第十七届全国直升机年会论文
无人直升机
中国南方航空动力机械公司
无人直升机但国内此类飞行器动力尚为空白针对传
统活塞发动机ＷＫＬ凸盘活塞发动机三种动力
方案发展趋势和研发价值
技术可行性和市场前景
０  引言
无人飞行器可视目标小红外排放区窄目标分辨率和低功率情报信息收集率比间谍卫星高八十年代后期
无人飞行器得到迅速发展弹道导引
战术攻击巡航防御目标跟踪等如海湾战争对打击伊拉克隐蔽目标发挥了极重要作用北约调用了美国以列等６国
坦克纵队及分散的战斗机基地等进行实时跟踪这充分说明无人飞行器已成为现代战争的中坚力量
飞机的战场作用和地位
并迈出可喜步伐由北航研制的中国第一架共轴式双旋翼海鸥型无人直升机首飞成功但六年过去了而西工大南航研究的无人遥控飞机更是举步维艰近期我国进口了一批无人飞机新型无人机的科研立项正在紧锣密鼓地进行原因很多
飞机动力尚为空白
引进的无人飞机配用的动力是进口的三角转子发动机
是否既开发还是开发一种新型的ＴＰＨＳ发动机飞机动力方案开发的择优研究已是临渴掘井
１  三种动力方案的发展态势
１．１受到挑战
所谓是指以曲轴连杆输出轴功率的二冲程１８７６年由于这种动力可靠性好价格便宜在汽车机车航空等领域获得了广泛应用摩托车几乎普及到众多国家的一般家庭据统计的应用
在无人飞行器中约占８０％飞机中约占６０％飞机中几乎占１００％［２］海鸥南航的ＷＺ－１无人直升机就是选用奥地利保穆巴迪公司５８ｋＷ的ＲＯＴＡＸ９１２ＵＬ和４８ｋＷ的ＲＯＴＡＸ５８２ＵＬ传统活塞发动机
虽然这种发动机性能欠优并未取得任何国家的适航证
世界公认欧俄罗斯等国的青睐
由于又存在结构复杂迎风面积大等缺点
在无人飞行器动力市场
二十世纪九十年代层控燃烧技术的突破传统机功质比达到并超过转子发动机水平
如走测仿ＲＯＴＡＸ之路二是无力同保穆巴迪公司争夺
其已把持的世界市场决策过程值得深思
双弧外次摆线游星造成三个型腔容积依次变化压缩排气四冲程循环，通过偏
心轴输出功率的一种三角转子发动机
Ｆｅｌｉｘ  Ｗａｎｋｅｌ
ＷＫＬ四年后首先应用于轿车
结构简单工作平稳１９６８德美法捷克通用雪铁龙铃木
美国通用公司曾计划建立年产６０万辆ＷＫＬ轿车生产线
军用车辆用的４级转子的ＷＫＬ型发动机飞机扩大应用到了舰
艇甚至伐木机等领域浪潮中国有上百个单位亦投入了
ＧＬ６５０并通过科技成果鉴定
应用于国产汽车面对这一态势
冲浪三度共投入８０万元研制航空用
当时ＷＫＬ将向占统治地位的往复机挑战ＷＫＬ将替代涡轮发动机ＷＫＬ进入了飞速发展的黄金时代
突发寿命短等致命弱点
ＷＫＬ动力的轿车飞机
ＷＫＬ发展由巅峰跌到了谷低
美日在提高缸体的耐磨性方面氧化锆或碳纤维陶瓷材料的ＷＫＬ型发动机采用了电控喷油使ＷＫＬ油耗降到接近传统机水平采用了进气增压和废气涡轮增压
在降成本和环保方面甲醇等高辛烷值
煤油等低辛烷值
并大大改善了ＨＣ和ＮＯＸ的排放指标ＷＫＬ再度升温九十年代在众多领域ＷＫＬ将夺回失去的市场但
的电控喷油等先进技术的应用成本甚至传统机的升功率已达到并超过ＷＫＬ水平预测二十一世纪亦只能局限在战车摇控飞机等特殊领域应用我们认为我国无人飞机动力走测仿ＡＲ７３１／７４１转子发动机之路
亦请慎重决策
传统机我们认为开发无人飞机器动力只能是另辟蹊径开发一种综合性能既优于ＲｏｔａｘＴＰＨＳ保留了的优点结构特别简单动力特性好将成为无人飞行器飞机的理想动力快艇发动机
ＴＰＨＳ是美国的几位退休工程师针对家庭用运动型飞机开发的一种凸轮活塞发动机ＤＹＭＡ－ＣＡＭ  Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｒｐ）公司
但因资金困难发展工作步履艰难
九十年代产品逐步投放市场
扭矩大迎风面积小寿命长
应用前景喜露端倪展期ＴＰＨＳ订单达２００台／周试图封杀这一发明
全力维护其技术垄断地位未能形成产品系列和生产规模
三十年除资金困难和技术闭锁
ａ）  由于技术已相当成熟很难想象那些世界级的大公司愿打破传统观念去开发一个尚有技术风险的Ｔ
ＰＨＳ型发动机
需多轴联动高精度数控磨削技术
技术难度制约了这种发动机的发展和普及
气冷方式技术尚不成熟
亦限制其应用范围
预测在未来２０年内摩托在无人飞行器运动飞机教练机等领域将获得广泛应用
直升机用的ＲＣ４－６０型ＷＫＬ发动机
奥地利的Ｒｏｔａｘ和中国南方公司ＨＳ６Ａ传统活塞发动机性能状态见表1
航空用的WKL°Â
0.896.11  5.92  1.21110.16
压比8.588.79.06.2
功率(k W/r/m i n)316.2/6500184/2000
h)  3 6027 0306300353
21.23  1.12  1.01  1.05
迎风面积(m2)不祥0.090.44不祥0.75
不祥2149  3 38不祥277
功率迎风面积比
(k W/m2)
大修周期(h)试用性质  2 0 0 0  2 0 0 0  2 0 0 0  6 0 0
售价  ( 元 )不祥约3万美元约4.2万美元1.1万币35万元
价格功率比(元 / kW )不祥163美元281美元184.5美元1674元
２  按WKL的先进水平估测
２．２  技术特点
对三种发动机的结构和性能数据作分析比较，可看出ＷＫＬ和ＴＰＨＳ相对的技术特点：
ａ）  容积效率高
ＷＫＬ压缩冲程极点容积最小，压比偏高，膨胀过程时间短，相对温度高（１８００）
可达５．５ＭＰａ，平均有效压力１．２ＭＰａ
２倍，　比高２ｂ）  结构简单
ＴＰＨＳ以凸盘取代的曲轴连杆传统机
既简化了运动形式因而相对零件总数ＴＰＨＳ少约５０％运动件数两者均少２／３左右ＷＫＬ小约１５％传统机ＴＰＨＳ高１５
ｃ）  动力特性好
ＷＫＬ的工作冲程驱动偏心轴输出扭矩后端活塞则进行压缩或排气前端活塞则处于对应工作状态不存在曲轴连杆非工作冲程的驱动功耗相对功耗低
传统机一直立型机不需设置平衡配重因而动平衡特性最好游星需设置平衡块故平衡力很小传统机两者均工作平稳ｅ）  可省去减速器
ＴＰＨＳ输出转速低故可省去减速器［５］传统机不具备ＴＰＨＳ的这一结构优势
燃烧室区间小须采取复杂的水
冷或气冷散热措施不仅使
密封性恶化缸壁同转子密封片严重磨损
另外采用舌簧阀进气扫气效率低而采用凸轮分气机构
为克服这些结构难题
ａ）  特种材料和工艺早年采取特种生铁
缸壁镀０．６氧化锆或碳纤维陶瓷涂层工艺难度大含密封片条早年采用激冷铸铁激
冷深度２ｍｍ６７如Ｎｉ３Ｎ４等这种陶瓷烧结工艺和加
工均存在技术关键
缸体内壁同转子的包络型线尺寸公
差０．００６ｍｍ，　粗糙度Ｒａ０．８，过去均采用创成原理或靠模法工艺，　设计专用机床和夹具进行镗削
和磨削，　现在可采用超高精度型面轨迹数控磨削加工，这种新技术，据悉尚无厂家进行尝试
气冷散热方式不成熟等技术难题
３  无人飞行器采用ＴＰＨＳ动力的技术可行性
３．１  ＴＰＨＳ取代无人飞行器用的ＲＯＴＡＸ和ＷＫＬ发动机的技术可行性
相对和ＷＫＬ
活塞４组８缸６组１２缸
不同工作循环的二冲程式设想中的无人飞行器用ＴＰＨＳ考虑搞两种结构方案
二行程二是设计一种ＷＺ－１用的水冷式５组１０缸式凸盘发动机ＲＯＴＡＸ５８２ＵＬ发动机作一性能比较
前凸盘和双头活塞等几大件
３．２．１　ＴＰＨＳ存在的关键技术
通过技术分析
ｂ）  双头活塞的模锻及加工工艺
ｄ）  前六孔
ｅ）  各系统的总体布局和结构协调
ｇ螺旋桨的国内配套和定点