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活塞发动机 涡桨发动机 涡喷发动机在无人机上使用的比较

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发表于 2017-8-23 20:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一、活塞机与其他无人机动力

本文重点谈的是航空活塞发动机,重油机为主,兼顾汽油机。但并不是说,无人机的动力只能用活塞机。无人机选用什么动力,与任务模式和任务载荷有很大关系,有时候是需要取舍的,而且不完全是技术因素。

虽然活塞机的功率曾经做到2500kW,但推进效率已经不行了。发动机领域专家、中国燃气涡轮研究院总设计师黄维娜认为,未来无人机动力系统的发展趋势是低速无人机配置功率不大于100千瓦的活塞发动机,旋翼无人机配装功率不大于500千瓦的涡轴发动机,中低速无人机配装功率不大于600千瓦的涡桨发动机,中高端无人机使用涡喷/涡扇发动机,高超声速无人机配置涡轮冲压组合发动机,以使动力与平台实现更好的匹配。

因此,不同的航空发动机有不同的技术性能和经济指标。涡喷机的高空高速性能好;涡扇比涡喷省油,大涵道比涡扇就更省油;涡桨呢,比涡扇还省油30%-40%,全寿命成本低一半都是可能的;而活塞机比涡轮机还要省油——如果活塞机用重油,彩虹-5用重油机,航时比载重效率差不多的捕食者B几乎多一倍,便宜啊。发动机本身也是,一台ROTAX914的国内代理价才27万人民币,一台三姨夫2000万人民币,一台F135要超过一亿人民币还买不到,各有各的用场,对吧。

除了功率和经济性,这其中还有一个原因,就是高度。活塞机做好了,长航时问题不大,但是高空性能还是很难上去。就是二级涡轮增压,到10000米以上也比较吃力了,《技术篇》谈到NASA研制的三级增压才到24000米,但还是要看应用效果。而涡轮机的高空性能是活塞机比不了的。捕食者A的ROTAX914活塞机二级增压升限也就8000米左右;捕食者B用霍尼韦尔TP331-10T涡桨机升限16700米很轻松;捕食者C用普惠PW545B涡轮机,升限18000米+。前面说彩虹-5从涡桨-9换重油活塞机,原来用涡桨-9能够达到14000米以上实用升限的彩虹-5,换活塞机巡航高度只有3000-5000米,实用升限7600米,高空机就改中空机了。

不只是高度,采用不同的动力,速度也会有很大差异。还拿捕食者说事儿。活塞机的捕食者A最大时速217公里,涡桨机的捕食者B增大到482公里,涡扇机的捕食者C是740公里。中国早期的靶-5Ⅰ(“长空”-1)型无人靶机,用WP-6型涡喷发动机,时速达到850~900公里。涡轮机在空气稀薄的高空能大流量进气,流量大推力就容易上去,推力大载荷就能上去,速度也能上去,而活塞机超过800公里是非常困难的。

速度快,对无人机来说有利有弊。高速对于尽快抵达目标空域自然有利,对于可能丢失的侦查目标或者对于要进行打击的移动目标,快察快打是无人机的刚需。但是如果需要在复杂战场环境仔细搜索和发现目标,或者对目标进行长时间连续监视,那么飞得太快反而可能是缺点。当然,对于防地面打击来说,飞得快总体还是有利的。

上面是速度、高度分开说。如果飞得高,同时又飞得快,就可以在短时间对更大的地域进行扫描侦查。比如这次珠海航展同样大放异彩的云影无人机,用涡喷-11C发动机,巡航高度14000米,最大速度620公里。但如果飞得低,又飞得快,在目标上空一掠而过,完成精细侦查就有困难。不过彩虹-5用活塞机,巡航速度只有180-220公里,又是3000-5000米巡航高度,似乎有点太慢了。

所以,彩虹-5从涡桨机换重油机,载荷基本不变,航时还有大幅度改善,但高度速度就都掉下来了——这可能导致基本任务模式就变了。这就是兵器迷感到错愕的第二个原因。

但是进一步细看,也就释然了。关于彩虹-5的后续报道表明“其潜在用户对无人机长航时和远航程的权重,要高于最大飞行高度和巡航速度。因为短促的快速空袭还可以让有人机接手,而长时间的前线存在和准确情报获取才是真正棘手的问题”。改重油机后,巡航时间、航程、成本、维护性这些客户最关注的需求得到了满足,那么动力改型就是合适的选择,这是一方面。另一方面,石文总师说对于国内用户,彩虹-5国内版任务载荷900-1000公斤,比出口版的480公斤高了近一倍。如果任务载荷持续增加,再用重油活塞机不用涡轮机,就会非常吃力了。
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 楼主| 发表于 2017-8-23 20:58 | 显示全部楼层
第三个好消息:

就是2016年珠海航展上,彩虹-5无人机打算在2017年年底采用国产化重油活塞航空发动机的消息。

初看这个消息,竟然有些错愕。

那位说了,国产无人机配国发动力,这不是好消息吗,兵器迷为什么错愕呢?

因为本来就在一年前,2015年8月央视的报道彩虹-5首飞的节目中,航天科技集团十一院十一部总体室主任兰文博接受采访时,还是讲彩虹-5配备国产涡桨-9型涡轮螺旋桨发动机。

可说好的涡桨-9,怎么到2016年珠海航展上就换成重油活塞机了呢?

彩虹-5总师石文对此的回答非常明确:放在5年前涡桨动力会是彩虹5的首选。但是如今随着国内重油动力领域取得了长足进步,彩虹5的动力考量自然也发生了变化。

评论:

彩虹-5的原配动力涡桨-9知道的人可能不多。但如果提起涡桨-9的前传,直-9直升机的涡轴-8,估计地球人都知道了。涡桨-9其实就是涡轴-8的涡桨改型,是哈飞运-12的配备动力。输出功率506千瓦。

涡桨-9装备彩虹-5,是中国首次在3吨级级无人机上安装涡桨发动机。本来是水到渠成的事儿,却出现了如此大的变化,兵器迷说让人错愕,这就是其中一个原因。

另外还有一个原因,打个埋伏,咱们后边再说。

石文总师并没有说这是哪一款重油机,也没有透露发动机的相关参数。但是一句“重油动力领域取得了长足进步”,已经足以慰人了。不是确有把握,能够在一年的时间内推翻既定方案,用新研的重油活塞机替代相对成熟的涡桨-9,是很难想象的,这也许从一个侧面证明了这种长足进步的扎实和可靠。

中国无人机的活塞(重油)发动机,终于,要点火了。
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 楼主| 发表于 2017-8-23 21:00 | 显示全部楼层
彩虹5要在4500海拔的洞朗高原地区参战,必须安装涡桨9发动机
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 楼主| 发表于 2017-8-23 21:03 | 显示全部楼层
原文来自:http://news.ifeng.com/a/20161207/50377094_0.shtml
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发表于 2017-8-24 10:47 | 显示全部楼层
彩虹-5可以用不同的动力开发A-B型号,各有侧重嘛。
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发表于 2017-10-7 23:09 | 显示全部楼层

RE: 活塞发动机 涡桨发动机 涡喷发动机在无人机上使用的比较

动力多大?
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发表于 2017-11-17 20:12 | 显示全部楼层
小型发动机要多厂系列化才好
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发表于 2017-12-18 19:42 超大游击队员 | 显示全部楼层
都有用,看用在那里
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发表于 2017-12-19 15:25 | 显示全部楼层
idf的发动机当无人机最好。
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发表于 2017-12-20 13:53 | 显示全部楼层
重油活塞和涡桨,优势何在?
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发表于 2018-3-26 21:50 | 显示全部楼层
不用比了,最终都会往涡扇的方向发展。
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发表于 2019-1-5 00:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 ILM 于 2019-1-5 00:17 编辑

彩虹5如果换重油航空活塞发动机,估计是选择 重庆宗申的航空活塞发动机,宗申推出的C115航空活塞发动机就有适配过彩虹3和彩虹4,作为国产动力替换国外动力.而且宗申的C115航空活塞发动机还分普通航空汽油版和高原增压的航空重油版C115HT,同样的最新亮相的C145航空活塞发动机用于翼龙1D的是C145航空汽油版,那么估计用于彩虹5的就是C145的重油版本. 估计楼主提到的“彩虹-5从涡桨-9换重油活塞机,原来用涡桨-9能够达到14000米以上实用升限的彩虹-5,换活塞机巡航高度只有3000-5000米,实用升限7600米,高空机就改中空机了。”是可以通过航空活塞发动机的技术升级进行解决的。例如C115HT就是重油增压版本,飞行升限就不是问题。

不过国内这些航空活塞发动机的无人机彩虹4和翼龙1系列作为对标美军MQ-1系列无人机的产品,就算翼龙1D采用复合材料机身+C145大马力航空活塞发动机,就目前已知的性能参数来说,也只是在任务载荷上追上了2010年的最早版本MQ1C,依旧无法和2017年开始量产的MQ-1C最新增程版的无人机进行对比。因为后者在2013年更换升级了航空活塞发动机。以前采用的是2013年中航国际收购的德国蒂勒特公司活塞发动机,动力为165匹马力,是作为2010年列装美陆军的最早一批MQ-1C的动力。但缺点是可靠性无故障时间和发动机部件寿命不是太高。

后来美军在2013年给MQ-1C做了动力升级,更换了莱康明公司的航空活塞发动机,动力提升到了205匹马力。而且之后MQ-1C还做了复合材料减重增程的改进,时间点正好比翼龙1D早一年多。。

当然,国内也有对标美军莱康明205匹马力的航空重油活塞发动机在研。 估计以后追上并超过MQ-1C动力是妥妥的事情。只是等我们完成研发量产的话,时间上落后老美有大概4-5年左右。

宗申动力也有研制动力水平在330匹马力的航空重油活塞发动机C330H。
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