解析活塞式航空发动机的主要技术指标

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概述

在低空小载重领域，大多数无人机动力系统为锂电池且机型多为多旋翼。而在低空大载重领域，无人直升机和固定翼的动力大多是二冲程或四冲程的活塞发动机，具有结构简单、重量较轻、功重比大等优点。那么，如何判断一款活塞式航空发动机的性能好不好？主要可以从以下几个主要技术指标进行判断。

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功率与扭矩

将发动机功率、扭矩与发动机曲轴转速之间的函数关系以曲线表示，此曲线称为发动机转速特性曲线，扭矩输出越大越平稳，发动机动性能越好。功率是决定无人机的飞行性能的综合指标，是无人机航程与载重能力的表现。

无人机提高飞行速度时，发动机功率一直在不断增加，直到发动机转速到达极限转速，再继续增加油门量，无人机飞行速度也无法提升。与此同时，无人机最快速度同时也受到旋翼系统的制约。

2

功重比

功重比是衡量发动机效率高低的重要指标。其定义为：每个活塞所产生的最大动力值和每个活塞的重量的比值。功重比越高，表示发动机在转化燃料能为动力方面的效率越高。通过优化燃烧室设计、提高进气效率和采用轻量化材料等方法，可提高活塞式航空发动机的功重比，进而提高无人机的性能表现。

3

压缩比

活塞处于下止点时气缸有最大容积，用V1表示；活塞处于上止点时气缸内的容积称为燃烧室容积，用V2表示。压缩比ε=V1/V2，无人机用汽油发动机的压缩比一般为6-10。

压缩比的提高会对发动机的强度、热负荷产生影响。减小燃烧室的容积可以适当的提高压缩比，进而提高对活塞的推力，最终实现提高发动机功率。

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热负荷

同等量级发动机进一步优化受到限制的主要因素是发动机热负荷，热负荷直接影响发动机的耐久性、可靠性和经济性。一般情况下，小型活塞式发动机稳定工作缸温范围：120℃~250℃，排气管温度范围：550℃~700℃。

热负荷一方面取决于发动机设计时的零件材料的热强度以及缸体的散热设计，另一方面取决于发动机外散热形式，其散热方式有两种风冷和水冷，两者相比，风冷散热效果不如水冷，水冷的重量比风冷大，风冷与水冷的选择必须按照发动机的使用需求来决定。

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油耗

发动机耗油率即发动机每1千瓦小时所消耗的燃料量。无人机在巡航时所达到的要求，一般情况下，较为理想的油耗为0.35L/kwh。但发动机实际使用过程中一般油耗范围为0.5-1L/kwh，影响油耗的因素主要有：滑油上升，滑油下降，运转润滑油条件等。滑油上升是需要改变活塞环、活塞、气缸等来实现，相对比较困难；滑油下降是由于进气系统导致的，可以改进发动机进气系统和通过重新标定来实现低油耗；此外，还需要保障发动机具有良好的运作条件。

对于四冲程发动机，可以通过修改化油器与机油预热或电喷与机油预热，进而提高燃油雾化效果和启动性能，从而降低油耗。对于二冲程发动机，一般机油与燃油按一定配比预先混合，可以减少机油系统的故障，从而提高燃烧效率。

活塞式航空发动机技术成熟，结构简单，使用成本低，易于维护，可以满足很多类型通用航空飞机的需求，所以目前500马力以下的小功率活塞式航空发动机仍在通航飞机和无人机上大量使用，数量上占据主流地位。

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