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(cè)工作進(jìn)行通信，并且在被污染的環(huán)境或是特殊的環(huán)境下進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)還能夠探查建筑內(nèi)部情況。本文是針對(duì)小型和微型飛行器動(dòng)力裝置研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：小型和微型飛行器;動(dòng)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(gè)國(guó)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(dòng)力裝置十分關(guān)鍵，若是其動(dòng)力不足，就無(wú)法運(yùn)用到更廣闊的范圍[1]。因此，需要針對(duì)其動(dòng)力裝置進(jìn)行分析，得到更穩(wěn)定科學(xué)可靠的動(dòng)力裝置，保證其飛行穩(wěn)定續(xù)航能力強(qiáng)。

一、小型和微型飛行器動(dòng)力裝置的現(xiàn)狀

（一）內(nèi)燃機(jī)

小型和微型動(dòng)力裝置是飛行器飛行需要解決的重要問(wèn)題，沒(méi)有動(dòng)力就無(wú)法起飛。小型微型飛行器動(dòng)力裝置研究主要是通過(guò)驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)、渦旋噴氣、發(fā)動(dòng)機(jī)等實(shí)現(xiàn)為其提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)飛行。內(nèi)燃機(jī)是通過(guò)能量轉(zhuǎn)換方式為小型和微型飛行器提供動(dòng)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(jià)值比較高，可以有效地提升飛機(jī)飛行的時(shí)間[2]。國(guó)際上的小型和微型內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)燃料比較小，并且能續(xù)航時(shí)間也比較長(zhǎng)。當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)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(jī)研究工作的開(kāi)展，其無(wú)法滿足飛行器的要求。尤其是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)對(duì)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(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)困難等情況，內(nèi)燃機(jī)在噪聲振動(dòng)運(yùn)行時(shí)間方面的研究還需要不斷加強(qiáng)。

（二）燃?xì)鉁u

小型和微型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高功率密度特點(diǎn)使其飛行效率比較高，并且其飛行速度高、震動(dòng)幅度小，有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，但是由于其尺寸小。發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)損失和傳熱問(wèn)題比較嚴(yán)重，尤其是存在燃燒時(shí)間短，存在加工難等問(wèn)題，這項(xiàng)技術(shù)還處于研究階段，目前實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高。麻省理工學(xué)院對(duì)于燃?xì)鉁u輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中，已歸為結(jié)構(gòu)材料，其每小時(shí)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(wú)法達(dá)到小型和微型飛行器的要求。

（三）電動(dòng)機(jī)研究現(xiàn)狀

電動(dòng)機(jī)也是推動(dòng)小型和微型飛行器飛行的裝置逐漸地代替內(nèi)燃機(jī)，這種飛行方式是通過(guò)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)螺旋槳的方式獲得推力，這種電動(dòng)機(jī)的體積小、噪音小，比較容易控制，并且在使用的過(guò)程中維護(hù)也比較方便。與其他動(dòng)力裝置相比，其價(jià)值更高，并且有商業(yè)化的支持，其成本比較低實(shí)現(xiàn)價(jià)值更高，也是當(dāng)前最有發(fā)展前途的動(dòng)力裝置。國(guó)外對(duì)于這種動(dòng)力機(jī)的研究比較成功，有很多知名的動(dòng)力機(jī)體積比較小，已經(jīng)實(shí)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(dòng)裝置可以直接為飛行器提供能源，可以促進(jìn)小型和微型飛行器的發(fā)展。電動(dòng)機(jī)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(dòng)力裝置

除了內(nèi)燃機(jī)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)年還在積極地研究人造肌肉激光推進(jìn)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(guò)化學(xué)或電流能作用發(fā)揮。機(jī)器傳動(dòng)通過(guò)這種方式促進(jìn)齒輪或滑輪作用，其研究的裝置就像人造肌肉能夠驅(qū)動(dòng)小型和微型飛行器運(yùn)行，這種研究還處于實(shí)驗(yàn)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(shí)用價(jià)值不強(qiáng)，還有較長(zhǎng)的研究時(shí)間。激光推進(jìn)是利用激光使飛機(jī)產(chǎn)生動(dòng)運(yùn)動(dòng)量而得到動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)飛行的一種方式。這種方式一般是運(yùn)用在地面，向鋁片發(fā)射激光實(shí)現(xiàn)，能夠?yàn)榧w提供動(dòng)力，但是其推力并不高，因此無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際飛行中。

二、小型和微型飛行器動(dòng)力裝置的發(fā)展

（一）關(guān)鍵動(dòng)力技術(shù)分析

小型和微型飛行器動(dòng)力裝置的關(guān)鍵技術(shù)的動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的能源，要是鋰電池燃料電池和太陽(yáng)能等鋰離子電池。鋰離子電池具有能量高、低放電等優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)展前景良好的儲(chǔ)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(jì)高效的鋰電池推進(jìn)系統(tǒng)，這是提高航空時(shí)間的重點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)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(guò)程中其溫度比較低、沒(méi)有噪聲，更方便維護(hù)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)探察等方面有良好的應(yīng)用價(jià)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(qiáng)。

從電池催化劑方面開(kāi)展研究，希望能夠降低成本，同時(shí)對(duì)水循環(huán)和熱管理論進(jìn)行分析，希望能夠設(shè)計(jì)合理的冷卻系統(tǒng)，保證燃料電池在工作的過(guò)程中能夠控制溫度。太陽(yáng)能電池飛行高度比較高，續(xù)航能力強(qiáng)。其應(yīng)用是將輕薄的太陽(yáng)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(shí)間，并且可以與其他電池結(jié)合運(yùn)用到飛行器中。太陽(yáng)能電池能夠有效地提高飛行器的續(xù)航能力，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)研究的關(guān)鍵技術(shù)是無(wú)人機(jī)體積和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還有就是存儲(chǔ)安全和使用維護(hù)。由于無(wú)人機(jī)使用的過(guò)程中需要運(yùn)輸較多的物資，因此其體積和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，并且要充分的考慮安全因素，保證安全運(yùn)行，降低在運(yùn)行中出現(xiàn)事故的概率。

（二）活塞發(fā)動(dòng)機(jī)

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)主要的生產(chǎn)國(guó)是美國(guó)澳大利亞德國(guó)等地區(qū)或三發(fā)動(dòng)機(jī)，比較可靠，不容易發(fā)生意外事故。并且在軍隊(duì)中運(yùn)用比較多，比較方便存儲(chǔ)和管理。我國(guó)對(duì)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究還處于基礎(chǔ)階段，當(dāng)前沒(méi)有生產(chǎn)成熟的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，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(yùn)用比較多在民事上的運(yùn)用主要是搜救幸存者，或是對(duì)有毒氣體或者化學(xué)污染的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(duì)小型和微型飛行器動(dòng)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(xiàn)：

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

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

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