无人机系统结构与设计 课件 第9、10课时 无人机的动力系统、活塞式发动机

第九课时无人机的动力系统目录/CONTENTS§2动力装置的系统组成§3燃油发动机§1无人机的动力系统§1无人机的动力系统无人机的动力系统发动机以及保证发动机正常工作所必需的系统和附件的总和无人机最重要的关键系统，性能品质影响无人机的飞行安全核心设备：发动机，能够把其他形式的能转化为机械能，进而产生拉力或推力无人机的动力系统发动机分类：燃油类发动机、电动机、油电混合动力系统主流民用无人机的动力系统通常采用燃油类发动机为动力的油动系统、以电池为能源的电动系统油电混合系统更多应用于汽车中，在无人机领域较少应用无人机的动力系统电动无人机以电动机作为动力来源，采用直流电动机作为驱动螺旋桨旋转电动机运转所需的能量由聚合物锂电池或新能源方式提供优点：结构简单、质量小、故障率低、维护简便、无空气污染缺点：载重小、续航时间短、电池消耗大等。无人机的动力系统油动无人机动力来源：燃油发动机（航空发动机）发动机类型：活塞式发动机、燃气涡轮式发动机燃气涡轮式发动机的分类：涡轮喷气式发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机无人机的动力系统油动无人机优点：1.载重能力强，适合中型、大型或重型无人机2.续航时间不受限制，主要取决于机上携带的油量无人机的动力系统发动机品质发动机的基本功用：为无人机提供持续的动力，以确保重于空气的无人机能够稳定、可控、持续地在空中飞行主要指标：性能参数、可靠性、耐久性无人机的动力系统发动机品质功率质量比大保证发动机功率足够大且质量轻功率质量比越大，表明发动机产生1马力的功率所负担的发动机自身质量越小，发动机越轻无人机的动力系统发动机品质耗能小耗电（油）率评定发动机的经济性耗电（油）率：单位功率在1h内所耗电的度数或油料的质量一定的飞行条件下，发动机耗能率越低，运行成本越低，经济性越好无人机的动力系统发动机品质体积小应在保证功率不减小的前提下，力求体积较小，以减小飞行中的空气阻力，并减轻发动机质量无人机的动力系统发动机品质工作安全可靠无人机在空中的飞行安全，由其各组成部分可靠的工作保证描述发动机可靠性的参数:空中停车率（发动机空中停车数/每千飞行小时）无人机的动力系统发动机品质寿命长寿命长可降低使用成本、节约原材料发动机寿命：翻修寿命、总寿命翻修寿命：发动机制造厂商规定的从发动机出厂到一次翻修或者两次翻修之间的使用期限总寿命：指发动机经过若干次翻修后停止使用时的使用期限无人机的动力系统发动机品质维护方便日常维护方便可提高维护质量，确保发动机随时处于安全可靠状态降低维护成本，对发动机的设计、制造都应有相应要求§2动力装置的系统组成动力装置的系统组成动力装置的系统组成电动机类型:无刷直流电动机（无刷电机）、空心杯有刷直流电动机（有刷电机）车模用电机全部为内转子电机，靠里面圆形转子转动动力装置的系统组成有刷电机将磁铁固定在电机外壳或者底座为定子，将线圈绕组为转子碳刷：与绕组上的铜头接触，让电机得以转动高速转动时带来碳刷的磨损，更换碳刷后需要让碳刷与铜头的接触面积最大化，提高电机的转速/扭矩动力装置的系统组成无刷电机将线圈绕在定子上，把磁铁做成转子，取消碳刷利用无刷电调，给线圈组对应地供电以产生相应的磁场，实现不停地驱动磁铁转子保持转动动力装置的系统组成无刷直流电动机系统无刷直流电动机：外转子电动机，没有电刷2.电子调速器（ESC）：控制电动机的转速3.电池：给电动机供电，无人机常用聚合物锂电池、燃料电池4.平衡充电器：无人机电池的电流极大，专用电池必须用平衡充电器进行充电动力装置的系统组成空心杯有刷直流电动机系统MOS管：驱动电路电池：锂电池用给电动机充电平衡充电器：给专用电池充电§3燃油发动机燃油发动机航空发动机为无人机提供动力的燃油发动机主要有航空活塞发动机和涡轮发动机两大类作用：将燃油的化学能转换为机械能燃油发动机启动点火系统燃油发动机不能自主点火启动，必须先由其他能源带动发动机旋转常用的启动动力源：电动机、压缩空气小功率燃油发动机所需功率小，采用启动电动机大功率燃油发动机，采用压缩空气燃油发动机发动机固定装置将发动机固定在无人机机体上的部件系统无人机的受力结构之一作用：支撑庞大的发动机结构、承担无人机的动力传输燃油发动机燃油系统与滑油系统燃油系统：存贮和向航空发动机的油泵供给燃油，保证发动机正常工作滑油系统：由带过滤装置的滑油箱、导管和空气滑油散热器组成，向发动机供给需用的滑油，并进行过滤和散热，保证滑油循环使用燃油发动机发动机散热装置无人机发动机散热方式：风冷式、液冷式目前基本采用风冷燃油发动机防火和灭火装置包括防火墙、预警和灭火系统防火墙：设置在发动机舱周围的防火隔板预警系统：向驾驶员指示发生火情的部位，以便及时妥善处置灭火系统：自动扑灭火情于萌芽状态，保证飞行安全燃油发动机进气和排气装置包括进气道、排气管和喷口燃油发动机附件传动装置将发动机转子的功率、转速传输到附件，并驱动附件以一定的转速和转向工作的齿轮轮系及传动轴的组合体第十课时活塞式发动机目录/CONTENTS§2航空活塞式发动机的构造§3航空活塞式发动机的工作原理§1活塞式发动机的分类§1活塞式发动机的分类活塞式发动机的分类根据工作原理分类：二冲程发动机、四冲程发动机按混合气形成的方式分类：汽化器式发动机、直接喷射式发动机汽化器式发动机装有汽化器，燃料和空气预先在汽化器内混合好，然后再进入发动机气缸内燃烧直接喷射式发动机装有直接喷射装置，燃料由直接喷射装置直接喷入气缸，然后同空气在气缸内混合形成混合气活塞式发动机的分类按发动机冷却方式分类：气冷式发动机、液冷式发动机气冷式发动机：直接利用迎面气流冷却气缸，气缸暴露并设计散热片的液冷式发动机：利用循环流动的冷却液冷却气缸,由冷却液把吸收的热量耗散到周围的大气中活塞式发动机的分类按照汽缸的排列形式分类：星形、直列式直列式发动机：汽缸呈列队式前后排列，汽缸在机匣的左右两侧各排成一行星形发动机：汽缸排列呈辐射状，分为单排星形和双排星形活塞式发动机活塞式发动机的分类按空气进入气缸前是否增压分类：吸气式发动机、增压式发动机吸气式发动机：工作时外界空气被直接吸入气缸，多用于飞行高度较低的飞机增压式发动机：装有增压器，外界空气经过增压器提高压力，然后进入缸，多用于飞行高度较高的飞机航空活塞式发动机§2航空活塞式发动机的构造航空活塞式发动机的构造无人机向前飞行的拉力由发动机带动的螺旋浆产生航空活塞发动机航空活塞式发动机的构造主要机件包括汽缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构和机匣汽缸：呈圆筒形，固定在机匣上活塞：装在汽缸里面，并通过连杆和曲轴相连，曲轴由机匣支承曲轴：与螺旋浆轴相连航空活塞式发动机的构造气门机构：由进气门、排气门以及凸轮盘（或凸轮轴）、挺杆、推杆、摇臂等传动机件组成汽缸：混合气进行燃烧并将燃料燃烧释放出来的热能转换为机械能的场地主要机件航空活塞式发动机的构造活塞在汽缸内作往复运动，燃气的压力作用在活塞的顶面上，活塞被推做功，最终用来带动螺旋浆旋转，产生拉力,使飞机前进活塞在汽缸内只能作直线运动，必须把活塞的直线运动转变为螺旋桨的旋转运动，由连杆和曲轴完成活塞、连杆和曲轴这三个在运动中密切关联的机件，通常又合称为曲拐机构主要机件航空活塞式发动机的构造气门：1.控制气门的开启和关闭，以保证新鲜混合气（或空气）在适当的时机进入汽缸2.保证燃烧做功后的废气适时地从汽缸排出。机匣是发动机的壳体，机匣：安装汽缸和支撑曲轴、连接发动机的机件主要机件航空活塞式发动机的构造附件工作系统燃油系统不断供给发动机适当数量的燃油，并将燃油雾化，同空气均匀混合形成可燃混合气点火系统在适当的时刻产生电火花，点燃汽缸内的混合气滑油系统不断地将滑油送到各机件的摩擦面进行润滑，以减小摩擦阻力，减轻机件的磨损航空活塞式发动机的构造冷却系统把汽缸的一部分热量散发到大气中去，保证汽缸的温度正常启动系统发动机启动时，将曲轴转动起来，使发动机从静止状态转人正常工作附件工作系统§3航空活塞式发动机的工作原理航空活塞式发动机的工作原理航空活塞发动机将热能转变为机械能，由活塞运动的几个行程完成四行程发动机：活塞运动四个行程完成一个工作循环的发动机二行程发动机：活塞运动两个行程完成一个工作循环的发动机航空活塞式发动机的工作原理上死点：活塞顶距曲轴旋转中心的最远距离的位置下死点：活塞顶距曲轴旋转中心的最近距离的位置曲轴转角：曲臂中心线与汽缸中心线的夹角基本名词航空活塞式发动机的工作原理

基本名词航空活塞式发动机的工作原理

基本名词航空活塞式发动机的工作原理每完成一个循环，活塞在上死点与下死点之间往返两次，连续地移动四个行程四行程发动机航空活塞式发动机的工作原理进气行程作用：使汽缸内充满新鲜混合气进气行程开始时，活塞位于上死点，进气门打开，排气门关闭，活塞在曲轴的带动下，由上死点向下死点运动，汽缸容积不断增大,新鲜混合气被吸入汽缸曲轴转动180°，活塞到达下死点，进气门关闭，进气行程结束四行程发动机航空活塞式发动机的工作原理压缩行程作用：对汽缸内的新鲜混合气进行压缩，为混合气燃烧后膨胀做功创造条件压缩行程开始时，活塞位于下死点，进、排气门关闭活塞在曲轴的带动下由下死点向上死点运动，汽缸容积不断缩小，混合气受到压缩，气体的温度和压力不断升高当曲轴旋转半圈，活塞到达上死点时，压缩行程结束四行程发动机航空活塞式发动机的工作原理膨胀行程作用：使燃料的热能转换为机械能膨胀行程开始时，活塞位于上死点，进、排气门关闭燃烧后的高温高压燃气猛烈膨胀，推动活塞，使活塞从上死点向下死点运动汽缸容积不断增大，燃气的压力、温度不断降低，热能不断转换为机械能当活塞到达下死点，曲轴旋转了半圈，膨胀行程结束四行程发动机航空活塞式发动机的工作原理排气行程作用：将废气排出汽缸，以便再次充入新鲜混合气开始，活塞位