装有活塞式航空发动机的飞机为什么会飞？
大家都知道竹蜻蜓(图1)，只要用双手一搓，手放开后，它就自由的旋转起来，向高处和远处，飞行一段距离。这就是飞机上所用的螺旋桨的始祖，它是我国科学家在明朝(公元1400年前后)时发明创造的，对近代航空事业作出了很大的贡献。竹蜻蜓，也就是螺旋桨，当它旋转时向后面打动空气，产生了作用在桨叶上的反作用力，因而这个力就推动了竹蜻蜓，使它向高处和远处飞行。但是竹蜻蜓旋转的时候桨叶要受到空气给它的阻力，会渐渐慢下来到停止转动为止，因此，竹蜻蜓也就只能飞行一段不大的距离就会落下来了。显然，要叫它能作较长时间的飞行，就必需设法使它不断地旋转才成。要达到这个目的，就必需使它和一个动力源的转轴联在一起，而且这个动力源要能在较长的时间里不断地工作。如果我们将带有像竹蜻蜓一样的螺旋桨的动力源装在飞机上面，将它开动起来，就可以产生一个不断的拉力，使飞机长时间地在空中飞行。
图1竹蜻蜓
这样的动力源我们就叫做螺旋桨式航空发动机。它可以是活塞式航空发动机，也可以是涡轮螺旋桨喷气发动机。后者本刊已有介绍，现在我们再来谈一下活塞式航空发动机。
活塞式航空发动机是怎样工作的
根据上面所谈可知，由于螺旋桨旋转产生拉力使飞机向前飞，但是，螺旋桨旋转的时候要不断地克服大气所给它的阻力，这样就要消耗能量，显然，所消耗的能量都是由活塞式航空发动机供给的。可是发动机的能量又是从那里来的呢？它的来源就是化学燃料(如汽油)燃烧时所产生出来的热能。活塞式航空发动机就是将热能转变为机械功的一种机器，称为热机。它所用的燃料通常都是在燃烧后能产生相当大热量的汽油。汽油和适量的空气以一定的比例混合成混合气后，很容易被点燃，而且燃烧的速度也很快，使热能迅速的解放出来。如果我们叫混合气在有限制的容积里燃烧放热，就会使容积里的气体受热，温度大大地提高。气体受热要膨胀，倘若气体是在有限容积里受热的，没有办法自由膨胀，因此它向外膨胀的力就作用在容器的壁上，形成很大的压力。这个压力可以被用来推动机件工作。这样，我们就成功地将燃料的热能转变为机械功了。只要向这样的热机里不断供给燃料与空气的混合气，和排除掉已经烧过的和工作过的废气，使混合气不断地燃烧放热，就能不断地对外作机械功。活塞式航空发动机就是依照这种道理来工作的一种热机。究竟它是怎样工作的呢？将热能转变为机械能的部分，是什么样的一种机构呢？现在我们不妨来看一下这些问题。
图2是活塞发动机中将燃料燃烧后所产生的热能转变为机械功的主要部分，包括气缸，活塞，连杆和曲轴。连杆连接活塞和曲轴，混合气在气缸里燃烧，所产生的力量推动活塞，使活塞在气缸里来回地作直线运动，然后再经过连杆曲轴机构，形成了曲轴的旋转运动。活塞在气缸里作往复运动时所能达到的最高点位置叫做上死点，最低点位置叫做下死点，如图2所示，上下两死点之间的距离是活塞在气缸里运动的最大距离，叫做活塞的冲程。活塞走完两个冲程时曲轴旋转一周。
图2曲轴连杆机构
由混合气进入气缸，经过一连串的过程，把燃烧所放出来的热能转变为转动曲轴的机械功，到下一次新的混合气再进入气缸的这一段时间里，气体在气缸内所经过的各个过程的总和，叫作一个循环。它是一种周而复始的循环，这种循环的基本特点在于通过它完成了将热能转变为机械能的转换，因此叫作热循环。活塞上下往返两次，也就是走了四个冲程，才完成一个热循环的发动机叫作四冲程发动机，活塞式航空发动机差不多都是四冲程的。
四冲程活塞式航空发动机每完成一个热循环所经历的四个冲程可用图3四冲程发动机工作原理图来表示。它们是：
图3四冲程发动机工作原理图
(一)进气冲程——在进气冲程里排气门紧闭，进气门开放，活塞从上死点向下死点移动，气缸内的容积逐渐加大，新鲜混合气经过进气门被吸入气缸。
(二)压缩冲程——进气冲程完了后，曲轴在惯性力的作用下继续转动，活塞开始从下死点向上滑动，同时进气门也关闭。气缸里的气体受到压缩。直到活塞达到上死点时，被压缩于气缸顶部与活塞之间的燃烧室内。这时的气体压力可以达到10个大气压左右，而温度由于压缩可增高到400℃左右。压缩的目的是为了更好地利用燃烧时所产生的热量，使限制在燃烧室这样的小气缸容积里的气体压力得以大大地增加，提高它的作功能力。
气缸内气体被压缩的程度用活塞在下死点时气缸内容积与燃烧室容积的比值来衡量，这个比值叫作压缩比。压缩比越高，气体被压缩的程度就越厉害。
(三)工作冲程——活塞到达上死点后，装在气缸头上的一个电火花塞借高电压放电产生电火花，将被压缩后的混合气点燃，燃烧过程进行地十分迅速，使燃烧室内的气体压力和温度急剧地增高，最高压力可以达到50到75个大气压力，最高温度可达到2000℃以上。
这时两个气门都是关闭着的，因此在高压气体的作用下迫使活塞向下死点运动，并通过连杆曲轴机构转换为发动机曲轴的旋转运动，带转螺旋桨使飞机前进。
在四冲程发动机中，工作冲程是唯一能产生力量和作功的冲程。由于活塞式航空发动机都是多气缸发动机，各气缸的工作冲程是相间发生的，因此其他冲程中活塞的运动是由与同一曲轴相联的其他气缸所产生的力来带动的。
(四)排气冲程——工作冲程结束后，由于曲轴在继续转动，由于惯性，活塞从下死点向上死点运动，同时排气门开放，使工作后的废气经排气门排入外界大气中去。当活塞到达上死点时，绝大部分废气都已被排出，在活塞重新由上死点开始向下运动时，排气门关闭，而进气门又重新开放，新鲜混合气又被吸入气缸，因此，下一个循环又开始了。