重慶理工大學研發(fā)的無人機 受訪者供圖

　　過去十幾年間，國內在無人機設計和研發(fā)方面進行了深入的探索和研究，并取得了令人矚目的成果，但是國內的無人機動力裝置研發(fā)水平均遠遜于國外。動力裝置是制約無人機發(fā)展的重要因素，無人機研發(fā)首先遭遇到的是發(fā)動機技術的瓶頸。

　　日前，重慶理工大學車輛工程學院動力研究所發(fā)布消息稱，他們正向研發(fā)的一項工業(yè)級無人機發(fā)動機，打破了國內在無人機用小型活塞式發(fā)動機領域的瓶頸，彌補了自主知識產權空白，將率先搶占國內自主研發(fā)的無人機發(fā)動機市場。該發(fā)動機能夠使整機搭載100kg負荷，具有功重比大、壽命長、續(xù)航里程長等優(yōu)勢。不久之后，將在九龍坡區(qū)實現(xiàn)產業(yè)化。

　　尷尬

　　我國無人機發(fā)動機多進口

　　我國目前多款無人機均采用奧地利Rotax 914型活塞發(fā)動機，這種發(fā)動機是世界上多種高空長航時無人機的主要動力系統(tǒng)，然而一旦對方限制出口，國內無人機就將陷入缺乏動力設備的艱難境地。

　　由于國外發(fā)達國家對于無人機的研發(fā)開始較早，因此取得了較為先進的技術成果，在無人機用小型活塞式發(fā)動機研發(fā)領域也取得了長足的發(fā)展和進步。如2013年，歐洲研制成功一款為輕型單發(fā)直升機設計的V8活塞發(fā)動機，該發(fā)動機具有良好的功重比和優(yōu)秀的經濟性及動力性能，驗證了在輕型直升機上配裝活塞發(fā)動機的合理性。

　　“在無人直升機動力設備這一最重要的技術領域，我國直升機用發(fā)動機基本依賴于進口來滿足，尤其是起飛重量在200kg~300kg級的動力系統(tǒng)，國內動力領域完全是一片空白。”重慶理工大學車輛工程學院動力研究所所長楊靖教授介紹，目前，無人直升機采用的動力裝置可分為三大類，活塞式發(fā)動機、渦軸發(fā)動機和電流動力系統(tǒng)。其中，活塞式發(fā)動機是無人直升機最重要的動力裝置構成。由于無人直升機用發(fā)動機對功重比要求較高，其工作環(huán)境又極為苛刻，而我國無人直升機研制起步較晚，尤其在無人直升機用活塞式發(fā)動機這一領域的研發(fā)尚無成熟的產品。

　　突破

　　自主研發(fā)無人機發(fā)動機

　　“我們正向開發(fā)研制的發(fā)動機，將打破國內在無人機用小型活塞式發(fā)動機領域的瓶頸和彌補無自主知識產權技術的空白，率先搶占國內自主研發(fā)的無人機發(fā)動機市場。”楊靖告訴記者，針對目前市場上的小型工業(yè)級無人直升機動力短缺的現(xiàn)狀，團隊正向開發(fā)了2V86發(fā)動機，功率55kW、重量38kg。在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及標定方法等方面，根據航空發(fā)動機的需求進行了多項創(chuàng)新并申請了發(fā)明專利，使其在小型活塞式航空發(fā)動機中，具有功重比大、壽命長、續(xù)航里程長等優(yōu)勢。

　　這些技術瓶頸都是如何攻破的？

　　首先，通過降低發(fā)動機的體積和質量，有效提高了發(fā)動機的功重比，即發(fā)動機的功率和重量之比。“活塞式發(fā)動機相較于渦軸發(fā)動機的主要劣勢就在于功重比不夠大，本項目針對起飛重量200Kg~300Kg、飛行高度在3000m以內的無人直升機進行動力設備設計，有效提高功重比以充分發(fā)揮活塞式發(fā)動機制造成本低、壽命長、熱效率高、油耗率低、續(xù)航里程長等特點。”楊靖解釋，活塞式發(fā)動機的功重比提高具有較高的難度，一般在1左右，本項目研發(fā)額定功率55kW的無人直升機專用發(fā)動機，其重量控制在38Kg以內，功重比1.4，增壓后功率可達80kW，功重比則接近2，這在活塞式發(fā)動機里都是十分先進的指標。

　　“由于直升機的工作環(huán)境較地面工作環(huán)境嚴峻、惡劣得多，如果直接將傳統(tǒng)活塞式發(fā)動機裝載在直升機上，則勢必會極大地影響發(fā)動機的壽命和無人機的操控穩(wěn)定性等，發(fā)動機甚至會直接發(fā)生過熱、拉缸和失火等故障，直升機就會由于失去推進力而喪失速度與高度，造成嚴重的事故。”楊靖稱，因此，通過正向開發(fā)對發(fā)動機結構進行相應調整和完善，有效提高發(fā)動機搭載直升機工作時的可靠性和穩(wěn)定性，充分保障無人直升機工作的安全性和壽命。

　　對于普通任務載荷的無人直升機起飛重量大多在200~300kg，較輕的起飛重量不僅對發(fā)動機自身的重量有所限制，同時也制約著其燃油攜帶質量，而無人直升機進行軍事偵察、交通監(jiān)控、航空攝影等任務時，均要求長航時長里程，所以發(fā)動機燃油經濟性指標顯得尤為重要。該項目研發(fā)的發(fā)動機創(chuàng)新性地將車用發(fā)動機的雙火花塞、四氣門、高壓縮比、虛擬增壓等高效燃燒系統(tǒng)運用到無人直升機用發(fā)動機的研發(fā)上，從而大大提高發(fā)動機的經濟性，提高無人直升機的續(xù)航里程。

　　項目為有效提高發(fā)動機的動力性和工作可靠性，還開發(fā)了新型高效燃燒系統(tǒng)，在有效控制熱負荷的同時提高了發(fā)動機升功率。“針對國內的機械制造和材料工藝水平，設計了新型合理的結構來彌補對零部件加工精度和材料工藝的嚴苛要求。”楊靖解釋，通過集成現(xiàn)代內燃機先進技術，在不盲目提升關鍵零部件要求的前提下確保整機可靠性和耐久性壽命，全面實現(xiàn)發(fā)動機生產的國產化，在降低發(fā)動機成本的同時，形成整機系列化發(fā)展并與企業(yè)聯(lián)合實現(xiàn)產品市場化。

　　應用

　　小型航空發(fā)動機將產業(yè)化

　　記者在重慶理工大學車輛工程學院實驗室看見了應用2V86發(fā)動機的無人直升機，這也是該研發(fā)團隊開發(fā)的，在機身設計和色彩渲染等細節(jié)方面，發(fā)揮了該學院工業(yè)設計專業(yè)特長，使機身在制作簡單、具有隱身功能的前提下，同時具有現(xiàn)代感，不僅流體阻力小而且端莊大氣。整機可以搭載100kg的任務載荷，無論醫(yī)療急救或農林植保等民用領域都能夠很好地勝任。

　　“雖然發(fā)動機研究和發(fā)展工作的特點是技術難度大、耗資多、周期長，但其對飛機的性能以及飛機研制的成敗和進度有著決定性的影響。”楊靖表示，這款發(fā)動機將通過其優(yōu)秀的功率重量比、工作可靠性和穩(wěn)定性、良好的節(jié)油性等特點為國內無人直升機提供可靠的動力，打破國產無人直升機動力裝備基本依靠進口的窘迫現(xiàn)況，為國產無人直升機提供一顆強勁的“中國心”。

　　這款正向研制的發(fā)動機將打破國內在無人機用小型活塞式發(fā)動機領域的瓶頸和彌補無自主知識產權技術的空白，率先搶占國內自主研發(fā)的無人機發(fā)動機市場。目前已與北京比揚航空有限公司簽訂了配套搭載合作意向，與西安翔安測控設備有限責任公司簽訂了動力/飛控一體化合作協(xié)議書。

　　此外，這款無人機發(fā)動機的產業(yè)化也指日可待。重慶理工大學計劃通過產學研合作的方式，在九龍坡區(qū)成立航空發(fā)動機生產企業(yè)，專門生產自主研發(fā)的系列化小型航空發(fā)動機。