浅谈中国无人机(重油)活塞发动机技术篇

1、浅谈中国无人机的(重油)活塞发动机.技术篇浅谈中国无人机的(重油)活塞发动机.技术篇PAGEPAGE9浅谈中国无人机的(重油)活塞发动机.技术篇PAGE浅谈中国无人机的（重油）活塞发想法.技术篇谁言老干曾冷漠，且看新枝再弄春（二）浅谈中国无人机的（重油）活塞发想法.技术篇上回书说道，重油活塞发想法将成为中小型无人机的动力趋势。可是，“汝之所长即汝之所短”。这一篇要聊的重油活塞发想法的三个技术难点，某种程度上也本源于其自己的优点。二、航空重油发想法的技术难点第一：重油的燃料雾化技术发想法做功，需要将燃料经过喷嘴喷成颗粒度特别细的雾状，才能与空气充分混同，抵达优秀的燃烧奏效。雾化燃料与空气混同气的

2、发生质量，对于动力性、经济性和排放性都有相当重要的功能。而重油，特别是柴油，比汽油的黏度高，低温流动性差。这形成重油的雾化奏效要比汽油差，影响了燃烧奏效，致使致使发想法启用困难。达成重油的可靠雾化及高效的燃烧组织，成为航空重油活塞发想法的中心技术之一。活塞发想法的重油雾化燃烧改进方式，大概有以下几种。化油器渐改+辅助预热：两冲程活塞发想法大多采用化油器供油方式，而直接采用现有化油器很难保证重油的可靠雾化和合理燃烧。因此能够对进气系统、化油器、点火系统策划变动，同时增添辅助起动的预热系统，改进燃料的流动性。这种改进方式中，拥有代表性的是德国3W公司的重油发想法计划，对进气系统采用加快管；泵膜式化

3、油器进行改进，工作方式聚拢于机械发射系统；曲轴箱预热；压缩比变低；起动参加预热塞；点火系统变动，能量增添。这种方式的弊端是，增添的附件多，修正策划错乱，达成上比较困难。机械发射系统：即放弃化油器方式，供油方式直接改由发想法隶属机械机构启动，达成燃油的缸内直接发射和流量调治功能。比喻美国XRDi公司的重油办理计划，采用了MCDI机械燃油直喷系统和点燃方式，燃油直接喷到发想法缸内，达成-30条件下无辅助预热安装的可靠起动。这种方式的弊端是：需要单独的机械发射调治和启动安装，整体策划比较错乱，本钱较高。而且机械调治系统调治限制有限，自在度和灵便性差，适应限制受限。电控燃油发射系统：熟悉汽车的同学对这

4、个词不陌生。对的，就是借鉴汽车工业的电喷技术，对航空活塞发想法进行改进策划。电喷的调治限制大，控制自在度和灵便度高于机械喷射。比喻澳大利亚Orbital公司的AADI（AirAssistantDirectInjection）空气辅助发射系统，采用一体化喷嘴，使用高压空气对燃油颗粒进行打击，达成燃油的充分雾化。并经过调治辅助空气压力和夹入空气时间，能够获取不同样样雾束形状，适应不同样样的燃烧室形状和火花塞地点。说到这种计划，还有一个幽默的例子，和大家聊聊。这是美国NWUAV公司，其在进行重油雾化电喷策划的经过中，遇到了诸多困难。最后的办理方法，提及来让人叫绝他们想到了喷墨打印机，它就连很小的形状

5、奇怪的标点符号都能打印清楚。这喷墨控制喷流的绝技，能否用到喷油控制上呢?脑洞大开的NWUAV，果然买了喷墨打印机的首席大牛HP公司相关喷墨技术的5项专利，并在此基础上开发了微机电MEMS的电控燃油发射系统。该系统有近似喷墨打印机的微通道发射结构，直接控制发射液滴数目，达成了喷油量的精确控制，其发射雾化奏效出奇的好，而且提升了燃料的经济性，同时还可以够够合用于汽油、柴油、航空煤油和重油等多种燃料，同时功耗特别低，最大不高出10W，对于小型无人灵便长短常不错的选择。什么是跨界改革，什么叫参照之资能够攻玉?这个案例就是一个挺好的说明新式燃烧室结构美国Deltahawk公司策划出了一种新式燃烧室，活塞

6、顶部与气缸盖之间策划成上下近似对称的结构，同时采用180发射角，大大提升了重油的雾化奏效，减少了碳烟颗粒的排放，提升了发想法的整体性能。比较新式燃料发射系统，这种新式燃烧室基本上是发想法的重新策划了。第二、活塞发想法的涡轮增压技术航空活塞发想法，可分为二冲程和四冲程两类，其中小功率的两冲程发想法占大多数。二冲程航空活塞发想法，即活塞从上到下、从下到上两个行程的发想法，采用化油器、风冷、自然式吸气，拥有结构简单，重量较轻，运动零件少保护利便，升功率密度大的优点，能够抵达低空短航时无人机的需要。二冲程活塞发想法的做功道理，致使难以幸免扫气经过（进、排气堆叠期称为扫气期）的废气排出损失，致使油耗高，

7、润滑油耗资量也大，经济性差。其余由于缸数和冷却的限制，进一步提升功率很难。废气涡轮增压的难度也较大。燃油/圆滑油经济性差，就对无人机的长航时发生不好影响，这是一方面的弊端。由于高空情况下空气稀有，密度和温度下降，致使进入缸内的空胸襟减小，发想法充量系数下降，热负荷增添，排温升高，使得燃烧经过恶化，需要对其进行增压。而二冲程发想法无法合用增压，发想法的功率也不能够够合用提升，就难以提多发想法的巡航高度和合用升限，无人机的高原高空性能就会遇到限制。这是另一方面的弊端。这两个弊端，形成了二冲程发想法难以知足中空长航时无人机需要。比较之下，四冲程航空活塞发想法，分为进气行程、压缩行程、作功行程和排气行

8、程，燃油经济性比二冲程要好，功率也能够比二冲程航空活塞发想法功率更高。特别是利润于汽车工业技术的发展，小型高转速的废气涡轮增压器大量涌现，涡轮增压技术（和机械增压技术）也已经在四冲程航空活塞发想法获取运用，单级增压技术已经比较成熟。涡轮增压技术的使用，提升了发想法的送出功率，达成了高海拔发想法的功率还原，进而使无人机的旅行速度和合用升限得以显然提升。研究表示，带一级增压的活塞发想法在5000米空中能够保持其最大功率连续工作，但高出8000米以上的高空运行仍无法知足进气需要量，形成动力送出不够致使激发熄火。而二级增压则能够将这一高度提升到11000米（NASA研究的三级增压，致使能够将航空活塞发

9、想法的旅行高度提升到24000米）。但汽油机在增压压缩终了，混同气浓度和温度上升显然，易发生爆燃，同时汽油机转速限制宽，与增压器的般配困难，因此高效率增压仍有必然困难。眼前外国的主流航空四冲程活塞发想法，比喻德国的LIMBACH-L2400ET，德国的TKDI600，奥地利的ROTAX914等，宽泛拥有涡轮增压功能，因此拥有较高的可靠性和优秀的高空性能，标定转速大概在3000r/min到6000r/min，标定功率34Kw-99kW之间。比喻以色列的苍鹭无人机，采用的就是74.6kW的4冲程涡轮增压发想法，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冲

10、程涡轮一级增压活塞发想法，升限7925米。该发动机采用自然吸气时，在海拔3000m时，其功率下降30%，4500米时下降40%此后在海拔4500m，9000米时下降65%。而采用一级增压时，功率仍旧能抵达平原的90%左右。第三：高能点火技术活塞发想法的点火方式有点燃式（火花塞跳火）和压燃式（靠压缩行程将混同气压缩到燃点，使其自动着火）。汽油机采用火花塞方式的比很多。至于重油机，第一篇说过，重油燃点比汽油高，因此火花塞点火需要很高的能量，某型号研究燃油耗资率要高于压燃式20%左右。因此重油机的点火方式更适合采用压燃式，这就需要较高的压缩比才能压燃重油。对于点燃式的汽油机，为了保证发想法在各样工况

11、和条件下可靠安全的点火，点火系统必要在发想法不同样样海拔不同样样工况下都能供应可靠而正确的点火花，眼前航空发想法采用的先进点火技术首要有高能点火和双火花塞迅速燃烧技术。高能点火系统的工作可靠性和本钱问题没有获取合用办理，航空发想法运用较少。而航空发想法运用双火花塞点火系统已有快要四十年的历史，其中，ROTAX系列高空汽油机是运用双火花塞点火技术成功的模范。第四、轻量化航空重油活塞发想法的可靠性航空活塞发想法体积小，对气动策划有利；重量轻，对提升功重比有利，这是它成为通用航空限制小型旅行器动力的重要上风因素。可是航空活塞发想法的燃料从航空汽油换成重油此后，再经过上述一、二亮点的优化策划，各样零件

12、、附件增添，发想法的体积和重量有所增添，反过来弱化了活塞机的上风。既要变低重量和体积，又要保证在重油粗暴工作方式下发想法的运行正常，对于长航时无人机还要有充分的可靠性和悠久性。这些看似相互矛盾的需要，也正是航空重油活塞发想法的技术难点所在。在前面的燃料雾化和动力增压这些技术路线比较清楚的情况下，反而是可靠性这一点，有时倒成了航空重油活塞发想法最让人头痛的地方。从实质产品上看，国内外国的一些相关产品，在轻量化和悠久性的平衡性上也遇到了一些问题。比喻，资料表示，德国出名活塞发想法厂商蒂勒特的名牌产品Centurion1.7发想法，生产量抵达1500台，但在悠久性和可靠性上就存在一些问题。图1:Ce

13、nturion1.7活塞发想法装备MQ-1C无人机Centurion1.7的数控和传动系统改进型Centurion2.0于2006年开始生产。这是一款4缸涡轮增压柴油机，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，质量134千克，功重比0.7463，不失功率的最大爬高升度1828m。该型发想法是第一款获取FAA、EASA等60个适航认证的新式航空煤油发想法。可是生产初期仍旧存在价格昂贵，培修保养错乱和可靠性的问题诚然大修间隔为1500小时，但300旅行小时就要更换齿轮箱（CD数据）。到了Centurion2.0的发展型AE300，2009年获取EASA/

14、FAA认证，航煤、航柴和生物重油都能够看作燃料。这一次可靠性诚然有改进，可是轻量化做的不好最大输出功率125kW，质量185千克，功重比下降到0.6756。法国SMA公司生产的SR305-230E，4冲程涡轮增压压燃式重油发想法，也获取EASA和FAA认证，2013年7月在美国进行了旅行演出，功率171.3kW，质量208.6千克，功重比0.8212，不失功率最大爬高升度提升到3048m。在体积轻量化的方面做的不好，看作一款轻型飞机的动力拥有820mmX930mmX750mm的较大尺寸，影响了机身的整体流线型策划，市场反响不睬想。美国Deltahawk公司的DH4发想法，尺寸重量都不大，结构凑紧，功率123.5kW，质量148千克，功重比0.8345，不失功率最大爬高升度提升升度5486m，大修间隔2000小时。看着数据是不是更加亮眼？问题这是一款2冲程发想法，排放问题又是最大的麻