航模靶机的工作原理(航模飞机一般用什么发动机?电机还是涡喷?)
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航模靶机的工作原理
最佳答案:
1. 动力装置:靶机的动力装置是其“心脏”,决定其运动特性、机动性能。动力装置可以是活塞发动机、涡轮喷气发动机、冲压喷气发动机以及火箭发动机等。不同动力的靶机具有不同的飞行速度和加速性能。
2. 飞行控制系统:飞行控制系统是靶机的“大脑”,负责根据地面控制站的指令或预定的程序来控制靶机的飞行路线和飞行模式。系统包括自动驾驶仪、陀螺平台、航向陀螺、速率陀螺仪、程序机构、高度讯号器、放大器、变流机及电动舵机等部件。
3. 载荷:载荷主要是各类任务设备,包括电子战设备、雷达/红外增强装置、箔条/红外诱饵投放装置、脱靶量指示器等。这些设备负责模拟目标特性,如雷达特征、红外特征等,以提高模拟的逼真程度。
4. 其他设备:还包括拖靶以及发射和回收装置。这些设备用于支持靶机的特定任务需求,如拖靶用于模拟敌方飞机的尾迹,回收装置用于靶机的回收和重复使用。
5. 控制方式:靶机可以通过无线电指令遥控,也可以自主控制飞行,或者采用组合控制方式。遥控飞行时,机上应答器和遥控指令接收机负责接收和处理地面站的指令。
6. 发射和回收:靶机的发射可以采用火箭助推等方式,以实现快速灵活起飞。回收则可以通过回收伞等方式来保护飞机本身,减少损坏。
航模靶机通过综合运用上述技术和设备,能够模拟各种飞行目标和战术动作,为防空武器系统的试验、鉴定和训练提供逼真、高效的模拟目标。
航模类科学小知识短一点
1.关于航天的知识,短一点航空航天技术 为航空航天活动的顺利进行而创立的一系列高级复杂的施工作业程序。
它涉及人力资源配置,设备仪器搭配与安装使用等艰深的学术作业。是国家,民族,乃至整个人类发展的高度追求。
在现代航空和航天工程中电子系统是重要的系统之一。 它按功能分为通信、导航、雷达、目标识别、遥测、遥控、遥感、火控、制导、电子对抗等系统。
各种系统一般包括飞行器上的电子系统和相应的地面电子系统两部分,这两部分通过电磁波传输信号合成为一个系统。和这些电子系统有关的电子理论和技术有通信理论、电磁场理论、电波传播、天线、检测理论和技术、编码理论和技术、信号处理技术等,而微电子技术和电子计算机技术则是提高各种电子系统性能的基础。
它们的发展使飞行器上的电子系统进一步小型化和具有实时处理更大量数据的能力,进而使飞机的性能(机动能力、火控能力、全天候飞行、自动着陆等)大为提高,航天器的功能(科学探测、资源勘测、通信广播、侦察预警等)日益扩大。 一、航空航天飞行器上电子设备的特点是: ①要求体积小、重量轻和功耗小;②能在恶劣的环境条件下工作;③高效率、高可靠和长寿命。
在高性能飞机和航天器上,这些要求尤为严格。飞机和航天器的舱室容积、载重和电源受到严格限制。
卫星上设备重量每增加1公斤,运载火箭的发射重量就要增加几百公斤或更多。导弹和航天器要承受严重的冲击过载、强振动和粒子辐射等。
一些航天器的工作时间很长,如静止轨道通信卫星的长达7~10年,而深空探测器的工作时间更长。航空航天用的电子元器件要经过极严格的质量控制和筛选,而电子系统的设计需要充分运用可靠性理论和冗余技术。
二、航空航天电子技术的主要发展方向是: ①充分利用电子计算机和大规模集成电路,提高航空航天电子系统的综合化、自动化和智能化水平;②提高实时信号处理和数据处理的能力和数据传输的速率;③发展高速率和超高速率的大规模集成电路;④发展更高频率波段(毫米波、红外、光频)的电子技术;⑤发展可靠性更高和寿命更长的各种电子元器件。
2.航天科技小知识
一、航空航天飞行器上电子设备的特点是:
①要求体积小、重量轻和功耗小;②能在恶劣的环境条件下工作;③高效率、高可靠和长寿命。在高性能飞机和航天器上,这些要求尤为严格。飞机和航天器的舱室容积、载重和电源受到严格限制。卫星上设备重量每增加1公斤,运载火箭的发射重量就要增加几百公斤或更多。导弹和航天器要承受严重的冲击过载、强振动和粒子辐射等。一些航天器的工作时间很长,如静止轨道通信卫星的长达7~10年,而深空探测器的工作时间更长。航空航天用的电子元器件要经过极严格的质量控制和筛选,而电子系统的设计需要充分运用可靠性理论和冗余技术。
二、航空航天电子技术的主要发展方向是:
①充分利用电子计算机和大规模集成电路,提高航空航天电子系统的综合化、自动化和智能化水平;②提高实时信号处理和数据处理的能力和数据传输的速率;③发展高速率和超高速率的大规模集成电路;④发展更高频率波段(毫米波、红外、光频)的电子技术;⑤发展可靠性更高和寿命更长的各种电子元器件。
3.有哪些关于航天飞机的知识
航天飞机(Space Shuttle,正式名称为太空梭或太空穿梭机)是可重复使用的、往返于太空和地面之间的航天器。航天飞机并不是飞机,并不属于飞机的范畴。
它既能像运载火箭那样把人造卫星等航天器送入太空,也能像载人飞船那样在轨道上运行,还能像滑翔机那样在大气层中滑翔着陆。航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具,它大大降低航天活动的费用,是航天史上的一个重要里程碑,最早由美国研发。
1986年的1月28日,美国“挑战者”号航天飞机在第10次发射升空后,因助推火箭发生事故凌空爆炸,舱内7名宇航员(包括一名女教师)全部遇难,此次事故除了造成人员死亡,还造成了12亿美元的直接经济损失和所有航天飞机停飞3年的结果。
2003年2月1日,美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后,返回地球,但却在降落前发生空中解体,宇航员全部遇难。这些事件都表明,航天飞机的安全性其实并不高。
扩展资料:
组成部分
航天飞机实际上是一个由轨道器、外贮箱和固体助推
火箭助推器
器组成的往返航天器系统,但人们通常把其中的轨道器称作为航天飞机。
1、轨道器:轨道器是航天飞机的核心部分,是整个航天飞机系统中唯一可载人、可重复使用的部分。
2、固体助推器:固体助推器的作用是助推,用于补充主发动机推力的不足。以供再用。
3、外贮箱:航天飞机的主发动机是液体火箭发动机,推进剂是液体燃料液态氧和液态氢。液体推进剂不装在航天飞机上,而是装在一个独立的可以抛弃的外贮箱里面。采用这种结构形式,可以减少航天飞机轨道器的尺寸和重量,否则航天飞机的轨道器非常庞大。
美国研制过5种型号的航天飞机:哥伦比亚号航天飞机、挑战者号航天飞机、发现号航天飞机、亚特兰蒂斯号航天飞机和奋进号航天飞机。
苏联研制过暴风雪号航天飞机,1988年对暴风雪号航天飞机成功地进行了无人轨道试飞,其后,由于苏联1991年解体,计划终止。
参考资料来源:百度百科-航天飞机
4.航模基础知识
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内容来自用户:刘中升
航模基础知识手册
资料针对无线电遥控类固定翼飞机2014.06.18
对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,系电通,力1根保过据护管生高线产中0不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置,机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资2负料2,荷试而下卷且高总可中体保资配障料置2试时32卷,3各调需类控要管试在路验最习;大题对限到设度位备内。进来在行确管调保路整机敷使组设其高过在中程正资1常料中工试,况卷要下安加与全强过,看度并25工且52作尽22下可护都能1关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资;中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整,高核或中对者资定对料值某试,些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位,卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置,地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中,案资要,料求编试技5写、卷术重电保交要气护底设设装。备备置管4高调、动线中试电作敷资高气,设料中课并技3试资件且、术卷料中拒管试试调绝路包验卷试动敷含方技作设线案术,技槽以来术、及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式;资,对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资,件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试
5.我需要航模知识
航空模型航空模型是各种航空器模型的总称。
它包括模型飞机和其他模型飞行器。 航空模型活动从一开始就引起人们浓厚的兴趣,而且千百年来长盛不衰,主要原因就在于它在航空事业的发展和科技人才的培养方面起着十分重要的作用。
(1)航空模型是探索飞行奥秘的工具。人类自古以来就幻想着飞行。
昆虫、鸟禽、风吹起树叶和上升的炊烟,都曾引起过人类飞行的遐想。西汉刘安在《淮南子》中记载着后羿的妻子嫦娥偷食了长生药而飞上月宫的美妙故事。
这反映了古人对飞行的追求和向往。 在载人的航空器出现之前,人类就创造了许多能飞行的航空模型,不断地探索着飞行的奥秘。
距今2000多年前的春秋战国时期,我们的祖先就制作出能飞的木鸟模型。《韩非子》中记载着:“墨子为木鸢,三年而成,飞一日而败。”
宋朝李鸢等人编的《太平御览》中也有“张衡尝作木鸟,假以羽翮,腹中施机,能飞数里”的记载。另外,还制作出种类繁多的孔明灯、风筝和竹蜻蜒等。
唐代以后,我国的风筝传到国外,在世界上流传开来。西方有人用风筝做飞行试验,探索制造飞机的可能。
美国的莱特兄弟是世界上第一架飞机的制造者,他们的飞机在1903年12月17日试飞成功。他们就是先用大风筝进行种种试验,然后制造出滑翔机,解决了升降、平衡、转弯等问题,最后才把飞机制造成功的。
飞机发明之前,航空模型具有强烈的探索性质,在飞机发明之后,航空模型仍然是研究航空科学的必要工具。每一种新飞机的试制,都要先在风洞里用模型进行试验,甚至连航天飞机这样先进的航空器,也要经过模型试验阶段,取得必要的数据,才能获得成功。
(2)航空模型是很有实用价值的器具。我国汉代就有用风筝测量距离和传递信息的。
随着航空模型的发展,特别是无线电遥控模型飞机的日臻完善,航空模型的用途越来越广泛。 例如,可以利用无线电遥控模型飞机作为部队和民兵对空射击训练的靶机。
在训练的时候,通过无线电遥控设备控制航模靶机完成直线飞行、转弯、上升、俯冲等飞行动作,甚至在靶机上完成空投降落伞、发射模型火箭、投放炸弹、施放拖靶等特技动作。在实弹射击时候,可以在航模靶机尾部几十米远处拖拽一个彩色靶袋,以靶袋作为目标,避免击毁靶机。
又如,在无线电遥控模型飞机上装上摄影机,就可以对地面进行航空摄影,拍摄一些人们不容易接近的野生动植物,甚至可以拍摄一些危险性很大的惊险镜头或战斗场面等。 另外,可以利用航模飞机携带农药灭虫,利用航模飞机拖一根尼龙线从一个山头到另一个山头,然后换成钢索,进行高山架线。
还可以利用航模飞机飞入云层,施放催化剂,进行人工降雨,等等。 (3)航空模型是普及航空知识的玩具。
航空模型活动在普及航空知识、培养航空科技人才方面所起的作用是很大的,许多著名的航空学家,小时候都非常喜爱航空模型。美国的莱特兄弟小时候就爱玩飞螺旋(竹蜻蜓),从而产生对航空事业的浓厚兴趣。
美国登月飞船阿波罗11号船长阿姆斯特朗,小时候也酷爱航空模型,他在家里的地下室安装了一个风洞,用来试验自己制作的模型飞机,这无疑对他成为世界上第一个踏上月球的人有着巨大的影响。我国也有许多著名的飞机设计师、火箭设计师、飞行员等,小时候就是航模爱好者。
另外,航空模型还是一种非常吸引人的娱乐玩具。春光明媚,千姿百态的风筝随风飘荡;夏日朗朗,五颜六色的飞盘划出一道道弧线,秋高气爽,各式各样的模型飞机在蓝天中翱翔;冬天恬静,彩色缤纷的热气球冉冉升起。
所有这些把人们的生活装点得更加丰富多彩。 在飞机发明之后,航空模型作为普及航空知识的工具和娱乐玩具的作用更加突出。
为了推动航空事业的发展,1905年10月,在法国成立了国际航空联合会。它下设国际航空模型委员会,负责制定航空模型竞赛规则,组织国际航空模型竞赛活动。
中国是国际航空联合会成员,积极参加国际航空模型竞赛活动,并取得了优异的成绩。在国内,经常举行全国性和地方性的航空模型竞赛,以推动航空模型活动和普及航空科学知识。
航模知识简介 航空模型运动是以操纵、放飞自制或装配的模型航空器进行户外活动、训练比赛或创纪录飞行的一项科技性较强的运动。 现代航空模型运动分为自由飞行、线操纵、无线电遥控、仿真和电动等五大类。
按动力方式又分为:活塞发动机、喷气发动机、橡筋动力模型飞机和无动力的模型滑翔机等。航空模型的最大升力面积500平方分米;最大重量25千克;活塞发动机最大工作容积250毫升。
航空模型的竞赛科目有:留空时间、飞行速度、飞行距离、特技、“空战”等。目前世界锦标赛设有30个项目,隔年举行一次。
航空模型还设有专门记录各项绝对成绩 的纪录项目。目前国际航联共设90项航空模型世界纪航空模型运动的生命力在于它的趣味性和知识性。
亲手制作的矫健雄鹰翱翔蓝天,往往会使青少年产生美好的遐想,激励它们不停的追求,使他们从兴趣爱好走进献身祖国航空事业的理想。参加这项活动还可以学到许多科技知识,培养既善于动脑又善于动手和克服困难勇于进取的优秀品质,促进德智体全面发展。
随着人民物。
6.有关于航模知识
航空模型
航空模型是各种航空器模型的总称。它包括模型飞机和其他模型飞行器。
航空模型活动从一开始就引起人们浓厚的兴趣,而且千百年来长盛不衰,主要原因就在于它在航空事业的发展和科技人才的培养方面起着十分重要的作用。
(1)航空模型是探索飞行奥秘的工具。
人类自古以来就幻想着飞行。昆虫、鸟禽、风吹起树叶和上升的炊烟,都曾引起过人类飞行的遐想。西汉刘安在《淮南子》中记载着后羿的妻子嫦娥偷食了长生药而飞上月宫的美妙故事。这反映了古人对飞行的追求和向往。
在载人的航空器出现之前,人类就创造了许多能飞行的航空模型,不断地探索着飞行的奥秘。距今2000多年前的春秋战国时期,我们的祖先就制作出能飞的木鸟模型。《韩非子》中记载着:“墨子为木鸢,三年而成,飞一日而败。”宋朝李鸢等人编的《太平御览》中也有“张衡尝作木鸟,假以羽翮,腹中施机,能飞数里”的记载。另外,还制作出种类繁多的孔明灯、风筝和竹蜻蜒等。
唐代以后,我国的风筝传到国外,在世界上流传开来。西方有人用风筝做飞行试验,探索制造飞机的可能。美国的莱特兄弟是世界上第一架飞机的制造者,他们的飞机在1903年12月17日试飞成功。他们就是先用大风筝进行种种试验,然后制造出滑翔机,解决了升降、平衡、转弯等问题,最后才把飞机制造成功的。
飞机发明之前,航空模型具有强烈的探索性质,在飞机发明之后,航空模型仍然是研究航空科学的必要工具。每一种新飞机的试制,都要先在风洞里用模型进行试验,甚至连航天飞机这样先进的航空器,也要经过模型试验阶段,取得必要的数据,才能获得成功。
(2)航空模型是很有实用价值的器具。我国汉代就有用风筝测量距离和传递信息的。随着航空模型的发展,特别是无线电遥控模型飞机的日臻完善,航空模型的用途越来越广泛。
例如,可以利用无线电遥控模型飞机作为部队和民兵对空射击训练的靶机。在训练的时候,通过无线电遥控设备控制航模靶机完成直线飞行、转弯、上升、俯冲等飞行动作,甚至在靶机上完成空投降落伞、发射模型火箭、投放炸弹、施放拖靶等特技动作。在实弹射击时候,可以在航模靶机尾部几十米远处拖拽一个彩色靶袋,以靶袋作为目标,避免击毁靶机。
又如,在无线电遥控模型飞机上装上摄影机,就可以对地面进行航空摄影,拍摄一些人们不容易接近的野生动植物,甚至可以拍摄一些危险性很大的惊险镜头或战斗场面等。
另外,可以利用航模飞机携带农药灭虫,利用航模飞机拖一根尼龙线从一个山头到另一个山头,然后换成钢索,进行高山架线。还可以利用航模飞机飞入云层,施放催化剂,进行人工降雨,等等。
(3)航空模型是普及航空知识的玩具。
航空模型活动在普及航空知识、培养航空科技人才方面所起的作用是很大的,许多著名的航空学家,小时候都非常喜爱航空模型。美国的莱特兄弟小时候就爱玩飞螺旋(竹蜻蜓),从而产生对航空事业的浓厚兴趣。美国登月飞船阿波罗11号船长阿姆斯特朗,小时候也酷爱航空模型,他在家里的地下室安装了一个风洞,用来试验自己制作的模型飞机,这无疑对他成为世界上第一个踏上月球的人有着巨大的影响。我国也有许多著名的飞机设计师、火箭设计师、飞行员等,小时候就是航模爱好者。
另外,航空模型还是一种非常吸引人的娱乐玩具。春光明媚,千姿百态的风筝随风飘荡;夏日朗朗,五颜六色的飞盘划出一道道弧线,秋高气爽,各式各样的模型飞机在蓝天中翱翔;冬天恬静,彩色缤纷的热气球冉冉升起。所有这些把人们的生活装点得更加丰富多彩。
在飞机发明之后,航空模型作为普及航空知识的工具和娱乐玩具的作用更加突出。为了推动航空事业的发展,1905年10月,在法国成立了国际航空联合会。它下设国际航空模型委员会,负责制定航空模型竞赛规则,组织国际航空模型竞赛活动。中国是国际航空联合会成员,积极参加国际航空模型竞赛活动,并取得了优异的成绩。在国内,经常举行全国性和地方性的航空模型竞赛,以推动航空模型活动和普及航空科学知识。
7.身边的科学小知识50个
为甚么星星会一闪一闪的?
我们看到星闪闪,这不是因为星星本身的光度出现变化,而是与大气的遮挡有关。
大气隔在我们与星星之间,当星光通过大气层时,会受到大气的密度和厚薄影响。大气不是绝对的透明,它的透明度会根据密度的不同而产生变化。所以我们在地面透过它来看星星,就会看到星星好像在闪动的样子了。
2. 为甚么人会打呵欠?
当我们感到疲累时,体内已产生了许多的二氧化碳。当二氧化碳过多时,必须再增加氧气来平衡体内所需。因为这些残留的二氧化碳,会影响我们身体的机能活动,这时身体便会发出保护性的反应,于是就打起呵欠来。
打呵欠是一种深呼吸动作,它会让我们比平常更多地吸进氧气和排出二气化碳,还做到消除疲劳的作用呢。
3. 为甚么蛇没有脚都能走路?
蛇的身上有很多鳞片,这是它们身上最外面的一层盔甲。鳞片不但用来保护身体,还可以是它们的「脚」。
蛇向前爬行时,身体会呈S形。而每一片在S形外边的鳞片,都会翘起来,帮助蛇前进时抓住不平的路面。这些鳞片跟蛇的肌肉互相配合,并能推动身体向前爬行,所以蛇没有脚也可以走动呀!
4. 为甚么向日葵总是朝着太阳开花
向日葵花盘下面茎部的地方,含有一种叫做「植物生长素」的物质。这物质有加速繁殖的功用,但却具有厌旋光性,每遇到光线时,便会跑到背光的一面去。
所以太阳升起时,向日葵茎部便马上躲到背光的一面去,看起来整棵植物就向着太阳的方向弯曲了。
5. 为甚么人老了头发便会变白?
我们的头发中有一种叫「黑色素」的物质,黑色素愈多头发的颜色便愈黑。而黑色素少的话,头发便会发黄或变白。人类到了老年时,身体的各种机能会逐渐衰退,色素的形成亦会愈来愈少,所以头发也会渐渐变白啊!
6. 为甚么萤火虫会发光?
萤火虫会发光因为在它们的腹部末端有发光器,发光器内充满许多含磷的发光质及发光酵素,使萤火虫能发出一闪一闪的光。
萤火虫发光的目的,除了要照明之外,还有求偶、警戒、诱捕等用途。这也是它们的一种沟通的工具,不同种类萤火虫的发光方式、发光频率及颜色也会不同,它们藉此来传达不同的讯息。
7. 为甚么肚子饿了会咕咕叫?
肚子饿了便会咕噜咕噜地叫,这是因为之前吃进的食物快消化完,胃里虽然空空的,但胃中的胃液仍会继续分泌。这时候胃的收缩便会逐渐扩大,内里的液体和气体便会翻搅起来,造成咕噜咕噜的声音。
下次不要再为肚子咕咕叫而感到尴尬啊
如何使用航模发动机
在航模发动机中,主要有三种形式的发动机:电火花式、压燃式和电热式。目前使用的最多的是电热式发动机,其次是压燃式发动机,电火花式发动机已经基本被淘汰,但在科普教育活动中还被采用。
三种发动机的结构大体一样,都是二行程、单气缸、空气冷却的方式,在驱、排气方式上,电火花式和电热式多采用横向式,压燃式则多采用 360°驱、排气。
下面分别加以介绍:
1、电火花式:
特点:需加电咀和断电器;
压缩比:约6~7:1;
燃料:汽油和润滑油(3:1),易购,价低;
运转时必要附件:感应线圈、电容器、电咀、电池、开关和接线等(或用磁电机);
重量:最重;
功率:大;
转速:高;
起动性能:准备工作较多,掌握规律后,起动方便、可靠;
运转性能:好。各种转速都较稳定。可用改变点火时间的方法调节转速高低,简易可靠;
产生故障的可能性:较多;
使用:较麻烦。要考虑在机身内安置附件和电火花的影响。运转时较干净,废油少;
气缸工作容积:适宜于10毫升以上的发动机;
适用于何种航模:大型航模和实用项目的航模靶机等;
2、压燃式:
特点:需要反活塞;
压缩比:约12~20:1;
燃料:乙醚、煤油和蓖麻油(1:1:1),不易购,价较贵。乙醚有麻醉性;
运转时必要附件:无;
重量:轻;
功率:大;
转速:高;
起动性能:准备工作最少,起动方便;
运转性能:好。低转速时性能较差,不稳定,调节转速较困难;
产生故障的可能性:少;
使用:简单,宜于普及;
气缸工作容积:一般在5毫升以下;
适用于何种航模:各种普及航模、小组竞速和其他各种项目的航模;
3、电热式:
特点:需加电热塞;
压缩比:约8~10:1,
燃料:甲醇和蓖麻油(3:1),不易购,价较贵。甲醇有毒性;
运转时必要附件:电热塞(起动时还需要电源,起动后可不用电源)
重量:轻;
功率:最大;
转速:最高;
起动性能:准备工作较少。起动方便,冷天起动较困难;
运转性能:好。低转速时性能稍差。调节转速较为麻烦
产生故障的可能性:较少;
使用:较简单。电热塞较贵,不易解决。所用燃料和排出废油都溶解透布油等硝基涂料;
气缸工作容积:适宜于 10 毫升以下的发动机;
适用于何种航模:自由飞、竞速、特技、无线电操纵等竞赛项目的航模;
看了上面的资料,相信楼主应该对航模发动机有了一个大致的了解了吧?
对于国产压燃式航模发动机,个人以为最好的应该是银燕,不过也是老掉牙的东西了。该发动机2.47cc的,价格现在大约是300元。
楼主说的那个发动机,价格200元,应该是比较公平的。
航模飞机一般用什么发动机?电机还是涡喷?
活塞式航空发动机是早期在飞机或直升机上应用的航空发动机,用于带动螺旋桨或旋翼。大型活塞式航空发动机的功率可达2500千瓦。后来为功率大、高速性能好的燃气涡轮发动机所取代。但小功率的活塞式航空发动机仍广泛地用于轻型飞机、直升机及超轻型飞机。
燃气涡轮发动机
这种发动机应用最广。包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机,都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。涡轮螺旋桨发动机主要用于时速小于800千米的飞机;涡轮轴发动机主要用作直升机的动力;涡轮风扇发动机主要用于速度更高的飞机;涡轮喷气发动机主要用于超音速飞机。
冲压发动机
其特点是无压气机和燃气涡轮,进入燃烧室的空气利用高速飞行时的冲压作用增压。它构造简单、推力大,特别适用于高速高空飞行。由于不能自行起动和低速下性能欠佳,限制了应用范围,仅用在导弹和空中发射的靶弹上。
其他
上述发动机均由大气中吸取空气作为燃料燃烧的氧化剂,故又称吸空气发动机。其他还有火箭发动机、脉冲发动机和航空电动机。火箭发动机的推进剂(氧化剂和燃烧剂)全部由自身携带,燃料消耗太大,不适于长时间工作,一般作为运载火箭的发动机,在飞机上仅用于短时间加速(如起动加速器)。脉冲发动机主要用于低速靶机和航空模型飞机。由太阳电池驱动的航空电动机仅用于轻型飞机,尚处在试验阶段。
活塞式发动机时期
早期液冷发动机居主导地位。19世纪末,在内燃机开始用于汽车的人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的动力源,并着手这方面的试验。
1903年,美国莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后,成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。这台发动机只发出8.95 kW的功率,重量却有81 kg,功重比为0.11kW/daN。发动机通过两根自行车上那样的链条,带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。
在飞机用于战争目的的推动下,航空特别是在欧洲开始蓬勃发展,法国在当时处于领先地位。美国虽然发明了动力飞机并且制造了第一架军用飞机,但在参战时连一架可用的新式飞机都没有。在前线的美国航空中队的6287架飞机中有4791架是法国飞机,如装备伊斯潘诺-西扎V型液冷发动机的"斯佩德"战斗机。这种发动机的功率已达130~220kW, 推重比为0.7kW/daN左右。飞机速度超过200km/h,升限6650m。
当时,飞机的飞行速度还比较小,气冷发动机冷却困难。为了冷却,发动机裸露在外,阻力又较大。大多数飞机特别是战斗机采用的是液冷式发动机。期间,1908年由法国塞甘兄弟发明旋转汽缸气冷星型发动机曾风行一时。这种曲轴固定而汽缸旋转的发动机终因功率的增大受到限制,在固定汽缸的气冷星型发动机的冷却问题解决之后退出了历史舞台。
在两次世界大战之间,在活塞式发动机领域出现几项重要的发明:发动机整流罩既减小了飞机阻力,又解决了气冷发动机的冷却困难问题,甚至可以的设计两排或四排汽缸的发动机,为增加功率创造了条件;废气涡轮增压器提高了高空条件下的进气压力,改善了发动机的高空性能;变距螺旋桨可增加螺旋桨的效率和发动机的功率输出;内充金属钠的冷却排气门解决了排气门的过热问题;向汽缸内喷水和甲醇的混合液可在短时内增加功率三分之一;高辛烷值燃料提高了燃油的抗爆性,使汽缸内燃烧前压力由2~3逐步增加到5~6,甚至8~9,既提高了升功率,又降低了耗油率。
从20世纪20年代中期开始,气冷发动机发展迅速,但液冷发动机仍有一席之地在此期间,在整流罩解决了阻力和冷却问题后,气冷星型发动机由于有刚性大,重量轻,可靠性、维修性和生存性好,功率增长潜力大等优点而得到迅速发展,并开始在大型轰炸机、运输机和对地攻击机上取代液冷发动机。在20世纪20年代中期,美国莱特公司和普·惠公司先后发展出单排的"旋风"和"飓风"以及"黄蜂"和"大黄蜂"发动机,最大功率超过400kW,功重比超过1kW/daN。到第二次世界大战爆发时,由于双排气冷星型发动机的研制成功,发动机功率已提高到600~820kW。此时,螺旋桨战斗机的飞行速度已超过500km/h,飞行高度达10000m。
在第二次世纪大战期间,气冷星型发动机继续向大功率方向发展。其中比较著名的有普·惠公司的双排"双黄蜂"((R-2800)和四排"巨黄蜂"(R-4360)。前者在1939年7月1日定型,开始时功率为1230kW, 共发展出5个系列几十个改型,最后功率达到2088kW,用于大量的军民用飞机和直升机。单单为P-47战斗机就生产了24000台R-2800发动机,其中P-47 J的最大速度达805km/h。虽然有争议,但据说这是第二次世界大战中飞得最快的战斗机。这种发动机在航空史上占有特殊的地位。在航空博物馆或航空展览会上,R-2800总是放置在中央位置。甚至有的航空史书上说,如果没有R-2800发动机,在第二次世界大战中盟国的取胜要困难得多。后者有四排28个汽缸,排量为71.5L,功率为2200~3000kW, 是世界上功率最大的活塞式发动机,用于一些大型轰炸机和运输机。1941年,围绕六台R-4360发动机设计的B-36轰炸机是少数推进式飞机之一,但未投入使用。
莱特公司的R-2600和R-3350发动机也是很有名的双排气冷星型发动机。前者在1939推出,功率为1120kW,用于第一架载买票旅客飞越大西洋的波音公司"快帆"314型四发水上飞机以及一些较小的鱼雷机、轰炸机和攻击机。后者在1941年投入使用,开始时功率为2088kW,主要用于著名的B-29"空中堡垒"战略轰炸机。R-3350在战后发展出一种重要改型--涡轮组合发动机。发动机的排气驱动三个沿周向均布的废气涡轮,每个涡轮在最大状态下可发出150kW的功率。这样,R-3350的功率提高到2535kW,耗油率低达0.23kg/(kW·h)。1946年9月,装两台R-3350涡轮组合发动机的P2V1"海王星"飞机创造了18090km的空中不加油的飞行距离世界纪录。液冷发动机与气冷发动机之间的竞争在第二次世界大战中仍在继续。液冷发动机虽然有许多缺点,但它的迎风面积小,对高速战斗机特别有利。而且,战斗机的飞行高度高,受地面火力的威胁小,液冷发动机易损的弱点不突出。它在许多战斗机上得到应用。例如,美国在这次大战中生产量最大的5种战斗机中有4种采用液冷发动机。其中,值得一提的是英国罗-罗公司的梅林发动机。它在1935年11月在"飓风"战斗机上首次飞行时,功率达到708kW;1936年在"喷火"战斗机上飞行时,功率提高到783kW。
航空发动机
这两种飞机都是第二次世界大战期间有名的战斗机,速度分别达到624km/h和750km/h。梅林发动机的功率在战争末期达到1238kW,甚至创造过1491kW的纪录。美国派克公司按专利生产了梅林发动机,用于改装P-51"野马"战斗机,使一种平常的飞机变成战时最优秀的战斗机。"野马"战斗机采用一种不常见的五叶螺旋桨,安装梅林发动机后,最大速度达到760km/h,飞行高度为15000m。除具有当时最快的速度外,"野马"战斗机的另一个突出的优点是有惊人的远航能力,它可以把盟军的轰炸机一直护送到柏林。到战争结束时,"野马"战斗机在空战中共击落敌机4950架,居欧洲战场的首位。而在远东和太平洋战场上,则是由于装备了气冷发动机的F6F"地狱猫"战斗机的参战,才结束了日本"零"式战斗机的霸主地位。航空史学界把"野马"飞机看作螺旋桨战斗机的顶峰之作。
在第二次世界大战开始之后和战后的最主要的技术进展有直接注油、涡轮组合发动机和低压点火。
在两次世界大战的推动下,发动机的性能提高很快,单机功率从不到10 kW增加到2500 kW左右,功率重量比从0.11 kW/daN 提高到1.5 kW/daN左右,升功率从每升排量几千瓦增加到四五十千瓦,耗油率从约0.50 kg/(kW·h)降低到0.23~0.27 kg/(kW·h)。翻修寿命从几十小时延长到2000~3000h。到第二次世界大战结束时,活塞式发动机已经发展得相当成熟,以它为动力的螺旋桨飞机的飞行速度从16km/h提高到近800 km/h,飞行高度达到15000 m。可以说,活塞式发动机已经达到其发展的顶峰。
喷气时代的活塞式发动机
在第二次世界大战结束后,由于涡轮喷气发动机的发明而开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退出主要航空领域,但功率小于370 kW的水平对缸活塞式发动机发动机仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机上,如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机,旋转活塞发动机在无人机上崭露头角,而且美国NASA还正在发展用航空煤油的新型二冲程柴油机供下一代小型通用飞机使用。
美国NASA已经实施了一项通用航空推进计划,为未来安全舒适、操作简便和价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。这种轻型飞机大致是4~6座的,飞行速度在365 km/h左右。一个方案是用涡轮风扇发动机,用它的飞机稍大,有6个座位,速度偏高。另一个方案是用狄塞尔循环活塞式发动机,用它的飞机有4个座位,速度偏低。对发动机的要求为: 功率为150 kW; 耗油率0.22 kg/(kW·h); 满足未来的排放要求; 制造和维修成本降低一半。到2000年,该计划已经进行了500h以上的发动机地面试验,功率达到130 kW,耗油率0.23 kg/(kW·h)。
燃气涡轮发动机时期
第二个时期从第二次世界大战结束至今。60年来,航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机,开创了喷气时代,居航空动力的主导地位。在技术发展的推动下(见表1),涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发动机和涡轮轴发动机在不同时期在不同的飞行领域内发挥着各自的作用,使航空器性能跨上一个又一个新的台阶。
涡喷/涡扇发动机
英国的惠特尔和德国的奥海因分别在1937年7月14日和1937年9月研制成功离心式涡轮喷气发动机WU和HeS3B。前者推力为530daN,但1941年5月15日首次试飞的格罗斯特公司E28/39飞机装的是其改进型W1B,推力为540daN,推重比2.20。后者推力为490daN,推重比1.38,于1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He-178飞机上试飞成功。这是世界上第一架试飞成功的喷气式飞机,开创了喷气推进新时代和航空事业的新纪元。
世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的尤莫-004,1940年10月开始台架试车,1941年12月推力达到980daN,1942年7月18日装在梅塞施米特Me-262飞机上试飞成功。自1944年9月至1945年5月,Me-262共击落盟军飞机613架,自己损失200架(包括非战斗损失)。英国的第一种实用涡轮喷气发动机是1943年4月罗·罗公司推出的威兰德,推力为755daN,推重比2.0。该发动机当年投入生产后即装备"流星"战斗机,于1944年5月交给英国空军使用。该机曾在英吉利海峡上空成功地拦截了德国的V-1导弹。
战后,美、苏、法通过买专利,或借助从德国取得的资料和人员,陆续发展了本国第一代涡轮喷气发动机。其中,美国通用电气公司的J47轴流式涡喷发动机和苏联克里莫夫设计局的RD-45离心式涡喷发动机的推力都在2650daN左右,推重比为2~3,它们分别在1949年和1948年装在F-86和米格-15战斗机上服役。这两种飞机在朝鲜战争期间展开了你死我活的空战。 20世纪50年代初,加力燃烧室的采用使发动机在短时间内能够大幅度提高推力,为飞机突破声障提供足够的推力。典型的发动机有美国的J57和苏联的RD-9B,它们的加力推力分别为7000daN和3250daN,推重比各为3.5和4.5。它们分别装在超声速的单发F-100和双发米格-19战斗机上。
在50年代末和60年代初,各国研制了适合M2以上飞机的一批涡喷发动机,如J79、J75、埃汶、奥林帕斯、阿塔9C、R-11和R-13,推重比已达5~6。在60年代中期还发展出用于M3一级飞机的J58和R-31涡喷发动机。到70年代初,用于"协和"超声速客机的奥林帕斯593涡喷发动机定型,最大推力达到17000daN。从此再没有重要的涡喷发动机问世。
涡扇发动机的发展源于第二次世界大战。世界上第一台运转的涡轮风扇发动机是德国戴姆勒-奔驰研制的DB670(或109-007),于1943年4月在实验台上达到840千克推力,但因技术困难及战争原因没能获得进一步发展。世界上第一种批量生产的涡扇发动机是1959年定型的英国康维,推力为5730daN,用于VC-10、DC-8和波音707客机。涵道比有0.3和0.6两种,耗油率比同时期的涡喷发动机低10%~20%。1960年,美国在JT3C涡喷发动机的基础上改型研制成功JT3D涡扇发动机,推力超过7700daN,涵道比1.4,用于波音707和DC-8客机以及军用运输机。
以后,涡扇发动机向低涵道比的军用加力发动机和高涵道比的民用发动机的两个方向发展。在低涵道比军用加力涡扇发动机方面,20世纪60年代,英、美在民用涡扇发动机的基础上研制出斯贝-MK202和TF30,分别用于英国购买的"鬼怪"F-4M/K战斗机和美国的F111(后又用于F-14战斗机)。它们的推重比与同时期的涡喷发动机差不多,但中间耗油率低,使飞机航程大大增加。在70~80年代,各国研制出推重比8一级的涡扇发动机,如美国的F!00、F404、F110,西欧三国的RB199,前苏联的RD-33和AL-31F。它们装备在一线的第三代战斗机,如F-15、F-16、F-18、"狂风"、米格-29和苏-27。推重比10一级的涡扇发动机已研制成功,即将投入服役。它们包括美国的F-22/F119、西欧的EFA2000/EJ200和法国的"阵风"/M88。其中,F-22/F119具有第四代战斗机代表性特征--超声速巡航、短距起落、超机动性和隐身能力。超声速垂直起飞短距着陆的JSF动力装置F136正在研制之中,预计将于2010~2012年投入服役。
自20世纪70年代第一代推力在20000daN以上的高涵道比(4~6)涡扇发动机投入使用以来,开创了大型宽体客机的新时代。后来,又发展出推力小于20000daN的不同推力级的高涵道比涡扇发动机,广泛用于各种干线和支线客机。10000~15000daN推力级的CFM56系列已生产13000多台,并创造了机上寿命超过30000h的记录。民用涡扇发动机依然投入使用以来,已使巡航耗油率降低一半,噪声下降20dB, CO、UHC、NOX分别减少70%、90%、45%。90年代中期装备波音777投入使用的第二代高涵道比(6~9)涡扇发动机的推力超过35000daN。其中,通用电气公司GE90-115B在2003年2月创造了56900daN的发动机推力世界纪录。普·惠公司正在研制新一代涡扇发动机PW8000,这种齿轮传动涡扇发动机,推力为11 000~16 000daN,涵道比11,耗油率下降9%。
涡桨/涡轴发动机
第一台涡轮螺旋桨发动机为匈牙利于1937年设计、1940年试运转的 Jendrassik Cs-1。该机原计划用于本国Varga RMI-1 X/H型双引擎侦察/轰炸机但该机项目被取消。1942年,英国开始研制本国第一台涡桨发动机罗尔斯-罗伊斯 RB.50 Trent。该机于1944年6月首次运转,经过633小时试车后于1945年9月20日安装在一台格罗斯特“流星”战斗机上,并做了298小时飞行实验。以后,英国、美国和前苏联陆续研制出多种涡桨发动机,如达特、T56、AI-20和AI-24。这些涡桨发动机的耗油率低,起飞推力大,装备了一些重要的运输机和轰炸机。美国在1956年服役的涡桨发动机T56/501,装于C-130运输机、P3-C侦察机和E-2C预警机。它的功率范围为2580~4414 kW ,有多个军民用系列,已生产了17000多台,出口到50多个国家和地区,是世界上生产数量最多的涡桨发动机之一,至今还在生产。前苏联的HK-12M的最达功率达11000kW,用于图-95"熊"式轰炸机、安-22军用运输机和图-114民用运输机。终因螺旋桨在吸收功率、尺寸和飞行速度方面的限制,在大型飞机上涡轮螺旋桨发动机逐步被涡轮风扇发动机所取代,但在中小型运输机和通用飞机上仍有一席之地。其中加拿大普·惠公司的PT6A发动机是典型代表,40年来,这个功率范围为350~1100kW的发动机系列已发展出30多个改型,用于144个国家的近百种飞机,共生产了30000多台。美国在90年代在T56和T406的基础上研制出新一代高速支线飞机用的AE2100是当前最先进的涡桨发动机,功率范围为2983~5966 kW,其起飞耗油率特低,为0.249 kg/(kW·h)。
在20世纪80年代后期,掀起了一阵性能上介于涡桨发动机和涡扇发动机之间的桨扇发动机热。一些著名的发动机公司都在不同程度上进行了预计和试验,其中通用电气公司的无涵道风扇(UDF)GE36曾进行了飞行试验。
从1950年法国透博梅卡公司研制出206 kW的阿都斯特Ⅰ型涡轴发动机并装备美国的S52-5直升机上首飞成功以后,涡轮轴发动机在直升机领域逐步取代活塞式发动机而成为最主要的动力形式。半个世纪以来,涡轴发动机已成功低发展出四代,功重比已从2kW/daN提高到6.8~7.1 kW/daN。第三代涡轴发动机是20世纪70年代设计,80年代投产的产品。主要代表机型有马基拉、T700-GE-701A和TV3-117VM,装备AS322"超美洲豹"、UH-60A、AH-64A、米-24和卡-52。第四代涡轴发动机是20世纪80年代末90年代初开始研制的新一代发动机,代表机型有英、法联合研制的RTM322、美国的T800-LHT-800、德法英联合研制的MTR390和俄罗斯的TVD1500,用于NH-90、EH-101、WAH-64、RAH-66"科曼奇"、PAH-2/HAP/HAC"虎"和卡-52。世界上最大的涡轮轴发动机是乌克兰的D-136,起飞功率为7500 kW,装两台发动机的米-26直升机可运载20 t的货物。以T406涡轮轴发动机为动力的倾转旋翼机V-22突破常规旋翼机400 km/h的飞行速度上限,一下子提高到638 km/h。
航空燃气涡轮发动机问世以后的60年来在技术上取得的重大进步可用下列数字表明:
服役的战斗机发动机推重比从2提高到7~9,已经定型并即将投入使用的达9~10。民用大涵道比涡扇发动机的最大推力已超过50000 daN,巡航耗油率从50年代涡喷发动机1.0 kg/(daN·h)下降到0.55 kg/(daN·h), 噪声已下降20dB,CO、UHC和NOx分别下降70%、90%和45%。
服役的直升机用涡轴发动机的功重比从2kW/daN提高到4.6~6.1 kW/daN,已经定型并即将投入使用的达6.8~7.1 kW/daN。
发动机可靠性和耐久性倍增,军用发动机空中停车率一般为0.2~0.4/1 000发动机飞行小时,民用发动机为0.002~0.02/1 000发动机飞行小时。战斗机发动机整机定型要求通过4300~6000TAC循环试验,相当于平时使用10多年,热端零件寿命达到2 000h;民用发动机热端部件寿命,为7000~10000 h,整机的机上寿命达到15000~20 000 h,也相当使用10年左右。
航空涡轮发动机已经发展得相当成熟,为各种航空器的发展作出了重要贡献,其中包M3一级的战斗/侦察机,具有超声速巡航、隐身、短距起落和超机动能力的战斗机、亚声速垂直起落战斗机、满足180min 双发干线客机延长航程(ETOPS)要求的宽体客机、有效载重大20t的巨型直升机和速度超过600km/h的倾转旋翼机。还为各种航空改型轻型地面燃气轮机打下基础。
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