新加坡科学家用石墨烯制成纳米级二冲程发动机_凤凰军事
新加坡科学家用石墨烯制成纳米级二冲程发动机
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提到二冲程发动机，不少人首先会想到轰鸣的越野摩托车，不久前新加坡科学家用比头发丝还要薄6万分之一的石墨烯，造出了它的纳米版。这种纳米发动机的原理与常规二冲程发动机完全相同，有望为下一代纳米器件和纳米机
提到二冲程发动机，不少人首先会想到轰鸣的越野摩托车，不久前新加坡科学家用比头发丝还要薄6万分之一的石墨烯，造出了它的纳米版。这种纳米发动机的原理与常规二冲程发动机完全相同，有望为下一代纳米器件和纳米机器人提供动力。相关论文发表在《纳米快报》上。 虽然微米或纳米发动机的设计灵感往往来自于传统发动机，且早在19世纪二冲程和四冲程发动机就已经开始广泛应用，但在纳米尺度上模拟内燃机这还是第一次。 纳米发动机可在纳米尺度上产生机械能，是纳米器件和纳米机器人应用的关键所在。石墨烯是目前已知的强度最好的材料，其特殊的机械性能对纳米发动机而言非常有用。这也是石墨烯在该领域的首次亮相。 常规的二冲程发动机通过上下活塞运动，产生高压输出机械能。在这种纳米发动机中，那个活塞就是单层原子厚的石墨烯，而激光则起到了火花塞的作用。 为了使纳米发动机工作，研究人员在石墨烯中加入了氟化氯分子。这种分子和石墨烯中的碳原子通过碳&氟离子键结合在一起。当它们暴露在激光中时，这些离子键会打开，导致石墨烯和氟化氯分子发生膨胀，石墨烯的表面会因此形成一个水泡状的突起。其中的压力大约是1百万帕，与轮胎平均的压力不相上下，正是这个压力导致了&水泡&的形成。 当激光被关闭后，碳&氟离子键又会重新建立，压力降低，水泡消失。整个过程中&水泡&的大小与激光的功率呈正相关关系。如此这般，快速开关激光，石墨烯表面的&水泡&就会像二冲程发动机中的活塞一样反复上下运动。能实现这一点还有赖于石墨烯独特的机械性能，特别是它超高的弹性和强度。 负责此项研究的新加坡国立大学石墨烯研究中心的李钟学（音译）说，这种发动机的结构非常简单，不需要特定的工作条件，也不会排放废气，适用面极为广泛，能满足纳米器件的各种需求。他们的实验证实，石墨烯发动机显示出了出色的可靠性，经过1万次循环后，仍然没有任何功能出现退化。此外，这种发动机也极为节能。 未来，研究人员希望能通过改变激光参数以及开关速度来提高发动机的性能，并为其找到更多的应用领域。李钟学说：&通过与微机电系统（MEMS）纳米机电系统（NEMS）技术的结合，我们的发动机产生的机械能将很容易传送到其他设备上，未来它将有望为更多的纳米器件和纳米机器人提供动力。& （梁坤）
[责任编辑：詹嘉宝]
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小型航空二冲程直喷汽油活塞发动机燃油喷射及燃烧特性的研究.pdf119页
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硕士学位论文
小型航空二冲程直喷汽油活塞发动机
燃油喷射及燃烧特性的研究
ontheFuelectionandCombustion
Aeroengine
作者：贾倩倩
导师：宁智教授
北京交通大学
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特
授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，
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学位论文作者签名：喷镛镐
导师签名：号铅
签字日期：讼砸年言月四日
签字日期：久毕年3月扔
中图分类号：
学校代码：10004
密级：公开
北京交通大学
硕士学位论文
小型航空二冲程直喷汽油活塞发动机燃油喷射及燃烧特性的研究
ontheFuelectionandCombustionof
Two―Stroke，GDI
Aeroengine
作者姓名： 贾倩倩
导师姓名： 宁智
学位类别： 工学
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宿敌的较量，德英航空发动机：DB VS 梅林
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长久以来，受够了空版F22 VS 歼20之类的无聊嘴炮，想来还是谈谈二战装备有依有据，二战中空中对抗之精彩激烈莫过于Me109和喷火这对老冤家之间长达6年的较量，而两者实力此消彼长的原因主要是由于发动机的发展情况不同。下面我准备谈谈两者的对比，以及给我们带来的经验教训。
在此先声明一点，本人从前一般只发些军事历史的帖子，在技术方面实在是实力有限，如有不妥之处，敬请各位指正，小弟在此谢过！
下面正式开始：
我们都知道，Me109有4个主要型号Me109E、Me109F、Me109G、Me109K；相应的，喷火也有4个主要型号喷火1、喷火5、喷火9、喷火14，它们大致上是对应的，出现时间也类似。
Me109E& &喷火1
Me109F& &喷火5
Me109G& &喷火9
Me109K& &喷火14
Me109E与喷火1大致上势均力敌，Me109F还是优于喷火5的，而从G型起Me109就赶不上喷火的步伐了，到了Me109K已经明显不如同时代的喷火14了，这是怎么回事呢？问题就是处在发动机上的，下面将会依次分析它们发动机的特点。
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下面呢？？
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Me109E使用的发动机是DB601A，倒V型12缸水冷发动机，起飞功率约1050马力，排量约33L，重量约600公斤。
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喷火1使用的发动机是梅林2，V型12缸水冷发动机，起飞功率约1000马力，排量约27L，重量与DB类似（没查到准确值，欢迎大家补充）。
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虽然都是12缸水冷机，但是两者差别蛮大的：
DB是倒置V型机，使得Me109的机体可以更平滑，但可维修性也许比普通的V型机要差。
为了布置机轴火炮，DB把增压器置于发动机的左侧，而梅林的增压器在发动机后面，相比之下梅林发动机更有利于减阻。
DB采用了当时最时髦的燃油直喷技术，使得飞机可以不惧负G飞行，而梅林仍采用保守的化油器技术，在高负G情况下有可能熄火。
DB才用了当时最先进的无级变速增压技术，可以根据高度自动调整增压比，而梅林采用一级两速增压器，对高度的适应能力较差。
在增压技术路线上，DB选择了高压缩比-低增压比路线，气缸压缩比为7.5（后续型号进一步增加，最高到8.5左右），而增压器的增压比则较低；梅林与之正好相反，气缸压缩比为6，而增压器的增压比则较高。换言之，DB把增压的任务更多地交给了气缸而非增压器，这样的好处是减少增压器消耗的功率，缺点是两方面的，一方面会增加气缸行程从而增大发动机截面积，而另一方面更大的危害现在还不会显露出来，后面会讲到。
总的来看，DB主要关注于提高发动机功重比，改善发动机易操作性；而梅林主要关注于减阻，以及发动机的发展潜力（为什么潜力大，后面会讲到）。
在这一时期，DB相对更优越一些，这主要是由于其采用了很多时髦的技术。这一时期，德国飞机高空性能更好，操作性更佳，而相比之下梅林发动机简直就是古董一般的存在。
下一篇，Me109F时期
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本帖最后由 Алексей 于
12:22 编辑
到了Me109F时期，与其对抗的是喷火5，两者都诞生于41年初。
Me109F使用的是DB601E，起飞功率1350马力，2000米高度功率1450马力。
喷火5使用的是梅林45，起飞功率不详，3000米高度功率1500马力。
在这一时期，双方各自在原有基础上进行加强，DB进一步增加气缸压缩比，而梅林进一步增加增压器增压比，同时改善了化油器。并且双方都在尝试在发动机上增加一些新东东，比如德国的GM1系统，英国也研发了相应的高空增氧装置。
总的来说，这一时期梅林发动机稍稍占优，但Me109F性能更为优越一些，这主要是由于更轻的机体重量和改良的气动外形，以及这一时期英国工厂的粗制滥造，并不代表着DB本身有多优越。
但是，DB的潜力基本已被挖尽，而梅林才刚刚开始呢！
下一篇：DB为什么没有潜力了？
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兵器杂志曾经连载过me109的专题，也是认为从f型之后开始走下坡路了。
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都是金典产品哦
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请楼主大人继续科普哦~~之前没看过分析得这么好哒
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这个并不是发动机的问题，而是原始机体设计的问题，归根结底是德国人没想到要打一场全面的世界大战，否则到F之后就有新机取代109了
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继续，从梅林45和DB601E的对比中我们以及可以看到DB初现疲态，这是为什么呢？
在当时条件下，想要有效地提高发动机功率，最简洁的方法有两种：增加发动机排量、增加进气压。前者很简单，但局限性很大，比如由DB601简单放大而来的DB603A，排量从33L提高到约44.5L，重量高达900公斤，起飞功率却仅有1750马力，显然很低效。相比而来，增加进气压才是根本的解决方法。而增加进气压说来简单，实际上面临两个困难：
1、在高空，气压很低，增压器需要尽可能地压缩空气，然而单级离心式增压器存在转速天花板，即转速到达一定数值之后徒然消耗功率、而进气压不能进一步提高，另一方面，增压器直径也不能无限增加。于是，这就形成了高空进气压瓶颈。
2、而在低空，一般来说，增压器能够提供足够的压力，然而，我们都知道压缩空气会导致空气温度急剧上升从而导致爆燃，这就形成了低空爆燃瓶颈。
为了解决这两方面的矛盾，有这么几条基本的技术手段：使用二级增压器，突破高空进气压瓶颈；设法在压缩空气进入气缸之前使其降温，避免爆燃；使用更高标号的燃油，暴力突破低空爆燃瓶颈。
实际上，我们知道喷火9的梅林61正是这么做的，DB的技术人员也知道这些手段的有效性，但是这三项措施却难以应用于DB：
1、德国人很喜欢轴炮，因此DB的增压器就必须布置在侧面，再加上Me109本来就很小，再加一级增压器就比较困难（是比较困难，不是绝对不行，比如用于Me109K14DB605L）。根本的原因在于两点：DB的增压器是无级变速增压器，不方便设置2级增压器，而德国人又舍不得丢弃无极变速这个传统优势；其次，由于采用燃油直喷技术，在高进气压条件下火花塞容易积碳，而放弃直喷又舍不得，而且也没有先进化油器的技术积累。
2、进气降温的基本技术手段是使用中冷器，但中冷器个头挺大、重量不轻，用在Me109上比较困难。
3、高标号燃油是德国人的死穴，这个没办法。
其实，不走上面的阳关道，走独木桥也不是不可以，那就是学俄国人搞泾渭分明的高低空战机，比如米格3和雅克3，但德国人又偏要高低空兼顾，这就没办法了。
于是，DB的发展就走进了死胡同。
下一篇：德国人的选择与Me109G/K的尴尬
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在喷火5之后，英国人发展了喷火9。喷火9使用梅林61发动机，比起之前的梅林，梅林61有了根本性的进步：二级增压、中冷器，这使得喷火9成为一种兼顾高低空的优秀战斗机。
德国人倒是也尝试过二级增压，比如DB628，但是既不设置中冷器，又试图高低空兼顾，理所应当地失败了。
真正投入使用的还是DB605，其实DB605比起DB601并没有本质的区别，主要区别只在于：
1、排量稍有增加，改为35.7L；
2、气缸压缩比稍有增加；
3、加入了两种花哨玩意，MW50和GM1；
显然，前两项并没有什么卵用，而MW50可以避免爆燃，起到类似中冷器的作用，GM1增加进入气缸的氧含量，起到类似二级增压的作用。显然，德国人试图使用这两种花哨玩意让DB兼顾高低空。
但是即使有这两样，DB605也惨不忍睹：
以DB605AM为例，重量756公斤，起飞功率1450马力，使用MW50之后达到1775马力，4000米高度使用MW50达到1677马力，功重比1.35KW/kg（无MW50），1.68 kW/kg（有MW50）。
与之相应的，梅林61，重量744公斤，起飞功率1290马力，最大功率在7000米高度达到1580马力，功重比1.58KW/kg。
虽然在使用MW50时DB的功重比占优，但此时MW50系统的重量没有计入发动机哦，相当于是作弊，而且MW50一般最多只能使用20分钟，梅林61的最高功率可没有时间限制。更不用说梅林61的高空特性远优于DB605，当然DB在高空可以使用GM1，不过缺点跟MW50是一样的。
在这一时期，Me109G/K的处境非常尴尬。虽然，通过使用MW50和GM1，Me109G/K的速度勉强可以接近喷火9和喷火14，但是飞机愈发笨重，盘旋远远不如喷火，就连传统优势项目爬升也不如喷火了。而在激烈的战斗中，MW50和GM1经常有用完的时候，这时飞机更是变成活靶。
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战略性马克。。。。。。。。。。。。
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下一篇：正确的道路
先吃晚饭，回来再补。
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英国人玩发动机是有一套的。
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看上去很牛逼 坐着自带板凳慢慢看
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雄文收藏。
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本帖最后由 Алексей 于
20:08 编辑
那么，德国人在活塞发动机领域是不是一事无成呢，也不是的，1944年容克斯公司拿出了一款优秀的发动机Jumo213。
以Jumo213E为例，排量35L，重量940公斤，起飞功率1750马力（无MW50）/2050马力（有MW50），功重比1.37 kW/kg（无MW50）/1.6 kW/kg（有MW50）
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与之对应的是梅林的继任者格里芬发动机，排量36.7L，最大功率2000马力，加力最大功率2200马力（不知道是否需要喷MW50），功重比1.69 kW/kg/1.83 kW/kg（加力）
800px-Griffon58.JPG (95.75 KB, 下载次数: 2)
20:02 上传
虽然对比下来，Jumo213E完败，不过需要注意的是Jumo213E使用的是B4燃料，参考DB605DBM和DB605DCM的对比，使用C3燃料大致可以比使用B4燃料的版本多出200马力的功率，何况英国人使用的燃料比C3还要好一些，这样比下来Jumo213E不会输得太过难看。
与DB系列相比，Jumo213E最根本的差别在于中冷器和二级增压，这使得Jumo213E具有很好的高空性能，同时能够兼顾高低空性能。这是DB系列所无法达到的，比高空性能，Jumo213E完胜DB；比低空性能，同排量、同燃料、同时代的DB605DBM在使用MW50后也仅能达到1800马力，远逊于同条件下Jumo213E的2050马力。Jumo213E用于中冷器和二级增压、相对于DB605多付出的200公斤物有所值。
下一篇：Jumo213与DB605的区别
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科普贴，认真学习。
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Jumo213看起来与DB605很像，都是35L排量，都是倒V构型，都是侧置增压器，貌似只是Jumo213的某些型号多了二级增压和中冷器而已。
但是实际上，Jumo213的设计思想与DB605相差很大，某种意义上来说更接近梅林发动机。
首先是Jumo213选择了低压缩比-高增压比路线，气缸压缩比仅有6.5，很接近梅林61；其次Jumo213没有使用无级变速增压器，而是使用了两级三速增压器，避免了无极增压器的问题，同时也比梅林和格里芬的两级两速增压器更灵活；最后，针对德国燃油质量差的情况，针对性地开发低空发动机（Jumo213A，一级两速增压器，无中冷器）和高空发动机（Jumo213E，两级三速增压器，有中冷器），有效地解决了矛盾。
当然，Jumo213之所以能做到这些，也是由于其不必拘泥于Me109的小尺寸要求。但是与Jumo213同级别的DB603就远没有达到Jumo213的水准，这无疑是由于DB603沿袭了DB的一贯路线，制约了自身的发展。
事实上，即使是用于Me109的DB605，也并非无路可走，比如后期出现的DB605L，虽然没有空间安装中冷器，不过好歹用了二级增压，尽管牺牲了低空性能，但至少让Me109K14达到了不错的高空性能。但是总的来说，DB走的弯路太多了，直到战争末期才逐步找到正确的路线，此时DB已经被容克斯落下很远了，更不用说RR了。
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下一篇：经验与教训
明天有空再写
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顶起，学习
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推荐一下《钢铁雄心之舰男穿越记》，里面对二战时期英德两国军工描写很靠谱。
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先吃晚饭，回来再补。
是不是可以这么说，是梅林发动机打败了德国空军而不是P51野马？？
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超大游击队员
特务小强 发表于
是不是可以这么说，是梅林发动机打败了德国空军而不是P51野马？？
野马本身的气动和机体结构设计也是十分优秀的，这是它比喷火领先的地方。但是，离了梅林发动机，野马就不可能成为一种合格的高空战斗机。
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野马本身的气动和机体结构设计也是十分优秀的，这是它比喷火领先的地方。但是，离了梅林发动机，野马就不 ...
野马的中冷器很大，机腹像孕妇，所以有优势？？
野马的优势还有层流翼型，适合高速，而低速不佳，所以野马舰载试验不行，有航母的国家，二战主力战机都上舰了，比如英国的喷火，日本的零式，德国计划中的航母也是准备109上舰的，唯独美国野马上不了舰。
当然，美国财大气粗有许多专用舰载机也是原因之一。
还有个传闻，野马的横滚不行，是否？
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野马的中冷器很大，机腹像孕妇，所以有优势？？
野马的优势还有层流翼型，适合高速，而低速不佳，所以 ...
要上舰也可以，改机翼就行。关键是美国海军不喜欢水冷机，在那个年代一旦回不了舰，被营救的概率太小了，所以能用气冷机就不要用水冷机，海火那是特例。
野马滚转不差，主要是看跟谁比，跟Fw190比当然就不够看了。
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写得不错，但有些问题感觉还是值得商榷的
比如增压器的布置，实际上同样用轴炮的苏联人增压器布置与梅林基本相同
高的进气压对升功率有利，但未必有更好的功重比，这一点在梅林和DB605上体现得很明显
再有就是，喷火14是很厉害，但用的是37升的格里芬，而不是梅林
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另外一些细节
比如DB系列发动机转速最终也只有2800，而英国方面已经达到了3000，对于不看重扭矩的航空发动机来讲，高转速也是个提高功率的好办法
JUMO 213的高功率状态下，转速能达到3250，参考德国人之前达到的水准，个人估计这种状态下可靠性很糟糕
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要上舰也可以，改机翼就行。关键是美国海军不喜欢水冷机，在那个年代一旦回不了舰，被营救的概率太小了， ...
主要是航母测试野马的低速方向稳定性不行。貌似这也是野马的娘胎里的毛病，
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英国的喷火使用化油器就不用看了吧？而DB采用了燃油直喷，翻跟斗丶快速横滾等一些负G动作，喷火只有干瞪眼。
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写得不错，但有些问题感觉还是值得商榷的
比如增压器的布置，实际上同样用轴炮的苏联人增压器布置与梅林基 ...
多谢指教。
俄系飞机我确实不太了解，后来看了VK系列发动机的照片才发现增压器确实与轴炮不矛盾，不知道AM系列发动机的增压器是不是也在后部。不过我觉得如果既要轴炮又要后置增压器，也许不方便把增压器做大吧。
DB605确实有更高的功重比，不过那是使用MW50和GM1的结果，这两样体积重量都不小，持续性更差。
PS：版主能不能再讲讲燃油直喷的优势呢？有些帖子讲到直喷对提高功率也有好处，但我不是很理解。
另外，我特别好奇的是为什么没有一个国家去搞二冲程汽油机呢？按说二冲程机功重比很高的。
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另外，我纠正前面的一个小错误，DB601A的气缸压缩比没有到7.5那么高，只是7而已。DB605的气缸压缩比为7.5（B4燃油的版本）、8.5（C3燃油的版本）。
显然，这是一条错误的技术路线，就凭这一条就解决不了爆燃问题，从此DB就离不开MW50。相比之下，梅林和格里芬的气缸压缩比始终只有6。
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cofg 发表于
英国的喷火使用化油器就不用看了吧？而DB采用了燃油直喷，翻跟斗丶快速横滾等一些负G动作，喷火只有干瞪眼 ...
喷9（或许是喷5？记不清了）就没这个问题了……
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多谢指教。
俄系飞机我确实不太了解，后来看了VK系列发动机的照片才发现增压器确实与轴炮不矛 ...
AM系列增压器也是在后部，不过用AM系列的战斗机没有轴炮设计的
但后置两级增压器并且带轴炮的飞机也是有的，比如YAK-7PD
二战期间燃油直喷的优势主要是负G状态下不会断油，但加压化油器同样能实现这一点，英美的主力战斗机一直使用化油器，估计就算有什么优势也不明显
二冲程的汽油机没看到有，但柴油机倒是有，在天上可靠性相当糟糕
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AM系列增压器也是在后部，不过用AM系列的战斗机没有轴炮设计的
但后置两级增压器并且带轴炮的飞机也是有 ...
多谢指教，看来德国人在活塞机领域犯的错误真是不少。AM系列的老师，宝马水冷机没有发展下去真是令人疑惑，是因为性能不如DB和Jumo吗？还是其他非技术原因？
PS：版主您看这个帖子能不能加个精华什么的？后续内容还有一些，我还可以继续完善。
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多谢指教，看来德国人在活塞机领域犯的错误真是不少。AM系列的老师，宝马水冷机没有发展下去真是令人疑惑 ...
我不是空版的版主，得叫空版的版主来，比如@Lunatica
宝马的水冷是AM的老师没错，但从AM17到AM42可是花了14年的时间呀，宝马有空搞这个还不如去搞个全新的……
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特务小强 发表于
野马的中冷器很大，机腹像孕妇，所以有优势？？
野马的优势还有层流翼型，适合高速，而低速不佳，所以 ...
野马肚子上是冷却液的冷却器吧
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问问FW190D9的发发是哪一个？。。。为什么要比109玩的好得多。。。。一直不明白
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超大游击队员
特务小强 发表于
野马的中冷器很大，机腹像孕妇，所以有优势？？
野马的优势还有层流翼型，适合高速，而低速不佳，所以 ...
野马腹部冷却器出口速度还略有推力呢,并不带来多大负担。不用梅林的野马低空速度也比喷火,Me109&&快不少,可见飞行阻力小。
零式本来就是舰载机设计, 日本陆航是不用零式的。
英德根本没有好的舰载机设计,海火, Me109 上舰都是救急举措。实际野马大内油, 相比海火和109间距大的更结实的主起落架(Me109 据说10%的损失都是降落时起落架垮掉), 真要上舰, 野马肯定比那两个更好。不过美帝一大批优秀舰载机, 根本不用野马上舰。
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