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无人机装上涡轮增压:不仅是简单的“推背感

2016-11-24 16:57:36       来源:科技日报

神舟十一号“回家”,无人机首次介入搜救任务。我国自主研发的首款高空涡轮增压活塞发动机,为无人机首次参与载人飞船返回空中搜救提供了全新的强劲动力,总体技术达到国际先进水平。

神舟十一号载人飞船返回时,直播画面中出现了与以往不同的一幕——通过无人机上的“上帝视角”,人们更全方位地观察到了返回搜救过程。没错,在此次搜寻过程中,无人机率先抵达搜寻区域,传回了目标画面。

▲图为中国航天科工三院31所研发的涡轮增压动力系统在旋翼机上进行高原起降验证试验。该系统能够实现高原条件下快速起飞并打破国内旋翼机飞行高度纪录

记者从中国航天科工三院31所了解到,该所自主研发的国内首款高空涡轮增压活塞发动机,为无人机首次参与载人飞船返回空中搜救提供了全新的强劲动力。其填补了我国高空长航时无人机涡轮增压动力系统的空白,总体技术达到国际先进水平。

“老古董”依然活跃在航空舞台

目前,用做航空动力的主要是活塞式发动机和涡轮发动机两大类型。

活塞式发动机的工作原理是,利用活塞的往复式运动产生动力,驱动螺旋桨旋转,从而使飞机前进。该发动机制造成本较低,推动了航空事业的快速发展。从1903年莱特兄弟发明世界上第一架飞机开始,直至第二次世界大战结束,几乎所有的飞机都采用活塞式发动机。但由于这种发动机自身原理带来的局限性,飞机的飞行速度始终无法突破音速,最大时速一直没超过800公里。

▲图为涡轮增压动力系统在滑翔机上进行升限验证试验

从第二次世界大战后期开始,涡轮发动机诞生。这种发动机利用燃油燃烧的高温燃气驱动涡轮做旋转运动,既可以用涡轮旋转产生的动力驱动螺旋桨,也可以用排出的高速气流直接推动飞机前进。涡轮发动机使航空事业进入了喷气时代,大部分军用飞机都从活塞式发动机换装了涡轮发动机,飞行速度突破数倍音速。

尽管如此,作为老古董的活塞式发动机并没有退出历史舞台。涡轮发动机虽然速度快,却是真正的“油老虎”。与之相比,燃油消耗率低为活塞式发动机带来了无可比拟的优势,决定着它能拥有更长的续航时间。这一绝活,使得活塞式发动机依然活跃,速度不需要太快但需要一定经济性的飞机,例如通航飞机,依然大量使用活塞式发动机为动力。近年来,随着无人机的发展和应用,成本低廉、燃油消耗低的活塞式发动机已成为无人机的主要动力形式。特别是对于执行特殊任务的长航时无人机,几乎全部采用活塞式发动机为动力。据统计,以涡轮喷气发动机为动力的无人机,续航时间一般为数小时;而相同油量下以活塞发动机为动力的无人机,可以持续飞行数十小时。

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