無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)課件：無人機動力系統(tǒng)

無人機動力系統(tǒng)無人機動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)概述第一節(jié)電動機第二節(jié)

活塞式發(fā)動機第三節(jié)渦輪發(fā)動機第二節(jié)動力系統(tǒng)概述3.1.1電池類發(fā)動機動力系統(tǒng)組成1.無刷電機動力系統(tǒng)提問？

1)電池

2)無刷電機

3)電調(diào)

4)平衡充電器

5)傳動系統(tǒng)3.1.1電池類發(fā)動機動力系統(tǒng)組成2.空心杯有刷電機動力系統(tǒng)

1)空心杯有刷電機

2)MOS管

3)電池

4)平衡充電器1-后蓋，2-接線端子，3-電刷端蓋，4-電刷，5-換向器，6-杯形繞組（轉(zhuǎn)子），7-轉(zhuǎn)軸，8-墊圈，9-滑動軸承，10-外殼，11-磁鐵（定子），12-法蘭，13-定位環(huán)3.1.2燃油類發(fā)動機動力系統(tǒng)組成1.燃油發(fā)動機系統(tǒng)動力系統(tǒng)概述2.燃油系統(tǒng)3.滑油系統(tǒng)4.傳動系統(tǒng)齒輪傳動平面齒輪傳動空間齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動傳遞相交運動傳遞交錯軸運動內(nèi)嚙合外嚙合齒輪齒條內(nèi)嚙合外嚙合齒輪齒條直齒斜齒交錯軸斜齒輪傳動蝸桿渦輪準雙曲面齒輪曲線齒人字齒齒輪運動動力系統(tǒng)概述3.1.3發(fā)動機的種類1.按能量來源分類圖3-3無人機發(fā)動機類型3.1.3發(fā)動機的種類2.按推進動力產(chǎn)生原理分類

2）間接反作用力發(fā)動機由發(fā)動機帶動飛機的螺旋槳旋轉(zhuǎn)對空氣作功，使空氣加速向后(向下)流動時，空氣對螺旋槳產(chǎn)生反作用力來推進無人機。這類發(fā)動機有活塞式發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機和渦輪螺旋槳風扇發(fā)動機等。

1）直接反作用力發(fā)動機是利用向后噴射高速氣流而產(chǎn)生向前的反作用力來推進無人機。直接反作用力發(fā)動機又叫噴氣式發(fā)動機，這類發(fā)動機包括渦輪噴氣式發(fā)動機。動力系統(tǒng)概述3.1.4發(fā)動機的功能和要求發(fā)動機的基本功用是為無人機提供動力，以確保重于空氣的無人機能夠穩(wěn)定、可控、可持續(xù)地在空中飛行。評定發(fā)動機品質(zhì)的主要指標有性能參數(shù)、可靠性、耐久性等。其基本要求歸結(jié)如下：

5.維修方便4.工作安全可靠、壽命長

3.體積小

2.耗能小

1.功率重量比大3.3活塞發(fā)動機類型1工作原理3結(jié)構(gòu)組成23.3活塞式發(fā)動機至今20世紀40年代20世紀30年代第一臺重75kg，功率12hP?；钊桨l(fā)動機+螺旋槳的組合成為飛機固定的推進模式。

飛機性能迅猛發(fā)展，速度達到700～800km/h，高度達到10000m以上。諸多原因決定了活塞式發(fā)動機+螺旋槳的推進模式的終結(jié)。由于造價低、易于維修等優(yōu)點仍用于一些初級教練機和小型運輸機上，多為氣冷式小功率活塞式發(fā)動機?；钊桨l(fā)動機發(fā)展史國外

美國的“輝光”無人機的動力裝置就采用了萊康明公司生產(chǎn)的0-235-C型四缸對置活塞式發(fā)動機。

俄羅斯蘇霍伊設(shè)計局設(shè)計的蘇-49初級教練機安裝有一臺M-9F型9缸氣冷活塞式發(fā)動機，功率420hp。國內(nèi)

我國現(xiàn)役運5、運5B、初教6飛機上的動力裝置均為活塞式發(fā)動機。西北工業(yè)大學研制的輕型近距無人戰(zhàn)術(shù)偵察機ASN-206?；钊桨l(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀3.3活塞式發(fā)動機無人戰(zhàn)術(shù)偵察機

可用于晝夜空中偵察、戰(zhàn)場偵察、目標定位、炮火定位、邊境巡邏、核輻射取樣、空中攝影和探礦以及電子戰(zhàn)等。該型無人機動力裝置為一臺水平對置、氣冷、四缸、二行程、功率為51hp的HS700型活塞式發(fā)動機。ASN-2063.3活塞式發(fā)動機1.類型二行(沖)程發(fā)動機四行(沖)程發(fā)動機只是在過去的少數(shù)飛機上采用過。目前使用的全部航空活塞式發(fā)動機。3.3.1活塞式發(fā)動機的類型與結(jié)構(gòu)②按形成混合氣方式分：汽化器式、直接噴射式①按所用燃料分：輕油、重油（1）四行程的類型1.類型汽化器式燃油系統(tǒng)簡圖直接噴射式燃油系統(tǒng)簡圖③按混合氣著火方法分：點燃式、壓燃式④按冷卻發(fā)動機方法分：氣冷式、液冷式（1）四行程的類型4.1.2活塞式發(fā)動機

氣冷式液冷式⑤按汽缸排列方式分：直列型、星型（1）四行程的類型H型X型直立型

對立型

V型W型1.類型星型

單排雙排③按混合氣著火方法分：點燃式、壓燃式②按形成混合氣方式分：汽化器式、直接噴射式①按所用燃料分：輕油、重油④按冷卻發(fā)動機方法分：氣冷式、液冷式⑤按汽缸排列方式分：直列型、星型⑥按空氣進入汽缸前是否增壓分：吸氣式、增壓式（1）四行程的類型1.類型星型、單排、九汽缸、氣冷式的四行程活塞發(fā)動機2.結(jié)構(gòu)組成①氣門機構(gòu)②氣缸③活塞④曲軸⑤連桿⑥機匣①氣門機構(gòu)：由曲軸帶動，按照氣缸的工作次序，控制進、排氣門適時地打開和關(guān)閉。凸輪盤氣門彈簧氣門推筒推桿搖臂②氣缸：燃油和空氣組成的混合氣進行燃燒的地方。散熱片進氣口電嘴孔冷氣嘴孔氣缸頭氣缸筒排氣口電嘴：適時高壓放電，點燃汽缸中的新鮮混合氣。電嘴亦稱為火花塞。電嘴孔中央極旁極電嘴間隙氣缸排列次序螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向③活塞：用來承受混合氣燃燒后所產(chǎn)生的壓力，在氣缸內(nèi)來回移動作功?；钊麧q圈活塞銷④曲軸：支承在機匣內(nèi)，把活塞的直線運動轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，以帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)和其它附件工作。⑤連桿：連接活塞和曲軸，來回傳遞活塞和曲軸的運動。副連桿主連桿⑥機匣：用來安裝氣缸、支承曲軸，并將所有的機件連接起來，構(gòu)成一臺完整的發(fā)動機。支承螺旋槳軸、減速器等附件支承曲軸、固定氣缸和部分氣門機構(gòu)的零件連接發(fā)動機架、安裝增壓器和進氣管安裝附件、附件傳動機構(gòu)3.3.2工作原理及輔助系統(tǒng)上死點：活塞頂面距曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的位置。1.工作原理**術(shù)語

下死點：活塞頂面距曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的位置。**術(shù)語活塞行程：上死點與下死點之間的距離。**術(shù)語**術(shù)語**活塞式發(fā)動機的工作原理進氣行程壓縮行程膨脹行程排氣行程混合氣中汽油和空氣的比例為：

1/15即燃燒1kg的汽油需要15kg的空氣。

進氣行程

活塞運動到上死點時，燃燒室內(nèi)混合氣體的壓強增加到10個大氣壓，溫度增加到400oC左右。壓縮行程壓縮比：活塞式航空發(fā)動機的壓縮比

5～8混合氣被壓縮的程度膨脹行程燃燒時間：約0.015s速度：約30m/s壓強：60～75個大氣壓溫度：2000～2500oC局部溫度：3000～4000oC燃氣沖擊力：15000kg

在慣性作用下，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使活塞由下死點向上運動。當活塞到達上死點時，絕大部分的廢氣已被排出。排氣行程全過程為一個循環(huán)——

“熱循環(huán)”

熱能機械能帶動螺旋槳

進氣行程壓縮行程膨脹行程排氣行程

進氣行程壓縮行程膨脹行程排氣行程發(fā)動機功率發(fā)動機經(jīng)濟性進氣的多少；壓縮程度的大??；燃燒是否完善；膨脹是否充分；排氣是否干凈等。（1）理想工作循環(huán)四行程：進氣、壓縮、膨脹、排氣五過程：進氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣理想工作過程：無摩擦、無熱交換、燃燒和放熱都不需要耗費時間。0―1：進氣過程1―2：壓縮過程2―3：燃燒過程3―4：膨脹過程4―1―0：排氣過程

等容排氣、等壓排氣等壓進氣絕熱壓縮等容燃燒絕熱膨脹理想工作過程壓容圖（1）理想工作循環(huán)**二沖程的工作原理壓縮混合氣進氣點火燃燒排氣換氣孔進氣孔排氣孔火花塞

二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機比較，其主要優(yōu)點、缺點如下：

優(yōu)點：1）曲軸每轉(zhuǎn)一周就有一個作功行程，因此，當二沖程發(fā)動機的工作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程發(fā)動機相同時，在理論上它的功率應(yīng)等于四沖程發(fā)動機的兩倍。

2）由于發(fā)生作功過程的頻率較高，故二沖程發(fā)動機的運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。

3）由于沒有專門的換氣機構(gòu)，所以其結(jié)構(gòu)較簡單，質(zhì)量也比較小。

4）由于附屬機構(gòu)少，所以受磨損和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量也比較少

缺點：1）不易將氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈，而且在換氣時減少了有效工作行程。因此，在同樣的工作容積和曲軸轉(zhuǎn)速下，二沖程發(fā)動機的功率并不等于四沖程發(fā)動機的兩倍，只等于1.5~1.6倍。

2）在換氣時有一部分新鮮可燃混合氣隨廢氣排出，因此，二沖程發(fā)動機不如四沖程發(fā)動機經(jīng)濟。**螺旋槳活塞式發(fā)動機不能單獨驅(qū)動飛機，它必須通過曲軸驅(qū)動螺旋槳才能使飛機運動，因此活塞式發(fā)動機需要與螺旋槳一起才能構(gòu)成飛機的推進系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)點火系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)起動系統(tǒng)2.輔助系統(tǒng)

功用：儲存燃油和向發(fā)動機連續(xù)供油。供油過程中，將燃油霧化并與空氣均勻摻混成為新鮮混合氣之后，供入汽缸。

功用：產(chǎn)生高壓電，并將高壓電依次接通各個汽缸的電嘴，使電嘴產(chǎn)生電火花，將汽缸中的新鮮混合氣點燃。

功用：減輕發(fā)動機上各個相對運動機件之間的摩擦，加強發(fā)動機內(nèi)部冷卻等。燃油系統(tǒng)點火系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)起動系統(tǒng)

功用：發(fā)動機開車時，由起動系統(tǒng)將曲軸轉(zhuǎn)動，使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，完成起動過程。

功用：加強發(fā)動機的外部冷卻。外部冷卻和滑油系統(tǒng)的內(nèi)部冷卻使發(fā)動機能夠在允許的溫度條件下正常運轉(zhuǎn)。2.輔助系統(tǒng)第3章無人機動力裝置1.寫出圖中1-6各零件名稱。

2.看下圖寫出活塞發(fā)動機四行程是什么？5個工作過程是

、

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、

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。

3.4渦輪發(fā)動機渦輪發(fā)動機的工作原理2渦輪發(fā)動機的組成13.4.1渦輪發(fā)動機組成（渦輪噴氣發(fā)動機

）進氣道飛行方向壓氣機燃燒室渦輪尾噴管驅(qū)動軸與活塞發(fā)動機相比結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，推力大，推進效率高，主要適用于高速飛行，特別是超音速飛行耗油率大，噪聲大（1）進氣道功能：在各種狀態(tài)下,將足夠量的空氣,以最小的流動損失,順利地引入發(fā)動機，在飛行中還可通過沖壓作用提高氣體壓力。

（2）壓氣機功能：通過旋轉(zhuǎn)的葉片對氣體進行壓縮,提高空氣的壓力,為燃氣膨脹作功創(chuàng)造條件，同時為飛機和發(fā)動機提供高壓氣源。圖3-33離心式壓氣機組成（3）燃燒室功能：將噴嘴供應(yīng)的燃油和壓氣機供應(yīng)的空氣混合燃燒釋放熱量，供給渦輪所需的均勻加熱的平穩(wěn)高溫高壓燃氣流。（4）渦輪功能：高溫高壓燃氣膨脹，將熱能轉(zhuǎn)換成渦輪的機械能，同時驅(qū)動壓氣機和附件提供功率。在渦輪螺旋槳和渦輪軸發(fā)動機它還為螺旋槳和旋翼提供軸功率。（5）尾噴管功用：使從渦輪流出的燃氣膨脹，加速，以一定的速度和要求的方向排入大氣，得到需要的推力。也可通過反推力裝置改變噴氣方向，產(chǎn)生反推力，縮短飛機的滑跑距離。反推著陸時，使用反推可縮短著陸滑跑距離，減輕剎車的負荷。中斷起飛等緊急情況時也要使用反推。反推2.渦輪發(fā)動機工作原理（渦輪噴氣發(fā)動機

）風扇把空氣從外面吸到里面來噴油燃燒，空氣變熱，能量增加熱氣流過風車，推動風車轉(zhuǎn)動，風車轉(zhuǎn)動推動風扇的轉(zhuǎn)動熱氣流過風車后以高速噴出發(fā)動機推力的產(chǎn)生

燃油

內(nèi)能機械能推力燃燒

進氣

壓縮燃燒、膨脹