關於連續性方程和伯努利方程在某活塞發動機燃油系統中的應用分析

　　渦輪軸發動機的燃油系統，由燃油泵、燃油濾、噴油嘴等組成，以保證發動機在各種工作狀態和各種飛行條件下所需要的燃油流量。根據直升機飛行需要，對渦軸發動機燃油系統有以下要求：能在較寬的溫度範圍內正常供油。一般要求的外界氣溫範圍為-60一 60℃。氣溫過低，可能導致處於懸浮狀 的水分結冰，而沉積在燃油濾上將其堵塞，使進入發動機的燃油減少，致使發 動機停車;氣溫過高，燃油在劇熱之下也會分解形成焦炭，同樣會影響燃油系 統正常供油。以下是小編今天為大家精心準備的：相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　全文如下：

　　某通用航空一架PA-44-180 飛機在起飛過程中飛行員反映左發抖動，全風門發動機功率不足。飛機降落後，在地面試車發現左發在低轉速時排氣管冒黑煙，前推油門發動機抖動劇烈。

　　1 原因查詢

　　開啟左發動機整流罩，拆下進氣盒和汽化器，檢查發現汽化器進氣盒後擋板氈墊脫落，卡在文氏管處。PA-44-180 飛機上進氣盒安裝在汽化器的後部，為防止進氣系統結冰或出現結冰時將冰除去，進氣盒上安裝有加溫風門，通過選擇風門的位置來選擇進入發動機的空氣是加熱過的還是未加熱的。風門上的氈墊起密封作用，保證進氣系統的進氣效率;風門在開關過程中和進氣盒後擋板相碰，後擋板上氈墊起到防磨和密封作用。

　　2 故障分析

　　汽化器是汽化器式燃油系統的主要附件。它的作用是：將燃油噴入進氣道中，並促使燃油在氣流中霧化和汽化，以便和空氣組成均勻的餘氣係數適當的混合氣。汽化器的工作正常與否，對發動機在各種狀態下的工作有決定意義。汽化器有三種形式：浮子式汽化器、薄膜式汽化器和噴射式汽化器。PA-44-180 飛機上採用的是浮子式汽化器，是在簡單浮子式汽化器的基礎上增加了慢車裝置、主定量裝置、經濟裝置、加速裝置、高空調節裝置和停車裝置等，從而保證飛機在任何轉速和高度都能正常工作，具有良好的加速和經濟效能。

　　理論空氣量是1kg 燃料完全燃燒所需要的最少空氣量，用L 理表示。但在發動機實際燃燒時，混合氣中燃油量和空氣量都有可能變化。那麼，實際同1kg 燃料進行混合燃燒的空氣量叫做實際空氣量，用L 實表示。實際空氣量不一定等於理論空氣量，為了反映混合氣的貧、富油程度，引進一個概念：餘氣係數。餘氣係數是混合氣中的實際空氣量與混合氣中燃料完全燃燒所需的理論空氣量的比值，用α 表示，

　　根據餘氣係數的定義可以看出，當α<1 時，混合氣中實際空氣量小於理論空氣量。那麼，混合氣燃燒時，燃料富足而氧氣不足，燃料不能完全燃燒。反之，當α>1 時，燃料能夠完全燃燒。稱α<1 的混合氣為富油混合氣，α>1 的混合氣為貧油混合氣。α 偏離1 越多代表混合氣富/貧的越厲害。

　　實驗表明：任何碳氫燃料與空氣組成的混合氣，無論是在靜止或是在流動狀態下燃燒，一般都是混合氣的餘氣係數α 為0.8~0.9時，火焰傳播的速度最大。而當α 過大或過小超過某一極限時，火焰則不能傳播，即發動機不工作。火焰能夠傳播的最小余氣係數叫做富油極限，最大餘氣係數叫做貧油極限。

　　由於發動機功率、燃油消耗率和汽缸頭溫度都與餘氣係數密切相關，所以在飛行中，應根據發動機實際狀態，調整餘氣係數來滿足飛行效能要求。

　　發動機大轉速工作狀態，一般用於起飛、復飛和爬升，此時需要發動機發出較大功率。當α 為0.8~0.9 時，火焰傳播速度最大，此時，發動機的有效功率也最大。這樣，即可保證發動機發出較大功率，同時富油混合氣也可防止發動機過熱。中轉速工作狀態是發動機工作時間最長的一種狀態，此時需要發動機工作穩定、安全，同時有較好的經濟性。α 一般設定為0.9~1.0。

　　發動機小轉速工作狀態一般用於下降、著陸和滑行。由於此時進氣量較少，而殘餘廢氣量變化不大，廢氣沖淡嚴重。所以為了保證發動機穩定工作，需要發動機富油工作，α 一般設定為0.7~0.8。

　　活塞發動機在進氣行程中活塞向下死點運動，此時氣缸內的壓力降低，大氣經過汽化器、進氣管進入氣缸。為研究此時油氣混合情況，先熟悉兩個方程：連續性方程和伯努利方程。

　　通常情況下，可以將空氣看成是理想氣體。為簡化問題，可將汽化器中空氣的流動看作是穩定流動，即：空氣中任一點的壓力、速度和密度都不隨時間變化。空氣在汽化器中流動時，將垂直於空氣流動方向的截面積稱為流通截面。單位時間內通過某流通斷面的空氣的體積稱為流量，用q 表示。實際上，由於流體在管道中的流動時的速度分佈規律是拋物面，計算較為困難。為便於計算，現假設經過流通截面上的流速是均勻分佈的，且以平均流速Va 流過，流過斷面的流量等於流體實際流過該斷面的流量。

　　由於空氣密度ρ 為常數，由質量守恆定律可知理想氣體在通道中作穩定流動時，液體的質量既不會增多，也不會減少，因此單位時間內流過通道中任一流通截面的質量是相等。

　　流體的連續性方程說明理想流體在通道中穩定流動時，流過各截面的流量相等，而流速和流通截面的面積成反比。因此，當流量一定時，管道細的地方流速大，管道粗的地方流速小。

　　理想流體在通道內穩定流動時沒有能量損失，在流動過程中，由於它具有一定的速度，所以除了具有勢能和壓力能外，還具有動能。即：動能+重力勢能+壓力勢能=常數。

　　對於空氣來說，勢能可以忽略不計.

　　當空氣流經文氏管喉部時***文氏管的最窄處***，由於通道變窄，空氣的流速增大，壓力減小。那麼文氏管喉部和浮子室內的空氣便產生了壓差。浮子室內的燃油則在這個壓差的作用下，從噴油嘴處噴出。然後，噴出的燃油在空氣動力的作用下霧化為微小的油珠，並吸取空氣中的熱量，逐步汽化和空氣均勻混合組成混合氣。

　　噴油嘴噴出燃油的多少，取決於文氏管喉部與浮子室的壓差和定油孔的直徑。壓差和直徑越大，噴出的燃油越多，反之則越少。對於型號確定的汽化器，定油孔的直徑是固定的，那麼影響其噴出的燃油多少則主要取決於文氏管喉部和浮子室的壓力差大小。正常情況下，二者的壓差隨節氣門開度的變化而變化。開大節氣門，文氏管喉部的空氣流速增大，壓力減小，二者的壓差增大，從噴油嘴噴的燃油增多。反之，文氏管喉部的空氣流速減小，壓力增大，二者的壓差減小，噴出的燃油減小。總之，從噴油嘴噴出的燃油多少取決於進氣量的多少，燃油和空氣根據發動機不同工作狀態混合成不同餘氣係數的油氣混合氣，確保發動機在不同轉速下正常工作。

　　氈墊脫落後，由於氈墊尺寸比較大，在氣流的作用下進入並卡在文氏管喉部，阻塞了部分進氣通道導致進氣減少。另外，根據流體的連續性方程和伯努利方程可知，由於文氏管喉部進一步變窄，空氣流速增大，壓力進一步減小，導致文氏管喉部和浮子室內的壓力差進一步增大，從而使噴出的燃油增多。這樣，一方面進氣減少，另一方面噴出的燃油增多，這一減一增就導致發動機富油。所以，就出現排氣管冒黑煙，發動機抖動故障，嚴重時可能導致發動機過富油停車，有很大的安全隱患。

　　3 維護中應注意事項

　　燃油系統是發動機的主要系統，它的工作正常與否對發動機的工作至關重要。氈墊由三個鋼質訂書針固定在後擋板上，由於鋼絲直徑較小，氈墊在氣流和加溫活門摩擦力長時間的作用下，逐漸被鋼絲磨穿而脫落。維護中嚴格執行工作單中的檢查程式，檢查氈墊的固定情況。發現鋼絲有鬆動或脫落，氈墊有磨損或被鋼絲磨穿，及時對鋼絲和氈墊進行處理，預防氈墊脫落，保證發動機工作正常。