《無人機(jī)工作系統(tǒng)實(shí)用技術(shù)》PPT課件模塊2-無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

1、無人機(jī)工作系統(tǒng)實(shí)用技術(shù)PPT課件模塊2-無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)無人機(jī)工作系統(tǒng)實(shí)用技術(shù)PPT課件模塊2-無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)1.了解電動(dòng)機(jī)的分類和外形區(qū)別。2.掌握電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)術(shù)語。3.掌握有刷電機(jī)和無刷電機(jī)的工作原理。4.掌握有刷電調(diào)和無刷電調(diào)的工作原理。5.掌握電池的各項(xiàng)參數(shù)和類別。6.掌握螺旋槳的各項(xiàng)參數(shù)和類別。知識(shí)目標(biāo)1.了解電動(dòng)機(jī)的分類和外形區(qū)別。知識(shí)目標(biāo)任務(wù)描述學(xué)習(xí)本部分的內(nèi)容，是為了了解電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)組成部分，電動(dòng)機(jī)工作原理、各項(xiàng)參數(shù)意義，該部分知識(shí)能夠使人了解動(dòng)力系統(tǒng)的重要性和電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種機(jī)械裝置。現(xiàn)在無人機(jī)應(yīng)用最廣數(shù)量最多的是無刷電機(jī)，它具

2、有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、效率高、耐用等優(yōu)點(diǎn)。使用電動(dòng)機(jī)作為無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)核心是無人機(jī)最廣泛的應(yīng)用方案。該動(dòng)力系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是只需要電力就可以滿足飛機(jī)的能源需求。主要包括電動(dòng)機(jī)、電子調(diào)速器、螺旋槳和電池4個(gè)部分。電動(dòng)機(jī) 負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，目前，多旋翼無人機(jī)的電動(dòng)機(jī)以無刷直流電機(jī)為主。電子調(diào)速器 負(fù)責(zé)將飛行控制系統(tǒng)的控制信號(hào)快速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌须妷汉碗娏?，以控制電?dòng)機(jī)的速度。螺旋槳 是直接產(chǎn)生推力的部件，旋轉(zhuǎn)方向分為正反兩種。電池 是多旋翼無人機(jī)的能源，與多旋翼無人機(jī)的飛行距離和最大負(fù)載重量等重要指標(biāo)直接相關(guān)。對(duì)于多旋翼無人機(jī)而言，動(dòng)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(wù)描述學(xué)習(xí)本

3、部分的內(nèi)容，是為了了解電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)組成部分，目前無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)所使用的電動(dòng)機(jī)分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩個(gè)大類。這兩種電機(jī)在工作方式和性能上都有很大差別。其中無刷電機(jī)因?yàn)樾阅芨咚栽跓o人機(jī)中應(yīng)用較為廣泛，而有刷電機(jī)憑借低廉的價(jià)格和簡單的構(gòu)造取得在小型無人機(jī)中的一席之地。有刷電機(jī)有刷電機(jī)是大家最早接觸的一類電機(jī)，例如很多電動(dòng)小玩具，或者很多家用的吹風(fēng)機(jī)里面的電機(jī)都是有刷電機(jī)。有刷電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)就是定子，轉(zhuǎn)子，電刷，通過旋轉(zhuǎn)磁場獲得轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而輸出動(dòng)能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉(zhuǎn)動(dòng)中起到導(dǎo)電和換相作用。有刷電機(jī)工作過程是將各組線圈的兩個(gè)電源輸入端，依次排成一個(gè)環(huán)，相互之間用絕緣材料分隔，組成

4、一個(gè)像圓柱體的東西，與電機(jī)軸連成一體，電源通過兩個(gè)碳元素做成的碳刷，在彈簧壓力的作用下，從兩個(gè)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(diǎn)，給一組線圈通電。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，不同時(shí)刻給不同線圈或同一個(gè)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(gè)適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥，產(chǎn)生力量，推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。碳電極在線圈接線頭上滑動(dòng)，像刷子在物體表面刷，因此叫碳“刷”。相互滑動(dòng)，會(huì)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(huì)發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設(shè)備。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1:無人機(jī)電動(dòng)機(jī)的類型目前無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)所使用的電動(dòng)機(jī)分為

5、有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩個(gè)大2.無刷電機(jī)無刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成。無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)用來交替變換電磁場的換向電刷，故稱之為無刷電機(jī)（Brushless motor）。依靠改變輸入到無刷電機(jī)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(gè)繞電機(jī)幾何軸心旋轉(zhuǎn)的磁場，這個(gè)磁場驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來了。電機(jī)的性能和磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強(qiáng)度、電機(jī)輸入電壓大小等因素有關(guān)，更與無刷電機(jī)的控制性能有很大關(guān)系。因?yàn)檩斎氲氖侵绷麟?，電流需要電子調(diào)速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機(jī)那里接收控制信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速

6、，以滿足無人機(jī)使用需要。無刷電機(jī)采取電子換向，線圈不動(dòng)，磁極旋轉(zhuǎn)。無刷電機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)切換線圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這些電路，就是電機(jī)控制器。無刷電機(jī)的控制器，還可以實(shí)現(xiàn)一些有刷電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的功能，比如調(diào)整電源切換角、制動(dòng)電機(jī)、使電機(jī)反轉(zhuǎn)、鎖住電機(jī)、利用剎車信號(hào)，停止給電機(jī)供電。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。2.無刷電機(jī)無刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成。無刷電機(jī)的差異有刷電機(jī)無刷電機(jī)適

7、用范圍普通的電動(dòng)設(shè)備都可以使用。由于碳刷的磨損，需要定期進(jìn)行更換電刷，因此有刷電機(jī)使用壽命較低常用于對(duì)控制要求比較高，轉(zhuǎn)速比較高的設(shè)備，如無人機(jī)，電動(dòng)汽車，精密儀器儀表等控制方式有刷電機(jī)通過調(diào)節(jié)供電電壓的大小直接控制轉(zhuǎn)速，因此控制電機(jī)比較簡單一般通過的供電電源的電壓不變，改變電調(diào)的控制信號(hào)，通過微處理器再改變大功率MOS管的開關(guān)速率，來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變，因此控制電機(jī)較為復(fù)雜啟動(dòng)電機(jī)響應(yīng)速度快，起動(dòng)扭矩大，速度從零到最大幾乎感覺不到振動(dòng)，起動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)更大的負(fù)荷起動(dòng)電阻大，功率因素小，無刷電機(jī)在起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)運(yùn)行不平穩(wěn)，起動(dòng)扭矩相對(duì)較小，起動(dòng)時(shí)有嗡嗡聲，并伴隨著強(qiáng)烈震動(dòng)，起動(dòng)時(shí)帶動(dòng)負(fù)荷較小，振動(dòng)大，只

8、有在速度恒定時(shí)才會(huì)平穩(wěn)精度高精度直流有刷電機(jī)通常和減速箱、譯碼器一起使用，使的電機(jī)的輸出功率更大，控制精度更高，控制精度可以達(dá)到0.01毫米，幾乎可以讓運(yùn)動(dòng)部件停在任何想要的地方無刷電機(jī)由于在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)不平穩(wěn)，所以運(yùn)動(dòng)部件每次都會(huì)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(jī)的換相由于只能有電刷決定，而且存在摩擦損耗無刷電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的實(shí)際情況，適時(shí)切換線圈中電流的方向，即使在不同的負(fù)載下，也可以保證時(shí)刻產(chǎn)生最大的扭矩保養(yǎng)碳刷電機(jī)需要更換碳刷，如果更換不及時(shí)會(huì)造成電機(jī)的損壞使用壽命很長，通常是有刷電機(jī)的10倍以上，但是壞了就需要更換電機(jī)，但日常維護(hù)基本不需要工況

9、碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會(huì)發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設(shè)備，同時(shí)還伴隨著噪音和震動(dòng)無刷電機(jī)去除了電刷，極大減少了電火花對(duì)遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪音會(huì)低許多，有助于于無人機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定相關(guān)知識(shí)點(diǎn)2有刷電機(jī)和無刷電機(jī)的區(qū)別差異有刷電機(jī)無刷電機(jī)適用范圍普通的電動(dòng)設(shè)備都可以使用。由于碳相關(guān)知識(shí)點(diǎn)3:無刷電機(jī)的組成部分大多數(shù)無人機(jī)使用無刷電機(jī)，這和它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有很大關(guān)系。無刷電機(jī)的前蓋、中殼、后蓋主要是整體結(jié)構(gòu)件，起到構(gòu)建電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的作用。但是外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)的外殼同時(shí)也是磁鐵的磁路通路，所以外殼必須是導(dǎo)磁性的物質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)子的外殼只是結(jié)構(gòu)件，所以不限定材質(zhì)。但是內(nèi)

10、轉(zhuǎn)子電機(jī)比外轉(zhuǎn)子電機(jī)多一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯，這個(gè)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子上，是無刷電機(jī)的重要組成部分，無刷電機(jī)的絕大部分性能參數(shù)都與磁鐵相關(guān)，包括功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等。硅鋼片：是有槽無刷電機(jī)的重要組成部分，當(dāng)然，無槽無刷電機(jī)是沒有硅鋼片的，但是目前絕大多數(shù)的無刷電機(jī)都是有槽的。它在整個(gè)系統(tǒng)中的作用主要是降低磁阻、參與磁路運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸：是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直接受力部分，轉(zhuǎn)軸的硬度必須能滿足轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的要求。軸承：是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的保證，軸承可以分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承，而滾動(dòng)軸承又可以細(xì)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(jī)都是采用深溝球軸承。相關(guān)知識(shí)

11、點(diǎn)3:無刷電機(jī)的組成部分大多數(shù)無人機(jī)使用無刷電機(jī)，這相關(guān)知識(shí)點(diǎn)4: 電調(diào)電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文Electronic Speed Control，簡稱ESC。針對(duì)電機(jī)不同，可分為有刷電調(diào)和無刷電調(diào)。電調(diào)可以通過接收PWM信號(hào)來將輸入的電源轉(zhuǎn)為不同的電壓，并輸出到電機(jī)，從而達(dá)到使電機(jī)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速的目的。有刷電調(diào)可以改變電流方向，從而可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。而無刷電調(diào)卻不能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，但是可以將直流電轉(zhuǎn)為三相交流電，從而輸出到無刷電機(jī)上。電調(diào)還有兩個(gè)比較重要的指標(biāo)：最高電壓和最大電流。最高電壓：電調(diào)所支持的最高電壓。通常在電調(diào)上會(huì)標(biāo)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(diào)所支持的最高電壓是12.6v、16.8v或25.2v。電調(diào)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(diào)的體積就越大，重量也就越大，飛機(jī)的負(fù)載也就越大。所以在飛機(jī)設(shè)計(jì)中通常是選擇合適的電調(diào)，而不是一味的選擇高電壓電調(diào)。最大電流：流經(jīng)電調(diào)本身的電流的最大值。通常是10A、15A、20A、30A或40A。如果在無人機(jī)飛行過程中我們需要電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，就需要更高的電壓和更大的電流。如果電流值超過電調(diào)所能承受的最大電流時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致電調(diào)過載，電調(diào)燒毀，電機(jī)停轉(zhuǎn)，進(jìn)而墜機(jī)的情況。所以電調(diào)最大電流的選擇上也要慎重考慮。電調(diào)生產(chǎn)商通常會(huì)在最高電壓和最大電流

13、的中預(yù)留10%的超額范圍，以防萬一。另外，當(dāng)實(shí)際電流很大時(shí)，電調(diào)的內(nèi)阻就不能完全忽略，當(dāng)電流很大時(shí)，電調(diào)本身也會(huì)消耗掉一部分功率。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)4: 電調(diào)電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文Electron相關(guān)知識(shí)點(diǎn)5:電調(diào)的分類電調(diào)通過搭配的電機(jī)來分類，搭配有刷電機(jī)的電調(diào)就是有刷電調(diào)，搭配無刷電機(jī)的電調(diào)就是無刷電調(diào)。不同種類的電調(diào)功能不同，外形不同，也不能相互混用。1.有刷電調(diào)有刷電調(diào)是用于有刷電機(jī)的。輸入為直流電一正一負(fù)兩根線，輸出也是一正一負(fù)兩根線。想要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只需要改變其電源的正負(fù)極即可，也就是改變電流的方向。有刷電調(diào)可以通過內(nèi)部電路來改變輸出電流的方向，從而達(dá)到電機(jī)不同方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果想

14、要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就需要改變電壓和電流的大小。2.無刷電調(diào)無刷電調(diào)的作用是將直流電源轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。與有刷電調(diào)不同的是，無刷電調(diào)不能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，改變無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向只需要將電機(jī)的三根電源線的任意兩根反接即可。無刷電調(diào)使用PWM信號(hào)控制電壓，從而電機(jī)轉(zhuǎn)速，由于無刷電調(diào)不能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向所以PWM占空比由50%到100%逐漸變化的過程就是電機(jī)由停轉(zhuǎn)到越轉(zhuǎn)越快的過程，直至達(dá)到最大轉(zhuǎn)速。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)5:電調(diào)的分類電調(diào)通過搭配的電機(jī)來分類，搭配有刷電相關(guān)知識(shí)點(diǎn)6: PWM信號(hào) PWM信號(hào)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(diào)和電機(jī)響應(yīng)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(diào)和電機(jī)的響應(yīng)速度就越慢。早期電調(diào)響應(yīng)PWM信號(hào)的頻率是50hz，但隨著科技的發(fā)展和對(duì)控制流暢度的要求，現(xiàn)在多數(shù)電調(diào)都支持500hz以上的PWM信號(hào)，并且電調(diào)內(nèi)部自帶濾波器，可以很好的響應(yīng)并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 PWM英文全稱為（Pulse-width modulation）。也稱占空比信號(hào)，它表示高電平時(shí)長占整個(gè)信號(hào)周期的比例。例如：PWM的整個(gè)周期為2ms，而高電平時(shí)長為0ms，低電平時(shí)長為2ms，那么占空比的值為0%；又如高電平時(shí)長為1ms，而

16、低電平時(shí)長為1ms，那么占空比信號(hào)則為50%；如果高電平時(shí)長為2ms，而低電平時(shí)長為0ms，那么占空比信號(hào)為100%。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)6: PWM信號(hào) PWM信號(hào)的頻率是通常是沒有相關(guān)知識(shí)點(diǎn)7: 螺旋槳靠槳葉在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力或升力的裝置，簡稱螺旋槳。螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳葉不斷把大量空氣（推進(jìn)介質(zhì)）向后推去，在槳葉上產(chǎn)生一向前的力，即推進(jìn)力。當(dāng)該面朝前時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力的為正槳，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力的為反槳。一般情況下，螺旋槳除旋轉(zhuǎn)外還有前進(jìn)速度。如截取一小段槳葉來看，恰像一小段機(jī)翼，其相對(duì)氣流速度由前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度合成。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)7: 螺旋槳靠槳葉在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功率

17、轉(zhuǎn)化相關(guān)知識(shí)點(diǎn)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(shí)就顯得過小；同樣，適合高速飛行的安裝角在低速時(shí)又嫌大。所以定距螺旋槳只在選定的速度范圍內(nèi)效率較高，在其他狀態(tài)下效率較低。定距螺旋槳構(gòu)造簡單，重量輕，在功率很小的無人機(jī)上得到廣泛應(yīng)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(jī)構(gòu)由液壓或電力驅(qū)動(dòng)。變距螺旋槳廣泛應(yīng)用于固定翼飛機(jī)和直升機(jī)，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(jī)使用變距螺旋槳的目的在于通過調(diào)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(jī)使用變距螺旋槳不只是為了調(diào)節(jié)螺旋槳的拉力，也是為了調(diào)節(jié)飛機(jī)的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)方向。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)8:螺旋槳的分類1.定距螺旋槳2.變距螺旋槳相關(guān)知識(shí)點(diǎn)9:螺距螺距的意義是指螺絲釘延螺旋線方向兩個(gè)相同螺紋之間的距離如下圖：而對(duì)于螺旋槳來說，我們知道槳的葉片與轉(zhuǎn)動(dòng)平面是有一個(gè)夾角的，所以在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才會(huì)對(duì)空氣產(chǎn)生推力。而這正因?yàn)檫@個(gè)夾角的存在，我們就可以對(duì)這個(gè)夾角做度量，為其測量螺距。我們假設(shè)螺旋槳與螺絲釘一樣延著螺旋線轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)相鄰螺紋之間的距離。通常這個(gè)距離用英寸來表示，例如7045、8045、9045、1045這些指標(biāo)的后兩個(gè)

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(gè)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(guān)知識(shí)點(diǎn)9:螺距螺距的意義是指螺絲釘延螺旋線方向兩個(gè)相同螺相關(guān)知識(shí)點(diǎn)10:槳葉的數(shù)量槳的直徑越長，在相同電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，槳葉越多其拉力越大，但是其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與空氣阻力也就越大。電機(jī)使三葉槳達(dá)到與二葉槳相同轉(zhuǎn)速時(shí)，需要的電流就更大，而當(dāng)電流增加

20、到十幾安培乃至幾十安培時(shí)，電機(jī)的內(nèi)阻和電調(diào)的內(nèi)阻就會(huì)消耗掉一定的功率產(chǎn)生熱量，而電機(jī)對(duì)槳產(chǎn)生的動(dòng)能相對(duì)減小了一部分。使用多葉槳達(dá)到與兩葉槳相同轉(zhuǎn)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(duì)于多旋翼無人機(jī)我們也推薦使用二葉槳。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)10:槳葉的數(shù)量槳的直徑越長，在相同電機(jī)轉(zhuǎn)速下其拉相關(guān)知識(shí)點(diǎn)11:無人機(jī)動(dòng)力電池對(duì)于無人機(jī)來說動(dòng)力電池通常采用鋰芯電池，也就是我們?nèi)粘Ｋf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(jī)上得到廣泛應(yīng)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(duì)于

22、多數(shù)世面上出售的動(dòng)力電池除了會(huì)注明電池節(jié)數(shù)之外，還會(huì)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(dòng)力電池的電壓越高就可以驅(qū)動(dòng)動(dòng)力更強(qiáng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。在小型有刷多旋翼無人機(jī)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(jī)上。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)11:無人機(jī)動(dòng)力電池對(duì)于無人機(jī)來說動(dòng)力電池通常采用相關(guān)知識(shí)點(diǎn)12:電池的容量和放電倍率在購買動(dòng)力電池時(shí)，我們可以看到電池上還有電量的標(biāo)注，電量就是我們所常用的3000mah、4000mah、5300mah或10000mah等等。它表示了動(dòng)力電池能夠存

23、儲(chǔ)的電能的多少，單位為毫安時(shí)。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(shí)10000毫安的放電速度持續(xù)放電1個(gè)小時(shí)；2、以5倍速度放電，即以每小時(shí)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(shí)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(shí)200000毫安的放電速度持續(xù)放電3分鐘（60 / 20）。至于在實(shí)際飛行過程中它按多少的倍率放電，主要取決于電調(diào)和電機(jī)的功率，也就是負(fù)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(yīng)本身的限定來設(shè)定的放電時(shí)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(huì)相應(yīng)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(guān)知識(shí)點(diǎn)12:電池的容量和放電倍率在購買動(dòng)力電池時(shí)，我們可模塊2 無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)習(xí)任務(wù)2 內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)之活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)模塊2 無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)習(xí)任務(wù)2 內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)之活塞發(fā)動(dòng)1.了解一般無人機(jī)所用內(nèi)燃機(jī)的分類和外形區(qū)別。2.掌握二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

25、和相關(guān)術(shù)語。3.掌握二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。4.掌握燃料的各種差別和用途。5.學(xué)會(huì)拆裝和檢修無人機(jī)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。知識(shí)目標(biāo)1.了解一般無人機(jī)所用內(nèi)燃機(jī)的分類和外形區(qū)別。知識(shí)目標(biāo)任務(wù)描述學(xué)習(xí)本部分的內(nèi)容，是為了了解內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)組成部分，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理、各項(xiàng)參數(shù)意義，該部分知識(shí)能夠使人了解動(dòng)力系統(tǒng)的重要性和內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種機(jī)械裝置。現(xiàn)在無人機(jī)應(yīng)用最廣數(shù)量最多的是二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，它具有重量輕、動(dòng)力強(qiáng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)描述學(xué)習(xí)本部分的內(nèi)容，是為了了解內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)組成部分，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1:內(nèi)燃機(jī)的分類內(nèi)燃機(jī)作為飛機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)有著悠久的歷史。在

26、無人機(jī)領(lǐng)域里固定翼無人機(jī)多采取內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)。因?yàn)槠渚哂欣m(xù)航能力強(qiáng)，成本低，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，也因?yàn)橹挥袃?nèi)燃機(jī)引擎可以使飛機(jī)超音速飛行。首先按照燃料燃燒位置不同分為外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)。外燃機(jī)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(zhì)，由另一種介質(zhì)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，蒸汽機(jī)就是典型的外燃機(jī)，燃料燃燒將水燒開，再由蒸汽推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生行駛的動(dòng)力。由于外燃機(jī)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(gè)優(yōu)點(diǎn)就是不挑食，它對(duì)燃料不挑剔，只要是能（劇烈）燃燒產(chǎn)生熱量的物質(zhì)，都可以成為外燃機(jī)的燃料。而內(nèi)燃機(jī)的燃料是直接在（氣缸內(nèi)）燃燒，產(chǎn)生熱量推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)的燃料是在

27、缸體內(nèi)燃燒，熱量損失小，熱效率更高。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1:內(nèi)燃機(jī)的分類內(nèi)燃機(jī)作為飛機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)有著悠久的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1:內(nèi)燃機(jī)的分類如果根據(jù)燃料的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)有汽油、柴油之分。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（Gasoline Engine ）是以汽油作為燃料，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的的發(fā)動(dòng)機(jī)。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(dá)到一定的溫度和壓力后，用火花塞點(diǎn)燃，使氣體膨脹做功。汽油機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、造價(jià)低廉、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、使用維修方便。汽油機(jī)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(jī)的缺點(diǎn)是熱效率低于柴油機(jī)，泊耗較高，點(diǎn)火系統(tǒng)比柴油機(jī)復(fù)雜，可靠性和維修的方便性也不如柴油機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是扭矩大、經(jīng)濟(jì)性能好。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有許多相同的地方，每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程。但由于柴油機(jī)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(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同。不同之處主要有，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中的混合氣是壓燃的，而非點(diǎn)燃的。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，進(jìn)入氣缸的是空氣，氣缸中的空氣壓縮到終點(diǎn)的時(shí)候，溫度可以達(dá)到500-700，壓力可

29、以達(dá)到4050個(gè)大氣壓。活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，供油系統(tǒng)的噴油嘴以極高的壓力在極短的時(shí)間內(nèi)向氣缸燃燒室噴射燃油，柴油形成細(xì)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(dòng)活塞下行做功，此時(shí)溫度可達(dá)1900-2000，壓力可達(dá)60-100個(gè)大氣壓，產(chǎn)生的扭矩很大，所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛的應(yīng)用于大型柴油設(shè)備上。不管是蒸汽機(jī)還是后來的單缸（多缸）柴油機(jī)、汽油機(jī)，都是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1:內(nèi)燃機(jī)的分類如果根據(jù)燃料的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)有汽油、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)2:活塞發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)通常是指燃油在汽缸里燃燒膨脹，推動(dòng)活塞下行帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，以此形式輸出動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，其利用一個(gè)或者多個(gè)活塞將壓力

30、轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。活塞發(fā)動(dòng)機(jī)主要由活塞、曲軸、連桿、氣缸、進(jìn)排氣們和火花塞等組成，活塞 活塞在氣缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其頂面和氣缸頭內(nèi)表面之間的空間是燃燒室?；钊l(fā)動(dòng)機(jī)上裝有數(shù)個(gè)彈性很強(qiáng)的活塞環(huán)，又稱漲環(huán)，其作用是防止燃燒室內(nèi)的高溫高壓燃?xì)庀蛲庑孤?，并防止滑油從外部進(jìn)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將從每個(gè)氣缸獲得的功傳輸?shù)铰菪龢飧?氣缸內(nèi)壁是燃燒室的組成部分，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，汽油與空氣的混合物在燃燒室被壓縮點(diǎn)燃，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷亍⒏邏喝細(xì)?，通過燃?xì)獾呐蛎浭篃崮苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。進(jìn)、排氣門:新鮮的油氣混合物通過進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸，膨脹做功后的廢氣經(jīng)過排氣系

31、統(tǒng)排出。進(jìn)、排氣門的開關(guān)由氣門結(jié)構(gòu)控制?；鸹ㄈ?火花塞通常被稱為電嘴，其功能是適時(shí)高壓放電，點(diǎn)燃?xì)飧字械男迈r油氣混合物。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)2:活塞發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)通常是指燃油在汽缸里燃相關(guān)知識(shí)點(diǎn)3:活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞頂部能到達(dá)的距曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的位置叫上止點(diǎn)，相應(yīng)地，活塞頂部能到達(dá)的距曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的位置叫下止點(diǎn)，從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的距離叫活塞沖程活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個(gè)沖程，依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程1，進(jìn)氣沖程。這個(gè)沖程，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉?；钊滦校诟變?nèi)形成真空，這個(gè)沖程的目的是為了將空氣或者油氣混合物吸入缸內(nèi)，對(duì)于柴油機(jī)和直噴式汽油機(jī)吸入的是純空氣，而對(duì)

32、于非直噴汽油機(jī)吸入的是汽油和空氣的混合物，這個(gè)沖程結(jié)束的適合，進(jìn)氣門會(huì)關(guān)閉。進(jìn)氣結(jié)束缸內(nèi)會(huì)形成0.75到0.9個(gè)大氣壓壓強(qiáng)。2， 壓縮沖程這個(gè)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(dòng)機(jī)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(shí)混合氣會(huì)被壓縮到一個(gè)非常小的空間內(nèi)，氣缸內(nèi)壓力可以達(dá)到十幾個(gè)大氣壓，溫度可以達(dá)到300上下。3， 做功沖程這個(gè)行程，進(jìn)，排氣門仍然關(guān)閉，當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)的時(shí)候，火花塞點(diǎn)火，點(diǎn)燃被壓縮的可燃?xì)怏w。可燃混合氣燃燒后，放出大量的熱能，壓力和溫度迅速增加，所能達(dá)到最高壓力5Mpa，約等于50個(gè)大氣壓力，溫度可達(dá)

33、2500。高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)輸出機(jī)械能，除了飛馳本身運(yùn)作以外，其余用于對(duì)外做工。4.排氣沖程可燃?xì)怏w燃燒后生成的廢氣，必須從缸內(nèi)排出，以便進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。當(dāng)做功沖程接近下止點(diǎn)的時(shí)候，排氣門開啟，靠廢氣壓力自行排氣，活塞繞過下止點(diǎn)后向上止點(diǎn)移動(dòng)的時(shí)候，繼續(xù)將廢氣強(qiáng)制排出到大氣中。在排氣行程終了，氣缸內(nèi)壓力還是會(huì)稍稍大于大氣壓。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)3:活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞頂部能到達(dá)的距曲相關(guān)知識(shí)點(diǎn)4:二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上來看二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)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(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔；氣孔的

34、開啟和關(guān)閉由活塞的位置決定。與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，沒有復(fù)雜的配氣機(jī)構(gòu)和潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)一般都采用風(fēng)冷，結(jié)構(gòu)上大為簡化，造價(jià)也更便宜。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有獨(dú)立的配齊機(jī)，通過凸輪軸、正時(shí)鏈條或氣門頂桿，來控制氣門的開啟和關(guān)閉，比較精密。進(jìn)、排氣系統(tǒng)比較完善，所以比較省油。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)通過活塞在上行和下行的過程中，在不同的階段打開和關(guān)閉位于缸體上的進(jìn)氣口、排氣口和掃氣口來控制進(jìn)排氣，會(huì)造成浪費(fèi)。四沖程相比于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)更省油，而二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的污染也比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重。從性能上來看，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速相同時(shí)，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間的作功次數(shù)是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍。理論上二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍（但實(shí)際上

35、只有1.51.7倍），發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率更高，動(dòng)力性更好，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)也比較小。綜合來看，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的更加廣泛，絕大多數(shù)的汽車和工程機(jī)械上搭載的都是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，而二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)更多的應(yīng)用在那些不常使用和“推重比”很重要的場合，比如剪草機(jī)、油鋸、農(nóng)作機(jī)械和無人機(jī)等。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)是在兩個(gè)行程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外作功一次。壓縮與吸氣過程同時(shí)進(jìn)行，做功后立即進(jìn)行排氣。由于完成一個(gè)做功循環(huán)需要活塞運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程，所以叫二沖程。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)在四個(gè)行程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)。曲軸轉(zhuǎn)兩圈，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外做功一次。壓縮、吸氣、做功、排氣四個(gè)過程分開進(jìn)行。由于完成一個(gè)做工循環(huán)需

36、要活塞運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程，所以叫四沖程。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別如下:相關(guān)知識(shí)點(diǎn)4:二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上來看二沖相關(guān)知識(shí)點(diǎn)5:二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上有三個(gè)孔，即進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔，這三個(gè)孔分別在一定時(shí)刻由活塞關(guān)閉如圖第一沖程：活塞自下止點(diǎn)向上移動(dòng)，三個(gè)氣孔同時(shí)被關(guān)閉后，進(jìn)入氣缸的混合氣被壓縮；在進(jìn)氣孔露出時(shí)，可燃混合氣流入曲軸箱。第二沖程：活塞壓縮到上止點(diǎn)附近時(shí)，火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞下移做功。這時(shí)進(jìn)氣孔關(guān)閉，密閉在曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣被壓縮；當(dāng)活塞接近下止點(diǎn)時(shí)排氣孔開啟，廢氣沖出；隨后換氣孔開啟，受預(yù)壓的可燃混合氣沖入氣缸，驅(qū)除廢氣，進(jìn)行換氣

37、行程。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)5:二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上有三個(gè)孔，模塊2 無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)習(xí)任務(wù)3 內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)之渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)模塊2 無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)習(xí)任務(wù)3 內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)之渦輪發(fā)動(dòng)1.了解一般無人機(jī)所用渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的分類和外形區(qū)別。2.掌握渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)術(shù)語。3.掌握渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。知識(shí)目標(biāo)1.了解一般無人機(jī)所用渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的分類和外形區(qū)別。知識(shí)任務(wù)描述人類航空史上的一切重大成就，幾乎都與航空發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及性能的改善或新型動(dòng)力裝置的研制成功有關(guān)。自 1939 年裝有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)在德國首次成功飛行以來，飛行器動(dòng)力裝置獲得了飛速發(fā)展，使飛行器的性能和任

38、務(wù)能力都取得了重大突破。學(xué)習(xí)本部分的內(nèi)容，是為了了解內(nèi)燃機(jī)中的渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)組成部分工作原理，該部分知識(shí)能夠使人了解渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)。現(xiàn)在高速大型無人機(jī)應(yīng)用最廣數(shù)量最多的是渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，它具有體積大、動(dòng)力強(qiáng)、可超音速等優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)描述人類航空史上的一切重大成就，幾乎都與航空發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1:噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也是依靠高速噴射燃燒流體產(chǎn)生動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，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?xì)馍淞鳌３紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)等新型發(fā)動(dòng)機(jī)也屬于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，但它們的工作原理與其他空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)不同。 與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)通過活塞的往復(fù)

39、運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力的方式不一樣，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是通過高速噴射燃燒氣體而產(chǎn)生的反沖作用獲得動(dòng)力使飛行器前進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括了空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒時(shí)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(jī)，空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)分為有壓氣機(jī)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和無壓氣機(jī)的，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。有壓氣機(jī)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)主要有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，無壓氣機(jī)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)主要有沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1:噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也是依靠高相關(guān)知識(shí)點(diǎn)2:空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是以空氣和燃油作為混合氣體燃燒噴射的噴氣

40、發(fā)動(dòng)機(jī)，這類發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，從前端吸入大量空氣，燃燒后高速噴出，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)反作用力，即使飛機(jī)前進(jìn)的推力。從產(chǎn)生輸出能量的原理上講，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的，都需要有進(jìn)氣，加壓，燃燒和排出的四個(gè)過程。不同的是，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)階段是分時(shí)依次進(jìn)行的，而在噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)2:空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是以空氣相關(guān)知識(shí)點(diǎn)3:渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)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?xì)饬鬟^與壓氣機(jī)裝在同一軸線上的渦輪，推動(dòng)渦輪和壓氣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)。

41、燃燒后，渦輪前的燃?xì)饽芰看蟠笤黾樱細(xì)饧眲∨蛎?，使得氣體在渦輪中的膨脹比遠(yuǎn)大于在壓氣機(jī)中的膨脹比，所以渦輪出口處的燃?xì)鈮毫蜏囟葧?huì)比壓氣機(jī)進(jìn)口處的壓力溫度高很多。從渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)庵苯舆M(jìn)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(dòng)機(jī)軸向從噴口噴出，使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得反作用力提供的推力。有壓氣機(jī)的空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件是由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪等部件組成燃?xì)獍l(fā)生器，故統(tǒng)稱為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也稱渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，其中由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室這三個(gè)部件構(gòu)成燃?xì)獍l(fā)生器。在飛行過程中，空氣首先進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道，其進(jìn)入速度即可看作是飛行速度。進(jìn)氣

42、道的功能是通過可調(diào)管道將來流速度調(diào)整為適合于壓氣機(jī)的速度，因?yàn)閴簹鈾C(jī)能夠適應(yīng)的來流速度是有一定范圍的，而飛機(jī)飛行速度的變化范圍較大，因此需要通過進(jìn)氣道進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)氣道出來的氣流就被送人壓氣機(jī)增壓?？諝饬鬟^壓氣機(jī)時(shí)，壓氣機(jī)的工作葉片對(duì)氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)3:渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)3:渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過壓縮的空氣被送入燃燒室與燃油相關(guān)知識(shí)點(diǎn)4:渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣通路分為內(nèi)，外兩路，所以又叫做雙路渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，或內(nèi)外涵渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其中外涵與內(nèi)涵空氣質(zhì)量流量比為涵道比，用B表示，涵道比是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要性能參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)涵與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)完全相同;外涵中有風(fēng)扇，由渦輪驅(qū)動(dòng)，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(dòng)機(jī)的總推力是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)和風(fēng)扇分別產(chǎn)生的內(nèi)涵推力和外涵推力的總和。優(yōu)點(diǎn)：推力大、推進(jìn)效率高、噪聲低、燃油消耗率低，與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)比更省油，尤其是在超聲速不大時(shí)，經(jīng)濟(jì)性和綜合性能好，有利于提高飛行航程，故大型噴氣式運(yùn)輸機(jī)都是采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大