航空活塞發動機的案例
被低估了的車企：宗申造的不只有摩托，還有航空發動機，意不意外？
殊不知，現在的宗申已經造出了航空發動機，并且還是全球最大的水上飛機運營商。從造摩托芯到造飛機芯的巨大轉變，多少還是有點兒讓人感到意外和驚喜。
2020年3月25日，宗申制造的C115航空活塞發動機獲得德國“DULV超輕型適航認證”證書！該證書的獲得，標志著C115發動機具備可適用于歐洲各類旋翼、固定翼輕型運動類飛行器的條件，獲得了進入歐洲航空器市場的“通行證”。
其實，早在2016年5月10日，軍用“彩虹”3無人機搭載的C115型航空活塞發動機，在重慶大足（西南某機場）進行了飛行試驗，試飛高度達到海拔6000米。而這顆動力心臟的研制著確是中國的一家摩托車制造商宗申動力。
“彩虹”3無人機
試飛后，經過航空動力專家評審，C115型航空活塞發動機起飛、爬升、巡航及冷卻等性能均符合“彩虹3”無人機使用要求。這意味著國產大型無人機可以裝上“中國芯”飛上藍天，其意義不言而喻。
2017年6月23日，河南三和航空工業有限公司搭載宗申動力C115型航空活塞發動機的“太陽之鷹”自轉旋翼機首飛成功，標志著國產航空發動機在通航產業的實用化進程邁入了一個新階段。在此之前，三和航空生產的自轉旋翼機及大型無人機均采用奧地利Rotax公司的進口發動機。
C115活塞發動機，僅從其緊湊、干練的外觀，就能感受到它與摩托車、通用機械發動機的不同，其附加價值，更是比摩托車、通用機械發動機高出一大截。
事實上，國內九成以上的航空活塞發動機市場被美國大陸、美國萊康明以及奧地利Rotax等國外品牌占據，國產航空活塞發動機發展滯后嚴重制約著我國無人機和通航產業的發展。宗申動力研制的一系列航空活塞發動機，在很大程度上填補了我國在大馬力段航空活塞發動機領域的空白。
展開 無人機的(重油)活塞發動機
更加典型的，是捕食者A采用的78.3kW的Rotax914型4缸4沖程渦輪一級增壓活塞發動機，升限7925米。該發動機采用自然吸氣時，在海拔3000m 時，其功率下降30%，4500米時下降40%，9000米時下降65%。而采用一級增壓之后在海拔4500m 時，功率依然能達到平原的90%左右。
第三：高能點火技術
活塞發動機的點火方式有點燃式(火花塞跳火)和壓燃式(靠壓縮行程將混合氣壓縮到燃點，使其自動著火)。汽油機采用火花塞方式的比較多。至于重油機，重油燃點比汽油高，因此火花塞點火需要很高的能量，某型號研究燃油消耗率要高于壓燃式20%左右。
因此重油機的點火方式更適合采用壓燃式，這就需要較高的壓縮比才能壓燃重油。
對于點燃式的汽油機，為了保證發動機在各種工況和條件下可靠安全的點火，點火系統必須在發動機不同海拔不同工況下都能提供可靠而準確的點火花，目前航空發動機采用的先進點火技術主要有高能點火和雙火花塞快速燃燒技術。
高能點火系統的工作可靠性以及成本問題沒有得到有效解決，航空發動機應用較少。而航空發動機應用雙火花塞點火系統已有將近四十年的歷史，其中，ROTAX 系列高空汽油機是應用雙火花塞點火技術成功的典范。
第四、輕量化航空重油活塞發動機的可靠性
航空活塞發動機體積小，對氣動設計有利;重量輕，對提高功重比有利，這是它成為通用航空領域小型飛行器動力的重要優勢因素。但是航空活塞發動機的燃料從航空汽油換成重油之后，再經過上述一、二亮點的優化設計，各種部件、附件增加，發動機的體積和重量有所增加，反過來弱化了活塞機的優勢。
既要降低重量和體積，又要保證在重油粗暴工作方式下發動機的運行正常，對于長航時無人機還要有充分的可靠性和耐久性。
展開 航瑞動力“云雀”發動機完成首輪高原試驗
歷經20多天，安徽航瑞航空動力裝備有限公司“云雀”發動機在昆侖山口等地，開展了外場帶槳高原試驗。在高海拔、低溫環境下，對發動機的高海拔動力性能、低溫冷起動性能、整機熱管理性能等各項指標進行了專項測試。
“云雀”高原帶槳試驗
“云雀”發動機設計之初即確立了以高功重比、低油耗、長航時、環境適應性強等為目標重點，以“國際領先，國內一流”，引領航空活塞發動機先進技術水平為目標的開發思路。作為國內首款完全自主研發的四沖程對置航空重油發動機，“云雀”在多方面取得了實質性突破：
① 全機液冷、干式潤滑系統；
② 重油壓燃，兼容多種燃料——重柴油、輕柴油、航空煤油(RP-3/RP-5)；
③ 雙冗余FADEC系統，具備實時發動機健康管理功能；
④ 從結構設計、新材料、新工藝應用方面進行輕量化設計開發，獲得極高的功重比。
航瑞公司投入大量人力物力探索和驗證航空活塞發動機在高原環境下的性能表現，并將高原試驗常態化，在更貼近客戶應用環境的高海拔的區域進行更充分的驗證，也將為終端客戶的動力匹配和應用提供第一手的試驗數據。
“云雀”發動機的成功開發，從根本上解決目前航空活塞動力應用在重油、高功重比、高原性能等方面的難點和痛點，突破了航空活塞發動機的應用瓶頸，標志著航瑞公司在航空活塞發動機領域取得了可喜的進步。這款開發成熟的發動機很快在多個機型上進行更多的掛飛試驗項目。以“云雀”等發動機為切入點，航瑞公司將為廣大客戶帶來更多的動力選擇和良好的動力體驗。
展開 美國研制新型轉子重油活塞發動機，海陸空通吃
航空重油發動機指燃用餾分在航空煤油到重柴油之間的任意混合物的航空活塞發動機，其低油耗、高功重比以及燃料易獲得性和運輸安全性，得到世界上發達國家的關注，是下一代通航活塞動力的解決方案之一。目前，世界發達國家的重油發動機已經投入使用，正在進行下一代重油發動機的研制，進一步提高安全性、經濟性水平。
一、美國液體活塞公司開發新型轉子重油活塞發動機——“X發動機”
在DARPA的支持下，美國創業公司液體活塞公司（LiquidPiston）正在測試一種新型轉子發動機——“X發動機”，該公司表示該發動機將比傳統柴油機發動機輕小10倍，而燃油效率是燃氣渦輪發動機的兩倍。
液體活塞公司自2004年以來一直致力于該發動機的研制，現正在進行其第五代發動機的研制工作?！癤發動機”已經驗證了在轉子活塞發動機中的最高壓比，這家位于康涅狄格州布龍菲爾德的公司已經獲得了DARPA提供的資金，建造和測試一個30千瓦(40馬力)壓燃發動機的核心——“X4”，該發動機具有應用于飛機的潛力。
DARPA項目經理馬克·古斯塔夫森（Mark Gustafson）表示：“DARPA認為，這里存在發展出一個高效，緊湊，輕重量重油發動機系列的可能性。如果這個項目完全成功，將提供概念證明，證明我們具有挑戰性的目標是可實現的，并為可用于地面、空中和海上的潛在新能力鋪平道路?！?最初瞄準無人機，以及地面動力，液體活塞公司的X4是一個40馬力（30千瓦）、四沖程重油"逆轉子"引擎。
展開 
活塞式無人機發動機高空性能模擬試驗研究
本文基于內燃機高海拔（低氣壓）模擬試驗臺[5-6]，對無人機發動機高空運行時的冷卻環境進一步模擬，搭建了活塞式無人機發動機高空性能模擬試驗臺，進行了0-7000m海拔下的發動機性能試驗，分析了海拔高度變化對活塞式無人機發動機的動力性、經濟性影響規律。
1 試驗系統
性能試驗在活塞式無人機發動機高空性能模擬試驗臺上進行，試驗系統組成如圖1所示。試驗臺由進排氣低壓模擬系統、高空冷卻環境模擬系統、發動機狀態監測系統以及發動機控制系統等組成，可實現模擬0-7000m海拔下活塞式發動機進排氣壓力模擬、高空冷卻環境模擬，并能夠監測發動機動力性、經濟性以及熱負荷性能參數。
試驗用無人機發動機為Rotax-914對置活塞式汽油機，主要技術參數見表1。
表1 Rotax-914汽油機技術參數
試驗中航空發動機的高空進排氣模擬采用進排氣低氣壓模擬系統來完成，該系統通過進氣節流和排氣抽真空的方式，實現汽油機高空條件下的進排氣壓力模擬。圖2為進排氣低壓模擬系統實物圖。
活塞式航空發動機對工作環境，尤其是對冷卻液溫度、進排氣溫度等參數具有較為嚴格的要求，表2為對置活塞汽油機工作狀態監測系統實時監控的參數及監控儀器，共有溫度參數監測點6個、壓力參數監測點3個、流量參數監測點3個。（表2）
2 高空環境對發動機動力性、經濟性影響結果分析
隨著海拔升高，空氣密度降低，活塞式航空發動機缸內進氣量減少，缸內燃燒質量惡化，直接影響發動機的動力性和經濟性。
由圖3、圖4可以看出，隨著海拔升高，活塞式航空發動機的動力性變化規律呈現以下特點。
展開 國內外微小型航空發動機發展現狀及趨勢
在國內微小型航空發動機研制單位中，比較突出的研究單位有：中國科學院工程熱物理研究所、中航工業航空動力機械研究所（608所）、中國航天科工集團第三研究院第三十一所、中國燃氣渦輪研究院等。
國內外主要技術差距分析
1、國無人機發展仍然受制于動力
從整體上來講，我國航空發動機工業還比較薄弱，具體表現在產品性能指標偏低，并且產品系列不夠完善，還有許多空白，因此無法為型號的發展提供比較充足的動力支持和儲備，這樣就造成許多型號依賴國外發動機，或者性能受到限制，因此對于我國來說，不僅僅是無人機，整個航空工業能否進一步發展，在很大程度上取決于我們的航空發動機是否跟上前進的步伐。值得一提的是，我國航空發動機工業也在不斷進步，目前，我國完成了用于無人機的渦輪增壓型活塞發動機的研制，提高了國產無人機的高原性能，初步解決了國產無人機的動力問題，國產400KW/620馬力渦槳發動機的研制也取得進展，可以為我國輕型運輸機和大型無人機提供動力支持。
在2014年無人機展會上，我國公開展出了CH-4大型無人機，它是繼翼龍、AH-3之后我國又一種偵察/打擊型無人機。
不過翼龍的發動機來自奧地利的ROTAX914活塞發動機，它水平對置4缸廢氣增壓發動機，1.2L排量，110馬力輸出，重量64公斤，需要指出的是美國MQ-1捕食者無人機配備的也是這型發動機，這也是翼龍能夠在戰術技術能夠與MQ-1相抗衡的關鍵，目前國內能夠提供的航空活塞發動機與ROTAX914還是有一定的差距，從珠海航展來看，我國的HS-133活塞發動機，它的功率只有82 馬力，重量卻有80公斤，因此配備翼龍無人機就會明顯的降低它的性能。
展開 航空發動機槳發匹配試驗仿真技術概述
導讀：一款成熟的活塞式航空發動機，如果要在飛行包線內發揮最優的動力輸出性能，還需要匹配的螺旋槳。除了發動機的功率輸出特性，還需要了解螺旋槳的功率吸收特性，并以發動機的外特性曲線和螺旋槳的推進特性曲線為基礎，得出該活塞發動機匹配螺旋槳的最佳方法。了解槳發匹配相關的試驗與仿真技術，有助于槳發匹配的研究與推進。
航空螺旋槳匹配試驗技術
螺旋槳在設計完成后，需要進行螺旋槳的性能試驗及槳發匹配試驗。通過螺旋槳性能試驗，可以得到螺旋槳在不同轉速下的拉力、扭矩及功率等數據，初步了解螺旋槳的特性。通過槳發匹配試驗可以評估螺旋槳與發動機整體的性能，實現動力的最優匹配。
螺旋槳性能試驗的動力驅動裝置可以是發動機，也可以是電機，控制螺旋槳的轉速，通過拉壓傳感器和扭矩傳感器測出每個轉速下螺旋槳的拉力和扭矩。
螺旋槳與發動機動力匹配試驗，是將螺旋槳安裝在所要匹配的發動機上，在地面靜態、高空臺或者風洞中來測得螺旋槳的性能數據。槳發匹配的目標是使螺旋槳在飛機常用工況下發揮最大槳效，巡航時需考慮低油耗性。如定距槳的匹配，需考慮槳的工作環境是高空還是低空，主要用于起飛爬升狀態還是巡航狀態，以避免螺旋槳在常用工況下過重或過輕。用于高空作業的螺旋槳，在沒有高空臺及風洞試驗條件下，需要根據螺旋槳功率系數、推力系數、進距比、效率等氣動特性數據來進行相應的高度和速度下的匹配計算。
展開 航空科普：大有可為-航空發動機葉輪機械CFD仿真技術
典型的航空燃氣渦輪發動機的結構圖（圖片來自網絡）
當發動機工作時，空氣連續不斷地被吸入壓氣機，并在其中進行壓縮增壓后，進入燃燒室中噴油燃燒成為高溫高壓的燃氣，隨后再進入渦輪中膨脹做功，該膨脹功一部分通過傳動軸傳給壓氣機，用來壓縮吸入燃氣渦輪發動機的空氣，另一部分則對外輸出，產生反作用推力，從而為發動機提供動力。如此看來，葉輪機械可以說是航空發動機動力提供者中的扛把子了，其設計自然也是重中之重。
葉輪機械CFD仿真的前世今生
航空發動機內部流動有多復雜？簡單說，就是存在三維流動、激波、邊界層、二次流、轉捩、失速、喘振和轉靜干涉……看得人心好累！正是因為航空發動機內部流動如此復雜，所以早期的研制過程要經歷研究-設計-試驗-修改設計-再試驗的多次迭代過程。對于一臺新型發動機而言，一般需要100000小時的零部件試驗、40000小時的附件試驗和10000h的整機試驗，這么多試驗、這么長時間，再加上巨額的研制經費（全新研制的大推力發動機GE90研制經費30億美元），你說你是不是要肝兒顫了（耗時耗力耗錢，咋辦？）。但是同學不要急，科技在發展，時代在進步，隨著計算機技術的飛速發展，航空發動機的研制過程也要跟隨時代的步伐，不能out了，那是啥？那就是CFD（Computational Fluid Dynamics）仿真技術。
展開 基于Simsolid的發動機活塞結構分析
基本完成整個活塞的模態和強度分析，只需要5分鐘！如果在abaqus，前處理都要超過這個時間了，可見Simsolid的高效。
但還有很多功能還不夠完善，比如對非線性求解類型支持的還不夠多。相信隨著軟件開發的繼續，Simsolid一定會越來越強大的。
用SolidWorks設計的圓形活塞發動機機構
總裝配體
14.新建裝配體，插入殼體子裝配體和活塞。
15.復制一個活塞，添加配合。
16.插入曲軸子裝配體。
17.把曲軸子裝配體設置為柔性。
18.把兩個連桿配合到活塞上。
19.裝配體完成，用鼠標拖動就可以運動了。
20.也可以在運動算例添加一個馬達。
21.播放。
22.完成。
發動機活塞穿孔?原因竟然是因為...
之前有卡友說他的天龍出現了發動機活塞穿孔的現象。很多人都知道，現在的發動機強化程度很高，做功時候的較大壓力，讓鋁活塞已經不能再承受。所以現在天龍搭載的雷諾發動機已經采用了鋼頂鋁裙的鉸接式活塞，來解決這個問題，但是它的鋼頂活塞依然穿孔了，到底是什么原因呢？
從照片來看，第5缸活塞的鋼頂部分出現了一個開口，活塞表面布滿積碳。最初懷疑是它的油嘴可能有尿油現象，造成活塞頂部溫度過高穿孔。將6個噴油器送檢，結果顯示全部為工作良好狀態，這就說明不是該車本身的原因造成的故障，故障的原因來自人為。
既然不是噴油器的原因造成的，也排除了活塞的質量原因，這個故障就顯得比較典型了。詢問得知該車是長期在四川-云南的路線上運行，這條路線山大坡陡，發動機負荷較大，但這還不足以引起鋼頂活塞出現穿孔。
根據故障現象分析，該車駕駛員在爬坡過程中，長期讓發動機處于高檔位低轉速的狀態，也就是我們俗稱的拖擋行駛。我們都知道當車輛處于拖擋狀態下，發動機就會產生過負荷的現象，一次兩次無所謂，但在長時間的過負荷狀態下，鋼頂活塞也會不堪重負最終出現穿孔。正是因為如此，車主為這次故障付出了慘痛的代價，不但耽誤了生意，還得付出一大筆車輛維修的費用。
這個案例告訴我們，水滴石穿，一些長期的錯誤操作積少成多，最終也會造成車輛的故障，只有正確使用才能使我們的卡車少出或者不出問題，才能為我們創造更好的效益。
展開 
航空發動機是怎么分類的？為什么戰斗機發動機不好造？
（渦輪還有其他作用，但我們今天只講主要矛盾）
從游泳說到航空發動機。
游泳大家都游過，
但是游泳跟航空發動機有什么關系呢？
我想問，大家有沒有一種在水里游泳“使不上勁”的感覺？
簡單說，你拿手拼命劃拉水，但是水都從指縫之間溜走了，
所以才會覺得使不上勁。
那么怎么辦呢？
很簡單，用腳蹼。
穿上腳蹼游泳更“得勁”
穿上之后立馬游泳速度唰唰地。
這是為什么呢？
原因是這樣的：
你拍打四肢，
把水往后推，獲得一個向前的力，
如果你穿上腳蹼，腳蹼大，可以帶動更多的水，
因為你能把更多的水往后推，所以會獲得更大的向前的力，
航空發動機也是一樣，
渦輪驅動發動機轉動，
發動機轉動把空氣往后推，
只有把更多的空氣往后推，航空發動機才更容易向前進。
你穿上腳蹼之后游泳更省力；
航空發動機穿上“腳蹼”之后飛行更省油。
所以游泳和航空發動機的原理有相通的地方。
航空發動機也要穿腳蹼，而且穿的腳蹼越大，越省油。
有的發動機不戴腳蹼，
就是小胳膊瞎劃拉，
好好的燃氣都直接噴出去了，
所以費油的不行，
我們叫這種發動機“渦噴發動機”
命名規則：渦輪+噴氣->渦噴。
有的發動機穿上了小腳蹼——“風扇”，
就跟我們平時用的電風扇差不多的東西，
航空發動機上的“風扇”
發動機的分解圖，藍色部分展示的是渦輪驅動風扇轉
渦輪跟風扇連在一起，燃氣吹動渦輪帶著風扇轉動。
風扇不大，攪動的空氣不多，所以一般省油，
我們叫渦輪帶動風扇轉動的發動機“渦扇發動機”，
命名規則：渦輪+風扇->渦扇。
展開 往復活塞式發動機的高周疲勞步奏
往復活塞式發動機的高周疲勞步奏
往復活塞式發動機的高周疲勞步奏.pdf
航空發動機是怎么分類的？為什么戰斗機發動機不好造？
（渦輪還有其他作用，但我們今天只講主要矛盾）
從游泳說到航空發動機。
游泳大家都游過，
但是游泳跟航空發動機有什么關系呢？
我想問，大家有沒有一種在水里游泳“使不上勁”的感覺？
簡單說，你拿手拼命劃拉水，但是水都從指縫之間溜走了，
所以才會覺得使不上勁。
那么怎么辦呢？
很簡單，用腳蹼。
穿上腳蹼游泳更“得勁”
穿上之后立馬游泳速度唰唰地。
這是為什么呢？
原因是這樣的：
你拍打四肢，
把水往后推，獲得一個向前的力，
如果你穿上腳蹼，腳蹼大，可以帶動更多的水，
因為你能把更多的水往后推，所以會獲得更大的向前的力，
航空發動機也是一樣，
渦輪驅動發動機轉動，
發動機轉動把空氣往后推，
只有把更多的空氣往后推，航空發動機才更容易向前進。
你穿上腳蹼之后游泳更省力；
航空發動機穿上“腳蹼”之后飛行更省油。
所以游泳和航空發動機的原理有相通的地方。
航空發動機也要穿腳蹼，而且穿的腳蹼越大，越省油。
有的發動機不戴腳蹼，
就是小胳膊瞎劃拉，
好好的燃氣都直接噴出去了，
所以費油的不行，
我們叫這種發動機“渦噴發動機”
命名規則：渦輪+噴氣->渦噴。
有的發動機穿上了小腳蹼——“風扇”，
就跟我們平時用的電風扇差不多的東西，
航空發動機上的“風扇”
發動機的分解圖，藍色部分展示的是渦輪驅動風扇轉
渦輪跟風扇連在一起，燃氣吹動渦輪帶著風扇轉動。
風扇不大，攪動的空氣不多，所以一般省油，
我們叫渦輪帶動風扇轉動的發動機“渦扇發動機”，
命名規則：渦輪+風扇->渦扇。
展開 三缸發動機活塞運動受力分析（轉載）
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p>在往復活塞式發動機中，連桿將旋轉運動轉換為往復運動。連桿始終處于高應力狀態，負載隨著發動機轉速的提高而增加。通常來說，發動機中有一個零件故障就需要更換整個發動機。因此，發動機所有零件的設計都至關重要，以使它們在發動機運行壽命期間不會發生故障。連桿是其中的關鍵部件，需從疲勞角度進行分析。使用 Basquin 高周疲勞準則預測疲勞壽命。</p><p>本例基于comsol“多體動力學模塊”中的“三缸往復式發動機”模型，其中發動機的關鍵部件被模擬為柔性體，其余部件被模擬為剛體。各部件通過不同類型的關節進行連接。該技術顯著減小了模型尺寸，同時保持了裝配中的力平衡。
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