無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)職業(yè)教育“十三五”規(guī)劃教材4.1燃油類發(fā)動機一、無人機動力類型無人機的動力類型有兩種：燃油動力的發(fā)動機和電池動力的電動機。圖1無人機發(fā)動機的類型一、無人機動力類型圖2轉(zhuǎn)子發(fā)動機

圖3渦輪發(fā)動機二、

活塞式發(fā)動機

1.活塞式發(fā)動機的構(gòu)造和原理

圖4點燃式汽油發(fā)動機

圖5壓燃式柴油發(fā)動機二、

活塞式發(fā)動機

1.活塞式發(fā)動機的構(gòu)造和原理

圖6活塞內(nèi)結(jié)構(gòu)二、

活塞式發(fā)動機

2.活塞式發(fā)動機的專業(yè)名詞解析圖7氣缸的工作容積二、

活塞式發(fā)動機

3.四沖程發(fā)動機的工作原理及構(gòu)造圖8四沖程汽油機結(jié)構(gòu)示意圖二、

活塞式發(fā)動機

3.四沖程發(fā)動機的工作原理及構(gòu)造圖9四沖程汽油發(fā)動機的工作原理圖二、

活塞式發(fā)動機

4.二沖程發(fā)動機的構(gòu)造和工作原理圖10二沖程汽油發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖二、

活塞式發(fā)動機

4.二沖程發(fā)動機的構(gòu)造和工作原理圖11二沖程發(fā)動機工作原理圖二、

活塞式發(fā)動機

5.二沖程發(fā)動機和四沖程發(fā)動機的換氣過程對比（1）換氣時間短，換氣質(zhì)量差；（2）進、排氣過程同時進行；（3）掃氣消耗功大；（4）二沖程汽油機的HC排放高。：二、

活塞式發(fā)動機

6.發(fā)動機的系統(tǒng)組成（1）燃油系統(tǒng)（a）汽化器：（b）高速油路：（c）低速油路：（d）油濾：（e）油管：（f）油箱：二、

活塞式發(fā)動機6.發(fā)動機的系統(tǒng)組成（2）點火系統(tǒng)（a）點火系統(tǒng)的功用是在適當?shù)臅r間產(chǎn)生點火花，

點燃混合氣二行程發(fā)動機一般采用磁電機和電

子點火系統(tǒng)。同樣,電熱式發(fā)動機是通過點火

頭給火花塞一個初始溫度,點燃混合氣,在由燃

燒的混合氣補給火花塞溫度,保持電熱絲的點

火溫度實現(xiàn)連續(xù)點火。（b）火花塞是發(fā)動機能否正常運轉(zhuǎn)的重要部件，必

須根據(jù)廠家提供的牌號、型號、規(guī)格選用，不

可隨意更換。二、

活塞式發(fā)動機6.發(fā)動機的系統(tǒng)組成（3）冷卻系統(tǒng)二行程小型發(fā)動機多采用自然風冷，依靠螺旋槳產(chǎn)生的或相對運動產(chǎn)生的氣流冷卻。（4）排氣系統(tǒng)發(fā)動機排氣系統(tǒng)有兩個功用：一、降低噪音二、改善發(fā)動機性能三、燃氣渦輪發(fā)動機

1.燃氣渦輪發(fā)動機組成圖12航空渦輪發(fā)動機組成示意圖1—進氣道；2—壓氣機；3—燃燒室；4—渦輪；5—尾噴管；6—加力燃燒室；7—噴油嘴；8—加力噴油嘴；9—可調(diào)噴口作動筒；

三、燃氣渦輪發(fā)動機

1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(1)進氣道進氣道是發(fā)動機的進氣通道，其功用是整理進人發(fā)動機的氣流，消除旋渦，并利用飛行時沖入的氣流提高壓力。(2)壓氣機

壓氣機(壓縮機)是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片對空氣作功，以提高空氣壓力的部件。壓氣機有離心式和軸流式兩種形式。三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(2)壓氣機（a）離心式壓氣機圖13離心式壓氣機三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(2)壓氣機（a）離心式壓氣機圖14單面葉輪和雙面葉輪三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(2)壓氣機(b)軸流式壓氣機圖15典型的三轉(zhuǎn)子壓氣機三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(3)燃燒室(a)燃燒室的類型①單管燃燒室圖16多個單管燃燒室三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(3)燃燒室(a)燃燒室的類型①單管燃燒室圖16單管燃燒室三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(3)燃燒室(a)燃燒室的類型②環(huán)管形燃燒室圖18環(huán)管形燃燒室三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(3)燃燒室(a)燃燒室的類型③環(huán)形燃燒室圖19環(huán)形燃燒室三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(4)渦輪圖19渦輪三、燃氣渦輪發(fā)動機1.燃氣渦輪發(fā)動機組成(5)尾噴管尾噴管是發(fā)動機的排氣系統(tǒng)，不同的燃氣渦輪發(fā)動機，尾噴管的設計都有所不同，它一般由中介管和噴口組成。如果發(fā)動機裝在飛機中部或較長的發(fā)動機短艙內(nèi)，為了將燃氣引出機外，在中介管和噴口之間，需要有一個延伸管，其主要作用是將由渦輪流出的、仍有一定能量的燃氣膨脹加速，以較大的速度排出發(fā)動機，用以產(chǎn)生推力。利用燃氣流產(chǎn)生反作用力的發(fā)動機都有較長的尾噴管，其作用是使燃氣能在其中膨脹加速而獲得較大的推力。

三、燃氣渦輪發(fā)動機2.燃氣渦輪發(fā)動機的核心機壓氣機、燃燒室、燃氣渦輪是發(fā)動機的核心組成部分，稱為“核心機”。發(fā)動機的工作主要由核心機完成。核心機的工作過程大致如下:空氣在壓氣機中被壓縮后，進人燃燒室中與煤油混合燒燃，生成高溫燃氣去驅(qū)動燃氣渦輪作高速旋轉(zhuǎn)，渦輪再通過傳動軸(即渦輪軸)帶動壓氣機不斷吸進空氣并進行壓縮，使核心機連續(xù)工作。在核心機工作時，進氣道和尾噴管則分別起空氣順利通過和排出燃氣的作用。三、燃氣渦輪發(fā)動機3.渦輪噴氣發(fā)動機“渦噴”發(fā)動機是利用核心機出口燃氣的可用能量，在發(fā)動機尾噴管中轉(zhuǎn)變成燃氣的動能，以很高速度從噴口排出而產(chǎn)生推動力的一種渦輪發(fā)動機。(1)渦輪噴氣發(fā)動機的特點渦噴發(fā)動機核心機與其他渦輪發(fā)動機相同。所不同的是尾噴管的設計應能滿足燃氣充分膨脹加速的要求，從而得到較大的推力。這種噴管以產(chǎn)生推力為主要作用，故稱為推進噴管。常見的推進噴管為一收斂管道或先收斂后擴散管道，以利增大排氣速度。三、燃氣渦輪發(fā)動機3.渦輪噴氣發(fā)動機(2)渦噴發(fā)動機的加力燃燒室加力燃燒室有自己的噴油嘴，在使用“加力”時噴出燃油與燃氣混合再燃燒，以提高燃氣溫度，使排氣速度和流量都增大，即增大了推力。加力式渦噴發(fā)動機的尾噴口的截面積必須是可變的，以保證“加力”時噴口面積增大，使燃氣能迅速流出而不影響壓氣機和渦輪的工作狀態(tài)，這種噴口叫可調(diào)噴口。使用“加力”時，燃油消耗率增加很多，溫度也很高,所以只能短時間使用“加力”。渦噴發(fā)動機轉(zhuǎn)速高、推力大、直徑小，主要適用于超音速飛行，缺點是耗油率大，.特別是低轉(zhuǎn)速時更大，故經(jīng)濟性差。此外，由于排氣速度大，噪聲也大.。三、燃氣渦輪發(fā)動機4.渦輪風扇發(fā)動機圖21渦扇發(fā)動機組成示意圖1—風扇；2—外涵氣流；3—內(nèi)涵氣流；4—動力渦輪；5—尾噴管；三、燃氣渦輪發(fā)動機5.渦輪螺旋槳發(fā)動機圖22渦漿發(fā)動機組成示意圖1—螺旋槳減速器；2—進氣口；3—壓氣機；4—燃燒室；5—燃氣渦輪；6—噴管三、燃氣渦輪發(fā)動機6.渦輪軸發(fā)動機渦軸發(fā)動機是利用燃氣通過動力渦輪輸出功率的一種燃氣渦輪發(fā)動機，已是現(xiàn)代直升機的主要動力裝置。渦軸發(fā)動機的組成部分和工作原理與渦槳發(fā)動機相同，只是核心機出口后，燃氣的可用能量幾乎全部轉(zhuǎn)變成動力渦輪的軸功率，用以通過減速器帶動直升機的旋翼和尾槳，因而燃氣不提供推力。動力渦輪的輸出軸可以由發(fā)動機前部伸出，也可以由后部伸出。三、燃氣渦輪發(fā)動機6.渦輪軸發(fā)動機

受直升機的旋翼和尾槳轉(zhuǎn)速不能太大的限制，動力渦輪必須通過減速器才能帶動旋翼和尾槳、渦軸發(fā)動機不能用于其他航空器渦軸發(fā)動機與活塞式發(fā)動機相比較，具有功率大、功率重量比大、體積較小的優(yōu)點。因此渦軸直升機裝載量、航程、升限、速度都比活塞式直升機大，經(jīng)濟性也更好。此外，由于渦軸發(fā)動機的運動部件較少，工作又是連續(xù)進行，所以振動也比活塞式發(fā)動機小:其缺點是構(gòu)造較復雜，而且制造困難，成本也高。減速器系統(tǒng)又大大增加了重量。4.2電動機

一、電機電池動力裝置由電機、電調(diào)、電池和螺旋槳四部分組成。1.工作原理無人機使用電動機作為動力具有其他動力裝置無法比擬的特點，如結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便，可使無人機的噪聲和紅外特性很小，同時又能提供與內(nèi)燃機不相上下的比功率。它尤其適合作為低空、低速、微型無人機的動力。民用無人機使用的動力電機可以分為2類：有刷電動機和無刷電動機。其中有刷電動機在無人機領(lǐng)域已經(jīng)不再使用。一、電機1.工作原理（1）三相驅(qū)動橋圖23三相驅(qū)動橋一、電機1.工作原理(2)反電動勢波形

圖24反電動勢波形

一、電機1.工作原理(3)線圈換相的順序圖25線圈換相的順序一、電機1.工作原理(4)過零點的30度電角度延遲圖26理想的反電動勢波形和霍爾傳感器輸出波形對比圖一、電機1.工作原理(4)過零點的30度電角度延遲

圖27實際的反電動勢波形和霍爾傳感器輸出波形對比圖一、電機2.常用參數(shù)電機常用的參數(shù)：T數(shù)，KV值，尺寸。圖28電機二、電調(diào)

電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮?，以控制電機的轉(zhuǎn)速。因為電機的電流是很大的平均有3A左右的電流，如果沒有電調(diào)的存在，飛控板根本無法承受這樣大的電流。同時電調(diào)在四軸當中還充當了電壓變化器的作用，將11.1v的電壓變?yōu)?v為飛控板和遙控器供電。對于它們的連接，一般情況下：1.電調(diào)的輸入線與電池連接；2.電調(diào)的輸出線（有刷兩根，無刷三根）與電機連接；3.電調(diào)的信號線與接收機連接。三、螺旋槳

安裝在電機上，多旋翼無人機安裝的都是不可變總距的螺旋槳，主要指標有螺距和尺寸。漿的指標是4位數(shù)字，前面2位代表槳的直徑，后面2位是槳的螺距。正反槳：四軸飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相鄰的槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的，所以需要正反槳。正反槳的風都向下。適合順時針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、適合逆時針旋轉(zhuǎn)的是反漿。安裝的時候，一定記得無論正反槳，有字的一面是向上的（槳葉圓潤的一面要和電機旋轉(zhuǎn)方向一致）。

三、螺旋槳

電機與螺旋槳的搭配：螺旋槳越大，升力就越大，但對應需要更大的力量來驅(qū)動；螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，升力越大；電機的kv越小，轉(zhuǎn)動力量就越大；表4-1電機與漿的選擇四、電池

1.電池的性能參數(shù)(1)額定電壓(2)開路電壓(3)工作電壓(4)充電電壓(5)阻抗(6)容量：(a)理論容量（b）額定容量(c)實際容量圖31電池四、電池

1.電池的性能參數(shù)(7)比能量和比功率(8)貯存性能和自放電(9)壽命圖32鎳鉻電池四、電池

2.無人機常用電池的類型無人機上常用的電池類型有：鋰聚合物電池、鎳氫電池、鎳鉻電池和鉛酸電池。其中使用最多的就是鋰聚合物電池。圖33鋰聚合物電池

圖34鎳氫電池四、電池

2.無人機常用電池的類型圖35鋰離子電池

圖36鉛酸蓄電池

四、電池

2.無人機常用電池的類型電池在使用過程中應注意以下幾點：(1)每次使用建議單片放電電壓下限為3.6v,最好每次使用時保證充滿（單片電壓4.2v）后使用至3.6v再進行充電。(2)每次使用后保證電池冷卻后再進行充電。(3)一段時間可做一次保護電路控制下的深充放以修正電池的電量統(tǒng)計，但這不會提高電池的實際容量。(4)長期不用的電池，應放在陰涼的地方以減弱其內(nèi)部自身鈍化反應的速度。(5)避免過充過放。四、電池

2.無人機常用電池的類型電池在使用過程中應注意以下幾點：(6)保護電路也無力監(jiān)控電池的自放電，長期不用的電池，應充入一定的電量以防電池在存貯中自放電過量導致過度放電的損壞。(7)過充、過放是電池損壞的最常見形式，單節(jié)過充電壓在4.25V,過放電壓在2.75-2.8V，一般充至4.2v，放至3.6v。(8)保證電池的溫度≤65