前言：本文目的在于介绍并讲解直升机构造（外部—内部）。图文并茂形式展现直升机魅力，各部位工作原理。为了方便讲解，本文基于罗宾逊R-22作为训练机型。第一季共⑩集，主讲包括：①机身②发动机③滑油系统④燃油系统⑤电路系统⑥传动系统⑦旋翼系统⑧皮托管与静压管⑨陀螺仪⑩磁罗盘

关于作者：侯立铭（ Damien ）毕业于美国洛杉矶直升机公司，持有FAA颁发商照、教员照。

作者的话：本人只是小飞一枚，此次课题意在分享、交流经验，如有错误瑕疵请多多指正。

航空发动机（Aircraft Engine）：航空发动机是指一种高度复杂和精密的热力机械（将热能转换为动能），为航空器提供飞行所需动力的发动机。

注：相比涡喷式，涡桨式（个人理解 涡桨=涡喷+螺旋桨）在发动机前端加装螺旋桨，螺旋桨与尾部喷流同时提供了推力，使得此型发动机更具经济性。

注：螺旋桨同时更好的为发动机进气口提供加速气流。

注：相比涡喷式，涡扇式在进气口出加装了一级转子叶片（个人理解 涡扇=涡喷+风扇）发动机前方的转子使得进气压缩效率更高，能比涡喷式产生多30%-75%的推力。

注：注意观察，涡轮与涡扇的区别在于增加了风扇的排气口（即图中Fan exit flow的位置）使得发动机推力得以加强。

注：Lycoming_T55-GA-712。涡轴只用涡轮机的做功带动传动轴，并没有利用发动机的排气推力。

注：原理类似涡喷，但是只用到了涡轮排气驱动传动轴那部分扭矩，通过齿轮箱传动于直升机旋翼主轴。

使用涡轴发动的几种机型：

注：卡曼 K-MAX 1991年12月23日首飞。专为吊装而生。

注：武直19 ，2010年7月首飞。代号“黑旋风”国之傲，不多说！

注：S-64 “大蜻蜓”再次上镜，笔者实在太喜欢，没办法。

涡轮发动机通常分为五个部分：进气—压缩—燃气发生器—涡轮做功—排气。

注：由于旋翼位于引擎上方，故进气道开口向上，使得进气效率加强。

注：涡轮转子带动主传动轴，并通过齿轮箱将旋转力矩传送与主旋翼和尾桨。

往复式活塞发动机（Reciprocating Engine）：一种将燃气热能直接转化为机械能的引擎。

航空活塞发动机主要分为：直列式、V-型、星型和水平对置四种。

直列式（In-line）：是指汽缸是按直线排列的，它所有的汽缸均按同一角度肩并肩排成一个平面。

优点，稳定，成本低，结构简单，运转平衡性好，体积小稳定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛。；缺点，当排气量和汽缸数增加时，发动机的长度将大大增加。

V-型（V-Engine）：是将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定的夹角布置在一起，使两组汽缸形成两个有一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形。

优点,运转稳定、节省空间（比如劳斯莱斯V18牛逼啊）；缺点,结构比较复杂，不利于保养和维修，并且造价较高。

星型（Radial）：代表日本零式，美国P47，各汽缸呈360°围绕曲轴排列。

优点，可靠性高，重量轻、刚性好，功率提升潜力大，维修性和生存性也不错.普惠公司的巨黄蜂 R-4360达到28个汽缸；缺点，迎风面面积大，造成飞行时的阻力大。

水平对置（Horizontally Opposed）：各汽缸（偶数型）呈180°对置摆放，又称“拳击手”。

优点,低重心,产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低，更容易达到整体平衡。低振动,活塞运动的平衡良好（180度左右抵消）。相比直列式，在曲轴方面所需的平衡配重因素减少，有助转速提升。它能保持650转的低转速，并保证发动机平稳的工作。同样相比其它发动机行式油耗最低。

缺点：造价高，发动机太宽。

曲轴箱（Crankcase）：位于气缸侧方，曲轴用于传送由气缸中活塞运动取得的机械能从而转动曲轴为旋翼提供能量。

汽缸（Cylinder）：发动机主要构件之一，用于盛放活塞头与进气排气阀门。缸内用于油气混合燃烧爆炸并做功。

汽缸头（Cylinder head）：发动机燃烧室的一部分，大多数现代发动机将进气排气阀门还有火花塞置于汽缸头中。

活塞（Piston）：位于汽缸内，通过油气混合物爆炸燃烧而上下运动，连接于曲轴，是化学热能转换至机械能的主要部件。

曲轴（Crankshaft）：活塞发动机的核心部件，采用合金钢与硬轴抛光拥有高强度，连接于活塞。在传动中起到至关重要的角色。

曲柄针（Crankpin）：用于固定曲轴，属于发动机曲轴。

注：火花塞！就是理论考试那个富油容易积碳的家伙。

进气（Intake）：进气阀门打开，活塞向下移动，油气混合物进入汽缸（燃烧室）。进气主要分为自然吸气和涡轮增压进气两种，进油主要分为汽化器与直喷式两种。

压缩（Compression）：进气阀门关闭，活塞向上移动，油气混合物在汽缸内被压缩。

燃烧（Combustion）：由两个磁电机为火花塞提供源源不断的电能从而点火，点燃油气混合物，燃烧产生爆炸使得活塞向下移动，并推动曲轴。

排气（Exhaust ）：排气阀门打开，活塞向上移动，活塞的推动使得汽缸这一密闭空间内的废气向外排出。

注：【活塞发动机工作原理】

进气系统（Induction System）：活塞发动机中，整个进气系统尤为重要，包括空气滤清器（Air Filter），汽化器加温器（Carburetor Heater ）和备用空气阀门（Alternate Air Valve）或选装涡轮增压器（Turbocharger）。所有的管道用于输送清洁空气进入汽缸。

自然吸气（Normally Aspirated）：利用大气压力将油气混合物推送至汽缸内的一种进气方式。这里提一个小乐趣，在口试时，由于记不起Aspirated这个单词，当被问及R-22发动机简述时，我将这种方法称之为“Normally Sucked”哈哈哈哈哈，我师父骂我“you sucks”

注：空气滤清器，用于过滤空气杂质，使得干净空气进入汽缸。

涡轮增压器（Supercharged）：涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。（Golf

汽化器（Carburetor）：一种使用文氏管这一基础物理原理，在仅仅改变管道中体积而改变油气混合物流速的装置。（大名鼎鼎的伯努利定理！！！以后在空气动力那一集会详细阐述）

注：汽化器（Carburetor）：左上三孔把柄连接至总距的油门环；右上名为“蝴蝶口”其开度大小控制进入汽缸的油气混合物多少；左下为油管接口；右下为内部，细铜管为喷油口，在文氏管前与空气结合后通过伯努利喷射至汽缸。

伯努利定律（Bernoulli's Principle）：随流体（空气、水等等）流速增大，与此同时压力减小。

注：管道收缩使得压力减小，流速增大。瞬时将油气混合物射入汽缸！

混合比调节杆（Mixture Control）：空气与燃油比为15:1 ，用于调节富油贫油来应对空气的变化（高度，海拔，冬季夏季，下雨，雾气，反正一切使空气密度变化的因素）。由于直升机的旋翼需要时刻保持绿区转速，FAA对于直升机飞行员规定不被允许在飞行时调节混合比（因出现过调节时拔多了过贫油导致发动机空中停车的事故）。这里不做过多叙述。

注：杆上安全套！因出现过与汽化器加温杆误操，而在三边出现发动机停车，故在飞行时应注意（主要是带飞新学员时）。

燃油直喷系统（Fuel Injection System）：燃油直喷燃烧技术(GDI)就能够将内燃机的燃料效率提高20%。这一新技术的基础技术的应用起源于30年代，但长期以来没有得以发展，只是到了近两年，由于电子技术和其它系统的性能的提高，才使这种新概念有所作为。R44 RAVEN 因采用直喷系统，故拥有不同的点火技巧。

磁发动机（Magneto）：利用永久磁铁产生磁场的小型交流发电机，是汽油机点火系统中的点火电源。磁电机点火系统由开关、点火线圈、断电器、电容器、分电器和安全放电装置等组成，它高压电并产生分配给各气缸的火花塞。若磁电机与点火开关的地线断开时，钥匙转到关车位（OFF）时无法熄火。

注：R-22 磁电机。左磁电机为主电机。负责启动时点火，故右磁电机中安装有发动机转速感应器用于测量发动机转速。

注：一个孔对应一个汽缸，故可根据6孔判断 6缸发动机（R-44）。

早燃（Pre-ignition）：早燃是一种发动机的常见的反常现象。造成这种反常现象的主要原因是，发动机在重负荷下工作过久或因某种原因而造成温度过髙，使燃烧室内火花塞两电极、排气门顶部、活塞顶部的炭渣，以及燃烧室内的某些尖凸之处受热过高，散热不良而形成“热点”，造成了火源。这种火源起了与电火火花相似的作用，不过点燃的时刻毫无规律，无法控制。如果早燃的时间比正常点火时间提前不多，那么发动机的反常现象就不很显著。如果早燃的时间比正常点火时间提前很多，就能使发动机的功率显著下降，发动机件期损坏。早燃严重时，能在汽化器处放炮，甚至使机器不能工作。

爆震（Detonation）：在某种条件下（如压缩比过高），发动机机的燃烧会变得不正常，此时火焰传播速度和火焰前锋形状发生急剧的改变。原因有：点火角过于提前,发动机燃烧室过度积碳,发动机温度过高,空燃比不正确,燃油辛烷值过低,燃油清洁度不够。

排气系统（Exhaust）：小心烫吧，请阅读SN-17不要降落在高干草附近。

最后学习一下R-22 发动机：

4缸水平对置直驱发动机，气冷，装备汽化器，自然吸气。

气冷（Air Cooled）：喝开水，用嘴吹一个意思咯。

注：“鼠笼式”风扇，为发动机提供散热之用。

注：红色塑料贴片为平衡片，用于平衡“鼠笼”旋转。

注：汽缸外部的这种设计很简单有效的增加了散热效果呢。

注：拆拆拆！两边大孔进汽和排气，中间小孔插个火花塞。

注：汽缸头温度很直观的让飞行员在座舱内了解发动机汽缸的工作状态。感应器位于4号汽缸（由于4号汽缸距离“鼠笼”风扇最远，故散热相对最差，4号正常其他肯定也就OK啦）

发动机温度（Engine Temperature）：温度过高可能原因：飞行员使用过多的功率，油气混合过贫油，使用低于正常使用标号的燃油。温度过高会导致的几个情况：功率损失，滑油消耗严重，会造成发动机内部永久性损伤。

如何读表（how to read）：绿/正常操作范围；黄/需预防或特殊情况运行；红/操作限制！红灯停！ 请阅读SN-37

注：主旋翼轴减速箱冷却风管。

注：交流发动机冷却风管。

进气压力（Manifold Pressure）：用于测量进气系统管道内的空气压力，通常用英寸汞柱作单位表示。

注：R-22进气压力的感应器位于3号汽缸外部。为什么我忘了，记起来再做补充，对不住了。

注：在转速104%时，应读在13” 若高指，检查点火开关是否位于双磁电机位“BOTH”。

注：转速表感应器位于右磁电机内。

注：超转10%——发动机必须交于机务检查。超转5%——可检查也可不用检查。转速低于绿区——发动机功率问题或电力不足或某个磁电机损坏，须交于机务检查。

注：1，加油门时，确保电子调节器（Governor） ON。 2，确认电子调节器能否将转速始终维持在绿区。3，轻握油门环，让电子调节器很好的控制转速。

注：发动机工作时，请勿离开直升机！别被旋翼削的血呼啦差。

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 　　1．物质是由分子组成的。分子若看成球型，其直径以10^-10m来度量。

 　　2．一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。

 　　①扩散：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。

 　　②扩散现象说明：A、分子之间有间隙。B、分子在做不停的无规则的运动。

 　　③课本中的装置下面放二氧化氮这样做的目的是：防止二氧化氮扩散被误认为是重力作用的结果。实验现象：两瓶气体混合在一起颜色变得均匀，结论：气体分子在不停地运动。

 　　④固、液、气都可扩散，扩散速度与温度有关。

 　　⑤分子运动与物体运动要区分开：扩散、蒸发等是分子运动的结果，而飞扬的灰尘，液、气体对流是物体运动的结果。

 　　3．分子间有相互作用的引力和斥力。

 　　①当分子间的距离ｄ＝分子间平衡距离r，引力＝斥力。

 　　②ｄ＜ｒ时，引力＜斥力，斥力起主要作用，固体和液体很难被压缩是因为：分子之间的斥力起主要作用。

 　　③ｄ＞ｒ时，引力＞斥力，引力起主要作用。固体很难被拉断，钢笔写字，胶水粘东西都是因为分子之间引力起主要作用。

 　　④当ｄ＞10ｒ时，分子之间作用力十分微弱，可忽略不计。

 　　破镜不能重圆的原因是：镜块间的距离远大于分子之间的作用力的作用范围，镜子不能因分子间作用力而结合在一起。

 　　1．内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。

 　　2．物体在任何情况下都有内能：既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。

 　　3．影响物体内能大小的因素：①温度：在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大；②质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同；④存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。

 　　4．内能与机械能不同：

 　　机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关。

 　　内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。

 　　5．热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。

 　　温度越高扩散越快。温度越高，分子无规则运动的速度越大。

 　　三、内能的改变

 　　1．内能改变的外部表现：

 　　物体温度升高（降低）──物体内能增大（减小）。

 　　物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）──内能改变。

 　　反过来，不能说内能改变必然导致温度变化。（因为内能的变化有多种因素决定）

 　　2．改变内能的方法：做功和热传递。

 　　A、做功改变物体的内能：

 　　①做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加。物体对外做功物体内能会减少。

 　　②做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化。

 　　③如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。（Ｗ＝△Ｅ）

 　　④解释事例：图15．2-5甲看到棉花燃烧起来了，这是因为活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花燃点使棉花燃烧。钻木取火：使木头相互摩擦，人对木头做功，使它的内能增加，温度升高，达到木头的燃点而燃烧。图15．2-5乙看到当塞子跳起来时，容器中出现了雾，这是因为瓶内空气推动瓶塞对瓶塞做功，内能减小，温度降低，使水蒸气液化凝成小水滴。

 　　B、热传递可以改变物体的内能。

 　　①热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。

 　　②热传递的条件是有温度差，传递方式是：传导、对流和辐射。热传递传递的是内能（热量），而不是温度。

 　　③热传递过程中，物体吸热，温度升高，内能增加；放热温度降低，内能减少。

 　　④热传递过程中，传递的能量的多少叫热量，热量的单位是焦耳。热传递的实质是内能的转移。

 　　C、做功和热传递改变内能的区别：由于它们改变内能上产生的效果相同，所以说做功和热传递改变物体内能上是等效的。但做功和热传递改变内能的实质不同，前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。

 　　D、温度、热量、内能的区别：

 　　1．比热容：⑴定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃时吸收（放出）的热量。

 　　⑵物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。

 　　⑶比热容是物质的一种特性，大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。

 　　⑷水的比热容为4．2×10³J（kg·℃）表示：1kg的水温度升高（降低）1℃吸收（放出）的热量为4．2×10³J。

 　　⑸水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。

 　　2．计算公式：Ｑ_吸＝Ｃm（t－t₀），Ｑ_放＝Ｃm（t₀－t）。

 　3．热平衡方程：不计热损失Ｑ_吸＝Ｑ_放。

 　　五、内能的利用、热机

 　　（一）内能的获得──燃料的燃烧

 　　燃料燃烧：化学能转化为内能。

 　　（二）热值

 　　1．定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

 　　3．关于热值的理解：

 　　①对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

 　　②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。

 　　3．公式：Q＝mq（q为热值）。

　　实际中，常利用Q_吸＝Q_放即cm（t-t₀）=ηqm′联合解题。

 　　4．酒精的热值是3．0×10⁷J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3．0×10⁷J。

 　　煤气的热值是3．9×10⁷J/m³，它表示：1m³煤气完全燃烧放出的热量是3．9×10⁷J。

 　　5．火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。

 　　6．炉子的效率：

 　　①定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

 　　（三）内能的利用

 　　1．内能的利用方式：

 　　⑴利用内能来加热；从能的角度看，这是内能的转移过程。

 　　⑵利用内能来做功；从能的角度看，这是内能转化为机械能。

 　　2．热机：定义：利用燃料的燃烧来做功的装置。

 　　能的转化：内能转化为机械能。

 　　蒸气机──内燃机──喷气式发动机。

 　　3．内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。

 　　4．内燃机大概的工作过程：内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

 　　5．热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

　　提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失；机件间保持良好的润滑、减小摩擦。

 　　6．汽油机和柴油机的比较：

吸入汽油与空气的混合气体

冲程：活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。 一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。

 　　六、能量守恒定律

 　　1．自然界存在着多种形式的能量。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。

 　　2．在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。

 　　3．在自然界中能量的转化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。

 　　4．能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

 　　能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。