无人机发动机技术与分析

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无人机也是航空飞机的一种，对发动机的要求远高于汽车发动机，飞机代数的升级背后往往由发动机的升级支撑，"一代发动机铸就一代战斗机"。航空发动机主要包括活塞发动机和喷气发动机。而喷气发动机由分为涡喷、涡轴（提供轴动力，直升机）、涡桨（提供轴动力，低速大载重飞机）和涡扇发动机。从发动机推重比（推力和自身重量比重）、耗油量等角度考虑，活塞发动机劣于喷气发动机，而喷气发动机中，以涡扇发动机性能最好，这也符合发动机的发展历程。

飞行器发动机分类

世界上已知的大量的无人机都使用活塞发动机及螺旋桨作为动力,活塞发动机飞机设计时进行动力装置的选择,主要包括活塞发动机功率的选择及螺旋桨直径的选择, 由于活塞发动机是20世纪50年代左右就成熟的技术, 在以后没有太多的发展, 所以只要发动机的功率选定, 就可以在成熟的活塞发动机中进行选择。
军用无人机作为现代空中军事力量中的一员,具有无人员伤亡、使用限制少、隐蔽性好、效费比高等特点，在现代战争中的地位和作用日渐突出。无人机作为未来的作战战机已经成为世界各个国家都大力发展的对象，中国在近年来成为全球最大的无人机供应商的同时，在技术上也处于世界前列仅落后于美国、以色列等国家。


虽然在发动机这一弱项上，近些年来已经开始加大突入，但毕竟人力物力优先偏向优先解决的还是大型主战武器装备的发动机问题，在中小功率发动机上投入还是相对较小，这样就造成了我国无人机面临着无发动机可用的尴尬局面。以无人机常用的活塞发动机为例，“翼龙”和CH-4配备的是奥地利的ROTAX-914f发动机，而国内在此领域只有南方航发及成都航发生产。且在大型无人机所需要的涡桨发动机方面，国内几乎是空白，目前展出过的涡桨-9发动机，它的功率只有700马力左右，是无法支持其如MQ-9这样的级别的无人机。在长航时大型无人机的涡扇发动机方面，国内目前也是只有WS-11一种，性能来说比起当今先进的发动机还是有较大的差距。因此不得不说，对于国产无人机而言，动力上的问题可能还需要一段时间才能得到真正的解决。

奥地利ROTAX-914发动机

不同用途的无人机对动力装置的要求不同，但都希望发动机体积小、成本低、工作可靠：
1、无人机目前广泛采用的动力装置为活塞式发动机，但活塞式只适用于低速低空小型无人机；
2、对于一次性使用的靶机、自杀式无人机或导弹，要求推重比高但寿命可以短（1-2h），一般使用涡喷式发动机；
3、低空无人直升机一般使用涡轴发动机，高空长航时的大型无人机一般使用涡扇发动机（美国全球鹰重达 12t）；
4、消费级微型无人机（多旋翼）一般使用电池驱动的电动机，起飞质量不到 100 克、续航时间小于一小时。
无人机动力系统主要有涡扇发动机、涡喷发动机、活塞发动机、涡轴发动机及电动机几大类，根据各自特点不同应用于不同领域。其中，活塞发动机是最早的航空发动机，由于推力适中、低油耗、低成本、技术成熟，同时在性能方面又能满足绝大部分无人机需求，已成为目前使用最广泛的无人机动力装臵，除高速无人机和微型无人机外几乎都可以选用。航空活塞发动机在无人机应用方面形式灵活，低端产品可由摩托车或汽车的发动机进行改装，高端产品可广泛应用于美国“捕食者”、以色列“苍鹭”、中国“翼龙”和“彩虹-4”等高端无人机型号。据统计，当前无人机市场（除微型无人机外），采用活塞发动机作为动力装置的无人机数量占比超过60%。

涡喷/涡扇飞机发动机工作原理图

各类型发动机的对比图

从原理方面看，无人机发动机和有人机发动机没有区别，大型无人机的发动机可以与有人机发动机实现共用。从实际选型方面看，当前国产发动机在性能、油耗等方面与进口产品仍有差距，无人机发动机市场主要被国外垄断。由于航空发动机技术壁垒很高，国外对我国实行全面技术封锁以及对高端产品的禁运和限运。当前，航空发动机国产化的需求十分迫切。当前，我国无人机正处于快速发展阶段，军用列装和民用需求都十分强烈，国内许多企业已在开展各类航空发动机的研发工作，例如中国航空发动机公司、中航工业集团、航天科工集团、总参60所，以及宗申动力、芜湖钻石航空发动机、安徽航瑞航空动力公司等公司。

重庆宗申研发的活塞发动机

目前我国大部分军用无人机还只是停留在研制、生产阶段，大多为了满足特定用户的定制需求，批量化生产和产业化发展能力相对薄弱。就目前而言，我国军用无人机达到世界领先水平的研究成果还不多。其中，动力装置是制约军用无人机发展的重要因素，无人机研发首先遭遇到发动机技术的瓶颈。受此影响，现有军用无人机的载重负荷比较小，难以满足现代战场环境下高机动、高隐身能力的作战要求。此外，我国军用无人机在高精度导航、轻质结构和气动力等领域也面临不同程度的技术瓶颈。
随着涡轮发动机推重比、寿命不断提高、油耗降低，涡轮将取代活塞成为无人机的主力动力机型，太阳能、氢能等新能源电动机也有望为小型无人机提供更持久的生存力。

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我们的无人机为什么要用奥地利发动机？……航空发动机不行也就算了，小功率螺旋桨发动机也搞不了。

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总之一句话，国内无人机还是有心脏病。国产发动机进步空间很大。需要加强