低空低速飛行時的效率高。--《活塞式飛機的動力裝置──簡易活塞式發動機與航空螺旋槳技術入門》

2015/2/27  
  
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低空低速飛行時的效率高。--《活塞式飛機的動力裝置──簡易活塞式發動機與航空螺旋槳技術入門》

本書利用簡明以及條列式的文字,描述活塞式飛機的動力裝置(活塞式發動機與螺旋槳),而盡量不引用枯燥的數學演練,不僅可以提供航空相關科系CAA考照以及民航局高考與民航特考的參考,更可做為對航空工程有興趣學生的課外讀物,以及二專、二技、大學航空等相關課程使用。

 

內容試閱

活塞式飛機的發明對其後百年中航空業具備重大的影響與意義,從1903年第一架飛機升空到第二次世界大戰末期,所有飛機都用活塞式航空發動機作為動力裝置,然而由於活塞式發動機的動力小,所以20世紀40年代中期,在軍用飛機和大型民用機上,高速且功率大的燃氣渦輪發動機逐漸地取代了活塞式航空發動機,但是因為螺旋槳在低空低速飛行時的效率高與經濟效益好,而且因為造價低以及易於維修等優點,所以目前仍用於輕型飛機的低速飛機(例如私人飛機、初級教練機及小型運輸機)的使用上,且多為氣冷式的小功率活塞式發動機。
隨著目前二岸的交流頻繁,觀光旅遊業的盛行,許多業者紛紛配合觀光景點著手策劃載客量小以及短程飛行的觀光行程,基於活塞式航空發動機在低空低速飛行時的效率高而且造價低廉的特點,未來可能會成為觀光業者的新寵兒。本章在此,針對其基礎概念做一簡單介紹。

一、飛機發動機的定義
(一) 飛機的定義:由動力裝置產生前進的拉力或推力,由固定機翼產生升力,在大氣層中飛行的重於空氣的航空器稱為飛機。無動力裝置的滑翔機、以旋翼作為主要升力來源的直升機以及在大氣層外飛行的航太飛機都不屬於飛機的範圍。飛機活動的範圍主要是在離地25公里以下的大氣層內(民航機活動的範圍大約是在離地10公里),在大氣層內飛行是飛機的基本特點。
(二) 飛機發動機的功能:航空發動機是飛機產生動力的核心裝置,其主要的功能是用來是指主要用來產生拉力或推力,藉以克服飛機的重力與空氣相對運動時產生的阻力使飛機起飛與前進。

二、活塞式飛機的制動原理與應用限制
如圖二所示,活塞式飛機的制動原理飛機是藉由內燃機的原理,使在氣缸內產生的動力,經由傳動軸將馬力傳輸至螺旋槳,帶動飛機的螺旋槳拍擊大氣空氣,並使空氣加速向後流動時,造成空氣對螺旋槳產生反作用力(拉力)來拉動飛機,使飛機向前推進。
由於活塞式發動機是藉由螺旋槳拍擊大氣空氣並使空氣加速向後流動時產生使飛機向前的驅動力,在高空的時候,空氣稀薄,螺旋槳拍擊空氣的作用不易發揮,因此限制了活塞式發動機飛機飛行高度;在低空的時候,如果要加快飛行速度,那麼高速旋轉的螺旋槳,在其槳葉尖端也會引發音障效應,而使得螺旋槳效率大大降低,而要增加發動機的推力,就要增加發動機氣缸的容積和數量,但這卻會導致發動機本身的重力和體積成倍增長,並使飛機阻力猛增,而且會因為發動機重力過重而使飛機內部結構無法安排。這些問題導致了活塞式發動機只能應用於載重量小,而且只能在低空低速的輕型飛機和超輕型的飛機。

三、活塞式航空發動機的設計要求 活塞式航空發動機是利用內燃機原理以四個行程之動作產生動力,其 運轉原理與汽車引擎並無不同,二者都是將燃油和空氣混合,藉由在氣缸 燃燒後所產生的熱能轉換成機械能,從而獲得推進力的裝置。但是活塞式 航空發動機的性能要求遠比汽車引擎嚴格精密,因此在設計時必須符合下 列五點要求: (一)經濟省油,藉以符合成本效益。 (二)發動機必須以最小單位重量產生最大之馬力。 (三) 在不影響輸出馬力原則下,發動機應具最小之前視面積,藉以降低 形狀阻力。。 (四)安全性高、使用壽限長、維修容易、維修品質與可靠性必須要佳。 (五)成本低廉、制作容易以及方便檢查與維護。

 

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