星型排布活塞连杆径向发动机结构

　　在早期航空动力领域，径向发动机曾是活塞式航空器的核心动力配置，这类动力单元的气缸以中央曲轴箱为中心呈放射状均匀排布，从正面观察整体呈现规整的星型轮廓，也被业内从业者称为星型引擎。不同于直列、V型排布的内燃机结构，径向发动机的每一组气缸都围绕中心曲轴做圆周向布置，活塞通过连杆直接与中心曲柄销连接，省去了多缸直列机型所需的长曲轴分段结构，整体曲轴长度大幅缩短，曲轴箱的轴向尺寸可以做得非常紧凑，在早期航空器机头安装空间受限的场景下，这种结构的空间利用率优势十分突出。从实际使用场景来看，在涡轮动力技术成熟普及之前，单发、多发螺旋桨飞机普遍采用这类径向发动机作为动力源，紧凑的轴向尺寸可以让机头整流罩的气动外形更流畅，

　　同时多缸环绕的结构让气缸的迎风散热面积更大，在早期缺乏高效液冷系统的技术条件下，风冷散热的效率远高于同排量的直列液冷机型，即便在地面停机状态下，自然气流也能带走大部分气缸工作产生的热量，降低了地面热车阶段的过热风险。从结构功能特性来看，这类径向发动机的连杆组件采用主副连杆配合结构，其中一个气缸对应的连杆为主连杆，直接铰接在曲柄销上，其余气缸的连杆则通过铰接销连接在主连杆的大端凸缘上，这种结构可以保证所有活塞的往复运动行程一致，各缸的压缩比偏差控制在极小范围内，避免多缸工作时出现动力输出不均的问题。设计这类结构时，首先要确定气缸的排布数量与夹角，常见的5缸、7缸、9缸径向发动机，都会根据缸数将360度圆周做等分处理，

　　保证相邻气缸的夹角一致，避免相邻活塞运动到上止点时出现运动干涉，同时等分的夹角也能让各缸的点火间隔均匀，让曲轴输出的扭矩波动更小，动力输出更平顺。在安装边界的设计考量上，径向发动机的核心安装基准为中央曲轴箱的后端法兰，所有气缸、连杆、活塞组件都以曲轴箱的中心轴线为装配基准，曲轴的输出端从曲轴箱前端伸出，用于连接螺旋桨驱动机构，整体径向尺寸由气缸的行程与缸径决定，轴向尺寸则仅需覆盖曲轴箱厚度、活塞往复运动的极限位置、前端附件传动机构的厚度即可，相比同排量的直列发动机，轴向安装长度可以缩短40%以上，非常适合对轴向安装空间有严格限制的动力搭载场景。从零件设计细节来看，每个气缸的活塞都采用轻量化铝合金材质，

　　活塞环组采用气环加刮油环的组合结构，保证气缸密封性的同时控制润滑油的消耗量，连杆采用锻钢材质，杆身做等强度截面设计，在保证往复运动强度的前提下尽可能降低运动件的质量，减少曲轴旋转时的往复惯性力，降低整机的振动水平。这类结构的设计难点在于主连杆大端的铰接结构设计，需要在有限的大端圆周上均匀布置其余副连杆的铰接销孔，同时保证主连杆大端的轴承承载面积足够，应对多缸交替做功带来的交变载荷，另外曲轴的平衡设计也需要重点考量，由于多缸环绕布置，曲轴的旋转质量与往复质量的平衡可以通过在曲柄前端设置平衡重来实现，相比直列多缸机的平衡轴结构，结构更简单，维护成本更低。在实际维护场景中，径向发动机的环绕式气缸布局让每个气缸的火花塞、气门机构都处于便于接近的位置，地勤人员不需要拆解大量外围附件就可以完成单缸的检修与零件更换，这在早期航空场站保障条件有限的情况下，大幅提升了动力单元的维护效率，降低了维护作业的难度。即便在当下，很多复古航空器、小型通用航空飞行器、甚至部分定制化的特种动力设备上，依然能看到这类径向发动机结构的应用，其紧凑的结构、优秀的风冷特性、可靠的机械结构，依然具备其他排布形式内燃机无法替代的优势。