航空發動機上的熱交換器風冷還是液冷比較好?

二戰以後風冷發動機被開發的越來越好,幾乎達到了活塞發動機的極限,且因為體積小的特點被艦載機所運用,隨著航空器的發展,發動機需要長時間的耐力,和低速下穩定的散熱由此發展出來液冷式散熱器。

所有發動機都有升溫過熱的問題,因此都必須冷卻。但是飛機發動機的原理與汽車不同,溫度也高出很多,因此不能採用汽車發動機的冷卻液。但是飛機在飛行時速度很快,空氣流速很高,可以利用空氣這一天然冷卻劑進行冷卻。飛機發動機的冷卻大體上分為兩條冷卻通路----風冷和液冷。

1. 風冷式熱交換器的結構和特點

風冷發動機,是以空氣作為介質的發動機。它在氣缸及缸蓋的外壁鑄造出一些散熱片,並用冷卻風扇使空氣高速吹過散熱片表面,帶走發動機散出的熱量,使發動機冷卻。

星型發動機是一種氣缸環繞曲軸呈星型排列的一種活塞式發動機,氣缸數多為奇數。風冷發動機的特點是結構簡單,質量輕。維護使用方便,對氣候變化適應性強,啟動快,不需要散熱器。它的缺點是缸體和缸蓋剛度差,振動大,噪聲大,容易過熱。

航空發動機上的熱交換器風冷還是液冷比較好?

2. 液冷式發動機的結構和特點

液冷式發動機是描述發動攻擊在運作時產生的廢熱是經由環繞在汽缸外圍的冷卻液的管線加以排除。冷卻液在機收氣缸的熱量之後會通過一個熱交換器,將吸收的熱量與外界的空氣進行交換,接著冷卻液會回到儲存箱中繼續循環運作。

航空發動機上的熱交換器風冷還是液冷比較好?

發動機採用液冷式的特點在於雖然存在冷卻水箱以及管線的體積,但是在正面截面積上還是要比風冷式發動機要小,飛行時產生的阻力也比較低且採用液冷式發動機的溫度相對來說很好控制。

二 風冷式發動機和液冷式發動機的差異

1.風冷式和液冷式的結構特性

風冷式發動機利用飛機飛行時的高速氣流直接帶走發動機產生的熱量,星型發動機幾乎都是風冷,這種結構形式可以讓所有氣缸都正面面對氣流,很有利於風冷散熱。而且還可以節約長度上的空間。

液冷式散熱比較適合直列式的發動。因為直列式的發動機更加緊湊,適合佈置冷卻液管路。以及直列式發動機若使用風冷有一個天生的劣勢--發動機的氣缸是按照順序排列下來的,前面的氣缸被空氣冷卻了,但是後面的氣缸遇到的冷卻空氣溫度就會較高。故此冷卻效果會下降。

2. 風冷和液冷熱媒介質的差異

風冷式直接利用周圍高速流動的空氣為熱力媒介帶走熱量,水冷式需要用以乙二醇,軟化水,腐蝕抑制劑和其他添加劑混合成的冷卻液,冷卻液在吸收氣缸的熱量後會通過一個熱交換器,將吸收的熱量與外界空氣進行交換,接著冷卻液會回到儲存箱中繼續循環運作。

3. 風冷式和液冷式工作條件的差異

風冷式要求發動機周圍有較高流速的空氣,且氣缸要並列佈置,保證散熱面與空氣的接觸。還有氣缸外要加工成散熱片以增大散熱面積,提高傳熱效果。若是大功率發動機還要求裝有密閉風罩,以減小風的損失。

液冷式要求冷卻液具有足夠的冷卻能力,保證所有工況下發動機出水溫度低於所要求的許用值。需要安裝水泵來為冷卻液在管路中的循環提供動力。要考慮排除不凝性氣體,防止其影響傳熱效果。要考慮冷卻液受熱膨脹,要考慮膨脹空間,一般佔系統容積的4%-6%。設置水溫報警裝置,管路密封良好,不漏氣不漏水。

三 風冷式發動機和液冷式發動機的優點和缺點

1. 風冷式發動機的優點

(1) 經濟性好

風冷式發動機在燃油溫度一定的情況下,缸壁溫度越高,發動機散發到空氣的熱量越少,因而熱效率越高,燃油經濟性越好。通常風冷發動機缸壁溫度要比液冷發動機缸壁溫度高數十度,因而風冷式發動機的熱效率要高。

(2) 噪聲小

直接冷卻比間接冷卻需要的空間少大約30%,這可以看出直接冷卻的效率高。因而直接空氣冷卻具有空氣進口截面小和噪聲傳出截面小的優點。特別當發動機裝上外罩時更是如此。

(3)可靠性高

使用實踐證明,液冷式發動機20%-30%的故障是由冷卻系統故障導致的。而風冷系統不需要設置水冷卻系統,所以其故障率要比液冷式要低27%.風冷式發動機更不會產生腐蝕,鏽蝕,穴蝕以及缸體缸蓋和散熱器內積水溝的弊病。

2. 風冷式發動機的缺點

缺點是冷卻面不均勻、熱負荷較高、風扇消耗功率較大。且對周圍氣體流速有一定的要求。

3. 液冷式發動機的優點

(1) 散熱效果好

加壓的液冷式發動機散熱效果較好,發動機可以較高轉速運作,使用飛機發動機上面時,比較不會受到高度的影響而大幅減弱散熱的效果。雖然液冷發動機製作工藝複雜,但是性能上提升的空間要比風冷要強很多,因為發動機工作溫度可以很好的控制。

(2) 適用面廣

大型飛機需要更長時間的發動機耐力,液冷發動機更合適。由於工作特性和發動機的工作原理,風冷式發動機工作時需要一定的飛行速度,也就是要保持發動機外面有足夠的風可以帶走發動機的熱量,而大型飛機加速很慢,沒有風速就沒有強制風來散熱,就會造成散熱上的問題。這個特點更加確定大型飛機要使用液冷式發動機。

4. 液冷式發動機的缺點

(1) 構造複雜成本高

相對於風冷式發動機,液冷式發動機需要設計液體管路,液體流動的壓力,傳熱效果等,因此製作工藝相對複雜,成本相對較高。

(2) 故障率高

使用實踐證明,液冷式發動機20%-30%的故障是由冷卻系統故障導致的。還會因為管路內有不凝性氣體從而影響到缸體之間的換熱效果。管路中還會出現腐蝕,穴蝕,鏽蝕以及缸體,缸蓋管路中水垢等問題。導致維護量加大。

5.風冷還是水冷?

通過風冷和液冷倆種散熱方式的優缺點對比,我們得出倆種散熱方式的使用範圍。通常,液冷式發動機截面積要小於風冷死發動機,比較適合戰鬥機使用,冷卻效果也好一點,可以獲得更高的速度。缺點是冷卻循環系統脆弱,,抗損性差。星型發動機可以疊加,這是直列或者V列液冷發動機達不到的。可以獲得更大的馬力,但是截面積也要增大,不太適合戰鬥機使用。且疊加的越多散熱問題也就越突出。


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