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凤凰网军事频道

发布时间:2021-01-14 00:04:30 已有: 人阅读

  今天稍缓下来,咱们先聊哪个呢?这次航展上要说头彩的当然是歼20,可是它的每一颗铆钉都被大家爆炒了多少回。再找找看…今年的珠海航展,曝光率仅次于歼20的就是中国无人机。而大家知道,无人机的主要技术就是两项,传感器和动力。美国的《无人机系统路线)》就指出:“推进技术和处理器技术是无人机的两大关键技术。”那么这次,偏爱航空发动机的兵器迷,就来聊聊无人机的动力之一——航空(重油)活塞发动机。

  第一个问题,是航空汽油普遍含铅,准确的说是四乙基铅(Tetra-ethyl lead,缩写TEL)。四乙基铅可以提高燃料的辛烷值,提高燃油的闪点,防止发动机内发生爆震,让发动机使用更高的压缩比,进而改善汽车发动机效率和功率。但是,过度接触四乙基铅,可以造的神经中毒导致的的全身性疾病,重者可昏迷致死,且有致癌嫌疑,对有害。

  举例来说,在航空汽油品牌中,Avgas 100LL 是比较常用的,每加仑最大含铅量为2克。含铅较低的有Avgas 80/87 航空汽油,1加仑最大含铅量降低为0.5克,但也降低了辛烷值,因此只用于压缩比低的引擎。而Avgas 100/130 航空汽油辛烷值较高,同时每加仑最大含铅量达到4克,正逐渐被Avgas 100LL替代。

  航空重油没有含铅汽油的铅添加剂,也不存在无铅汽油气锁的问题,且闪点和燃点都比汽油高,在遇到意外情况后发生燃烧和爆炸的概率大大降低,因此安全性比航空汽油有很大提高,存储运输都更方便。同时,美军军用飞机采用煤油燃料是很多的,大量使用的Jet A、Jet A1、JP-5和JP-8,都是以煤油为主的燃料。比如JP-5,是煤油混合少量汽油制成, 是美军涡轮动力飞机的标准燃料之一。采用重油作为中小型无人机燃料,对减少军用后勤保障负担也有好处。再加上,与功率相同的活塞发动机与喷气发动机相比,具有体积小,重量轻,升功率高,结构简单,操作维护方便等诸多优点,作为中小型无人机的动力,整体上仍然有优势。西方航空强国们终于在上世纪末启动了重油活塞发动机的研制。

  1994 年,美国NASA 开始实施一项通用航空推进计划GAP,为未来价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。对于2010 年后的GAP、无人机UAV 动力规划,首次提出了开发重油航空发动机HFE(Heavy fuel engine)的概念。此概念的提出是基于满足美国新的适航安全标准(FAA规范)要求,以及使用成本和军用后勤保障简化的需要。而英法等国也在开发重油活塞发动机的无人机。1999年,法国莫兰-雷诺公司开发中偶遇活塞发动机的过程中,甚至宣称十年内取消航空汽油。当然后来并没有实现,但中小型无人机燃料从汽油向重油过渡的趋势已经愈发明显。

  发动机做功,需要将燃料通过喷嘴喷成颗粒度非常细的雾状,才能与空气充分混合,达到良好的燃烧效果。雾化燃料与空气混合气的形成质量,对于动力性、经济性和排放性都有至关重要的作用。而重油,特别是柴油,比汽油的黏度高,低温流动性差。这造成重油的雾化效果要比汽油差,影响了燃烧效果,甚至导致发动机启动困难。实现重油的可靠雾化及高效的燃烧组织,成为航空重油活塞发动机的核心技术之一。

  化油器渐改 辅助预热:两冲程活塞发动机大多采用化油器供油方式,而直接采用现有化油器很难保证重油的可靠雾化和合理燃烧。因此可以对进气系统、化油器、点火系统设计更改,同时增加辅助起动的预热系统,改善燃料的流动性。这种改进方式中,具有代表性的是德国3W公司的重油发动机方案,对进气系统采用加速管;泵膜式化油器进行改进,工作方式接近于机械喷射系统;曲轴箱预热;压缩比降低;起动加入预热塞;点火系统更改,能量增加。这种方法的缺点是,增加的附件多,修改设计复杂,实现上比较困难。

  机械喷射系统:即放弃化油器方式,供油方式直接改由发动机附属机械机构驱动,完成燃油的缸内直接喷射和流量调节功能。比如美国XRDi公司的重油解决方案,采用了MCDI 机械燃油直喷系统和点燃方式,燃油直接喷到发动机缸内,实现-30℃条件下无辅助预热装置的可靠起动。这种方法的缺点是:需要单独的机械喷射调节和驱动装置,整体设计比较复杂,成本较高。而且机械调节系统调节范围有限,自由度和灵活性差,适应范围受限。

  电控燃油喷射系统:熟悉汽车的同学对这个词不陌生。对的,就是借鉴汽车工业的电喷技术,对航空活塞发动机进行改进设计。电喷的调节范围大,控制自由度和灵活度高于机械喷射。比如澳大利亚Orbital 公司的AADI(Air Assistant Direct Injection) 空气辅助喷射系统,采用一体化喷嘴,使用高压空气对燃油颗粒进行冲击,实现燃油的充分雾化。并通过调整辅助空气压力和夹入空气时间,可以得到不同雾束形状,适应不同的燃烧室形状和火花塞位置。

  脑洞大开的NWUAV,果真买了喷墨打印机的首席大牛HP 公司有关喷墨技术的5 项专利,并在此基础上开发了微机电MEMS的电控燃油喷射系统。该系统有类似喷墨打印机的微通道喷射结构,直接控制喷射液滴数目,实现了喷油量的精确控制,其喷射雾化效果出奇的好,而且提高了燃料的经济性,同时还可以适用于汽油、柴油、航空煤油以及重油等多种燃料,同时功耗非常低,最大不超过10W,对于小型无人机动是非常不错的选择。

  由于高空环境下空气稀薄,密度和温度下