小型航空器用甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合

周濤++陳明

摘 要：小型航空器的動(dòng)力系統(tǒng)主要是電力或燃料動(dòng)力，而使用燃料作為動(dòng)力的小型航空器發(fā)動(dòng)機(jī)大多使用甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)，此種發(fā)動(dòng)機(jī)以甲醇作為主燃料，在主燃料中添加蓖麻油作為潤滑劑，亦可添加硝基甲烷用于增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。此類發(fā)動(dòng)機(jī)出廠時(shí)通常未經(jīng)磨合，因此在投入飛行前需進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)磨合工作。而此類發(fā)動(dòng)機(jī)磨合工作的好壞將會(huì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)正式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工作性能，從而影響整個(gè)航空器的飛行性能。該文介紹了用于某種小型無人機(jī)的46級(jí)兩沖程發(fā)動(dòng)磨合工作的基本過程。

關(guān)鍵詞：小型航空器 甲醇發(fā)動(dòng)機(jī) 磨合

中圖分類號(hào)：E920 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（c）-0057-01

小型航空器如無人機(jī)，其動(dòng)力的提供主要依靠電力或燃料動(dòng)力，以燃料作為動(dòng)力的小型航空器多使用兩沖程或四沖程電熱式發(fā)動(dòng)機(jī)，此類發(fā)動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行磨合工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合主要是讓發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)載、低速、高潤滑的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，以讓曲軸機(jī)構(gòu)試運(yùn)轉(zhuǎn)，使氣缸活塞與氣缸壁磨合到較好的配合精度，磨合工作的好壞會(huì)直接影響到此種發(fā)動(dòng)機(jī)在正式投入飛行時(shí)的最大功率、工作穩(wěn)定性和使用壽命等多方面性能，因此是一項(xiàng)極其重要的工作。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)的清洗

通常未使用過的發(fā)動(dòng)機(jī)在曲軸箱內(nèi)會(huì)殘留有大量的潤滑油；需要進(jìn)行清洗工作。發(fā)動(dòng)機(jī)的清洗多使用煤油，也可以使用酒精，清洗時(shí)應(yīng)先拆下發(fā)動(dòng)機(jī)汽化器單獨(dú)浸泡在清洗劑中，旋轉(zhuǎn)風(fēng)門搖桿以使汽化器內(nèi)的同軸機(jī)構(gòu)充分旋轉(zhuǎn)從而清洗汽化器內(nèi)的污垢，在清洗汽化器時(shí)應(yīng)當(dāng)注意不能改變輔助油針的位置。而后即可開始清洗發(fā)動(dòng)機(jī)主體，清洗時(shí)應(yīng)將進(jìn)氣口開至最大，用注射器向進(jìn)氣口內(nèi)注入清洗劑，然后一邊正向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸一邊在進(jìn)氣口打開時(shí)注入清洗劑，同時(shí)檢查曲軸的旋轉(zhuǎn)是否正常，氣缸壓縮時(shí)氣密性是否良好。在注入20～30 cc清洗液后，快速旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸使清洗液在曲軸箱和氣缸中快速流動(dòng)，充分沖刷發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部和油路，清洗時(shí)可將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體朝下以使清洗液能充分沖刷發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部。在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)清洗液會(huì)從曲軸箱進(jìn)入掃氣道而后到達(dá)氣缸最后從排氣口噴出，全面沖刷發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)油路。在一次注入的清洗液全排出后，繼續(xù)加入清洗液重復(fù)以上工作，反復(fù)進(jìn)行3～4遍，將汽化器安裝回原位，發(fā)動(dòng)機(jī)的清洗工作即可完成。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合

磨合前應(yīng)準(zhǔn)備一個(gè)用于固定發(fā)動(dòng)機(jī)的試車臺(tái)以及啟動(dòng)電池、啟動(dòng)器、光敏測速器等工具，試車臺(tái)應(yīng)能牢固的固定住發(fā)動(dòng)機(jī)，并能方便的拆卸和啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料箱加注燃料、調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)門、避免發(fā)動(dòng)機(jī)出氣口噴出的廢油氣造成污染并保證發(fā)動(dòng)機(jī)與郵箱位于同一水平高度。在發(fā)動(dòng)機(jī)清洗工作完成后，即可將發(fā)動(dòng)機(jī)固定到試車臺(tái)上準(zhǔn)備開始磨合工作。小型航空使用的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)通常為電熱式發(fā)動(dòng)機(jī)，采用電啟動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的頂部裝有一個(gè)鉑金屬電熱絲，在啟動(dòng)時(shí)使用1.3～1.6V電壓將其加熱以點(diǎn)燃噴入氣缸的燃料空氣混合氣，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作后即可將此電壓撤除，電熱絲依靠燃料燃燒的余熱保持紅熱狀態(tài)以維持發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。此次使用的46級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，其配套燃料箱的容積為300 cc。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)載、低速、高潤滑的情況下工作，所使用的燃料與潤滑劑比例應(yīng)當(dāng)較高，一般甲醇與蓖麻油體積比為3：1，而經(jīng)磨合后投入正常使用時(shí)其體積比通常為4：1～3.5：1。

2.1 低速磨合

加入配套燃料箱容積3/4～4/5的燃料，將燃料箱出油管連接到發(fā)動(dòng)機(jī)汽化器的進(jìn)油口，將燃料箱增壓管連接到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的增壓氣出口，將汽化器進(jìn)氣口開到最大，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳以最后檢查曲軸機(jī)構(gòu)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。將油針關(guān)閉而后再打開兩至三圈，堵住進(jìn)氣口旋轉(zhuǎn)螺旋槳4～5圈以使燃料箱中的燃料進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，放開進(jìn)氣口；先使用啟動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)3～4s以使燃料初步汽化并散布于缸體內(nèi)，而后使用啟動(dòng)電池及啟動(dòng)器啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)開始正常工作后即可撤下啟動(dòng)電池及啟動(dòng)器。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)即進(jìn)入低速磨合運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在保持進(jìn)氣口最大的同時(shí)調(diào)整油針，并用測速器使發(fā)動(dòng)機(jī)處于3000～4000轉(zhuǎn)/min的低速狀態(tài)下工作直至燃料耗盡。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻后，檢查氣缸蓋是否松動(dòng)，而后繼續(xù)添加燃料啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)以上工作。磨合3次后，即可檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率性能和最小功率性能，而后設(shè)定出最佳的油針位置。

2.2 油針的設(shè)定

繼續(xù)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，調(diào)整油針以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的一次進(jìn)油量，使發(fā)動(dòng)機(jī)由過飽和進(jìn)油狀態(tài)向最佳進(jìn)油狀態(tài)轉(zhuǎn)變，同時(shí)轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至約14000轉(zhuǎn)/min時(shí)，繼續(xù)減小進(jìn)油量發(fā)動(dòng)機(jī)即會(huì)進(jìn)入缺油狀態(tài)而轉(zhuǎn)速降低直至過熱停車；反之，發(fā)動(dòng)機(jī)則會(huì)進(jìn)入進(jìn)油量過飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速降至約2500轉(zhuǎn)/min時(shí)會(huì)由于進(jìn)油量過多而過冷停車，這是檢查發(fā)動(dòng)最小功率性能的前提。

調(diào)整油針時(shí)，使用光敏測速器等工具輔助，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化是否均勻，并檢查發(fā)動(dòng)機(jī)保持在接近最高功率狀態(tài)或最低功率狀態(tài)工作時(shí)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)而不會(huì)突然停車，一般檢查最高功率狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可保持在13500轉(zhuǎn)/min，最低功率狀態(tài)時(shí)保持在3000～3500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。

兩沖程電熱式發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)通過改變一次工作行程進(jìn)氣量以改變其轉(zhuǎn)速和功率，因此在低速磨合結(jié)束后需將其一次行程進(jìn)油量設(shè)為一個(gè)較好的固定值，此固定值是以磨合時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)最高功率狀態(tài)時(shí)的油針位置為基準(zhǔn)的，即需將進(jìn)油量設(shè)定為進(jìn)氣口全開時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為12500～13000轉(zhuǎn)/min時(shí)的油針位置，以給發(fā)動(dòng)機(jī)一定的余量以適應(yīng)飛行時(shí)變化的環(huán)境，而不會(huì)進(jìn)入危險(xiǎn)的容易發(fā)生突然停車的過熱狀態(tài)。

3 結(jié)論

磨合工作的最后一步亦是一項(xiàng)檢查工作，若發(fā)動(dòng)機(jī)能夠按以上標(biāo)準(zhǔn)正常工作，磨合工作即告結(jié)束。前文所提在清洗汽化器時(shí)應(yīng)注意的輔助油針主要是用于調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)從低速到高速的提速反應(yīng)是較為緩和亦或是靈敏。輔助油針的調(diào)整應(yīng)當(dāng)在主油針的位置確定后再進(jìn)行，一般每次調(diào)整應(yīng)控制在15～30°之間。若調(diào)整失效需要重置輔助油針時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)門搖臂至風(fēng)門全閉狀態(tài)，而后旋入輔助油針螺絲至最底，再旋出1.5圈即可。最后需檢查發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋是否松動(dòng)，并將完成磨合的發(fā)動(dòng)機(jī)保存至陰涼干燥的環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)即處于完成磨合待飛狀態(tài)。

該文作者在某型固定翼無人機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，使用了46級(jí)兩沖程甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，并用上訴方法進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合工作，經(jīng)此方法磨合后的發(fā)動(dòng)機(jī)在測試和投入使用中均表現(xiàn)了出了良好的動(dòng)力性能，保證了整機(jī)性能指標(biāo)，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，并能留出動(dòng)力余量，為后續(xù)的功能擴(kuò)展提供了保證。

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