航空活塞发动机动力产品化发展

2024-02-21 08:25:43

发展现状

 

国外发展现状

 

  • 国际上活塞式无人机发动机大多为汽油机，目前的产品以化油器为主，存在高空性能差、油耗高、环境适应性差问题；

  • 美军为满足燃料一体化和安全要求，1989年开展了小型无人机重油活塞发动机开发，经多年研发、装备和应用，重油机技术日益成熟

     

目前重油发动机两条主要技术路径

  • 点燃式重油活塞发动机，国外主要采用澳大利亚Orbital的空气辅助喷射点燃技术 ，大多应用于100kW以内重油机，如：美军“扫描鹰”“黑杰克”“蓝水”等

  • 压燃式重油活塞发动机，采用车用柴油机技术+轻量化材料和结构，主要应用于 100kW以上机型，如美军“探索者”、法国“SMA-SR305” 等。

     

    无人机更换重油发动机后，平台飞行性能“翻天覆地”

  • 美国RQ-1/MQ-1“捕食者”（Rotax914汽油）84kW     → 

    MQ-1“灰鹰”（CD-135重油）99kW，支持8000m高空作战，续 航从15h提升至30h；

  • 以色列Heronl“苍鹰”（Rotax914汽油）        →

    “超级苍鹭”（重油），巡航速度111提升至148km/h，续航时常15h提升至45h。

     

国内发展现状

 

国内军用无人机几乎都用奥地利进口Rotax汽油机作为动力

  • Rotax914：73.5 kW

  • Rotax915：100 kW

例如：航天科技十一院      彩虹-3/4无人机  

         总参第六十所 Z-5型直升机  

         兵器计算所 金雕CR500无人机  

         陕西保和防务“猎鹰”双人旋翼飞机

国内无人机发动机研制企业
• 重庆宗申—— 航空汽油机 ，功率：20 kW-105 kW

 

 
• 安徽航瑞——压燃式柴油机，功率：5 kW-600 kW

 

 

目前国内重油发动机大多数是基于车用发动机改制，并非针对无人机专用开发，存在重量和体积大、功重比低、振动明显等缺陷 ，无法很好满足无人机对动力系统需求.

重油——航空用的柴油、煤油和生物燃油一般统称为航空重油，与汽油对比闪点高、不易蒸发，安全性更高易于存储和 油料统一管理，同时，重油更高的黏度使其在气缸中能起到润滑作用，降低润滑油的损耗。

重油相较汽油 黏度高，低温流动慢，雾化效果不佳，不可燃。

  • 重油的特点

  • 点燃式重油发动机 采用火花塞点燃，压缩比小7~9，缸内压力低＜9MPa，可采用 轻质材料、薄壁结构、紧凑化设计，振动小，功重比好，低温启动性能好，但油耗相对高。

  •  压燃式重油发动机，需要高压缩比压缩空气达到重油自然温度，压缩比14~20，缸 内压力高＞16MPa，为满足高爆压工况，采用高承力重质材料（铸铁、结构钢等） 、结构厚重，在同等功率下与点燃式发动机相比存在体积大、重量大、振动大等特 点，低温启动性能差，但油耗较好。

     

  • 点燃式重油发动机应用范围——由于功能齐全，小功率发动机功重比难以提高，点燃式占优势，随着功率增加，功率的 增长速度超过重量的增长，点燃式的优势逐渐被压燃式超过，通过对比，100kW以下的点燃式有优势，100kW以上压燃式逐渐优势明显。

     

    重油活塞动力分类

 

航空动力谱系

配发挂飞