小型和微型飛行器動力裝置的現(xiàn)狀與探究

廖子琪 孟梓源

摘要：小型和微型飛行器體積小、重量輕，在軍事和民用方面有比較廣闊的應(yīng)用前景。在軍事方面可以作為野外作戰(zhàn)、復(fù)雜地形的勘測工作進行通信，并且在被污染的環(huán)境或是特殊的環(huán)境下進行監(jiān)測工作，同時還能夠探查建筑內(nèi)部情況。本文是針對小型和微型飛行器動力裝置研究現(xiàn)狀進行分析。

關(guān)鍵詞：小型和微型飛行器;動力裝置;現(xiàn)狀;探究

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，小型和微型飛行器在各個國家得到高度的關(guān)注。相比于常規(guī)的飛行器，小型和微型飛行器體積小成本低操作靈活，更適合在軍事和民用領(lǐng)域應(yīng)用。而小型和微型飛行器的研究中動力裝置十分關(guān)鍵，若是其動力不足，就無法運用到更廣闊的范圍[1]。因此，需要針對其動力裝置進行分析，得到更穩(wěn)定科學(xué)可靠的動力裝置，保證其飛行穩(wěn)定續(xù)航能力強。

一、小型和微型飛行器動力裝置的現(xiàn)狀

（一）內(nèi)燃機

小型和微型動力裝置是飛行器飛行需要解決的重要問題，沒有動力就無法起飛。小型微型飛行器動力裝置研究主要是通過驅(qū)動內(nèi)燃機、渦旋噴氣、發(fā)動機等實現(xiàn)為其提供動力，實現(xiàn)飛行。內(nèi)燃機是通過能量轉(zhuǎn)換方式為小型和微型飛行器提供動力，同等重量的礦石燃料比一般電池放出的能量多，因此其應(yīng)用價值比較高，可以有效地提升飛機飛行的時間[2]。國際上的小型和微型內(nèi)燃機發(fā)動燃料比較小，并且能續(xù)航時間也比較長。當(dāng)前內(nèi)燃機研究技術(shù)在不斷的成熟，能量密度比較高，但是其熱效率并不高，這也限制著小型和微型內(nèi)燃機研究工作的開展，其無法滿足飛行器的要求。尤其是內(nèi)燃機技術(shù)對于溫度和濕度要求比較高，若是在惡劣的環(huán)境下飛行可能會出現(xiàn)啟動困難等情況，內(nèi)燃機在噪聲振動運行時間方面的研究還需要不斷加強。

（二）燃氣渦

小型和微型燃氣渦輪發(fā)動機的高功率密度特點使其飛行效率比較高，并且其飛行速度高、震動幅度小，有很多突出的優(yōu)點，但是由于其尺寸小。發(fā)動機的啟動損失和傳熱問題比較嚴(yán)重，尤其是存在燃燒時間短，存在加工難等問題，這項技術(shù)還處于研究階段，目前實際應(yīng)用價值不高。麻省理工學(xué)院對于燃氣渦輪噴氣式發(fā)動機的研究中，已歸為結(jié)構(gòu)材料，其每小時消耗的燃料為20g產(chǎn)生0.1牛頓的推力，20瓦的功率，當(dāng)前還無法達到小型和微型飛行器的要求。

（三）電動機研究現(xiàn)狀

電動機也是推動小型和微型飛行器飛行的裝置逐漸地代替內(nèi)燃機，這種飛行方式是通過電動驅(qū)動螺旋槳的方式獲得推力，這種電動機的體積小、噪音小，比較容易控制，并且在使用的過程中維護也比較方便。與其他動力裝置相比，其價值更高，并且有商業(yè)化的支持，其成本比較低實現(xiàn)價值更高，也是當(dāng)前最有發(fā)展前途的動力裝置。國外對于這種動力機的研究比較成功，有很多知名的動力機體積比較小，已經(jīng)實現(xiàn)微小化，并且能夠提供多種能源，如電化學(xué)電池、燃料電池等，這些驅(qū)動裝置可以直接為飛行器提供能源，可以促進小型和微型飛行器的發(fā)展。電動機是比較成熟的裝置，具有持續(xù)活力發(fā)展空間比較大。

（四）其他動力裝置

除了內(nèi)燃機和噴氣發(fā)動機，當(dāng)年還在積極地研究人造肌肉激光推進等裝置。人造肌肉使用在十克以下的撲翼系研究中，能夠通過化學(xué)或電流能作用發(fā)揮。機器傳動通過這種方式促進齒輪或滑輪作用，其研究的裝置就像人造肌肉能夠驅(qū)動小型和微型飛行器運行，這種研究還處于實驗階段，可以為系統(tǒng)提供少量的電能。但是其成本比較高，并且實用價值不強，還有較長的研究時間。激光推進是利用激光使飛機產(chǎn)生動運動量而得到動力，實現(xiàn)飛行的一種方式。這種方式一般是運用在地面，向鋁片發(fā)射激光實現(xiàn)，能夠為集體提供動力，但是其推力并不高，因此無法應(yīng)用到實際飛行中。

二、小型和微型飛行器動力裝置的發(fā)展

（一）關(guān)鍵動力技術(shù)分析

小型和微型飛行器動力裝置的關(guān)鍵技術(shù)的動力發(fā)動機的能源，要是鋰電池燃料電池和太陽能等鋰離子電池。鋰離子電池具有能量高、低放電等優(yōu)點，是目前發(fā)展前景良好的儲備電能的電池。鋰離子電池能量密度比較低，但是其續(xù)航能力不足。因此當(dāng)前需要設(shè)計高效的鋰電池推進系統(tǒng)，這是提高航空時間的重點，鋰離子電池性能提升的關(guān)鍵。鋰離子電池相關(guān)的理論研究和實驗研究不足，在研究中還需要重拆電池材料和電解質(zhì)相關(guān)研究。燃料電池綠色環(huán)保，在工作的過程中其溫度比較低、沒有噪聲，更方便維護，在環(huán)境監(jiān)測探察等方面有良好的應(yīng)用價值[3]。燃料電池是從氫氣中分離出鋰離子，剩下的氫離子能夠與氧氣結(jié)合形成水，這種電池的續(xù)航能力比較強。

從電池催化劑方面開展研究，希望能夠降低成本，同時對水循環(huán)和熱管理論進行分析，希望能夠設(shè)計合理的冷卻系統(tǒng)，保證燃料電池在工作的過程中能夠控制溫度。太陽能電池飛行高度比較高，續(xù)航能力強。其應(yīng)用是將輕薄的太陽能電池集成的系統(tǒng)的固定在上方，可以有效地提高其飛行的時間，并且可以與其他電池結(jié)合運用到飛行器中。太陽能電池能夠有效地提高飛行器的續(xù)航能力，活塞發(fā)動機研究的關(guān)鍵技術(shù)是無人機體積和結(jié)構(gòu)設(shè)計，還有就是存儲安全和使用維護。由于無人機使用的過程中需要運輸較多的物資，因此其體積和結(jié)構(gòu)設(shè)計十分關(guān)鍵，并且要充分的考慮安全因素，保證安全運行，降低在運行中出現(xiàn)事故的概率。

（二）活塞發(fā)動機

活塞發(fā)動機主要的生產(chǎn)國是美國澳大利亞德國等地區(qū)或三發(fā)動機，比較可靠，不容易發(fā)生意外事故。并且在軍隊中運用比較多，比較方便存儲和管理。我國對活塞發(fā)動機的研究還處于基礎(chǔ)階段，當(dāng)前沒有生產(chǎn)成熟的活塞發(fā)動機，因此當(dāng)前還處于技術(shù)攻克階段。

結(jié)論：

小型和微型飛行器在軍事和民事領(lǐng)域運用比較多在民事上的運用主要是搜救幸存者，或是對有毒氣體或者化學(xué)污染的環(huán)境進行監(jiān)測，還可以用于民用航空拍攝等方面，其應(yīng)用前景比較廣闊。針對小型和微型飛行器動力裝置研究中要充分的考慮應(yīng)用現(xiàn)狀的要求，不斷地完善管理工作，滿足發(fā)展要求，提高其技術(shù)能力。

參考文獻：

[1]徐輝，王春利，趙勝海，等.小型和微型飛行器動力裝置的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].教練機，2018（4）：5.

[2]姚穎穎.微型飛行器動力裝置特性研究[J].中國航班，2020（15）：1.

[3]林輝.船舶動力系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[J].內(nèi)燃機與配件，2020（22）：2.