无人机结构与系统-第3章 无人机动力系统.pptx
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第三章无人机动力系统,第三章无人机动力系统,动力系统概述,第一节,电动机,第二节,活塞式发动机,第三节,涡轮发动机,第二节,第三章动力系统概述,3.1.1电池类发动机动力系统组成,无刷电机动力系统提问?
电池无刷电机电调平衡充电器传动系统,3.1.1电池类发动机动力系统组成,2.空心杯有刷电机动力系统,空心杯有刷电机MOS管电池平衡充电器,1-后盖,2-接线端子,3-电刷端盖,4-电刷,5-换向器,6-杯形绕组(转子),7-转轴,8-垫圈,9-滑动轴承,10-外壳,11-磁铁(定子),12-法兰,13-定位环,3.1.2燃油类发动机动力系统组成,燃油发动机系统燃油系统滑油系统传动系统,第三章动力系统概述,齿轮传动,平面齿轮传动,空间齿轮传动,直齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,传递相交运动,传递交错轴运动,内啮合外啮合齿轮齿条内啮合外啮合齿轮齿条,直齿斜齿曲线齿交错轴斜齿轮传动蜗杆涡轮准双曲面齿轮,人字齿齿轮运动,第三章动力系统概述,3.1.3发动机的种类1.按能量来源分类,图3-3无人机发动机类型,3.1.3发动机的种类,2.按推进动力产生原理分类,直接反作用力发动机是利用向后喷射高速气流而产生向前的反作用力来推进无人机。
直接反作用力发动机又叫喷气式发动机,这类发动机包括涡轮喷气式发动机。
间接反作用力发动机由发动机带动飞机的螺旋桨旋转对空气作功,使空气加速向后(向下)流动时,空气对螺旋桨产生反作用力来推进无人机。
这类发动机有活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和涡轮螺旋桨风扇发动机等。
第三章动力系统概述,3.1.4发动机的功能和要求,发动机的基本功用是为无人机提供动力,以确保重于空气的无人机能够稳定、可控、可持续地在空中飞行。
评定发动机品质的主要指标有性能参数、可靠性、耐久性等。
其基本要求归结如下:
功率重量比大耗能小体积小工作安全可靠、寿命长维修方便,3.3活塞发动机,类型,1,工作原理,3,结构组成,2,3.3活塞式发动机,至今,20世纪40年代,20世纪30年代,第一台,重75kg,功率12hP。
活塞式发动机+螺旋桨的组合成为飞机固定的推进模式。
飞机性能迅猛发展,速度达到700800km/h,高度达到10000m以上。
诸多原因决定了活塞式发动机+螺旋桨的推进模式的终结。
由于造价低、易于维修等优点仍用于一些初级教练机和小型运输机上,多为气冷式小功率活塞式发动机。
活塞式发动机发展史,国外美国的“辉光”无人机的动力装置就采用了莱康明公司生产的0-235-C型四缸对置活塞式发动机。
俄罗斯苏霍伊设计局设计的苏-49初级教练机安装有一台M-9F型9缸气冷活塞式发动机,功率420hp。
国内我国现役运5、运5B、初教6飞机上的动力装置均为活塞式发动机。
西北工业大学研制的轻型近距无人战术侦察机ASN-206。
活塞式发动机发展现状,3.3活塞式发动机,无人战术侦察机,可用于昼夜空中侦察、战场侦察、目标定位、炮火定位、边境巡逻、核辐射取样、空中摄影和探矿以及电子战等。
该型无人机动力装置为一台水平对置、气冷、四缸、二行程、功率为51hp的HS700型活塞式发动机。
ASN-206,3.3活塞式发动机,1.类型,二行(冲)程发动机,四行(冲)程发动机,只是在过去的少数飞机上采用过。
目前使用的全部航空活塞式发动机。
3.3.1活塞式发动机的类型与结构,
(1)四行程的类型按所用燃料分:
轻油、重油按形成混合气方式分:
汽化器式、直接喷射式,1.类型,汽化器式燃油系统简图,直接喷射式燃油系统简图,
(1)四行程的类型按混合气着火方法分:
点燃式、压燃式按冷却发动机方法分:
气冷式、液冷式,4.1.2活塞式发动机,气冷式,液冷式,
(1)四行程的类型,H型,X型,按汽缸排列方式分:
直列型、星型直立型对立型V型,W型,1.类型,星型,单排,双排,
(1)四行程的类型按所用燃料分:
轻油、重油按形成混合气方式分:
汽化器式、直接喷射式按混合气着火方法分:
点燃式、压燃式按冷却发动机方法分:
气冷式、液冷式按汽缸排列方式分:
直列型、星型按空气进入汽缸前是否增压分:
吸气式、增压式,1.类型,星型、单排、九汽缸、气冷式的四行程活塞发动机,2.结构组成,气门机构气缸活塞曲轴连杆机匣,气门机构:
由曲轴带动,按照气缸的工作次序,控制进、排气门适时地打开和关闭。
凸轮盘,气门弹簧,气门,推筒,推杆,摇臂,气缸:
燃油和空气组成的混合气进行燃烧的地方。
散热片,进气口,排气口电嘴孔,冷气嘴孔气缸头,气缸筒,电嘴:
适时高压放电,点燃汽缸中的新鲜混合气。
电嘴亦称为火花塞。
电嘴孔,中央极,旁极,电嘴间隙,气缸,排列次序,螺旋桨旋转方向,活塞:
用来承受混合气燃烧后所产生的压力,在气缸内来回移动作功。
活塞,涨圈,活塞销,曲轴:
支承在机匣内,把活塞的直线运动转换为曲轴的旋转运动,以带动螺旋桨旋转和其它附件工作。
连杆:
连接活塞和曲轴,来回传递活塞和曲轴的运动。
副连杆,主连杆,机匣:
用来安装气缸、支承曲轴,并将所有的机件连接起来,构成一台完整的发动机。
支承螺旋桨轴、减速器等附件,支承曲轴、固定气缸和部分气门机构的零件,连接发动机架、安装增压器和进气管,安装附件、附件传动机构,3.3.2工作原理及辅助系统,1.工作原理*术语上死点:
活塞顶面距曲轴旋转中心最远的位置。
下死点:
活塞顶面距曲轴旋转中心最近的位置。
*术语,活塞行程:
上死点与下死点之间的距离。
*术语,*术语,*活塞式发动机的工作原理,进气行程,压缩行程,膨胀行程,排气行程,混合气中汽油和空气的比例为:
1/15即燃烧1kg的汽油需要15kg的空气。
进气行程,活塞运动到上死点时,燃烧室内混合气体的压强增加到10个大气压,温度增加到400C左右。
压缩行程,压缩比:
活塞式航空发动机的压缩比58,混合气被压缩的程度,膨胀行程,燃烧时间:
约0.015s速度:
约30m/s压强:
6075个大气压温度:
20002500C,局部温度:
30004000C燃气冲击力:
15000kg,在惯性作用下,曲轴继续旋转,使活塞由下死点向上运动。
当活塞到达上死点时,绝大部分的废气已被排出。
排气行程,热能,机械能带动螺旋桨全过程为一个循环“热循环”,进气行程,压缩行程,膨胀行程,排气行程,进气行程,压缩行程,膨胀行程,排气行程,发动机功率发动机经济性,进气的多少;压缩程度的大小;燃烧是否完善;膨胀是否充分;排气是否干净等。
(1)理想工作循环,四行程:
进气、压缩、膨胀、排气,五过程:
进气、压缩、燃烧、膨胀、排气,理想工作过程:
无摩擦、无热交换、燃烧和放热都不需要耗费时间。
01:
进气过程,12:
压缩过程,23:
燃烧过程,34:
膨胀过程,410:
排气过程,等容排气、等压排气,等压进气,绝热压缩,等容燃烧,绝热膨胀,理想工作过程压容图,
(1)理想工作循环,*二冲程的工作原理,压缩混合气,进气,点火燃烧,排气,换气孔,进气孔,排气孔,火花塞,二冲程发动机与四冲程发动机比较,其主要优点、缺点如下:
优点:
1)曲轴每转一周就有一个作功行程,因此,当二冲程发动机的工作容积和转速与四冲程发动机相同时,在理论上它的功率应等于四冲程发动机的两倍。
由于发生作功过程的频率较高,故二冲程发动机的运转比较平稳。
由于没有专门的换气机构,所以其结构较简单,质量也比较小。
由于附属机构少,所以受磨损和经常需要修理的运动部件数量也比较少缺点:
1)不易将气缸内的废气排除干净,而且在换气时减少了有效工作行程。
因此,在同样的工作容积和曲轴转速下,二冲程发动机的功率并不等于四冲程发动机的两倍,只等于1.51.6倍。
2)在换气时有一部分新鲜可燃混合气随废气排出,因此,二冲程发动机不如四冲程发动机经济。
*螺旋桨,活塞式发动机不能单独驱动飞机,它必须通过曲轴驱动螺旋桨才能使飞机运动,因此活塞式发动机需要与螺旋桨一起才能构成飞机的推进系统。
燃油系统,冷却系统,起动系统,2.辅助系统,功用:
储存燃油和点向火发系动机统连续供油。
供油过程中,将燃油雾化并与空气均匀掺混成为新鲜混合气之后,供入汽润滑系统,缸。
功用:
产生高压电,并将高压电依次接通各个汽缸的电嘴,使电嘴产生电,火花,将汽缸中的新鲜混合气点燃。
功用:
减轻发动机上各个相对运动机件之间的摩擦,加强发动机内部冷却,等。
润滑系统,功用:
发动机开车时,由起动系统将曲轴冷转动却,系使统发动机由静止状态过渡到正常运转状态,完成起动过程。
起动系统,燃油系统点火系统功用:
加强发动机的外部冷却。
外部冷却和滑油系统的内部冷却使发动机能,够在允许的温度条件下正常运转。
2.辅助系统,1.写出图中1-6各零件名称。
2.看下图写出活塞发动机四行程是什么?
5个工作过程是、。
第3章无人机动力装置,3.4涡轮发动机,涡轮发动机的工作原理,2,涡轮发动机的组成,1,3.4.1涡轮发动机组成(涡轮喷气发动机),进气道,飞行方向,燃烧室,尾喷管,驱动轴,压气机涡轮与活塞发动机相比结构简单,重量轻,推力大,推进效率高,主要适用于高速飞行,特别是超音速飞行耗油率大,噪声大,
(1)进气道,功能:
在各种状态下,将足够量的空气,以最小的流动损失,顺利地引入发动机,在飞行中还可通过冲压作用提高气体压力。
(2)压气机,功能:
通过旋转的叶片对气体进行压缩,提高空气的压力,为燃气膨胀作功创造条件,同时为飞机和发动机提供高压气源。
图3-33离心式压气机组成,(3)燃烧室,功能:
将喷嘴供应的燃油和压气机供应的空气混合燃烧释放热量,供给涡轮所需的均匀加热的平稳高温高压燃气流。
(4)涡轮,功能:
高温高压燃气膨胀,将热能转换成涡轮的机械能,同时驱动压气机和附件提供功率。
在涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机它还为螺旋桨和旋翼提供轴功率。
(5)尾喷管,功用:
使从涡轮流出的燃气膨胀,加速,以一定的速度和要求的方向排入大气,得到需要的推力。
也可通过反推力装置改变喷气方向,产生反推力,缩短飞机的滑跑距离。
反推,着陆时,使用反推可缩短着陆滑跑距离,减轻刹车的负荷。
中断起飞等紧急情况时也要使用反推。
反推,2.涡轮发动机工作原理(涡轮喷气发动机),风扇把空气从外面吸到里面来喷油燃烧,空气变热,能量增加,热气流过风车,推动风车转动,风车转动推动风扇的转动,热气流过风车后以高速喷出发动机,推力的产生,燃油,机械能,推力,燃烧内能,进气,压缩,燃烧、膨胀,排气,3.4.2涡轮螺旋桨发动机全部动力:
螺旋桨拉力为主,约90%,喷气产生推力只占10%左右。
螺旋桨,减速器,螺旋桨飞机的特点,螺旋桨在飞行速度达到800千米/小时的时候,桨尖部分实际上已接近了音速,跨音速流场使得螺旋桨的效率急剧下降;螺旋桨的迎风面积大,阻力也大,极大阻碍了飞行速度的提高;在较低的飞行速度下,具有较高的推进效率,所以它在中低速(低亚音速)飞行时的经济性较好。
3.4.3涡轮风扇发动机由进气道、风扇、压气机、燃烧室、涡轮、和喷管组成。
种类,单轴式,分轴式,双轴式,涡扇发动机的特点,涡扇发动机组合了涡喷和涡桨发动机的优点。
效率高,适合高亚音速(M=0.8-0.9)飞行喷气噪音低,风扇噪音大推力由内涵和外涵共同产生,风扇是产生正推力的主要部件,约占80左右。
目前,民航运输机广泛采用高涵道比的涡扇发动机,保证足够的推力和良好的经济性。
3.4.4涡轮轴发动机,由涡桨发动机改进而来,输出功率主要形式是轴功率,用于直升机。
采用两套独立涡轮,工作涡轮带动压气机,维持发动机工作,自由涡轮通过齿轮箱带动旋翼。
进气道压气机燃烧室涡轮,尾喷管燃油系统滑油系统防火系统防冰系统起动系统,燃气涡轮发动机,主要部件,附件系统,本节重点内容,一、涡喷发动机的组成及各个部分的功用二、涡喷发动机的工作原理三、四种燃气涡轮发动机的特点,
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