《無人機工作系統(tǒng)實用技術》PPT課件模塊2-無人機動力系統(tǒng)

1、無人機工作系統(tǒng)實用技術PPT課件模塊2-無人機動力系統(tǒng)無人機工作系統(tǒng)實用技術PPT課件模塊2-無人機動力系統(tǒng)1.了解電動機的分類和外形區(qū)別。2.掌握電動機的基本結構和相關術語。3.掌握有刷電機和無刷電機的工作原理。4.掌握有刷電調和無刷電調的工作原理。5.掌握電池的各項參數(shù)和類別。6.掌握螺旋槳的各項參數(shù)和類別。知識目標1.了解電動機的分類和外形區(qū)別。知識目標任務描述學習本部分的內容，是為了了解電動機動力系統(tǒng)組成部分，電動機工作原理、各項參數(shù)意義，該部分知識能夠使人了解動力系統(tǒng)的重要性和電動機動力系統(tǒng)的特點。電動機是將電能轉化為機械能的一種機械裝置?，F(xiàn)在無人機應用最廣數(shù)量最多的是無刷電機，它具

2、有結構簡單、穩(wěn)定、效率高、耐用等優(yōu)點。使用電動機作為無人機的動力系統(tǒng)核心是無人機最廣泛的應用方案。該動力系統(tǒng)最大的特點是只需要電力就可以滿足飛機的能源需求。主要包括電動機、電子調速器、螺旋槳和電池4個部分。電動機 負責將電能轉化為機械能，目前，多旋翼無人機的電動機以無刷直流電機為主。電子調速器 負責將飛行控制系統(tǒng)的控制信號快速轉變?yōu)殡姌须妷汉碗娏?，以控制電動機的速度。螺旋槳 是直接產(chǎn)生推力的部件，旋轉方向分為正反兩種。電池 是多旋翼無人機的能源，與多旋翼無人機的飛行距離和最大負載重量等重要指標直接相關。對于多旋翼無人機而言，動力系統(tǒng)是其起飛階段、穩(wěn)定飛行階段、降落階段的核心硬件。任務描述學習本

3、部分的內容，是為了了解電動機動力系統(tǒng)組成部分，目前無人機動力系統(tǒng)所使用的電動機分為有刷電機和無刷電機兩個大類。這兩種電機在工作方式和性能上都有很大差別。其中無刷電機因為性能更高所以在無人機中應用較為廣泛，而有刷電機憑借低廉的價格和簡單的構造取得在小型無人機中的一席之地。有刷電機有刷電機是大家最早接觸的一類電機，例如很多電動小玩具，或者很多家用的吹風機里面的電機都是有刷電機。有刷電機的主要結構就是定子，轉子，電刷，通過旋轉磁場獲得轉動力矩，從而輸出動能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉動中起到導電和換相作用。有刷電機工作過程是將各組線圈的兩個電源輸入端，依次排成一個環(huán)，相互之間用絕緣材料分隔，組成

4、一個像圓柱體的東西，與電機軸連成一體，電源通過兩個碳元素做成的碳刷，在彈簧壓力的作用下，從兩個特定的固定位置，壓在上面線圈電源輸入環(huán)狀圓柱上的兩點，給一組線圈通電。隨著電機轉動，不同時刻給不同線圈或同一個線圈的不同的兩極通電，使得線圈產(chǎn)生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥，產(chǎn)生力量，推動電機轉動。碳電極在線圈接線頭上滑動，像刷子在物體表面刷，因此叫碳“刷”。相互滑動，會摩擦碳刷，造成損耗，需要定期更換碳刷；碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設備。相關知識點1:無人機電動機的類型目前無人機動力系統(tǒng)所使用的電動機分為

5、有刷電機和無刷電機兩個大2.無刷電機無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成。無刷電機的轉子是永磁磁鋼，連同外殼一起和輸出軸相連，定子是繞組線圈，去掉了有刷電機用來交替變換電磁場的換向電刷，故稱之為無刷電機（Brushless motor）。依靠改變輸入到無刷電機定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個繞電機幾何軸心旋轉的磁場，這個磁場驅動轉子上的永磁磁鋼轉動，電機就轉起來了。電機的性能和磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強度、電機輸入電壓大小等因素有關，更與無刷電機的控制性能有很大關系。因為輸入的是直流電，電流需要電子調速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機那里接收控制信號，控制電機的轉速

6、，以滿足無人機使用需要。無刷電機采取電子換向，線圈不動，磁極旋轉。無刷電機轉子的位置確定可以通過霍爾元件，編碼器或者其他，感知永磁體磁極的位置。根據(jù)這種感知，適時切換線圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來驅動電機。這些電路，就是電機控制器。無刷電機的控制器，還可以實現(xiàn)一些有刷電機不能實現(xiàn)的功能，比如調整電源切換角、制動電機、使電機反轉、鎖住電機、利用剎車信號，停止給電機供電。由于無刷直流電動機是以自控式運行的，所以不會像變頻調速下重載啟動的同步電機那樣在轉子上另加啟動繞組，也不會在負載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。2.無刷電機無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成。無刷電機的差異有刷電機無刷電機適

7、用范圍普通的電動設備都可以使用。由于碳刷的磨損，需要定期進行更換電刷，因此有刷電機使用壽命較低常用于對控制要求比較高，轉速比較高的設備，如無人機，電動汽車，精密儀器儀表等控制方式有刷電機通過調節(jié)供電電壓的大小直接控制轉速，因此控制電機比較簡單一般通過的供電電源的電壓不變，改變電調的控制信號，通過微處理器再改變大功率MOS管的開關速率，來實現(xiàn)轉速的改變，因此控制電機較為復雜啟動電機響應速度快，起動扭矩大，速度從零到最大幾乎感覺不到振動，起動時可帶動更大的負荷起動電阻大，功率因素小，無刷電機在起動和制動時運行不平穩(wěn)，起動扭矩相對較小，起動時有嗡嗡聲，并伴隨著強烈震動，起動時帶動負荷較小，振動大，只

8、有在速度恒定時才會平穩(wěn)精度高精度直流有刷電機通常和減速箱、譯碼器一起使用，使的電機的輸出功率更大，控制精度更高，控制精度可以達到0.01毫米，幾乎可以讓運動部件停在任何想要的地方無刷電機由于在啟動和制動時不平穩(wěn)，所以運動部件每次都會停到不同的位置上，必須通過定位銷或限位器才可以停在想要的位置上效率有刷電機的換相由于只能有電刷決定，而且存在摩擦損耗無刷電機根據(jù)轉子位置的實際情況，適時切換線圈中電流的方向，即使在不同的負載下，也可以保證時刻產(chǎn)生最大的扭矩保養(yǎng)碳刷電機需要更換碳刷，如果更換不及時會造成電機的損壞使用壽命很長，通常是有刷電機的10倍以上，但是壞了就需要更換電機，但日常維護基本不需要工況

9、碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設備，同時還伴隨著噪音和震動無刷電機去除了電刷，極大減少了電火花對遙控無線電設備的干擾，運轉時摩擦力大大減小，運行順暢，噪音會低許多，有助于于無人機運行穩(wěn)定相關知識點2有刷電機和無刷電機的區(qū)別差異有刷電機無刷電機適用范圍普通的電動設備都可以使用。由于碳相關知識點3:無刷電機的組成部分大多數(shù)無人機使用無刷電機，這和它的結構特點有很大關系。無刷電機的前蓋、中殼、后蓋主要是整體結構件，起到構建電機整體結構的作用。但是外轉子無刷電機的外殼同時也是磁鐵的磁路通路，所以外殼必須是導磁性的物質構成。內轉子的外殼只是結構件，所以不限定材質。但是內

10、轉子電機比外轉子電機多一個轉子鐵芯，這個轉子鐵芯的作用同樣也是起到磁路通路的作用。磁鐵：是安裝在轉子上，是無刷電機的重要組成部分，無刷電機的絕大部分性能參數(shù)都與磁鐵相關，包括功率、轉速、扭矩等。硅鋼片：是有槽無刷電機的重要組成部分，當然，無槽無刷電機是沒有硅鋼片的，但是目前絕大多數(shù)的無刷電機都是有槽的。它在整個系統(tǒng)中的作用主要是降低磁阻、參與磁路運轉。轉軸：是電機轉子的直接受力部分，轉軸的硬度必須能滿足轉子高速旋轉的要求。軸承：是電機運轉順暢的保證，軸承可以分為滑動軸承和滾動軸承，而滾動軸承又可以細分為深溝球軸承、滾針軸承和角接觸軸承等十大類，而目前大多數(shù)的無刷電機都是采用深溝球軸承。相關知識

11、點3:無刷電機的組成部分大多數(shù)無人機使用無刷電機，這相關知識點4: 電調電調全稱電子調速器，英文Electronic Speed Control，簡稱ESC。針對電機不同，可分為有刷電調和無刷電調。電調可以通過接收PWM信號來將輸入的電源轉為不同的電壓，并輸出到電機，從而達到使電機產(chǎn)生不同的轉速的目的。有刷電調可以改變電流方向，從而可以改變電機轉動方向。而無刷電調卻不能改變電機的轉動方向，但是可以將直流電轉為三相交流電，從而輸出到無刷電機上。電調還有兩個比較重要的指標：最高電壓和最大電流。最高電壓：電調所支持的最高電壓。通常在電調上會標有Li-Po3（3節(jié)鋰電池）、Li-Po4（4節(jié)鋰電池）或

12、Li-Po6（6節(jié)鋰電池）等字樣，表示電調所支持的最高電壓是12.6v、16.8v或25.2v。電調的最高電壓并不是越高越好，從直觀感受上講最高電壓的越大，電調的體積就越大，重量也就越大，飛機的負載也就越大。所以在飛機設計中通常是選擇合適的電調，而不是一味的選擇高電壓電調。最大電流：流經(jīng)電調本身的電流的最大值。通常是10A、15A、20A、30A或40A。如果在無人機飛行過程中我們需要電機高速轉動，就需要更高的電壓和更大的電流。如果電流值超過電調所能承受的最大電流時，就會導致電調過載，電調燒毀，電機停轉，進而墜機的情況。所以電調最大電流的選擇上也要慎重考慮。電調生產(chǎn)商通常會在最高電壓和最大電流

13、的中預留10%的超額范圍，以防萬一。另外，當實際電流很大時，電調的內阻就不能完全忽略，當電流很大時，電調本身也會消耗掉一部分功率。相關知識點4: 電調電調全稱電子調速器，英文Electron相關知識點5:電調的分類電調通過搭配的電機來分類，搭配有刷電機的電調就是有刷電調，搭配無刷電機的電調就是無刷電調。不同種類的電調功能不同，外形不同，也不能相互混用。1.有刷電調有刷電調是用于有刷電機的。輸入為直流電一正一負兩根線，輸出也是一正一負兩根線。想要改變電機的轉動方向，只需要改變其電源的正負極即可，也就是改變電流的方向。有刷電調可以通過內部電路來改變輸出電流的方向，從而達到電機不同方向的轉動。如果想

14、要改變電機的轉速，就需要改變電壓和電流的大小。2.無刷電調無刷電調的作用是將直流電源轉為三相交流電，并可以通過改變輸出電壓，從而改變無刷電機轉動的速度。與有刷電調不同的是，無刷電調不能改變電機的轉動方向，改變無刷電機轉動方向只需要將電機的三根電源線的任意兩根反接即可。無刷電調使用PWM信號控制電壓，從而電機轉速，由于無刷電調不能改變電機的轉動方向所以PWM占空比由50%到100%逐漸變化的過程就是電機由停轉到越轉越快的過程，直至達到最大轉速。相關知識點5:電調的分類電調通過搭配的電機來分類，搭配有刷電相關知識點6: PWM信號 PWM信號的頻率是通常是沒有規(guī)定的，可以是50hz、100hz、2

15、00hz或500hz等等?？刂祁l率越高，其周期越短，控制間隔也就越短，電調和電機響應速度也就越快。反之，控制頻率越低，其周期就越長，控制間隔就越長，電調和電機的響應速度就越慢。早期電調響應PWM信號的頻率是50hz，但隨著科技的發(fā)展和對控制流暢度的要求，現(xiàn)在多數(shù)電調都支持500hz以上的PWM信號，并且電調內部自帶濾波器，可以很好的響應并控制電機的轉動。 PWM英文全稱為（Pulse-width modulation）。也稱占空比信號，它表示高電平時長占整個信號周期的比例。例如：PWM的整個周期為2ms，而高電平時長為0ms，低電平時長為2ms，那么占空比的值為0%；又如高電平時長為1ms，而

16、低電平時長為1ms，那么占空比信號則為50%；如果高電平時長為2ms，而低電平時長為0ms，那么占空比信號為100%。相關知識點6: PWM信號 PWM信號的頻率是通常是沒有相關知識點7: 螺旋槳靠槳葉在空氣中旋轉將發(fā)動機轉動功率轉化為推進力或升力的裝置，簡稱螺旋槳。螺旋槳旋轉時，槳葉不斷把大量空氣（推進介質）向后推去，在槳葉上產(chǎn)生一向前的力，即推進力。當該面朝前時，逆時針旋轉產(chǎn)生拉力的為正槳，順時針旋轉產(chǎn)生拉力的為反槳。一般情況下，螺旋槳除旋轉外還有前進速度。如截取一小段槳葉來看，恰像一小段機翼，其相對氣流速度由前進速度和旋轉速度合成。相關知識點7: 螺旋槳靠槳葉在空氣中旋轉將發(fā)動機轉動功率

17、轉化相關知識點8:螺旋槳的分類1.定距螺旋槳木制螺旋槳一般都是定距的。它的槳距（或槳葉安裝角）是固定的。適合低速的槳葉安裝角在高速飛行時就顯得過?。煌瑯樱m合高速飛行的安裝角在低速時又嫌大。所以定距螺旋槳只在選定的速度范圍內效率較高，在其他狀態(tài)下效率較低。定距螺旋槳構造簡單，重量輕，在功率很小的無人機上得到廣泛應用。2.變距螺旋槳為了解決定距螺旋槳高、低速性能的矛盾，遂出現(xiàn)了飛行中可變槳距的螺旋槳。螺旋槳變距機構由液壓或電力驅動。變距螺旋槳廣泛應用于固定翼飛機和直升機，雖然兩者都在使用變距螺旋槳，但是目的和形狀都不盡相同。固定翼飛機使用變距螺旋槳的目的在于通過調節(jié)螺旋槳的拉力，使螺旋槳處于最佳

18、工作狀態(tài)。而直升機使用變距螺旋槳不只是為了調節(jié)螺旋槳的拉力，也是為了調節(jié)飛機的姿態(tài)和運動方向。相關知識點8:螺旋槳的分類1.定距螺旋槳2.變距螺旋槳相關知識點9:螺距螺距的意義是指螺絲釘延螺旋線方向兩個相同螺紋之間的距離如下圖：而對于螺旋槳來說，我們知道槳的葉片與轉動平面是有一個夾角的，所以在轉動時才會對空氣產(chǎn)生推力。而這正因為這個夾角的存在，我們就可以對這個夾角做度量，為其測量螺距。我們假設螺旋槳與螺絲釘一樣延著螺旋線轉動并延伸下去，如下圖：這樣我們就可以清楚的看到螺旋槳在螺旋線方向上兩個相鄰螺紋之間的距離。通常這個距離用英寸來表示，例如7045、8045、9045、1045這些指標的后兩個

19、數(shù)字表示其螺距為4.5英寸；7050、8050、9050、1050表示其螺距為5.0英寸。而前兩個數(shù)字，表示其直徑的大小，例如：8045表示槳的直徑為8.0英寸，9045表示槳的直徑為9.0英寸，1045表示槳的直徑是10英寸，而不是1.0英寸。相關知識點9:螺距螺距的意義是指螺絲釘延螺旋線方向兩個相同螺相關知識點10:槳葉的數(shù)量槳的直徑越長，在相同電機轉速下其拉力越大，直徑越小拉力越小。在上面我們談的都是兩葉槳，常見的還有三葉槳和四葉槳。在直徑、螺距、電機轉速相同的情況下，槳葉越多其拉力越大，但是其轉動慣量與空氣阻力也就越大。電機使三葉槳達到與二葉槳相同轉速時，需要的電流就更大，而當電流增加

20、到十幾安培乃至幾十安培時，電機的內阻和電調的內阻就會消耗掉一定的功率產(chǎn)生熱量，而電機對槳產(chǎn)生的動能相對減小了一部分。使用多葉槳達到與兩葉槳相同轉速需要消耗的功率就更大。因此，通常情況下三葉槳與四葉槳的效率并沒有二葉槳的效率高。所以對于多旋翼無人機我們也推薦使用二葉槳。相關知識點10:槳葉的數(shù)量槳的直徑越長，在相同電機轉速下其拉相關知識點11:無人機動力電池對于無人機來說動力電池通常采用鋰芯電池，也就是我們日常所說的鋰電池，用LiPo表示，每節(jié)鋰電池的電壓通常為3.7v到4.2v，也就是說每一節(jié)鋰電池的空電電壓為3.7滿電電壓為4.2v。鋰電池的放電效果要比普通鎳氫電池或鎳鋰電池好，所以也在無人

21、機上得到廣泛應用。鋰電池由滿電到空電的放電過程電壓值并不是線性的，就是說鋰電池在放電過程中電壓值并不是按比例承時間變化的直線，而是一條曲線 通過曲線我們可以清楚的看到鋰電池在剛開始放電時，電壓降低的速度比較接近于線性變化，而后逐漸平緩，并持續(xù)較長一段時間，而后電壓迅速降低。從典型放電曲線圖上可以看出，電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。但是在實際使用過程中4.2v的電壓是不夠的，所以人們想到將多節(jié)鋰電池串聯(lián)起來提高電壓。例如只有1節(jié)鋰的電池稱為LiPo 1S電池，由2節(jié)鋰電池串聯(lián)起來的電池稱為LiPo2S，由3節(jié)、4節(jié)或6節(jié)串聯(lián)的分別稱為LiPo3S、LiPo4S或LiPo6S。對于

22、多數(shù)世面上出售的動力電池除了會注明電池節(jié)數(shù)之外，還會注明其空電電壓值，例如：1s 3.7v。2s 7.4v。3s 11.1v。4s 14.8v。6s 22.2v。動力電池的電壓越高就可以驅動動力更強的電機轉動。在小型有刷多旋翼無人機上使用的通常都是1s或2s鋰電池。而中型多旋翼上使用的通常是3s、4s電池，6s電池通常用在更大的無人機上。相關知識點11:無人機動力電池對于無人機來說動力電池通常采用相關知識點12:電池的容量和放電倍率在購買動力電池時，我們可以看到電池上還有電量的標注，電量就是我們所常用的3000mah、4000mah、5300mah或10000mah等等。它表示了動力電池能夠存

23、儲的電能的多少，單位為毫安時。而放電倍率通常是有15C、20C、25C或30C等等。它的意思是說放電的速率。例如：我們有一塊10000mah 20C的電池。1、按每小時10000毫安的放電速度持續(xù)放電1個小時；2、以5倍速度放電，即以每小時50000毫安的放電速度持續(xù)放電12分鐘（60 / 5）；3、以10倍速度放電，即以每小時100000毫安的放電速度持續(xù)放電6分鐘（60 / 10）；4、以20倍速度放電，即以每小時200000毫安的放電速度持續(xù)放電3分鐘（60 / 20）。至于在實際飛行過程中它按多少的倍率放電，主要取決于電調和電機的功率，也就是負載的電流消耗。影響電池容量的因素：1.電電

24、流：電流越大，輸出的容量減少；2.電池的放電溫度：溫度降低，輸出容量減少；3.電池的放電截止電壓：是由電極材料以及電極反應本身的限定來設定的放電時一般為3 .5V或3.2V。4.電池的充放電次數(shù)：電池經(jīng)過多次充放電后，由于電極材料的失效，電池的放電容量會相應減少。5.電池的充電條件：充電倍率、溫度、截止電壓等影響充入電池的容量，從而決定放電容量。相關知識點12:電池的容量和放電倍率在購買動力電池時，我們可模塊2 無人機動力系統(tǒng)學習任務2 內燃機系統(tǒng)之活塞發(fā)動機的認識模塊2 無人機動力系統(tǒng)學習任務2 內燃機系統(tǒng)之活塞發(fā)動1.了解一般無人機所用內燃機的分類和外形區(qū)別。2.掌握二沖程發(fā)動機的基本結構

25、和相關術語。3.掌握二沖程發(fā)動機和四沖程發(fā)動機的工作原理。4.掌握燃料的各種差別和用途。5.學會拆裝和檢修無人機內燃機動力系統(tǒng)。知識目標1.了解一般無人機所用內燃機的分類和外形區(qū)別。知識目標任務描述學習本部分的內容，是為了了解內燃機動力系統(tǒng)組成部分，二沖程發(fā)動機工作原理、各項參數(shù)意義，該部分知識能夠使人了解動力系統(tǒng)的重要性和內燃機動力系統(tǒng)的特點。內燃機是將化學能轉化為機械能的一種機械裝置。現(xiàn)在無人機應用最廣數(shù)量最多的是二沖程發(fā)動機，它具有重量輕、動力強、價格低等優(yōu)點。任務描述學習本部分的內容，是為了了解內燃機動力系統(tǒng)組成部分，相關知識點1:內燃機的分類內燃機作為飛機的動力系統(tǒng)有著悠久的歷史。在

26、無人機領域里固定翼無人機多采取內燃機作為動力系統(tǒng)。因為其具有續(xù)航能力強，成本低，重量輕等優(yōu)點，也因為只有內燃機引擎可以使飛機超音速飛行。首先按照燃料燃燒位置不同分為外燃機和內燃機。外燃機就是燃料在開放區(qū)域（氣缸外）燃燒，是用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給另一種介質，由另一種介質推動活塞運動，蒸汽機就是典型的外燃機，燃料燃燒將水燒開，再由蒸汽推動活塞運動，產(chǎn)生行駛的動力。由于外燃機是在缸體外燃燒，熱量的損失較大，熱效率不高，但是它有一個優(yōu)點就是不挑食，它對燃料不挑剔，只要是能（劇烈）燃燒產(chǎn)生熱量的物質，都可以成為外燃機的燃料。而內燃機的燃料是直接在（氣缸內）燃燒，產(chǎn)生熱量推動活塞運動。內燃機的燃料是在

27、缸體內燃燒，熱量損失小，熱效率更高。相關知識點1:內燃機的分類內燃機作為飛機的動力系統(tǒng)有著悠久的相關知識點1:內燃機的分類如果根據(jù)燃料的不同，發(fā)動機有汽油、柴油之分。汽油發(fā)動機（Gasoline Engine ）是以汽油作為燃料，將內能轉化成動能的的發(fā)動機。由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸，經(jīng)過壓縮達到一定的溫度和壓力后，用火花塞點燃，使氣體膨脹做功。汽油機的特點是轉速高、結構簡單、質量輕、造價低廉、運轉平穩(wěn)、使用維修方便。汽油機在汽車上，特別是小型汽車上大量使用。由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以在氣缸外部與空氣形成均勻的混合氣，然后將混合氣吸入氣缸，或用汽油噴射系統(tǒng)將汽油

28、噴入氣缸，使氣體膨脹做功。汽油機的缺點是熱效率低于柴油機，泊耗較高，點火系統(tǒng)比柴油機復雜，可靠性和維修的方便性也不如柴油機。柴油發(fā)動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機。柴油發(fā)動機的優(yōu)點是扭矩大、經(jīng)濟性能好。柴油發(fā)動機的工作過程與汽油發(fā)動機有許多相同的地方，每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。但由于柴油機用的燃料是柴油，它的粘度比汽油大，不容易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻比汽油低，因此，可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。不同之處主要有，柴油發(fā)動機的氣缸中的混合氣是壓燃的，而非點燃的。柴油發(fā)動機工作時，進入氣缸的是空氣，氣缸中的空氣壓縮到終點的時候，溫度可以達到500-700，壓力可

29、以達到4050個大氣壓。活塞接近上止點時，供油系統(tǒng)的噴油嘴以極高的壓力在極短的時間內向氣缸燃燒室噴射燃油，柴油形成細微的油粒，與高壓高溫的空氣混合，可燃混合氣自行燃燒，猛烈膨脹產(chǎn)生爆發(fā)力，推動活塞下行做功，此時溫度可達1900-2000，壓力可達60-100個大氣壓，產(chǎn)生的扭矩很大，所以柴油發(fā)動機廣泛的應用于大型柴油設備上。不管是蒸汽機還是后來的單缸（多缸）柴油機、汽油機，都是活塞發(fā)動機。相關知識點1:內燃機的分類如果根據(jù)燃料的不同，發(fā)動機有汽油、相關知識點2:活塞發(fā)動機結構活塞發(fā)動機通常是指燃油在汽缸里燃燒膨脹，推動活塞下行帶動曲軸旋轉，以此形式輸出動力的發(fā)動機，其利用一個或者多個活塞將壓力

30、轉換成旋轉動能?；钊l(fā)動機主要由活塞、曲軸、連桿、氣缸、進排氣們和火花塞等組成，活塞 活塞在氣缸中做往復運動，其頂面和氣缸頭內表面之間的空間是燃燒室?；钊l(fā)動機上裝有數(shù)個彈性很強的活塞環(huán)，又稱漲環(huán)，其作用是防止燃燒室內的高溫高壓燃氣向外泄漏，并防止滑油從外部進入燃燒室。曲軸和連桿 活塞和曲軸由連桿相連，從而將活塞的直線運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，并將從每個氣缸獲得的功傳輸?shù)铰菪龢飧?氣缸內壁是燃燒室的組成部分，在發(fā)動機工作時，汽油與空氣的混合物在燃燒室被壓縮點燃，轉變?yōu)楦邷?、高壓燃氣，通過燃氣的膨脹使熱能轉變?yōu)闄C械能。進、排氣門:新鮮的油氣混合物通過進氣門進入氣缸，膨脹做功后的廢氣經(jīng)過排氣系

31、統(tǒng)排出。進、排氣門的開關由氣門結構控制?；鸹ㄈ?火花塞通常被稱為電嘴，其功能是適時高壓放電，點燃氣缸中的新鮮油氣混合物。相關知識點2:活塞發(fā)動機結構活塞發(fā)動機通常是指燃油在汽缸里燃相關知識點3:活塞發(fā)動機工作原理發(fā)動機的活塞頂部能到達的距曲軸旋轉中心最遠的位置叫上止點，相應地，活塞頂部能到達的距曲軸旋轉中心最近的位置叫下止點，從上止點到下止點的距離叫活塞沖程活塞在氣缸內要經(jīng)過四個沖程，依次是進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程1，進氣沖程。這個沖程，進氣門開啟，排氣門關閉?；钊滦?，在缸內形成真空，這個沖程的目的是為了將空氣或者油氣混合物吸入缸內，對于柴油機和直噴式汽油機吸入的是純空氣，而對

32、于非直噴汽油機吸入的是汽油和空氣的混合物，這個沖程結束的適合，進氣門會關閉。進氣結束缸內會形成0.75到0.9個大氣壓壓強。2， 壓縮沖程這個沖程的目的就是為了可燃混合氣可以迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，從而增加發(fā)動機的輸出功率。所以在燃燒前需要將混合氣壓縮，使其容積減少，密度增大，溫度升高。此時混合氣會被壓縮到一個非常小的空間內，氣缸內壓力可以達到十幾個大氣壓，溫度可以達到300上下。3， 做功沖程這個行程，進，排氣門仍然關閉，當活塞接近上止點的時候，火花塞點火，點燃被壓縮的可燃氣體?？扇蓟旌蠚馊紵螅懦龃罅康臒崮?，壓力和溫度迅速增加，所能達到最高壓力5Mpa，約等于50個大氣壓力，溫度可達

33、2500。高溫高壓燃氣推動活塞從上止點向下止點運動。通過曲柄連桿機構旋轉輸出機械能，除了飛馳本身運作以外，其余用于對外做工。4.排氣沖程可燃氣體燃燒后生成的廢氣，必須從缸內排出，以便進行下一個循環(huán)。當做功沖程接近下止點的時候，排氣門開啟，靠廢氣壓力自行排氣，活塞繞過下止點后向上止點移動的時候，繼續(xù)將廢氣強制排出到大氣中。在排氣行程終了，氣缸內壓力還是會稍稍大于大氣壓。相關知識點3:活塞發(fā)動機工作原理發(fā)動機的活塞頂部能到達的距曲相關知識點4:二沖程發(fā)動機和四沖程發(fā)動機從結構上來看二沖程發(fā)動機的結構相對比較簡單，主要由氣缸蓋、氣缸、活塞、活塞環(huán)等零件組成，在缸體上開有進氣孔、排氣孔和換氣孔；氣孔的

34、開啟和關閉由活塞的位置決定。與四沖程發(fā)動機相比，沒有復雜的配氣機構和潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)一般都采用風冷，結構上大為簡化，造價也更便宜。四沖程發(fā)動機有獨立的配齊機，通過凸輪軸、正時鏈條或氣門頂桿，來控制氣門的開啟和關閉，比較精密。進、排氣系統(tǒng)比較完善，所以比較省油。二沖程發(fā)動機通過活塞在上行和下行的過程中，在不同的階段打開和關閉位于缸體上的進氣口、排氣口和掃氣口來控制進排氣，會造成浪費。四沖程相比于二沖程發(fā)動機更省油，而二沖程發(fā)動機的污染也比四沖程發(fā)動機嚴重。從性能上來看，當曲軸轉速相同時，二沖程發(fā)動機單位時間的作功次數(shù)是四沖程發(fā)動機的兩倍。理論上二沖程發(fā)動機的功率應是四沖程發(fā)動機的兩倍（但實際上

35、只有1.51.7倍），發(fā)動機的升功率更高，動力性更好，發(fā)動機的振動也比較小。綜合來看，四沖程發(fā)動機應用的更加廣泛，絕大多數(shù)的汽車和工程機械上搭載的都是四沖程發(fā)動機，而二沖程發(fā)動機更多的應用在那些不常使用和“推重比”很重要的場合，比如剪草機、油鋸、農作機械和無人機等。二沖程發(fā)動機是在兩個行程內完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機。二沖程發(fā)動機曲軸轉一圈，發(fā)動機對外作功一次。壓縮與吸氣過程同時進行，做功后立即進行排氣。由于完成一個做功循環(huán)需要活塞運動兩個行程，所以叫二沖程。四沖程發(fā)動機會在四個行程內完成一個工作循環(huán)。曲軸轉兩圈，發(fā)動機對外做功一次。壓縮、吸氣、做功、排氣四個過程分開進行。由于完成一個做工循環(huán)需

36、要活塞運動四個行程，所以叫四沖程。二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機的區(qū)別如下:相關知識點4:二沖程發(fā)動機和四沖程發(fā)動機從結構上來看二沖相關知識點5:二沖程發(fā)動機結構二沖程發(fā)動機氣缸體上有三個孔，即進氣孔、排氣孔和換氣孔，這三個孔分別在一定時刻由活塞關閉如圖第一沖程：活塞自下止點向上移動，三個氣孔同時被關閉后，進入氣缸的混合氣被壓縮；在進氣孔露出時，可燃混合氣流入曲軸箱。第二沖程：活塞壓縮到上止點附近時，火花塞點燃可燃混合氣，燃氣膨脹推動活塞下移做功。這時進氣孔關閉，密閉在曲軸箱內的可燃混合氣被壓縮；當活塞接近下止點時排氣孔開啟，廢氣沖出；隨后換氣孔開啟，受預壓的可燃混合氣沖入氣缸，驅除廢氣，進行換氣

37、行程。相關知識點5:二沖程發(fā)動機結構二沖程發(fā)動機氣缸體上有三個孔，模塊2 無人機動力系統(tǒng)學習任務3 內燃機系統(tǒng)之渦輪發(fā)動機的認識模塊2 無人機動力系統(tǒng)學習任務3 內燃機系統(tǒng)之渦輪發(fā)動1.了解一般無人機所用渦輪噴氣式發(fā)動機的分類和外形區(qū)別。2.掌握渦輪噴氣式發(fā)動機的基本結構和相關術語。3.掌握渦輪噴氣式發(fā)動機的工作原理。知識目標1.了解一般無人機所用渦輪噴氣式發(fā)動機的分類和外形區(qū)別。知識任務描述人類航空史上的一切重大成就，幾乎都與航空發(fā)動機參數(shù)及性能的改善或新型動力裝置的研制成功有關。自 1939 年裝有渦輪噴氣發(fā)動機的飛機在德國首次成功飛行以來，飛行器動力裝置獲得了飛速發(fā)展，使飛行器的性能和任

38、務能力都取得了重大突破。學習本部分的內容，是為了了解內燃機中的渦輪噴氣式發(fā)動機動力系統(tǒng)組成部分工作原理，該部分知識能夠使人了解渦輪噴氣式發(fā)動機動力系統(tǒng)的特點。現(xiàn)在高速大型無人機應用最廣數(shù)量最多的是渦輪噴氣式發(fā)動機，它具有體積大、動力強、可超音速等優(yōu)點。任務描述人類航空史上的一切重大成就，幾乎都與航空發(fā)動機參數(shù)及相關知識點1:噴氣發(fā)動機的分類 火箭發(fā)動機也是依靠高速噴射燃燒流體產(chǎn)生動力的發(fā)動機，但它不是用空氣形成燃燒，而是用火箭本身自帶的氧化劑和燃燒劑產(chǎn)生燃氣射流。超燃沖壓發(fā)動機、脈沖爆震發(fā)動機等新型發(fā)動機也屬于噴氣發(fā)動機，但它們的工作原理與其他空氣噴氣發(fā)動機不同。 與活塞式發(fā)動機通過活塞的往復

39、運動或旋轉運動產(chǎn)生動力的方式不一樣，噴氣發(fā)動機是通過高速噴射燃燒氣體而產(chǎn)生的反沖作用獲得動力使飛行器前進的發(fā)動機，包括了空氣噴氣式發(fā)動機和火箭發(fā)動機?？諝鈬姎獍l(fā)動機燃料燃燒時需要從空氣中獲得氧氣，因而只能在大氣中飛行。根據(jù)是否有壓氣機，空氣噴氣發(fā)動機分為有壓氣機的噴氣式發(fā)動機和無壓氣機的，噴氣式發(fā)動機。有壓氣機的噴氣式發(fā)動機主要有渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機，無壓氣機的噴氣式發(fā)動機主要有沖壓噴氣發(fā)動機和脈沖噴氣發(fā)動機。相關知識點1:噴氣發(fā)動機的分類 火箭發(fā)動機也是依靠高相關知識點2:空氣噴氣發(fā)動機的工作原理空氣噴氣發(fā)動機是以空氣和燃油作為混合氣體燃燒噴射的噴氣

40、發(fā)動機，這類發(fā)動機在工作時，從前端吸入大量空氣，燃燒后高速噴出，相當于發(fā)動機給氣體施加力使之加速向后噴射，按照作用力與反作用力原理，向后高速噴出的氣體也會給發(fā)動機一個反作用力，即使飛機前進的推力。從產(chǎn)生輸出能量的原理上講，噴氣式發(fā)動機和活塞式發(fā)動機是相同的，都需要有進氣，加壓，燃燒和排出的四個過程。不同的是，活塞式發(fā)動機的四個階段是分時依次進行的，而在噴氣式發(fā)動機中則是連續(xù)進行的。相關知識點2:空氣噴氣發(fā)動機的工作原理空氣噴氣發(fā)動機是以空氣相關知識點3:渦輪噴氣發(fā)動機經(jīng)過壓縮的空氣被送入燃燒室與燃油混合燃燒，從燃燒室流出的高溫高壓燃氣流過與壓氣機裝在同一軸線上的渦輪，推動渦輪和壓氣機高速旋轉。

41、燃燒后，渦輪前的燃氣能量大大增加，燃氣急劇膨脹，使得氣體在渦輪中的膨脹比遠大于在壓氣機中的膨脹比，所以渦輪出口處的燃氣壓力和溫度會比壓氣機進口處的壓力溫度高很多。從渦輪中流出的高溫高壓燃氣直接進入尾噴管，并在尾噴管中繼續(xù)膨脹，最后以高溫高速沿發(fā)動機軸向從噴口噴出，使發(fā)動機獲得反作用力提供的推力。有壓氣機的空氣噴氣發(fā)動機的核心部件是由壓氣機、燃燒室、渦輪等部件組成燃氣發(fā)生器，故統(tǒng)稱為渦輪發(fā)動機。渦輪噴氣發(fā)動機也稱渦噴發(fā)動機，由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，其中由進氣道、壓氣機、燃燒室這三個部件構成燃氣發(fā)生器。在飛行過程中，空氣首先進入發(fā)動機的進氣道，其進入速度即可看作是飛行速度。進氣

42、道的功能是通過可調管道將來流速度調整為適合于壓氣機的速度，因為壓氣機能夠適應的來流速度是有一定范圍的，而飛機飛行速度的變化范圍較大，因此需要通過進氣道進行調整。進氣道出來的氣流就被送人壓氣機增壓。空氣流過壓氣機時，壓氣機的工作葉片對氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。相關知識點3:渦輪噴氣發(fā)動機相關知識點3:渦輪噴氣發(fā)動機經(jīng)過壓縮的空氣被送入燃燒室與燃油相關知識點4:渦輪風扇發(fā)動機渦輪風扇發(fā)動機的空氣通路分為內，外兩路，所以又叫做雙路渦輪噴氣發(fā)動機，或內外涵渦輪噴氣發(fā)動機，其中外涵與內涵空氣質量流量比為涵道比，用B表示，涵道比是渦扇發(fā)動機的一個重要性能參數(shù)。發(fā)動機的內涵與渦輪噴氣發(fā)動機完全相同;外涵中有風扇，由渦輪驅動，它使外涵空氣受壓縮后經(jīng)過外涵道直接加速向后噴出，而產(chǎn)生部分推力。渦扇發(fā)動機的總推力是發(fā)動機的核心機和風扇分別產(chǎn)生的內涵推力和外涵推力的總和。優(yōu)點：推力大、推進效率高、噪聲低、燃油消耗率低，與渦噴發(fā)動機比更省油，尤其是在超聲速不大時，經(jīng)濟性和綜合性能好，有利于提高飛行航程，故大型噴氣式運輸機都是采用渦輪風扇發(fā)動機。缺點：發(fā)動機結構復雜，設計難度大