（1. 中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001）
摘 要 本文统计了无人机使用的航空发动机发动机现状和简单分析了发展趋势。
关键词 无人机发动机；发展现状
1引言
航空动力是各个国家发展航空技术的难点和关键技术之一。随着无人机任务种类、重量、升限、速度、续航时间等多样化需求因素的增加，无人机发动机由早期采用航空活塞式发动机，逐步进入越来越多使用喷气式等发动机的阶段。本文描述的无人机为使用航空发动机的无人机，不包括当前较为火热的多旋翼无人机。
2无人机航空发动机概况
目前无人机使用的航空发动机主要包括：往复/旋转式活塞发动机、转子发动机、涡喷发动机、涡桨发动机、涡扇发动机和涡轴发动机，分别具有不同特点适用不同无人机。表1列举了适用不同无人机的发动机及其主要参数。
2.1 活塞式发动机
往复式活塞发动机技术较为成熟，可分为二冲程和四冲程发动机。二冲程发动机一般适用于速度不超过300km/h，高度不超过8000m的无人机；四冲程发动机则具备功率大、耗油率低、高空性能优良和可靠性高的优点，配合使用增压器，可使无人机的升限达到11000m。
无人机用往复式活塞发动机的国外制造商代表有奥地利的Rotax公司、英国的Lotus Engineering公司和德国的Limbach公司。
旋转式活塞发动机也即转子发动机，分单转子和双转子，具有重量轻、尺寸小、零部件少、转速高、可靠性高、振动小、运转平稳，可采用多种燃料等多个优点。同样功率范围条件下，转子发动机重量可达往复式活塞发动机的一半。国外主要的产品为AR系列。转子发动机高空补氧燃烧的冷却技术难题，使得其难以应用于高空无人机。
表2统计了无人机使用的航空活塞式发动机的相关技术。
2.2 喷气式发动机
涡轮喷气式发动机主要被高空高速无人机使用。其代表性的制造商有英国NPT公司（NPT系列）、法国Micro turbo公司和美国Terry Da Yin Ryanair公司（CAE系列）。涡轮风扇发动机由涡轮喷气发动机发展而来，简称涡扇发动机，最先被美国应用于高空长航时无人机使用，或亦应用于未来的无人战机。其代表性制造商包括美国Alison公司、Allied Signal公司和Williams公司。涡轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机，主要被中高空长航时无人机使用，通过螺旋桨旋转产生的拉或推力作为飞机前进的动力。使用涡桨发动机的无人机不多，代表性无人机有有美国的捕食者和鹰眼。涡轮轴发动机即涡轴发动机，主要被短距/垂直起降无人机，特别是无人直升机所使用，是一种用于输出轴功率的涡轮喷气发动机，用户主要是海军。国外代表性的无人机用涡轴发动机制造商是美国的Alison公司和Williams公司。
3无人机用发动机发展趋势
3.1 无人机用活塞式发动机发展趋势
当前随着计算机技术和自动控制理论的发展和应用，活塞式发动机数字电子控制与管理系统也较大提升活塞式发动机的自动化和智能化程度。活塞式发动机电控系统除了能有效控制发动机的点火、喷油和涡轮增压外，还能实现对发动机的故障诊断和在线监测，也可帮助飞行员或者全权限对发动机进行控制。
此外随着近年来汽车工业的发展，涡轮增压器的设计和制造也迅速发展，从而促进了国外航空活塞发动机的涡轮增压技术的进一步成熟。涡轮增压器可以强化发动机输出功率，提高高空工作性能，目前也已应用于部分国外小型航空活塞发动机。
国内航空活塞式发动机与国外发动机相比，存在以下方面的差距：
1.发动机可靠性较低，使用寿命、维修间隔短；
2.产品类型和可选种类较少。
3.发动机功率低，缺少中高空使用的增压发动机；涡轮增压技术有待提升；
3.数字电子控制系统研究滞后。国内航空活塞式发动机数字电子控制系统的研究有待继续深入，以实现燃油喷射、点火控制、涡轮增压和故障诊断等功能。
3.2 无人机用喷气式发动机发展趋势
无人机喷气式发动机发展趋势如下：
1.喷气式发动机未来将占有重要的位置。活塞式发动机只适用于低速、低空及重量轻的无人机。而对于更大使用范围的无人机，喷气式发动机应是首选。随着喷气式发动机技术的不断进步，其推重比、功质比越来越高，耗油率越来越小，寿命更长，维修性更好，其应用也就更加广泛。
2.涡扇发动机是中高空长航时无人机发动机发展的重点。涡轴、涡扇、涡喷、涡桨发动机的性能和结构特点各异，给无人机提供了较大的选择空间。涡轴发动机适用于无人直升机，而后三者适用于固定翼无人机。推力在400～4000daN范围的中小型涡扇发动机耗油率相对较低，质量和推力等级易于无人机匹配，便于系列化发展，非常适合中高空长航时无人机。
3.针对无人机使用的小型喷气式发动机，具有较强的针对性，其设计不能照搬大发动机的技术。针对小型喷气式发动机的关键技术有：先进的气动热力学技术、高温高强度轻质材料和涂层、轻质结构、高增压比压气机、高温燃烧室和涡轮、简单有效的发动机控制技术和低信号特征及多功能喷管等。
4结束语
无人机在军民用两方面具有广阔的应用前景。但限于国内发动机技术的相对落后，航空发动机目前仍是我国无人机发展的技术瓶颈，仍需重点解决。当然，随着发动机和无人机技术的不断进步，发动机的诸多问题也会迎刃而解，进而推动无人机技术的不断向前发展。
参考文献
［1］倪行强，李新民. 发展中的长空时无人机动力装置.国际航空，1995（6）.
［2］李美金，等．军用无人机动力装置分析．无人机，2006（1）.
［3］黄靖，等. 无人机用航空活塞式发动机的发展．无人机，2014（4）.
论文作者:王青林1
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/13
标签：无人机论文; 发动机论文; 高空论文; 技术论文; 涡轮论文; 活塞式论文; 转子论文; 《科技新时代》2018年6期论文;