UAV动力系统

Posted by Mars . Modified at Aug 10, 2022

UAV动力系统

发动机术语表

• TBO（Time Between Overhauls）: 大修间隔时间
• TSN（Time Since New） 总运转小时数
• TSO（Time Since Overhaul) 大修后运转小时数
• TSR（Time Since Repair) 维修后运转小时数
• CSN（Cycle Since New) 总循环数
• CSO（Cycle Since Overhaul) 大修后循环数

发动机参数指标汇总

发动机类型

• 活塞发动机：
  • 燃油类型：汽油、重油（航空煤油、柴油）；
  • 燃油雾化形式：化油器、电子喷油器；
  • 增压与否：决定飞行高度、是否适用于高原起降；
  • 冷却方式：气体冷却、液体冷却；
• 涡轮风扇；
• 涡轮喷气；
• 涡轮轴；
• 涡轮螺旋桨；

性能参数

• 推力（功率）、耗油率
• 燃油类型
• 功率提取
• 起动形式
• 重量、几何尺寸
• 总寿命、翻修期、首翻期
• 引气量
• 供货稳定性、交货周期

发动机选型依据

1. 选择类型适合的发动机

依照下图选择合适的发动机类型。

• 按功率选择类型： 400-500kW为分界点。一般低于400kW则活塞机更优，高于500kW则涡轴更优。

2. 在各种工况下，功率足够

这一部分需要考虑的功率需求如下：

1. 旋翼功率需求；
2. 尾桨功率需求；
3. 起落架收放等液压机械功率需求；
4. 电气功率需求；
5. 计算时，需要考虑各部分功率损失：
   • 进排气造成的发动机功率损失；
   • 减速、传动装置效率损失；
   • 附件本身的功率转化率（液压泵、发电机）；
   • 防除冰、引气、红外抑制等需求引起的发动机功率损失。

对应的飞机状态校核主要有：

• 起飞状态；
• 巡航状态；

3. 发动机特性满足飞机要求

此处需要考察发动机下列特性线，并与飞机需求进行对比。

• 高度特性；
• 温度特性；
• 速度特性；
• 起动特性；
  • 暖机时间；
  • 起动环境温度限制；
  • 起动方式：是否需要外带起动电瓶或APU辅助；
  • 空中停车起动是否可能；
• 加减速特性：
  • 加减速时间：慢车到最大，约3-5s；
  • 可承受极限加速度；
• 倾斜角度范围；

4. 发动机工作限制参数，与飞机总体需求相匹配

这部分主要包括：

• 尺寸、重量、安装接口与空间；
• 工作温度限制：
  • 起动温度限制；
  • 冷却液温度限制；
  • 滑油温度限制；
• 使用高度范围；
• 振动水平；
• 噪声水平；

5. 附件的齐备性

查看以下附件的齐备性：

• 滑油泵（滤）；
• 燃油泵（滤）；
• 发电机；
• 起动电机；

选择无需自主选配更多附件的发动机。

6. 发动机具有经济性，且供货稳定，周期允许

• 发动机成本在预算范围内：一般是整机成本的20%；
• 优先选择重油发动机：重油的燃油成本是是汽油的40~50%；
• 发动机供货周期可控，且满足飞机研制要求；
• 发动机供货质量稳定；

滑油成本： 涡轮发动机比活塞滑油成本更低；

5. 以上均满足的情况下，对比以下总体参数

• 发动机成熟度： 曾为其他型号配装，有过成熟应用的优先考虑；
• 功重比：选择更大的；
• 耗油率：选择更小燃、滑油消耗率的；
• 单位横截面积有效功率：选择更大的；
• 可靠性： 选择总寿命更长、大修间隔期更短的；
• 燃油类型： 重油优于汽油；
• 维护简易性： 活塞一般维护性更差；
• 接口的改动： 考察ECU等电气、机械接口与飞机需求的匹配情况，如总线通信形式等，选择所需改动更少的；

发动机子系统资料

燃、滑油

冷却系统

活塞式发动机冷却系统

• 活塞式发动机散热器散热功率需求，约等于地面最大持续功率(kW)的0.58倍；
• 活塞式发动机中冷器地面的散热功率需求，约等于地面最大持续功率(kW)的0.19倍；
• 活塞式发动机中冷器在H=5km的散热功率需求，约等于地面最大持续功率(kW)的0.30倍；
• 中冷器的散热功率需求在高空更大；

Keywords: UAV Engine