小型和微型飛行器動力裝置的現狀與探究

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用前景。在軍事方面可以作為野外作戰、復雜地形的勘測工作進行通信，并且在被污染的環境或是特殊的環境下進行監測工作，同時還能夠探查建筑內部情況。本文是針對小型和微型飛行器動力裝置研究現狀進行分析。

關鍵詞：小型和微型飛行器;動力裝置;現狀;探究

隨著航空技術的發展，小型和微型飛行器在各個國家得到高度的關注。相比于常規的飛行器，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域應用。而小型和微型飛行器的研究中動力裝置十分關鍵，若是其動力不足，就無法運用到更廣闊的范圍[1]。因此，需要針對其動力裝置進行分析，得到更穩定科學可靠的動力裝置，保證其飛行穩定續航能力強。

一、小型和微型飛行器動力裝置的現狀

（一）內燃機

小型和微型動力裝置是飛行器飛行需要解決的重要問題，沒有動力就無法起飛。小型微型飛行器動力裝置研究主要是通過驅動內燃機、渦旋噴氣、發動機等實現為其提供動力，實現飛行。內燃機是通過能量轉換方式為小型和微型飛行器提供動力，同等重量的礦石燃料比一般電池放出的能量多，因此其應用價值比較高，可以有效地提升飛機飛行的時間[2]。國際上的小型和微型內燃機發動燃料比較小，并且能續航時間也比較長。當前內燃機研究技術在不斷的成熟，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燃機研究工作的開展，其無法滿足飛行器的要求。尤其是內燃機技術對于溫度和濕度要求比較高，若是在惡劣的環境下飛行可能會出現啟動困難等情況，內燃機在噪聲振動運行時間方面的研究還需要不斷加強。

（二）燃氣渦

小型和微型燃氣渦輪發動機的高功率密度特點使其飛行效率比較高，并且其飛行速度高、震動幅度小，有很多突出的優點，但是由于其尺寸小。發動機的啟動損失和傳熱問題比較嚴重，尤其是存在燃燒時間短，存在加工難等問題，這項技術還處于研究階段，目前實際應用價值不高。麻省理工學院對于燃氣渦輪噴氣式發動機的研究中，已歸為結構材料，其每小時消耗的燃料為20g產生0.1牛頓的推力，20瓦的功率，當前還無法達到小型和微型飛行器的要求。

（三）電動機研究現狀

電動機也是推動小型和微型飛行器飛行的裝置逐漸地代替內燃機，這種飛行方式是通過電動驅動螺旋槳的方式獲得推力，這種電動機的體積小、噪音小，比較容易控制，并且在使用的過程中維護也比較方便。與其他動力裝置相比，其價值更高，并且有商業化的支持，其成本比較低實現價值更高，也是當前最有發展前途的動力裝置。國外對于這種動力機的研究比較成功，有很多知名的動力機體積比較小，已經實現微小化，并且能夠提供多種能源，如電化學電池、燃料電池等，這些驅動裝置可以直接為飛行器提供能源，可以促進小型和微型飛行器的發展。電動機是比較成熟的裝置，具有持續活力發展空間比較大。

（四）其他動力裝置

除了內燃機和噴氣發動機，當年還在積極地研究人造肌肉激光推進等裝置。人造肌肉使用在十克以下的撲翼系研究中，能夠通過化學或電流能作用發揮。機器傳動通過這種方式促進齒輪或滑輪作用，其研究的裝置就像人造肌肉能夠驅動小型和微型飛行器運行，這種研究還處于實驗階段，可以為系統提供少量的電能。但是其成本比較高，并且實用價值不強，還有較長的研究時間。激光推進是利用激光使飛機產生動運動量而得到動力，實現飛行的一種方式。這種方式一般是運用在地面，向鋁片發射激光實現，能夠為集體提供動力，但是其推力并不高，因此無法應用到實際飛行中。

二、小型和微型飛行器動力裝置的發展

（一）關鍵動力技術分析

小型和微型飛行器動力裝置的關鍵技術的動力發動機的能源，要是鋰電池燃料電池和太陽能等鋰離子電池。鋰離子電池具有能量高、低放電等優點，是目前發展前景良好的儲備電能的電池。鋰離子電池能量密度比較低，但是其續航能力不足。因此當前需要設計高效的鋰電池推進系統，這是提高航空時間的重點，鋰離子電池性能提升的關鍵。鋰離子電池相關的理論研究和實驗研究不足，在研究中還需要重拆電池材料和電解質相關研究。燃料電池綠色環保，在工作的過程中其溫度比較低、沒有噪聲，更方便維護，在環境監測探察等方面有良好的應用價值[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合形成水，這種電池的續航能力比較強。

從電池催化劑方面開展研究，希望能夠降低成本，同時對水循環和熱管理論進行分析，希望能夠設計合理的冷卻系統，保證燃料電池在工作的過程中能夠控制溫度。太陽能電池飛行高度比較高，續航能力強。其應用是將輕薄的太陽能電池集成的系統的固定在上方，可以有效地提高其飛行的時間，并且可以與其他電池結合運用到飛行器中。太陽能電池能夠有效地提高飛行器的續航能力，活塞發動機研究的關鍵技術是無人機體積和結構設計，還有就是存儲安全和使用維護。由于無人機使用的過程中需要運輸較多的物資，因此其體積和結構設計十分關鍵，并且要充分的考慮安全因素，保證安全運行，降低在運行中出現事故的概率。

（二）活塞發動機

活塞發動機主要的生產國是美國澳大利亞德國等地區或三發動機，比較可靠，不容易發生意外事故。并且在軍隊中運用比較多，比較方便存儲和管理。我國對活塞發動機的研究還處于基礎階段，當前沒有生產成熟的活塞發動機，因此當前還處于技術攻克階段。

結論：

小型和微型飛行器在軍事和民事領域運用比較多在民事上的運用主要是搜救幸存者，或是對有毒氣體或者化學污染的環境進行監測，還可以用于民用航空拍攝等方面，其應用前景比較廣闊。針對小型和微型飛行器動力裝置研究中要充分的考慮應用現狀的要求，不斷地完善管理工作，滿足發展要求，提高其技術能力。

參考文獻：

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

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

[3]林輝.船舶動力系統現狀及發展趨勢分析[J].內燃機與配件，2020（22）：2.