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淺談中國彩虹無人機的重油活塞發動機 中國篇(中)

發布日期:2016-12-08 10:32:56     來源:江淮機電網      編輯:王杰

  原標題:誰言老干曾疏落,且看新枝再弄春(四)
  ——淺談中國彩虹無人機的重油活塞發動機 中國篇(中)


《淺談中國無人機的(重油)活塞發動機 中國篇(上)》中說到,重油航空活塞發動機未來或將成為通用航空小型飛行器和軍用中低空無人機的主要動力。而中國自研航空活塞(特別是重油)發動機的歷史非常單薄,積累貧弱,短時間突破技術和生產瓶頸存在很大困難。因此,自主研發之外,引進和吸收國外先進技術,該出手時就出手,成為中國發展航空(重油)活塞發動機自主研發之外的另一條發展戰略。


為此,中國航空工業精心籌劃的一系列資本+技術布局,從2010年代后開始運作了:
  

第一次出手:西銳設計公司
  

2011年,中航通飛率先出手,收購了全球第二大通用飛機制造企業,美國西銳設計公司(Cirrus Design)。資料顯示,活塞發動機飛機的四大制造商包括:賽斯納(Cessna)、西銳(Cirrus)、鉆石(Diamond),和派珀(Piper)(見下圖1)。西銳以24%的市場份額,成為僅次于美國賽斯納飛機公司(市場份額27%)的全球第二大通用飛機制造企業,成立于1984年,目前其產品已經發展到第五代單發活塞式飛機SR22系列,連續五年在同級別機型中銷量最大。中國通飛出手不凡,首先從飛機設計高端切入了世界通用航空產業鏈。


  圖1:四大活塞動力飛機生產商市場份額(中國民用航空網)


  隨后,在動力產品方面,中國航空技術國際控股有限公司(以下成為“中航國際”)接連兩次出手,既快又穩。


  第二次出手:大陸發動機公司


  2011年4月收購美國大陸發動機公司(Continental Motors Group,簡稱CMG)。該公司1929年就開始提供航空動力產品。CMG所生產的A-70型活塞式航空發動機曾成功取得了環球飛行不加油的良好成績,并一舉奠定了在活塞式航空發動機在世界市場上的開創地位。此外,CMG還是第一個引入氣缸水平對置布局,并擁有世界上最先進的全權限數字電子控制(FADEC)系統和服務體系。CMG的航煤發動機在先進技術領域擁有領導地位,其壓燃式航煤發動機領域作具有獨特優勢。在航汽發動機方面也有非常獨到的建樹。2012年,大陸發動機公司與萊康明(Lycoming)公司一起,市場份額達到世界活塞發動機市場份額的80%(原文如此)。



  表1:世界暢銷的部分通用航空飛機機型-發動機機型-馬力對照表(中國民用航空網)注:*為重油機使用jet A等航空煤油/柴油類燃料


  以下是大陸發動機公司的部分產品介紹圖。


    圖2:CD-200型航煤發動機


    圖3:CD-500型航汽發動機(功率375hp)裝備比奇Bonanza和塞斯納Cessna飛機


  第三次出手:蒂勒特航空發動機公司


  2013年7月22日,中航國際經過兩年的談判和準備,在德國德累斯頓,完成了對蒂勒特航空發動機公司(Thielert Aircraft Engines)資產收購交割,并獲得了中國政府和德國政府的批準。


  總部位于漢堡的蒂勒特公司,是世界頂尖的活塞發動機生產廠商之一。(見以下表2)。


  

表2:世界主要活塞發動機公司


  蒂勒特公司擁有全球領先的以航空煤油為燃料的活塞發動機技術和產品,如百夫長Centurion系列活塞發動機。這是功率99kW-257 kW的四沖程活塞發動機,是世界上最先進的無人機重油活塞發動機產品之一。其主要適配機型包括著名的“塞斯納”改進型輕型飛機,以及美軍MQ-1C“灰鷹”無人機等。


  圖4:Centurion 1.7活塞發動機((功率99kW/135hp)


  中航國際的這兩次收購,是針對航空汽油和航空重油(煤油)發動機為主的領軍廠商,兩家公司的系列產品,滿足不同客戶和不同動力的需要,有很好的互補作用。官方說,至此,中航國際已經成為“全球唯一擁有全系列航空汽油活塞發動機和全系列航空煤油活塞發動機的供應商”,同時兼有活塞機動力的通用飛機供應能力,具備了滿足通航市場核心產業鏈多樣化需求的能力。


  “全球唯一”這話呢,兵器迷個人覺得說得有點……因為擁有貝爾直升機公司和貝爾航太的美國德事隆集團(Textron),也有與中國類似的活塞機產業布局。即在活塞動力飛機方面,德事龍收購了世界排名第一的塞斯納飛機公司Cessna(對比中方的西銳設計Cirrus Design);在活塞發動機方面,德事龍收購了萊康明發動機公司(Lycomming)(對比中方的大陸發動機公司和蒂勒特公司)。萊康明的汽油機沒說的,煤油機如Lycoming IO-320也不差的。


  有趣的是,第二次收購的蒂勒特資產,已全部注入新成立的由中航國際全資控股的德國天發公司TMG(蒂勒特的原有發動機品牌Centurion將繼續作為產品名稱使用)。而這個德國天發公司,又將由中航國際第一次收購的美國大陸發動機公司進行一體化運營管理。也許中航國際希望這兩家被收購的公司,能夠在產品研發和市場布局上相互融合發展。在蒂勒特收購儀式上,美國大陸發動機公司總裁羅懷德說,“中航國際在對大陸發動機公司收購后制定了良好的發展策略和遠景目標,兩年來中方和美方合作良好”。資本運營的道道,大家對此各自解讀吧。


  伴隨著國內無人機產業的風起云涌和國際上的這幾次資本并購,國內多家單位也加速布局研發60-130hp的二沖程或四沖程活塞發動機技術。中國航空活塞重油發動機的技術研究工作,終于開始露出曙光。


  汽油改裝重油技術:


  2013年,南京航空航天大學在某國防預研項目的支持下,對蒂勒特Thielert公司的2沖程汽油機進行重油改裝,利用煤油為燃料,采用點燃式進行實驗,在煤油噴射油膜補償和電話提前角方面取得了一定的研究成果。但是點燃式的燃油效率低,經濟性能不佳。


  重油發動機的輕量化技術:2013年,山河智能裝備股份有限公司與美國Deltahawk公司合作,采用國外先進的工藝技術和材料減輕發動機的重量和縮小外形尺寸,力圖在發動機輕量化和提高可靠性上有所突破。


  重油霧化和電噴技術:


  2012年,清華大學為了使電噴系統能夠滿足航空發動機不同工況下對供油量的需求,開發了適用于壓燃式活塞航空發動機的電控單元,試驗表明,高壓燃油噴射電控單元能夠滿足發動機在各種工況下的使用需求。


  2014年,北航提出了MFVI(Multiple Fixed-Volume Injection)小尺度微量多次噴射系統。這是一種微量低壓定容多次噴射系統結構。噴油器每次吸入的燃油體積是一定的,燃油量調節通過噴射次數的多少來實現。該系統的特點是結構非常簡單,屬于微型電磁柱塞泵,元件數目非常少,只有一個;而且系統連接布置簡單,不需要回油路;驅動方式和控制調節非常簡單,不需要傳統燃油噴射系統的復雜壓力調節控制;系統功耗低,屬于脈沖驅動工作方式而不是持續工作方式;體積重量小,容易集成,可以實現發動機控制系統的更高集成度;可直接實現重油霧化,實現無輔助預熱裝置的可靠起動。


  渦輪增壓技術:


  2011年,西北工業大學某研究所針對活塞式航空發動機提出的一種可調二級增壓系統結構。在二級增壓系統中,高低壓級增壓器串聯連接,在發動機的整個運行海拔和工況范圍內,兩級增壓器均保持同時運行。高壓級增壓器的最大增壓比為2. 5,低壓機增壓器的最大增壓比為3. 5。


  2011年,北京理工大學設計了一種帶有放氣閥的緊湊型二級渦輪增壓系統,通過不同海拔仿真模擬試驗,二級增壓發動機極限工作高度達到海拔8000-9000米。


  2011年,北京航空航天大學利用計算機仿真軟件,針對小型高空汽油機設計了一種串聯二級渦輪增壓系統,并配有放氣閥、調節閥和轉化閥,夠將發動機的使用升限從4500米 提升到10000米。


  2014年,我國終于初步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。


  有了這幾年的引進借鑒,再加上多年的自主研發,2015-2016年,幾個好消息的發布,讓人們看到中國航空活塞發動機終于迎來了期待已久的突破。


  所有資料來自于互聯網公開報道和公開出版物,如:
  《無人機用航空活塞發動機的發展》
  《活塞航空重油發動機的發展現狀》
  《小功率航空活塞發動機的重油技術進展》
  《高端作戰無人機先進動力系統發展現狀及趨勢》

(作者:兵器迷的天空)


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