度；這些因素就是發(fā)動機(jī)設(shè)計者和運動員在設(shè)計和挑選發(fā)動機(jī)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(zhuǎn)化為有利的條件呢？這正是向每一個設(shè)計者提出的問題。在航模發(fā)動機(jī)上考慮經(jīng)濟(jì)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(jì)錄飛行的模型有時卻希望發(fā)動機(jī)能特別省油。因此也不能不考慮耗油率。一臺發(fā)動機(jī)制造是否容易(即工藝性是否良好)是一臺發(fā)動機(jī)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?wù)勗鯓觼頋M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(jī)學(xué)中知道，只與氣缸中平均壓力以及轉(zhuǎn)速有關(guān)。因此一般的發(fā)動機(jī)都盡量的提高工作轉(zhuǎn)速，實際上這是一個最不得已的方法，因為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速加高會帶來一系列的困難。首先提高轉(zhuǎn)速只是在一定范圍內(nèi)有效，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的一次方成正比，而消耗在摩擦上的功率卻是與轉(zhuǎn)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(jī)只有16，000轉(zhuǎn)/分左右，而沒有再繼續(xù)上升的根本原因。同時，提高轉(zhuǎn)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(fù)運動的零件、特別是連桿的負(fù)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(jī)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(zhuǎn)速以外，提高功率的辦法還很多，主要是提高壓縮比、加大進(jìn)氣量、改善換氣質(zhì)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(jī)中比較注意考慮的因素都是加大進(jìn)氣量以及改善換氣質(zhì)量，例如我國近年來出現(xiàn)的一些優(yōu)秀的發(fā)動機(jī)以及國際上有名的發(fā)動機(jī)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(jī)改進(jìn)的特點都是機(jī)構(gòu)構(gòu)造上的改進(jìn)，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(jī)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(xué)習(xí)。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(jī)的運動員都很關(guān)心發(fā)動機(jī)的起動性能，特別是那些初學(xué)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(jī)時留下的傷疤。的確，起動是一個重要的使用性能。但是設(shè)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(shè)計者事先對一臺發(fā)動機(jī)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(jìn)氣壓力；第二是汽化器質(zhì)量、混氣霧化的質(zhì)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(yīng)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(wù)化程度。我們主要談?wù)剼饣鞯男问綄F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(zhuǎn)速中等功率的氣化器

圖8適用于高轉(zhuǎn)速大功率的氣化器

圖7所表示的是一種轉(zhuǎn)速較低中等功率的發(fā)動機(jī)上所常用的，這種氣化器流量比較小，從構(gòu)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(zhuǎn)速下就能得到比較好的務(wù)化效果，也就是說在轉(zhuǎn)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(jìn)氣量大的大功率發(fā)動機(jī)上，因為它的供油量不大，同時進(jìn)氣道阻力也太大。一般高速大功率發(fā)動機(jī)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(yīng)于大的流量，同時進(jìn)氣道的阻力小。這種氣化器的缺點是它只有在額定高轉(zhuǎn)速下進(jìn)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(zhuǎn)速不夠氣流速度低，因此霧化很不好。所以裝有這種構(gòu)造型式氣化器的發(fā)動機(jī)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(zhuǎn)速比起前述的一種要高一些。

為了克服這兩種構(gòu)造的缺點，近來出現(xiàn)了一些改型的構(gòu)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(zhuǎn)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(jìn)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(jī)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(jī)起飛以后發(fā)動機(jī)就啞了，因此運動員不能作動作，只有平飛或強(qiáng)迫著陸；有時我們也看見一些自由飛在脫手以后發(fā)動機(jī)馬力就小了。這常常都是油面的關(guān)系(當(dāng)然有時也是貧富油影響)。有的運動員在發(fā)動機(jī)起動以后，用手握著模型上下翻轉(zhuǎn)來調(diào)整油門，這就是為了減少油面的影響。從發(fā)動機(jī)設(shè)計的觀點來考慮，是那些因素影響發(fā)動機(jī)對油面敏感呢？主要的影響因素有二：第一是發(fā)動機(jī)的吸油能力，也就是曲軸機(jī)匣的增壓比。在大型的柴油機(jī)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(jī)有很大影響的。為了減少這種影響，我們是盡量增加曲軸機(jī)匣的增壓比，可以說這一問題是不能完全解決的，只能在設(shè)計時估計到這一問題。

4)怎樣提高發(fā)動機(jī)的壽命，工作可靠性。

這是一個很重要而且比較復(fù)雜的問題，我們只可能簡單綜合的談?wù)劇?/p>

提高發(fā)動機(jī)工作壽命最有效的方法，是使發(fā)動機(jī)的工作轉(zhuǎn)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(fù)運動零件的應(yīng)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(jī)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(zhì)量以及合理的使用維護(hù)，也是提高發(fā)動機(jī)工作壽命的重要途徑。合理的使用與維護(hù)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(jī)運轉(zhuǎn)時應(yīng)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(fēng)砂的季節(jié)內(nèi)，在戶外使用發(fā)動機(jī)這是一個很嚴(yán)重的問題，常常有些運動員不注意這些問題在有風(fēng)時仍在戶外磨車，這將大大減低機(jī)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(jī)提高功率，提高工作壽命。

發(fā)動機(jī)工作的可靠性，就是指發(fā)動機(jī)在整個工作壽命內(nèi)工作性能很穩(wěn)定不易出問題。保證發(fā)動機(jī)工作可靠一方面是設(shè)計得合理，另一方面是制造的質(zhì)量。我們這兒談設(shè)計上的問題。在發(fā)動機(jī)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(jī)匣破裂，這些當(dāng)然多半是設(shè)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(jī)幾乎每臺的機(jī)匣都會破裂。這顯然是設(shè)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(jī)模型出事故(自由飛摔下來、特技等著陸不好)時發(fā)動機(jī)容易出故障，這類情況如氣缸與機(jī)匣容易松動，油針?biāo)蓜?，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(shè)計時應(yīng)該充分的考慮。所以，以氣缸來連接機(jī)匣及缸頭是很不好的，這種帶有螺紋的氣缸不能設(shè)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(zhǔn)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(jī)而盡量采用螺釘連接的發(fā)動機(jī)。增加發(fā)動機(jī)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(shè)計上的考慮以外制造質(zhì)量是特別重要的，這一點將在下一段里講述。

(待續(xù))