淺談中國無人機(jī)(重油)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)篇

1、淺談中國無人機(jī)的(重油)活塞發(fā)動(dòng)機(jī).技術(shù)篇淺談中國無人機(jī)的(重油)活塞發(fā)動(dòng)機(jī).技術(shù)篇PAGEPAGE9淺談中國無人機(jī)的(重油)活塞發(fā)動(dòng)機(jī).技術(shù)篇PAGE淺談中國無人機(jī)的（重油）活塞發(fā)想法.技術(shù)篇誰言老干曾冷漠，且看新枝再弄春（二）淺談中國無人機(jī)的（重油）活塞發(fā)想法.技術(shù)篇上回書說道，重油活塞發(fā)想法將成為中小型無人機(jī)的動(dòng)力趨勢(shì)?？墒?，“汝之所長(zhǎng)即汝之所短”。這一篇要聊的重油活塞發(fā)想法的三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，某種程度上也本源于其自己的優(yōu)點(diǎn)。二、航空重油發(fā)想法的技術(shù)難點(diǎn)第一：重油的燃料霧化技術(shù)發(fā)想法做功，需要將燃料經(jīng)過噴嘴噴成顆粒度特別細(xì)的霧狀，才能與空氣充分混同，抵達(dá)優(yōu)秀的燃燒奏效。霧化燃料與空氣混同氣的

2、發(fā)生質(zhì)量，對(duì)于動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性都有相當(dāng)重要的功能。而重油，特別是柴油，比汽油的黏度高，低溫流動(dòng)性差。這形成重油的霧化奏效要比汽油差，影響了燃燒奏效，致使致使發(fā)想法啟用困難。達(dá)成重油的可靠霧化及高效的燃燒組織，成為航空重油活塞發(fā)想法的中心技術(shù)之一?；钊l(fā)想法的重油霧化燃燒改進(jìn)方式，大概有以下幾種。化油器漸改+輔助預(yù)熱：兩沖程活塞發(fā)想法大多采用化油器供油方式，而直接采用現(xiàn)有化油器很難保證重油的可靠霧化和合理燃燒。因此能夠?qū)M(jìn)氣系統(tǒng)、化油器、點(diǎn)火系統(tǒng)策劃變動(dòng)，同時(shí)增添輔助起動(dòng)的預(yù)熱系統(tǒng)，改進(jìn)燃料的流動(dòng)性。這種改進(jìn)方式中，擁有代表性的是德國3W公司的重油發(fā)想法計(jì)劃，對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)采用加快管；泵膜式化

3、油器進(jìn)行改進(jìn)，工作方式聚攏于機(jī)械發(fā)射系統(tǒng)；曲軸箱預(yù)熱；壓縮比變低；起動(dòng)參加預(yù)熱塞；點(diǎn)火系統(tǒng)變動(dòng)，能量增添。這種方式的弊端是，增添的附件多，修正策劃錯(cuò)亂，達(dá)成上比較困難。機(jī)械發(fā)射系統(tǒng)：即放棄化油器方式，供油方式直接改由發(fā)想法隸屬機(jī)械機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，達(dá)成燃油的缸內(nèi)直接發(fā)射和流量調(diào)治功能。比喻美國XRDi公司的重油辦理計(jì)劃，采用了MCDI機(jī)械燃油直噴系統(tǒng)和點(diǎn)燃方式，燃油直接噴到發(fā)想法缸內(nèi)，達(dá)成-30條件下無輔助預(yù)熱安裝的可靠起動(dòng)。這種方式的弊端是：需要單獨(dú)的機(jī)械發(fā)射調(diào)治和啟動(dòng)安裝，整體策劃比較錯(cuò)亂，本錢較高。而且機(jī)械調(diào)治系統(tǒng)調(diào)治限制有限，自在度和靈便性差，適應(yīng)限制受限。電控燃油發(fā)射系統(tǒng)：熟悉汽車的同學(xué)對(duì)這

4、個(gè)詞不陌生。對(duì)的，就是借鑒汽車工業(yè)的電噴技術(shù)，對(duì)航空活塞發(fā)想法進(jìn)行改進(jìn)策劃。電噴的調(diào)治限制大，控制自在度和靈便度高于機(jī)械噴射。比喻澳大利亞Orbital公司的AADI（AirAssistantDirectInjection）空氣輔助發(fā)射系統(tǒng)，采用一體化噴嘴，使用高壓空氣對(duì)燃油顆粒進(jìn)行打擊，達(dá)成燃油的充分霧化。并經(jīng)過調(diào)治輔助空氣壓力和夾入空氣時(shí)間，能夠獲取不同樣樣霧束形狀，適應(yīng)不同樣樣的燃燒室形狀和火花塞地點(diǎn)。說到這種計(jì)劃，還有一個(gè)幽默的例子，和大家聊聊。這是美國NWUAV公司，其在進(jìn)行重油霧化電噴策劃的經(jīng)過中，遇到了諸多困難。最后的辦理方法，提及來讓人叫絕他們想到了噴墨打印機(jī)，它就連很小的形狀

5、奇怪的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)都能打印清楚。這噴墨控制噴流的絕技，能否用到噴油控制上呢?腦洞大開的NWUAV，果然買了噴墨打印機(jī)的首席大牛HP公司相關(guān)噴墨技術(shù)的5項(xiàng)專利，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了微機(jī)電MEMS的電控燃油發(fā)射系統(tǒng)。該系統(tǒng)有近似噴墨打印機(jī)的微通道發(fā)射結(jié)構(gòu)，直接控制發(fā)射液滴數(shù)目，達(dá)成了噴油量的精確控制，其發(fā)射霧化奏效出奇的好，而且提升了燃料的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還可以夠夠合用于汽油、柴油、航空煤油和重油等多種燃料，同時(shí)功耗特別低，最大不高出10W，對(duì)于小型無人靈便長(zhǎng)短常不錯(cuò)的選擇。什么是跨界改革，什么叫參照之資能夠攻玉?這個(gè)案例就是一個(gè)挺好的說明新式燃燒室結(jié)構(gòu)美國Deltahawk公司策劃出了一種新式燃燒室，活塞

6、頂部與氣缸蓋之間策劃成上下近似對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用180發(fā)射角，大大提升了重油的霧化奏效，減少了碳煙顆粒的排放，提升了發(fā)想法的整體性能。比較新式燃料發(fā)射系統(tǒng)，這種新式燃燒室基本上是發(fā)想法的重新策劃了。第二、活塞發(fā)想法的渦輪增壓技術(shù)航空活塞發(fā)想法，可分為二沖程和四沖程兩類，其中小功率的兩沖程發(fā)想法占大多數(shù)。二沖程航空活塞發(fā)想法，即活塞從上到下、從下到上兩個(gè)行程的發(fā)想法，采用化油器、風(fēng)冷、自然式吸氣，擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕，運(yùn)動(dòng)零件少保護(hù)利便，升功率密度大的優(yōu)點(diǎn)，能夠抵達(dá)低空短航時(shí)無人機(jī)的需要。二沖程活塞發(fā)想法的做功道理，致使難以幸免掃氣經(jīng)過（進(jìn)、排氣堆疊期稱為掃氣期）的廢氣排出損失，致使油耗高，

7、潤(rùn)滑油耗資量也大，經(jīng)濟(jì)性差。其余由于缸數(shù)和冷卻的限制，進(jìn)一步提升功率很難。廢氣渦輪增壓的難度也較大。燃油/圓滑油經(jīng)濟(jì)性差，就對(duì)無人機(jī)的長(zhǎng)航時(shí)發(fā)生不好影響，這是一方面的弊端。由于高空情況下空氣稀有，密度和溫度下降，致使進(jìn)入缸內(nèi)的空胸襟減小，發(fā)想法充量系數(shù)下降，熱負(fù)荷增添，排溫升高，使得燃燒經(jīng)過惡化，需要對(duì)其進(jìn)行增壓。而二沖程發(fā)想法無法合用增壓，發(fā)想法的功率也不能夠夠合用提升，就難以提多發(fā)想法的巡航高度和合用升限，無人機(jī)的高原高空性能就會(huì)遇到限制。這是另一方面的弊端。這兩個(gè)弊端，形成了二沖程發(fā)想法難以知足中空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)需要。比較之下，四沖程航空活塞發(fā)想法，分為進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行

8、程，燃油經(jīng)濟(jì)性比二沖程要好，功率也能夠比二沖程航空活塞發(fā)想法功率更高。特別是利潤(rùn)于汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，小型高轉(zhuǎn)速的廢氣渦輪增壓器大量涌現(xiàn)，渦輪增壓技術(shù)（和機(jī)械增壓技術(shù)）也已經(jīng)在四沖程航空活塞發(fā)想法獲取運(yùn)用，單級(jí)增壓技術(shù)已經(jīng)比較成熟。渦輪增壓技術(shù)的使用，提升了發(fā)想法的送出功率，達(dá)成了高海拔發(fā)想法的功率還原，進(jìn)而使無人機(jī)的旅行速度和合用升限得以顯然提升。研究表示，帶一級(jí)增壓的活塞發(fā)想法在5000米空中能夠保持其最大功率連續(xù)工作，但高出8000米以上的高空運(yùn)行仍無法知足進(jìn)氣需要量，形成動(dòng)力送出不夠致使激發(fā)熄火。而二級(jí)增壓則能夠?qū)⑦@一高度提升到11000米（NASA研究的三級(jí)增壓，致使能夠?qū)⒑娇栈钊l(fā)

9、想法的旅行高度提升到24000米）。但汽油機(jī)在增壓壓縮終了，混同氣濃度和溫度上升顯然，易發(fā)生爆燃，同時(shí)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速限制寬，與增壓器的般配困難，因此高效率增壓仍有必然困難。眼前外國的主流航空四沖程活塞發(fā)想法，比喻德國的LIMBACH-L2400ET，德國的TKDI600，奧地利的ROTAX914等，寬泛擁有渦輪增壓功能，因此擁有較高的可靠性和優(yōu)秀的高空性能，標(biāo)定轉(zhuǎn)速大概在3000r/min到6000r/min，標(biāo)定功率34Kw-99kW之間。比喻以色列的蒼鷺無人機(jī)，采用的就是74.6kW的4沖程渦輪增壓發(fā)想法，巡航高度7620米。更加模范的，是捕食者A采用的78.3kW的Rotax914型4缸4沖

10、程渦輪一級(jí)增壓活塞發(fā)想法，升限7925米。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用自然吸氣時(shí)，在海拔3000m時(shí)，其功率下降30%，4500米時(shí)下降40%此后在海拔4500m，9000米時(shí)下降65%。而采用一級(jí)增壓時(shí)，功率仍舊能抵達(dá)平原的90%左右。第三：高能點(diǎn)火技術(shù)活塞發(fā)想法的點(diǎn)火方式有點(diǎn)燃式（火花塞跳火）和壓燃式（靠壓縮行程將混同氣壓縮到燃點(diǎn)，使其自動(dòng)著火）。汽油機(jī)采用火花塞方式的比很多。至于重油機(jī)，第一篇說過，重油燃點(diǎn)比汽油高，因此火花塞點(diǎn)火需要很高的能量，某型號(hào)研究燃油耗資率要高于壓燃式20%左右。因此重油機(jī)的點(diǎn)火方式更適合采用壓燃式，這就需要較高的壓縮比才能壓燃重油。對(duì)于點(diǎn)燃式的汽油機(jī)，為了保證發(fā)想法在各樣工況

11、和條件下可靠安全的點(diǎn)火，點(diǎn)火系統(tǒng)必要在發(fā)想法不同樣樣海拔不同樣樣工況下都能供應(yīng)可靠而正確的點(diǎn)火花，眼前航空發(fā)想法采用的先進(jìn)點(diǎn)火技術(shù)首要有高能點(diǎn)火和雙火花塞迅速燃燒技術(shù)。高能點(diǎn)火系統(tǒng)的工作可靠性和本錢問題沒有獲取合用辦理，航空發(fā)想法運(yùn)用較少。而航空發(fā)想法運(yùn)用雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)已有快要四十年的歷史，其中，ROTAX系列高空汽油機(jī)是運(yùn)用雙火花塞點(diǎn)火技術(shù)成功的模范。第四、輕量化航空重油活塞發(fā)想法的可靠性航空活塞發(fā)想法體積小，對(duì)氣動(dòng)策劃有利；重量輕，對(duì)提升功重比有利，這是它成為通用航空限制小型旅行器動(dòng)力的重要上風(fēng)因素?？墒呛娇栈钊l(fā)想法的燃料從航空汽油換成重油此后，再經(jīng)過上述一、二亮點(diǎn)的優(yōu)化策劃，各樣零件

12、、附件增添，發(fā)想法的體積和重量有所增添，反過來弱化了活塞機(jī)的上風(fēng)。既要變低重量和體積，又要保證在重油粗暴工作方式下發(fā)想法的運(yùn)行正常，對(duì)于長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)還要有充分的可靠性和悠久性。這些看似相互矛盾的需要，也正是航空重油活塞發(fā)想法的技術(shù)難點(diǎn)所在。在前面的燃料霧化和動(dòng)力增壓這些技術(shù)路線比較清楚的情況下，反而是可靠性這一點(diǎn)，有時(shí)倒成了航空重油活塞發(fā)想法最讓人頭痛的地方。從實(shí)質(zhì)產(chǎn)品上看，國內(nèi)外國的一些相關(guān)產(chǎn)品，在輕量化和悠久性的平衡性上也遇到了一些問題。比喻，資料表示，德國出名活塞發(fā)想法廠商蒂勒特的名牌產(chǎn)品Centurion1.7發(fā)想法，生產(chǎn)量抵達(dá)1500臺(tái)，但在悠久性和可靠性上就存在一些問題。圖1:Ce

13、nturion1.7活塞發(fā)想法裝備MQ-1C無人機(jī)Centurion1.7的數(shù)控和傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)型Centurion2.0于2006年開始生產(chǎn)。這是一款4缸渦輪增壓柴油機(jī)，重油（航煤和航柴均）可看作其燃料。排量1.9升，最大送出功率100kW/135hp，質(zhì)量134千克，功重比0.7463，不失功率的最大爬高升度1828m。該型發(fā)想法是第一款獲取FAA、EASA等60個(gè)適航認(rèn)證的新式航空煤油發(fā)想法。可是生產(chǎn)初期仍舊存在價(jià)格昂貴，培修保養(yǎng)錯(cuò)亂和可靠性的問題誠然大修間隔為1500小時(shí)，但300旅行小時(shí)就要更換齒輪箱（CD數(shù)據(jù)）。到了Centurion2.0的發(fā)展型AE300，2009年獲取EASA/

14、FAA認(rèn)證，航煤、航柴和生物重油都能夠看作燃料。這一次可靠性誠然有改進(jìn)，可是輕量化做的不好最大輸出功率125kW，質(zhì)量185千克，功重比下降到0.6756。法國SMA公司生產(chǎn)的SR305-230E，4沖程渦輪增壓壓燃式重油發(fā)想法，也獲取EASA和FAA認(rèn)證，2013年7月在美國進(jìn)行了旅行演出，功率171.3kW，質(zhì)量208.6千克，功重比0.8212，不失功率最大爬高升度提升到3048m。在體積輕量化的方面做的不好，看作一款輕型飛機(jī)的動(dòng)力擁有820mmX930mmX750mm的較大尺寸，影響了機(jī)身的整體流線型策劃，市場(chǎng)反響不睬想。美國Deltahawk公司的DH4發(fā)想法，尺寸重量都不大，結(jié)構(gòu)湊緊，功率123.5kW，質(zhì)量148千克，功重比0.8345，不失功率最大爬高升度提升升度5486m，大修間隔2000小時(shí)?？粗鴶?shù)據(jù)是不是更加亮眼？問題這是一款2沖程發(fā)想法，排放問題又是最大的麻