200kg无人直升机项目方案

200kg无人直升机项目方案——发动机分析与选择一、研究背景经过几十年的发展，我国无人机技术总体上已经具备了整机独立设计、研制的能力，如北航、南航、西工大以及218厂等都可以独立开发无人机。但和任何武器平台一样，其不可或缺的重要组成部分—无人驾驶动力技术的发展却严重滞后。目前，为我国各类无人机提供动力的发动机基本依赖于进口来满足。对于升空高度在8000m以内的轻型无人机，其主要动力为活塞式对置二冲程汽油机。二冲程发动机的曲轴每旋转一周就做功一次，理论上在相同时间内可以比四冲程发动机多发出一倍的功率。而且随着高压喷射技术、高效燃烧技术，复合增压或高增压等新技术的快速发展和逐渐成熟，二冲程发动机的进气不充分、燃烧效率低、油耗高、热负荷严重等问题也得到很大程度的改善，再加上没有配气机构等零件，结构简化，使二冲程发动机成为高功率密度的优势逐渐明显，尤其在军事上的用途日渐突出。目前无人驾驶飞机使用的动力装置有：活塞式发动机/转子发动机（用于低速、中低空无人机）、涡喷发动机（用于高空、高速无人机）、涡轴发动机（用于短距/垂直起降无人直升机）和涡扇发动机（用于高空长航时无人机和未来无人战斗机）。另外还有一些现正处于研究实验阶段的新型动力装置：太阳能动力装置（用于高空长航时无人驾驶飞机）、爆震发动机（用于无人机或巡航导弹）、桨扇发动机（用于下一代巡航导弹）以及涡轮与亚燃冲压或超燃冲压组合式发动机（用于未来超音速或高超音速巡航导弹）。据统计，世界上300多种无人驾驶飞机中有近67%的无人机起飞重量不超过200kg，大多数采用活塞式发动机；近77%的无人机起飞重量在500kg以内，其中重量在200-500kg范围内的无人机较多采用活塞式发动机和涡喷发动机；起飞重量在500kg以上的无人机多数采用涡喷(涡扇)发动机，其次是活塞式发动机；而采用其他发动机的无人机数量不多。二、项目背景该项目为200kg无人直升机，要求有效载重60kg左右，功率大于等于35kw。下表是国内主要无人直升机概览。根据我们项目的主体200kg无人直升机，我们可以参考U8和飞虎的设计制造过程，示例如下。ROTAX582发动机参数：三、无人直升机发动机特性与比较①活塞塞式发动机活塞式发动机是无人驾驶飞机使用最早、最广泛的动力装置，其技术目前已较为成熟。根据所应用的机型不同，活塞式发动机的功率小至几kW，大至200kW左右。从当前国外的应用情况来看，活塞式发动机的适用速度一般不超过300km/h（用于靶机除外），高度一般不超过8000m。按发动机功率的大小，所应用机型的续航时间从几小时（靶机除外）到几十小时不等。国外生产无人机用活塞式发动机的具有代表性的制造商有意大利XOARinternational公司（498IS系列）、奥地利的罗泰克斯公司（Rotax系列活塞式发动机）、英国的洛特斯&卡斯公司（Lotus系列）和德国的Limbach公司（L系列）。②转子发动机转子发动机具有重量轻、尺寸小、可采用多种燃料、可靠性高和振动小等优点，因此在80年代后期发展迅速。在相同功率范围内转子发动机重量只是活塞式发动机的一半，因此可以取代活塞式发动机。国外主要的产品为AR系列，分单转子和双转子。国内主要研究机构有西工大正在开发转子发动机。转子发动机若用于高空无人机，应解决发动机高空补氧燃烧的冷却等技术问题。③涡轮发动机无人驾驶飞机用涡轮发动机主要包括涡喷发动机、涡轴发动机和涡扇发动机，目前还未见到有关涡桨发动机用于无人机的报道。a.涡喷发动机：主要应用于高空、高速无人机。在涡喷发动机研制和生产方面，具有代表性的制造商有英国的NPT公司（生产NPT系列涡喷发动机）、法国的微型涡轮（Microturbo）公司和美国的特里达因公司（CAE系列）。b.涡轴发动机：主要应用于短距/垂直起降无人机，特别是无人直升机，主要用户为海军。国外具有代表性的无人机用涡轴发动机生产和供应商是美国的艾利逊公司（Allison250发动机）和威廉姆斯公司（TWS系列发动机）。c.涡扇发动机：主要用于高空长航时无人机以及未来的无人战斗机。美国是最先将涡扇发动机应用于无人驾驶飞机的国家，而且无人机用涡扇发动机的主要生产和供应商也在美国，即艾利逊公司、联信公司和威廉斯公司。四、无人直升机发动机选择方案1.活塞式发动机a.ROTAX5821920年，Rotax-WerkAG，成立于德国德累斯顿，1943年就搬到奥地利维尔斯，1970年被庞巴迪收购，2003年总公司更名为BRP（BombardierRecreationalProductsInc.）。现在Rotax的总部位于奥地利Gunskirchen。现在市面上的产品从32-115马力之间，rotax在功率覆盖范围的市场占有率80%以上，rotax也是陆地发动机起家，所以447和582系列依旧是直列式气缸，到912和914系列才运用水平对置四缸，对于相似功率产品据反映其价格便宜，销量大，但其性能只能说平平。ROTAX582采用带加速管及消音功能的排气系统，能有效地降低发动机噪音且发动机功率可达到78马力以上，极大地提高了带任务负载的能力，采用全新高效的双吸式冷却方式，进风口与排气口已优化设计，有效的降低发动机工作温度，能适应恶劣高温天气，提高了悬停工作时长。b.Hirth27302730发动机是一款空气冷却、旋转阀控制的二冲程水平对置发动机，装备了电子燃油喷射系统（EFI）。并包含了最新的发动机技术，能够满足现今无人机市场的严苛要求。1.闭环燃油控制，大幅度优化了发动机性能;2.CAN总线或RS485接口，实现了与机载电脑交流通畅;3.屏蔽电子控制单元ECU，能屏蔽电磁干扰（EMI）;c.3w684ib4ts未找到有关资料2.转子发动机a.IAE_50RS-100无人机的最大起飞重量为200千克，携带载荷为50千克，航程为180千米和续航时间为6小时。S100无人直升机的引擎是IAE_50RWankel，这种发动机的最大优势大概就在于同等功率情况下,结构重量小。寿命显然不占优势。结构简单、零件少。转子发动机的运动部件很少，仅有转子、主轴而没有往复运动件、进排气阀及其他旋转机构。体积小、重量轻、功重比高。运转平稳、噪音小。维修容易、造价低廉。转子发动机减少了曲柄一连杆机构和配气结构，没有凸轮轴、摇臂等零件，因此结构简单、具有很好的可维修性，生产成本约为同功率往复式活塞发动机的80％。3.涡轮发动机法国微型涡轮发动机公司未找到有关资料