【簡介:】我們現(xiàn)在啟動汽車很簡單,只要將鑰匙插入點火開關,輕輕一扭“噠噠噠”幾聲,汽車就發(fā)動起來。更先進的“無匙啟動”,按下啟動開關就發(fā)動了。
但其實不論汽油機還是柴油機,活塞發(fā)動
我們現(xiàn)在啟動汽車很簡單,只要將鑰匙插入點火開關,輕輕一扭“噠噠噠”幾聲,汽車就發(fā)動起來。更先進的“無匙啟動”,按下啟動開關就發(fā)動了。
但其實不論汽油機還是柴油機,活塞發(fā)動機還是渦輪發(fā)動機,這些發(fā)動機都不具備自我起動的能力。它們總是要借助外力,完成最初的一兩個沖程,使燃料、空氣混合壓縮到位,才能“點火”運轉進入正常工作狀態(tài),這一過程就是“啟動”。
早期的汽車是用搖把手搖起動的,這在以前的“老解放”卡車,包括現(xiàn)在的小型拖拉機上還能見到。而現(xiàn)在的汽車上都有一個電瓶驅動的電起動機,由它替人搖車,就能保護那白皙嬌嫩的小手啦~~
百年前的一戰(zhàn)時代可沒這么幸運,那時沒有電起動機,不僅汽車,連飛機也是由人力起動的。在一些描寫一戰(zhàn)的電影中,我們經(jīng)常看到地勤人員用力扳動螺旋槳,使飛機發(fā)動起來。
飛機發(fā)動機的功率越來越大,汽缸越來越多,人力起動也愈發(fā)困難。尤其是機油冷凝時的冷啟動,更是將地勤人員累個半死。盡管這對鍛煉麒麟臂很有好處,但在營養(yǎng)不良的戰(zhàn)爭時期,浪費體力是有罪的。
所以人們尋找各種新辦法,以節(jié)省人力提高效率。1910年代,英國皇家空軍的飛行隊長查爾斯·哈克斯找到了一種辦法。
他在福特T型車上加裝機械裝置,將汽車動力引出來。用裝置上的接口連接飛機發(fā)動機轉軸,用機械力量將發(fā)動機起動起來,這就是“哈克斯起動器”。
哈克斯不只是一名優(yōu)秀的飛行員,也是優(yōu)秀的工程師。年輕的時候,他還是一名瘋狂的賽車手,經(jīng)常超速,最終以駕照吊銷結束了汽車生涯。
一戰(zhàn)爆發(fā)后,他加入英國空軍,斷續(xù)以飛行員的身份追求夢想。他獲得了多個飛行大賽獎杯,還是第一個駕駛單翼飛機翻滾倒飛的英國人。
哈克斯起動器不但在歐美廣泛應用,也傳播到蘇聯(lián)、日本等國,并一直使用到40年代。
哈克斯起動器很好,但仍有缺點。它需要大量的汽車改裝待命,效率比較低,且只能在固定機場中使用,野外環(huán)境不方便。
發(fā)動機啟動技術繼續(xù)發(fā)展,人們又發(fā)明了電起動、壓縮空氣起動、慣性起動、以及火藥起動等各種方式。
電起動高效便捷,安全環(huán)保。但那個年代的電池不行,能量密度低容量小。能帶動飛機發(fā)動機的電池組體積又太大,重量也重,裝不到飛機上。只能外接電池拖車使用,拖車里有多組蓄電池串聯(lián),有諸多限制。
后來,有一種用火藥推動的“考夫曼起動器”流行開來。它就像一個大號的霰彈槍,使用空包彈產(chǎn)生高速高壓氣體,推動活塞或通過齒輪嚙合曲軸起動發(fā)動機,所以也叫“霰彈槍起動器”。
考夫曼起動器體積小,重量輕,使用方便,不受環(huán)境限制,可以內置到戰(zhàn)斗機上。許多種梅林引擎上都有它的身影,噴火、臺風(二戰(zhàn))、野馬、F4F等戰(zhàn)斗機都曾用過它,是一種應用非常廣泛的起動裝置。
它有單發(fā)和彈倉兩種類型,只要空包彈充足就能高枕無憂了。在坦克和大型拖拉機上也有使用,還頗受歡迎。
二戰(zhàn)中期,隨著電池技術提升,電起動機成熟,考夫曼起動器便逐漸被取代了。
現(xiàn)代大型飛機(民航客機、運輸機、轟炸機等)普遍裝備了APU輔助動力系統(tǒng)。它是一種小型燃氣渦輪發(fā)動機,也叫小發(fā)。
渦扇/渦槳發(fā)動機既可以用地面電源氣源車引電引氣啟動,也可以通過APU系統(tǒng)啟動,方便又靈活。
但在一些小型飛機上,仍然保留了原始的手搖方式,比如運-5運輸機。它機艙內就有手動搖把和插孔,在空中停車都能搖起來,真乃神器也。
現(xiàn)代化的啟動方式越來越便捷,而一二戰(zhàn)時期那些笨拙又有趣的啟動方式也成為經(jīng)典,留在人們的記憶中。
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梁老師說事,為您回答這個問題。
如今很多飛機,坐在駕駛位上按一個按鈕,轟隆隆的就能把飛機這個大家伙給起飛了。
在過去可沒這么簡單,飛機啟動一直都是一個讓人發(fā)愁的事。
從萊特兄弟發(fā)明的第一款飛機開始,飛機發(fā)展到現(xiàn)在,算起來也有一百多年的歷史了,但飛機的點火方式,就經(jīng)歷了四個階段的發(fā)展。
那么今天就按照這四個階段的發(fā)展,小編把題主的問題給回答了。
首先第一階段,這還是1903年萊特兄弟的這套點火方式。
當時第一架飛機——飛行者一號,這架飛機采用了一臺四缸水平直列式水冷發(fā)動機,這發(fā)動機輸出的功率并不大,只有8.95KW,整臺發(fā)動機的重量也才八十一公斤。
這臺發(fā)動機其實就是一臺臨時改裝的發(fā)動機,畢竟之前就沒有飛機這種大家伙的,專業(yè)的飛機發(fā)動機肯定是沒有的。
你都不知道,他的發(fā)動機是通過自行車的那種鏈條,把動力傳輸給兩個直徑為2.6米的螺旋槳上。
這架飛機粗糙之際??!
所以這架飛機第一次飛行,滯空時間也僅僅只有十二秒,飛行距離也就三十六點六米,比我們人類撒開兩條大長腿奔跑的速度都不如。
誰能想到,如今的飛機,飛得如此之快,不到一天的時間,就可以繞地球飛一圈。
咋說呢?任何發(fā)動機的啟動都是需要外力的,包括現(xiàn)在按一下按鈕就能啟動的發(fā)動機也是如此。
只是當時的技術沒有達到如今的方便快捷,所以第一代航天發(fā)動機就需要,采用人工啟動的方式來啟動發(fā)動機。
這種方式被叫做傳動螺旋槳點火方式,這名字文縐縐的也不好理解,其實就是玩命轉動螺旋槳,利用人工的外力這就會讓發(fā)動機的轉軸轉動起來。
當然這個螺旋槳并不是說隨隨便便轉兩下就成的,必須讓螺旋槳產(chǎn)生足夠多的慣性動能,這股力量通過轉軸傳遞給減壓裝置,從而打開排氣門。
然后在進入到下一個沖程,關閉排氣門后,噴油嘴向氣缸里頭噴出油料。
接著讓活塞在不斷壓縮過程中,讓這股噴進去的油料被壓縮到燃爆,那么在這股燃爆的力量下,活塞開始向下運動,發(fā)動機這才開始自動產(chǎn)生力量,將發(fā)動機以后的工作繼續(xù)推進下去。
您看這一趟流程下來,不用小編說,都能感覺到,旋轉螺旋槳的力量絕對不能小。
其實這個過程,我們在初中的物理就學習過,內容是汽油機和柴油機,四沖程氣缸。
在過去的農(nóng)用拖拉機中,就能看到這樣的點火方式。
一個Z字形的搖柄也叫鑰匙,插到側面發(fā)動機的窟窿眼里頭,玩命的轉動,那架勢可帶勁了,搖到最后感覺整個人都能跟著搖柄轉起來,然后拖拉機那根大煙管子就突突的毛起了黑煙。
現(xiàn)在小編很少下地,也很少在路上看到這種拖拉機了。
那么如今采用這種點火方式的飛機還有沒有了呢?還真就有。
比如運5的機艙內,在駕駛艙和座艙之間的那道墻壁上,就有這么一個小孔,插上搖柄就可以直接轉動起飛機的發(fā)動機來。
那么為什么會在現(xiàn)在的飛機上,使用這么落后的點火方式呢?
這是因為航空發(fā)動機,他分為兩種啟動過程,第一種地面啟動,這個好理解,一說在地面啟動,那么用的方法就多了去了,所以也就沒啥好擔心的。
第二種啟動過程,叫空中啟動。
一聽這個,您就知道這其中的危險性了,發(fā)動機在空中有停車的可能。
而一旦發(fā)動機停車了,那么人全部在飛機里邊,讓發(fā)動機再次轉動起來的方法就少了很多。
之前就說了,想要啟動發(fā)動機,其實很簡單,就是給他一個外力就成。
那么在機艙內部留這么一個搖柄啟動方式,用人工的方式,給予發(fā)動機這個外力,就會有很大可能把這發(fā)動機給重新啟動了。
所以這種啟動方式雖然古老,但關鍵的時候還是能夠救命的。也就是說方法其實并不在于老不老,而是在于好不好用。
接著說第二個階段的發(fā)動機點火方式。
他叫哈克斯啟動器點火方式。
我們都知道,任何東西都是從最簡單的開始,然后慢慢地變得復雜起來。
而飛機的發(fā)動機其實也是這樣的,最開始的發(fā)動機很簡單,用胳膊就可以把他搖起來。
那么隨著發(fā)動機的結構越來越復雜,用人工去搖動,甚至是練出一條麒麟臂也不成啊,畢竟這股力量在傳遞的過程中,會有損耗,尤其是結構越復雜,這種損耗就會越大。
人工搖動顯然不行了。
老話說得好,辦法總比困難多,人力不夠那么就讓機器來湊嗎?
于是這哈克斯啟動器就被發(fā)明出來了。
這個東西怎么用呢?簡單地說,哈克斯啟動器是一個媒介,他把汽車的動力給利用起來,然后通過哈克斯啟動器,傳遞給飛機的螺旋槳,然后通過螺旋槳把飛機的發(fā)動機給啟動起來。
整個哈克斯啟動器并不復雜,它是被裝到一輛福特汽車上的,通過一根鏈條,把汽車的動力引出來,然后傳輸?shù)揭桓L長的轉軸上,將轉軸直接懟到螺旋槳的中心部位,力量往過一傳,螺旋槳就轉動起來了。
所以哈克斯啟動器遠遠地看,就是幾根鐵棍架在一起而已。
這個發(fā)明是英國的一個飛行員弄出來的,這個飛行員叫做哈克斯。
那么這套系統(tǒng)確實好用,所以當時一出來就被英聯(lián)邦的成員國給拿過來使用了,最后還流傳到了蘇聯(lián),美國和日本。
其中日本對這套系統(tǒng)那是相當感興趣的,他們的九七式戰(zhàn)機,一式戰(zhàn)隼,五式戰(zhàn)Ki100,都是采用哈克斯啟動器來啟動的。
哈克斯啟動器不僅可以在單發(fā)發(fā)動機上使用,還可以在雙發(fā)發(fā)動機上使用。
不過麻煩的是,要想使用哈克斯啟動器,就必須在螺旋槳中心的位置上預留一個卡槽才成。
再有就是,必須要有足夠的車輛,不然飛機起飛的時候,等待的時間會比較長一點。
就算是這樣,當年日本也將這套裝置使用到了上個世紀四十年,才丟掉的。
當然了,飛機在不斷的發(fā)展,從根子上講就是發(fā)動機在不斷的推陳出新。
再有就是哈克斯啟動器其實僅僅是一種過渡,畢竟繁瑣的操作,以及被拉長的起飛時間,總有人看不慣的。
既然看不慣,那么必然會對這種啟動方式進行改進,這算是人類的毛病,總是在找一種偷懶的方式,讓自己有更多的時間去干別的事情。
那么飛機發(fā)動機的點火方式就開始進入到了下一個階段,人們打算用炸藥啟動飛機的發(fā)動機。
這個方法就是考夫曼啟動器。
這回的啟動過程,不再針對螺旋槳了,而是進入到氣缸內部作妖了。
怎么做呢?
其實說到底,飛機的發(fā)動機啟動,他就是讓活塞不斷地壓縮氣缸的氣體,從而點燃氣缸氣體里邊的燃料的。
那么只要對這個活塞用力不就成了嗎?當然這個用力不可能把手塞進去,或者塞進去其他什么東西?畢竟在活塞的活動過程中,塞進去的東西會阻礙活塞隨后的動作的。
如果進去的是氣體,讓氣體幫著推動活塞呢?這就不存在阻礙活塞后續(xù)動作的可能了。
那么什么氣體好使呢?高溫高壓的氣體最好使。
要知道子彈的擊發(fā)過程,其實就是發(fā)射藥變成高溫高壓氣體推動子彈頭完成的射擊動作的。
所以根據(jù)這個思路,最終就設計出了考夫曼啟動器。
這東西其實就像是一個大號的爆竹一樣,這頭一爆炸,瞬間產(chǎn)生的高溫高壓氣體就開始推動活塞運動,從而讓整個發(fā)動機運轉起來的。
那么他這個發(fā)射過程,很像散彈槍發(fā)射的過程,所以這種啟動點火方式也被叫做散彈槍啟動器。
這種點火方式,因為是直接作用在發(fā)動機里頭的,所以他的體積很小,重量也不大,而且在任何的環(huán)境中都能使用。
所以這套裝置是直接裝到飛機內部使用的,比如噴火,臺風,野馬都是使用這種點火方式。
最麻煩的是,要時不時地就給這套裝置裝點子彈上去才行。
其實這種點火方式,不僅可以推動活塞,推渦輪也沒問題。
以至于如今還在服役的B52轟炸機,還在使用這種方式點火。
當然B52之所以使用這種點火方式,最為直接的原因是,他有八臺發(fā)動機,整個發(fā)動機系統(tǒng)相當復雜,如果采用普通的方法啟動,光熱車就需要一個小時。
一個小時啊,這在戰(zhàn)場上干啥都遲了,而采用考夫曼啟動器的話,僅僅需要十分鐘就可以完成熱車了。
這也是為什么,B52啟動的時候,翅膀后面最后出現(xiàn)一股股黑煙的原因。
其實這種點火方式,不僅飛機使用,坦克也能使用,甚至是有一些導彈都在使用的,所以這種點火方式不能算太過落后的點火方式,至少在一些特殊設計的發(fā)動機上,還是有很大的用武之地的。
說個事,您就知道這種點火方式的普遍性。
成龍的影片都看過吧,小編很喜歡他的《飛鷹計劃》,在這個影片中,有這么個橋段。
成龍和敵人進入到了二戰(zhàn)德國的地下秘密基地中,里面烏漆嘛黑的啥都看不見,好在有一臺發(fā)電機還能用。
那么這臺發(fā)電機啟動的時候,不知道您注意到?jīng)]有,這臺發(fā)電機就是被塞進去一點子彈火藥,然后在里頭塞了一把火之后,再用搖柄讓發(fā)電機再次轉動起來的。
所以采用這種方式點火發(fā)動機,很給力的。當然了,這種啟動方式只能留給專業(yè)人士使用,一般人要用的話,保不齊發(fā)動機沒有啟動就不說了,到是把發(fā)動機給炸飛了,到時候就得不償失了,沒準自己都要吃虧。
最后一種是APU輔助動力系統(tǒng)點火方式
這種點火方式,是二戰(zhàn)結束之后,才被發(fā)明出來的。
咋說呢?飛機點火系統(tǒng)其實一直在發(fā)展,在這個發(fā)展的過程中,也一直瞄向了電池這個領域。
但在這個發(fā)展過程中,發(fā)現(xiàn)電池是沒辦法裝到飛機上的,只能把電池放在地面上了,當然了電動機倒是可以放在飛機上。
于是在當時就出現(xiàn)了這么一種現(xiàn)象,飛機起飛之前要用拖車拉過來一塊大電池,給飛機充電,讓電動機嗨起來。
為了方便,這種拖車還搭配一個汽油發(fā)電機,隨時給拖車里頭的電池進行充電。
在往后發(fā)展,這就出現(xiàn)了APU輔助動力系統(tǒng),這東西其實說到底是一個小型的燃氣渦輪發(fā)動機,在航空界里被叫做小發(fā)。
那么這個時候飛機的啟動是一個一級比一級放大的過程,首先蓄電池提供一點電能給APU系統(tǒng),這個時候APU的轉子就會旋轉起來。
這個轉速是一個由緩慢到快速的過程,當轉速達到一定速度之后,就會噴油并且燃燒起來。
這個時候APU這個小型渦輪發(fā)動機就會動起來了,他一動起來就會帶動壓氣機工作,壓氣機就把氣體往飛機發(fā)動機里頭吹,這一吹就和炸藥點火的模式就差不多了,飛機的發(fā)動機就開始工作起來了。
所以APU他其實就做兩件事,一件事是提供電力,另一件事是提供高溫高壓的空氣。
APU本身是不產(chǎn)生推力作用的,所以一般情況下,飛機起飛以后,這個APU就會停止工作了。
如果APU在空中開始工作,那意味著飛機的發(fā)動機發(fā)生了故障,需要對飛機提供氣體和電源了,并且為發(fā)動機重新啟動提供動力來源。
舉例說明。
2009年的時候,美國一架空客飛機被飛鳥給擊中了,當時雙發(fā)發(fā)動機全部停止工作了。
要知道機上除了整個機組人員之外,還有一百五十五個乘客。
但是機長就是通過這套APU輔助系統(tǒng)提供的電力,將飛機降落在了一條河上。
如今一般的大型和中型飛機,甚至是大型直升機,都會給自己裝上一套APU系統(tǒng)。
這款系統(tǒng)通常情況下會被安裝到,飛機的尾部。
這套系統(tǒng)算是,飛機的第二條保障了。
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