Desert Aircraft · США
Desert Aircraft DA-215
Справочник
Поршневой двигатель на БПЛА: топливо, ресурс и вибрация
Двигатель внутреннего сгорания даёт часы вместо минут. И вибрацию, которой у электрического нет вовсе.
Зачем вообще двигатель
Килограмм бензина несёт около 12 кВт·ч энергии, килограмм литиевых ячеек — 0,2–0,3 кВт·ч: разница в 40–60 раз. Даже при КПД малого двигателя около 20 % против 80–90 % у электропривода это даёт кратно большую продолжительность полёта.
Поэтому ДВС применяют там, где нужны часы в воздухе и заметная полезная нагрузка: патрулирование, картография больших площадей, ретрансляция.
Плата — вибрация, шум, обслуживание, пожароопасность и заметно более сложный запуск. Аппарат с ДВС требует регламента, а не только зарядки.
| Признак | Двухтактный | Четырёхтактный |
|---|---|---|
| Мощность на массу | выше | ниже |
| Расход топлива | выше | ниже |
| Смазка | в топливной смеси | отдельная система |
| Ресурс до переборки | меньше | больше |
| Обслуживание | проще | сложнее |
Вибрация — главная техническая проблема
Одноцилиндровый двигатель даёт мощный периодический импульс; спокойнее оппозитные двухцилиндровые, где поршни движутся навстречу и уравновешивают друг друга. Он проходит через раму в инерциальный блок, и полётный контроллер получает шум на частоте оборотов и её гармониках.
Цифровые фильтры давят этот шум, но каждый фильтр добавляет задержку в контур управления. Поэтому борьбу начинают с механики: виброразвязка двигателя, балансировка винта, жёсткая рама без резонансов в рабочем диапазоне.
Инерциальный блок ставят на отдельной развязке с собственной частотой заметно ниже рабочих оборотов двигателя. Развязка, попавшая в резонанс, усиливает вибрацию, а не гасит её.
Топливо и зажигание
Бензиновые двигатели с искровым зажиганием работают на доступном топливе и не требуют специальных смесей, но нуждаются в электропитании системы зажигания.
Калильные двигатели на метаноле проще по системе зажигания, но топливо специфично, а расход выше.
Тяжёлое топливо (керосин, дизель) применяют там, где важна единая номенклатура топлива с остальной техникой; такие двигатели дороже и тяжелее.
Ресурс и регламент
Ресурс указывают в моточасах до переборки. Реальная цифра сильно зависит от режима: длительная работа на максимальных оборотах сокращает её кратно.
Регламент включает замену свечи, чистку фильтра, проверку затяжки после первых часов работы и контроль компрессии. Без журнала моточасов ресурс не отслеживается.
Отдельно предусматривают надёжное глушение по команде и при потере связи: остановленный двигатель — часть системы безопасности, и на неё завязано раскрытие парашюта.
Расход топлива: считать по удельному расходу
Расход считают по удельному расходу топлива — граммам на киловатт-час — и мощности, которую двигатель реально отдаёт в крейсерском полёте. Обычно это половина номинала или меньше.
Пример: Foxtech EP-10 с номиналом 10,5 кВт и удельным расходом 450 г/(кВт·ч). На крейсерских 5 кВт он сжигает около 2,25 кг топлива в час — примерно три литра бензина.
Удельный расход 450 г/(кВт·ч) соответствует КПД около 19 %: в килограмме топлива 43 МДж, а киловатт-час — 3,6 МДж. Лёгкие двигатели для авиамоделей вроде Desert Aircraft в 2,5–3 раза легче на киловатт, но у них нет стартер-генератора, а удельного расхода нет в паспорте.
| Двигатель из каталога | Объём | Мощность | Масса по паспорту | Удельный расход |
|---|---|---|---|---|
| Foxtech EP-4 | 68 см³ | 4,1 кВт | 2,6 кг, блок двигателя | 503 г/(кВт·ч) |
| Foxtech EP-10 | 183 см³ | 10,5 кВт | 7,7 кг со стартер-генератором | 450 г/(кВт·ч) |
| Foxtech EP-20 | 312 см³ | 18,4 кВт | 13,7 кг со стартер-генератором | 420 г/(кВт·ч) |
| Foxtech EP-20G, бензин | 312 см³ | 18,4 кВт | 13,5 кг со стартер-генератором | 450 г/(кВт·ч) |
| Desert Aircraft DA-120 | 121 см³ | 8,72 кВт | 2,25 кг | — |
Зажигание как источник помех
Каждая искра излучает широкополосный импульс, и его слышат приёмник управления, GNSS-приёмник и видеолиния. На аппарате с ДВС это частая причина просевшей дальности управления и потери спутников.
Помогают свечи с резистором и экранированные колпачки, короткие высоковольтные провода, отдельное питание зажигания и разнос: блок зажигания — подальше от приёмников, GNSS-антенна — на противоположном конце фюзеляжа.
Проверяют на земле: включают всю электронику, запускают двигатель и сравнивают число спутников и уровень сигнала управления с тем, что было при заглушённом.
Поршневые двигатели в каталоге
Позиции каталога, к которым относится всё сказанное выше.
Desert Aircraft · США
Desert Aircraft DA-100I
Поршневой двигатель Desert Aircraft DA-100I, 100 см³, 10,1 л.с.
Desert Aircraft · США
Desert Aircraft DA-50
Поршневой двигатель Desert Aircraft DA-50, 50 см³, 4,95 л.с.
Desert Aircraft · США
Desert Aircraft DA-60
Поршневой двигатель Desert Aircraft DA-60, 60,5 см³, 6,53 л.с.
Desert Aircraft · США
Desert Aircraft DA-70
Поршневой двигатель Desert Aircraft DA-70, 70 см³, 6,96 л.с.
Desert Aircraft · США
Desert Aircraft DA-85
Поршневой двигатель Desert Aircraft DA-85, 85,9 см³, 8,52 л.с.
Desert Aircraft · США
Desert Aircraft DA-100L
Поршневой двигатель Desert Aircraft DA-100L, 100 см³, 9,8 л.с.
Разделы каталога по теме
Рядом по теме
- Гибридная силовая установка: когда она выгоднее батареиГибрид не даёт большей мощности. Он даёт большую продолжительность при той же мощности.
- Парашютная система для БПЛА: как считают площадь и высоту срабатыванияПарашют подбирают не по массе аппарата, а по допустимой скорости приземления — и по высоте, на которой он успеет наполниться.
- Балансировка винта и вибрация в логах полётного контроллераУзкий пик на частоте оборотов в спектре гироскопа — это не настройка фильтров. Это дисбаланс.
- Инерциальный модуль (IMU): выбор, виброразвязка и монтажХороший датчик на плохой развязке проигрывает среднему на правильной.