小型和微型飞行器动力装置的现状与探究

廖子琪 孟梓源

摘要：小型和微型飞行器体积小、重量轻，在军事和民用方面有比较广阔的应用前景。在军事方面可以作为野外作战、复杂地形的勘测工作进行通信，并且在被污染的环境或是特殊的环境下进行监测工作，同时还能够探查建筑内部情况。本文是针对小型和微型飞行器动力装置研究现状进行分析。

关键词：小型和微型飞行器;动力装置;现状;探究

随着航空技术的发展，小型和微型飞行器在各个国家得到高度的关注。相比于常规的飞行器，小型和微型飞行器体积小成本低操作灵活，更适合在军事和民用领域应用。而小型和微型飞行器的研究中动力装置十分关键，若是其动力不足，就无法运用到更广阔的范围[1]。因此，需要针对其动力装置进行分析，得到更稳定科学可靠的动力装置，保证其飞行稳定续航能力强。

一、小型和微型飞行器动力装置的现状

（一）内燃机

小型和微型动力装置是飞行器飞行需要解决的重要问题，没有动力就无法起飞。小型微型飞行器动力装置研究主要是通过驱动内燃机、涡旋喷气、发动机等实现为其提供动力，实现飞行。内燃机是通过能量转换方式为小型和微型飞行器提供动力，同等重量的矿石燃料比一般电池放出的能量多，因此其应用价值比较高，可以有效地提升飞机飞行的时间[2]。国际上的小型和微型内燃机发动燃料比较小，并且能续航时间也比较长。当前内燃机研究技术在不断的成熟，能量密度比较高，但是其热效率并不高，这也限制着小型和微型内燃机研究工作的开展，其无法满足飞行器的要求。尤其是内燃机技术对于温度和湿度要求比较高，若是在恶劣的环境下飞行可能会出现启动困难等情况，内燃机在噪声振动运行时间方面的研究还需要不断加强。

（二）燃气涡

小型和微型燃气涡轮发动机的高功率密度特点使其飞行效率比较高，并且其飞行速度高、震动幅度小，有很多突出的优点，但是由于其尺寸小。发动机的启动损失和传热问题比较严重，尤其是存在燃烧时间短，存在加工难等问题，这项技术还处于研究阶段，目前实际应用价值不高。麻省理工学院对于燃气涡轮喷气式发动机的研究中，已归为结构材料，其每小时消耗的燃料为20g产生0.1牛顿的推力，20瓦的功率，当前还无法达到小型和微型飞行器的要求。

（三）电动机研究现状

电动机也是推动小型和微型飞行器飞行的装置逐渐地代替内燃机，这种飞行方式是通过电动驱动螺旋桨的方式获得推力，这种电动机的体积小、噪音小，比较容易控制，并且在使用的过程中维护也比较方便。与其他动力装置相比，其价值更高，并且有商业化的支持，其成本比较低实现价值更高，也是当前最有发展前途的动力装置。国外对于这种动力机的研究比较成功，有很多知名的动力机体积比较小，已经实现微小化，并且能够提供多种能源，如电化学电池、燃料电池等，这些驱动装置可以直接为飞行器提供能源，可以促进小型和微型飞行器的发展。电动机是比较成熟的装置，具有持续活力发展空间比较大。

（四）其他动力装置

除了内燃机和喷气发动机，当年还在积极地研究人造肌肉激光推进等装置。人造肌肉使用在十克以下的扑翼系研究中，能够通过化学或电流能作用发挥。机器传动通过这种方式促进齿轮或滑轮作用，其研究的装置就像人造肌肉能够驱动小型和微型飞行器运行，这种研究还处于实验阶段，可以为系统提供少量的电能。但是其成本比较高，并且实用价值不强，还有较长的研究时间。激光推进是利用激光使飞机产生动运动量而得到动力，实现飞行的一种方式。这种方式一般是运用在地面，向铝片发射激光实现，能够为集体提供动力，但是其推力并不高，因此无法应用到实际飞行中。

二、小型和微型飞行器动力装置的发展

（一）关键动力技术分析

小型和微型飞行器动力装置的关键技术的动力发动机的能源，要是锂电池燃料电池和太阳能等锂离子电池。锂离子电池具有能量高、低放电等优点，是目前发展前景良好的储备电能的电池。锂离子电池能量密度比较低，但是其续航能力不足。因此当前需要设计高效的锂电池推进系统，这是提高航空时间的重点，锂离子电池性能提升的关键。锂离子电池相关的理论研究和实验研究不足，在研究中还需要重拆电池材料和电解质相关研究。燃料电池绿色环保，在工作的过程中其温度比较低、没有噪声，更方便维护，在环境监测探察等方面有良好的应用价值[3]。燃料电池是从氢气中分离出锂离子，剩下的氢离子能够与氧气结合形成水，这种电池的续航能力比较强。

从电池催化剂方面开展研究，希望能够降低成本，同时对水循环和热管理论进行分析，希望能够设计合理的冷却系统，保证燃料电池在工作的过程中能够控制温度。太阳能电池飞行高度比较高，续航能力强。其应用是将轻薄的太阳能电池集成的系统的固定在上方，可以有效地提高其飞行的时间，并且可以与其他电池结合运用到飞行器中。太阳能电池能够有效地提高飞行器的续航能力，活塞发动机研究的关键技术是无人机体积和结构设计，还有就是存储安全和使用维护。由于无人机使用的过程中需要运输較多的物资，因此其体积和结构设计十分关键，并且要充分的考虑安全因素，保证安全运行，降低在运行中出现事故的概率。

（二）活塞发动机

活塞发动机主要的生产国是美国澳大利亚德国等地区或三发动机，比较可靠，不容易发生意外事故。并且在军队中运用比较多，比较方便存储和管理。我国对活塞发动机的研究还处于基础阶段，当前没有生产成熟的活塞发动机，因此当前还处于技术攻克阶段。

结论：

小型和微型飞行器在军事和民事领域运用比较多在民事上的运用主要是搜救幸存者，或是对有毒气体或者化学污染的环境进行监测，还可以用于民用航空拍摄等方面，其应用前景比较广阔。针对小型和微型飞行器动力装置研究中要充分的考虑应用现状的要求，不断地完善管理工作，满足发展要求，提高其技术能力。

参考文献：

[1]徐辉，王春利，赵胜海，等.小型和微型飞行器动力装置的现状与发展[J].教练机，2018（4）：5.

[2]姚颖颖.微型飞行器动力装置特性研究[J].中国航班，2020（15）：1.

[3]林辉.船舶动力系统现状及发展趋势分析[J].内燃机与配件，2020（22）：2.