航空发动机的系列故事1
各位好，我是Stance。
在第一篇文章中，我收到不少朋友的留言，有祝福的，有提意见的等等。这些留言都给了我很大的鼓励，在此我在这里向所有的读者朋友表示感谢。
另外，有很多网友说文章底下无法评论，关于这个，我也不知道怎么打开评论，有知道的盆友麻烦告诉我一声。
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我在美国接受美国联邦航空管理局（英文名Federal Aviation Administration以下简称FAA）的培训时，把飞机分成Airframe（机身）和Powerplant（动力装置）分开学习的，这也是为什么执照名称叫做A&P的原因。
现在我想按照这个分类来对飞机整个来进行一些介绍，由于里面牵扯到太多的专业知识，我会尽我所能用简（逗）单（逼）的文字写出来。
话不多说，首先来聊聊飞机的发动机。鸡不鸡冻？
说到航空发动机，大多数人的第一反应是这样
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或者这样的
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还有这样的
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这些都是现在普遍可以见到的发动机。
这些与我今天要说的，统统没有关系！
我今天想说的是那些在涡轮发动机还没出现之前就已经在被使用在飞机上的内燃机，航空里面我们称做往复式发动机（Reciprocating Engine），也就是活塞发动机。（关于活塞发动机的历史发展，奥托循环，阿特金森循环在此我就不多说，大家可以自行上网搜索）。
飞机上用的活塞式发动机和汽车上的类型很相似，分为Inline（直列式），Opposed 或O-Type（对置式），V-Type（V型）和Radial（星型）四种，我们一种一种的详细聊一聊。
直列发动机
直列发动机大概长这样
啊不，应该是这样的
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这个是飞机的直列六缸发动机，从图中可以到看和汽车的直列六缸发动机有明显的不同。最为明显的不同就是飞机发动的气缸都是一个一个分开的，上图最下面那六个柱子就是发动机的六个气缸。而汽车发动机的气缸都在一整个缸体里面。
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这也导致我们对两种发动机缸体的称呼也有所不同，汽车的我们一般叫Block，而飞机的我们一定称做Crank Case（曲轴箱）。
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上图中曲轴箱里面就包含着曲轴，边上的大洞都是装气缸的地方。
直列发动机一般为了发动机的平衡都会设计成偶数个气缸，这些发动机存在风冷和水冷两种冷却模式，而现在的汽车不再有风冷了（悼念保时捷993一秒钟）。
在汽车上的直列发动机，一般来说安装方式都是气缸在上，曲轴在下，然后把活塞往上顶。但是，凡事总有一个但是，在飞机发动机中一般采用的安装方法是曲轴在上，气缸在下，活塞往下顶。这种发动机叫倒缸发动机（inverted engine）。
因为直列发动机迎风面积小，所以装在整流罩（cowling）下更容易形成流线型。并且，由于采用倒装的方式，可以让起落架做得更短（因为整流罩会偏下），而且没有气缸向上杵着，所以飞行员的视野也会更好。如果正着装发动机的话，可能看上去就会像这样
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说完了直列发动机的优势，下面可以谈谈这类发动机不可避免的缺点。首先由于发动机的气缸是成一列沿着飞机纵向排列，然后又是采用的风冷的方式来进行冷却（风冷发动机比水冷结构更简单），这就导致了后面的气缸冷却效果会显著的变差，特别是当发动机尺寸变大，发热量更大的时候。所以这种直列式的发动机一般只在非常老的轻型飞机飞机上面，并且马力输出也不会太高。
对置发动机
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上图就是一台在飞机上使用的对置发动机（opposed engine），从图中可以看出气缸平均分成两列以180度的平角排列在曲轴的两边。这一类发动机的主要优势在于重心低并且比其他类型的发动机都有更好的轮廓，并且由于气缸之间的夹角为180度，整个发动机在运转过程中产生的震动会被抵消到最小。
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上图是一台Piper Aztec PA23-250，并且跪在了地上。回到正题，因为迎风面积小，这类发动机在飞机上就能装成双发。另外，由于这类发动机曲轴短，曲轴箱比较紧凑，能够节省出相当一部分的重量，所以对置发动机有很好的重量马力比（weight-to-horsepower ratio），在通航的轻型飞机里面最为常见的发动机布局。
在固定翼飞机上，对置发动机是呈水平方向安装固定的，用来减小风阻。
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而在直升机当中（直升机：没错，我也能用这样的发动机，哼~），为动力输出更加的直接，并且避免装多余的齿轮箱，发动机一般是垂直的安装在机身上的。
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在这类发动机中这类对置型的发动机直到今天仍然在汽车和飞机上使用，只不过风冷在飞机上占据着主导地位，因为发动机短，在相同气缸数下，对置发动机会比直列发动机冷却效果更好。
接下来我们来说说V型发动机。
V型发动机
说起V型发动机，其实可以看成是对置发动机的变形版，把两列气缸之间的夹角从180度减小到60至90度之间，就成了我们熟知的V型发动机。V型发动机相对于直列发动机来说，迎风面积相对较小，中心也更低；同时比起对置发动机又更加紧凑，所以水冷在V型发动机里面占据主要部分。既然是用冷却液进行冷却，那么就不用考虑发动机太长导致后面气缸冷却不到位，所以V型发动机里面最流行的布局便是V12，这是因为当有12个气缸后，发动机能够运行的十分平顺还能有很高的功率，毕竟，有位名人说过：Horsepower is everything（滑稽脸）。
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既然说到了V型发动机，那么就简单聊一聊当年的V12神机，由罗尔斯-罗伊斯（简称罗罗，别名劳斯莱斯。答应我，当聊航空时请不要叫劳斯莱斯，叫罗罗，好吗？）发明的梅林V1650系列发动机。
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我们来看看这台发动机的参数：
气缸数量：12缸
排量: 27L
进气方式：机械增压
冷却方式：水冷
气缸夹角：60°
缸径：137 mm
冲程：152 mm
燃料：100号/130号 高辛烷值汽油
功率：1,290 hp (962 kW) @3,000 rpm
1,565 hp (1,167 kW) @3,000 rpm @海拔3740m 启动一级中增压
1,580 hp (1,178 kW) @3,000 rpm @海拔7200m 启动二级高增压
引擎长度：225 cm
宽度：78 cm
高度：102 cm
干重：744 kg
油耗：最低136 L/每小时
最大591 L/每小时
搭载这台发动机最出名的飞机莫过于北美航空公司生产的野马P51（Mustang P51）
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附上P51D帅照一张
装在P51H上的梅林V1659-9型发动机功率则达到了2000匹，也正是因为这台V12发动机，使得P51在二战中牢牢把控着欧洲大陆的制空权并帮助盟军取得了最后的胜利。
以上三种发动机都是我们平常在汽车上也能经常见到的类型，而最后一种发动机，我敢说对于不关注飞机发动机的盆友来说一定相当的陌生。下面请大家收起小桌板，打开遮光板。。。。。。不对，搬好小板凳，准备好瓜子，花生，矿泉水，我们来唠唠星型发动机。
星型发动机
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星型发动机长什么样呢？它长这样
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或者这样
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要么这样
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还能这样
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是不是觉得很有趣，很新奇？
星型发动机由一列或者几列的气缸围绕着中间的曲轴排列组成，这类发动机的气缸数可以是三，五，七，九缸不等，但是一定是奇数缸，原因是因为只有奇数个气缸才能减小发动机的震动。因为像这种只有一排的发动机，它所有的连杆都是连接在一起的，然后转动方式可见下图
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这样的连杆名称叫做master and articulated，具体的中文翻译我也不知道官方叫什么，我管它叫主体和活结式连杆（如果谁知道准确的名字麻烦告诉我，谢谢！）。当这些连杆都连在一起的时候，那么如果是偶数个气缸，气缸就会两两相对，当运动的时候相对的气缸就会做同向运动，这样会带来很大的共振，非常不利于发动机的平衡。
由于这样的设计导致的气缸布局都在一个平面上，这样的优点就是使得发动机可以缩得很短，能够减小飞机的尺寸从而有使得以前的航母能搭载更多的舰载机。另外一个优点就是这样的布局使得每一个气缸都在迎着风，对于发动机的冷却非常有利。，不会存在像V型或者直列那样，后面的气缸冷却效果没有前面的好。但是这样设计的缺点也很明显，所有的气缸都在一个平面导致了发动机的迎风面积巨大无比，非常影响飞机的整体空气动力学。
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上图为二战时期美军搭载的著名舰载机F4夜猫，搭载的普拉特惠特尼的R1830双排发动机，功率从800匹到1200匹不等。
我在这里插几句，大家看了这多么的发动机型号可能对这个命名不是很了解，在这里我解释一下。每一种发动机前面的字母代表的是发动机的类型，I是直列 Inline，O是对置 Opposed，V就是V，R是星型Radial。后面的数字代表的是这台发动机的排量，但是注意：这个排量的单位不是毫升，是立方英寸。这个排量的单位不是毫升，是立方英寸。这个排量的单位不是毫升，是立方英寸。1立方英寸=16毫升。比如之前那个R1830发动机，表示的是Radial星型发动机，排量1830立方英寸，也就是29988毫升，也就是29.9升。
我刚刚讲到那台R1830发动机是一台双排发动机，这也就是说星型发动机的可以有不止一排的气缸数。当有很多排发动机的时候，它看起来是这个样子的。
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上面是一台普惠生产的R4360发动机，每排7个缸一共排，所以总缸数达到了惊人的28缸，功率达到了惊人的3500匹。这种多排的发动机就需要把曲轴加长然后每一排都有一个主体和活塞式连杆连接气缸。这种多排的发动机的气缸排列并不是每一列都是对齐的，为了发动机整体的平衡，每一排的气缸都会排在前一排两个气缸之间。
最后一点，关于星型发动机的另一个分类，叫做旋转气缸星型气冷发动机（这名字听上去是不是像阿姆斯特朗回旋加速炮一样带感）。这种发动机的运动方式和一般的星型发动机不太一样。一般的发动机都是曲轴带动连杆做往复运动进行做工，气缸是固定不动的。而这个旋转气缸星型气冷发动机的运作方式刚好是反的，它曲轴固定不动，周围的气缸开始做往复运动（我当年第一次听到这种发动机我大概就是这样子）
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这种发动机是在1908年由法国塞甘兄弟发明的，当时为了解决铁铸造缸体的散热问题而应运而生的发明，但是后来由于这种发动机在转起来的时候像一个大陀螺，惯性很大，飞机很容易失控，在坠毁了许多架以后，这项技术最终还是没有得到广泛的应用。
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这就是那台发动机，除了这个类型的名字够炫酷，这台发动机的名字也丝毫不逊色，叫做土地神发动机！
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