CN110374743A - 一种无人机发动机 - Google Patents

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刘聪
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Abstract

本发明涉及发动机技术领域，公开了一种无人机发动机，包括曲轴箱以及沿曲轴箱的周向均匀设置的至少三个缸体，缸体的内部和曲轴箱的内部连通，曲轴箱中安装有曲轴，曲轴的中轴线垂直于缸体的中轴线，每个缸体中均设有一活塞，活塞与曲轴通过连杆连接。曲轴箱的周向设有多个缸体和活塞，这种设计方式可节省空间，减小多缸发动机的体积。每个活塞都能够单独驱动曲轴转动，若其中一个活塞或缸体出了故障，其他的活塞仍会继续工作，继续带动曲轴转动，不会使无人机骤停，提高了无人机的安全性和稳定性。同时，多个活塞同时工作，所有活塞的冲程均是错开的，能够大大增加发动机的马力，可使无人机飞行的时间更长，高度更高。

Description

一种无人机发动机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种无人机发动机。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收，可反覆使用多次。
而发动机是无人机的心脏，它给无人机提供了源源不断的动力，同时也是无人机能否平稳飞行的保障。无人机对发动机要求很高，而发动机是无人机系统机械设备中故障率最高的部件。现有技术中无人机发动机只有一个气缸，若该气缸出现故障，发动机会停止工作，可直接导致无人机失去动力而坠落，造成机载设备的损失，严重的还有可能伤人伤物，可靠性差，无人机的安全性得不到保障。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种无人机发动机，其可靠性较高，使用安全。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种无人机发动机，包括曲轴箱以及沿曲轴箱的周向均匀设置的至少三个缸体，所述缸体的内部和曲轴箱的内部连通，所述曲轴箱中安装有曲轴，所述曲轴的中轴线垂直于缸体的中轴线，每个缸体中均设有一活塞，所述活塞与曲轴通过连杆连接。
作为上述技术方案的改进，所述缸体的侧面设有排气口和扫气口，所述排气口到曲轴箱的距离大于扫气口到曲轴箱的距离，所述扫气口与曲轴箱通过扫气道连通。
作为上述技术方案的改进，所述曲轴箱一端的壁上开设有进气口，所述曲轴箱的一端还安装有片状的阀门，所述阀门能够转动，且阀门在转动时能够堵住进气口，也能够部分打开或完全打开进气口。
作为上述技术方案的改进，所述曲轴的一端设有轴流风机叶轮，所述轴流风机叶轮设于曲轴箱的外部，且所述轴流风机叶轮设于靠近进气口的一端，所述轴流风机叶轮外罩设有整流罩，所述整流罩安装在曲轴箱的外侧壁。
作为上述技术方案的改进，所述连杆分为主连杆和副连杆，其中一个活塞通过主连杆直接与曲轴铰接，其他活塞通过副连杆与主连杆铰接。
作为上述技术方案的改进，所述主连杆包括连接曲轴的第一大头、连接活塞的第一小头以及连接第一大头和第一小头的第一杆身，所述第一杆身与第一大头的侧面连接，所述副连杆铰接在第一大头的侧面，所述曲轴穿过第一大头的中心。
作为上述技术方案的改进，所述缸体于远离曲轴箱的一端安装有火花塞和喷油嘴。
作为上述技术方案的改进，所有的缸体呈星型排布，所有的缸体的中轴线相交于一点，且曲轴的中轴线过这一点。
作为上述技术方案的改进，所述曲轴箱的外形为圆柱形或正多边形，所述曲轴的中轴线与曲轴箱的中轴线重合，且所有的缸体安装在曲轴箱的侧面。
作为上述技术方案的改进，所述缸体的外壁设有多个散热片。
本发明的有益效果有：
本无人机发动机中曲轴箱的周向设有多个缸体和活塞，这种设计方式能够减小曲轴的长度，实现发动机的轻量化大功率，可节省空间，减小多缸发动机的体积，使发动机更加适合无人机。且所有的活塞均与曲轴连接，每个活塞都能够单独驱动曲轴转动，若其中一个活塞或缸体出了故障，其他的活塞仍会继续工作，继续带动曲轴转动，不会使无人机骤停，提高了无人机的安全性和稳定性，且维修时只需更换不能运转的活塞即可，延长了发动机的使用寿命。同时，多个活塞同时工作，所有活塞的冲程均是错开的，且不同的活塞从不同的方向给曲轴驱动力，能够大大增加发动机的马力，可使无人机飞行的时间更长，高度更高。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的剖视图；
图3是本发明实施例的另一剖视图。
具体实施方式
参见图1-3，本发明的一种无人机发动机，包括曲轴箱1以及沿曲轴箱1的周向均匀设置的至少三个缸体2，所述缸体2的内部和曲轴箱1的内部连通，所述曲轴箱1中安装有曲轴3，所述曲轴3的中轴线垂直于缸体2的中轴线，每个缸体2中均设有一活塞4，所述活塞4与曲轴3通过连杆5连接。在本实施例中，缸体2和活塞4的数量均为六个。
具体的，曲轴箱1的周向设有多个缸体2和活塞4，这种设计方式能够减小曲轴3的长度，实现发动机的轻量化大功率，可节省空间，减小多缸发动机的体积，使发动机更加适合无人机。且所有的活塞4均与曲轴3连接，每个活塞4都能够单独驱动曲轴3转动，若其中一个活塞4或缸体2出了故障，其他的活塞4仍会继续工作，继续带动曲轴3转动，不会使无人机骤停，提高了无人机的安全性和稳定性，且维修时只需更换不能运转的活塞4即可，延长了发动机的使用寿命。同时，多个活塞4同时工作，所有活塞4的冲程均是错开的，且不同的活塞4从不同的方向给曲轴3驱动力，能够大大增加了发动机的马力，可使无人机飞行的时间更长，高度更高。
进一步的，所述曲轴箱1的外形为圆柱形或正多边形，所述曲轴3的中轴线与曲轴箱1的中轴线重合，且所有的缸体2安装在曲轴箱1的侧面。在本实施例中，曲轴箱1的外形为圆柱形。所有的缸体2呈星型排布，所有的缸体2的中轴线相交于一点，且曲轴3的中轴线过这一点。这样，发动机的物理重心即是其几何中心，因此使用该发动机的飞行器比较容易进行整体重心的把控。
在本实施例中，曲轴箱1和缸体2均采用灰铸铁铸造而成，因为灰铸铁具有足够的强度和刚度。且曲轴箱1和缸体2是分体的，缸体2通过螺钉组装在曲轴箱1上。由于曲轴3的质量应尽量小，故曲轴3为45中碳钢或中碳合金钢锻造而成。曲轴3的两端通过止推轴承12与曲轴箱1连接。
而且，所述缸体2于远离曲轴箱1的一端安装有火花塞9和喷油嘴10，缸体2的远离曲轴箱1的一端为缸体2的顶部。所述缸体2的侧面设有排气口21和扫气口，所述排气口21到曲轴箱1的距离大于扫气口到曲轴箱1的距离，即排气口21到缸体2底部的距离比扫气口到缸体2底部的距离远，此处的缸体2底部为缸体2与曲轴箱1连接的端面，所述扫气口与曲轴箱1通过扫气道22连通。在本实施例中，排气口21开设在距离缸体2底部五分之二的位置，扫气口开设在距离缸体2底部三分之一的位置。活塞4在缸体2中滑动的过程中，活塞4的侧壁能够堵住或者避让开排气口21和扫气口。
这样，一个周期有两个冲程，活塞4从缸体2底部向缸体2顶部运动时，压缩缸体2内的气体，并先后逐渐关闭扫气口和排气口21，当压缩行程即将结束时，缸体2顶部的喷油嘴10开始喷油，汽油与气体形成混合气，之后火花塞9点火，缸体2内的混合气燃烧并膨胀，推动活塞4向缸体2底部运动，活塞4的侧壁先打开排气口21，燃烧废气从排气口21流出，缸体2内的压力下降，活塞4继续向缸体2底部运动，活塞4的侧壁接着打开扫气口，曲轴箱1中的新鲜气体通过扫气道22进入缸体2内，并驱除燃烧废气从排气口21排出。之后，活塞4再次开始从缸体2底部向缸体2顶部运动，开始下一次的循环。就这样，活塞4驱动曲轴3连续不断的转动。
而且，当其中一个活塞4被燃烧膨胀的气体推动向缸体2底部运动，而带动曲轴3转动时，刚好曲轴3又带动对称位置的另一个活塞4向缸体2顶部压缩缸体2内的气体，这样两个活塞错开冲程，可以为彼此的运动加速，进而能够更加快速地驱动曲轴3转动，大大增加发动机的马力。
具体的，活塞4采用凸顶活塞，从扫气口进入缸体2的新鲜气体在活塞4的凸顶的引导作用下，可避免气体直接从排气口21排出缸体2外，且可以让缸体2顶端的燃烧废气被新鲜气体从排气口21冲出。活塞4的侧壁上设有两道环槽，环槽中均安装的是气环24，气环24的主要作用是密封和传热，以防止缸体2内可燃烧的混合气通过扫气道22进入曲轴箱1。气环24采用矩形环，其断面为矩形，结构比较简单，加工方便，且与缸体2内壁的接触面积比较大，有利于活塞4的散热。
再参见图1，所述曲轴箱1一端的壁上开设有两个进气口11，两个进气口11分别位于曲轴3的两侧，且两个进气口11关于曲轴3的中轴线呈中心对称，所述曲轴箱1的一端还安装有片状的阀门6，所述阀门6能够绕曲轴3的中轴线转动，且阀门6在转动时能够同时堵住两个进气口11，也能够同时部分打开或完全打开两个进气口11，通过阀门6的开度来控制曲轴箱的进气量。
在本实施例中，两个进气口11均为开设在曲轴箱1一端壁上边缘的弧形孔，且两个弧形孔同中心轴，且中心轴与曲轴3的中轴线共线，弧形孔的两端均设有半圆孔；阀门6包括两个扇形片61以及连接两个扇形片61的连接部。具体的，曲轴箱1的一端设有环状凸起，所述连接部套设在环状凸起外，两个扇形片61关于曲轴3的中轴线呈中心对称，扇形片61的中心角大于进气口11所对应的中心角。当扇形片61完全覆盖在进气口11时，进气量最小；在扇形片61与进气口11慢慢错开时，进气量逐渐变多；在扇形片61与进气口11完全错开时，此时进气量最大。阀门6的驱动方式与汽车拉线油门的驱动方式相似。
进一步的，为了增加气压，提高进气效率，所述曲轴3的一端设有轴流风机叶轮7，所述轴流风机叶轮7设于曲轴箱1的外部，且所述轴流风机叶轮7设于靠近进气口11的一端，所述轴流风机叶轮7外罩设有整流罩8，所述整流罩8安装在曲轴箱1的外侧壁。整流罩用于去除过大的物品，改善进气条件，防止有巨大坚硬的物体对轴流风机叶轮7产生破坏，且整流罩可以提高轴流风机叶轮7运行的效率，降低噪音。通过整流罩的气流在轴流风机叶轮7的作用下，流速均匀地通过阀门6进入曲轴箱。轴流风机叶轮7对气体做功，气体为螺旋走向，因此越靠近轴流风机叶轮7的边缘，气体量越集中，因此进气口11开设在曲轴箱1一端壁上的边缘位置，这样能够保证进气效率。
具体的，轴流风机叶轮7安装比较简单，曲轴3带动其转动，与曲轴3的连接方式为键连接，防止它随曲轴3的转动而不牢靠或不转动；轴流风机叶轮7成本较低、噪音小、节能环保，同时也能够安全、高效地帮助发动机降温，使发动机能够正常地运行，提高寿命。而在传统的二冲程发动机中，通常没有考虑到进气的效率会大大影响动力，同时二冲程发动机容易温度过高，会影响发动机各个零件之间的配合，降低其寿命。
此外，连杆5的作用是将活塞4的往复运动转化为曲轴3的旋转运动，在本实施例中，所述连杆5分为主连杆51和副连杆52，其中一个活塞4通过主连杆51直接与曲轴3铰接，其他五个活塞4通过副连杆52与主连杆51铰接。
进一步的，所述主连杆51包括连接曲轴3的第一大头53、连接活塞4的第一小头54以及连接第一大头53和第一小头54的第一杆身55，所述第一杆身55与第一大头53的侧面连接，所述副连杆52铰接在第一大头53的侧面，所述曲轴3穿过第一大头53的中心。
具体的，主连杆51的第一大头53的侧面开设有五个安装槽位531，安装槽位531与副连杆52的第二大头56通过销连接，五个安装槽位531的位置以及第一杆身55与第一大头53的连接位置，以第一大头53的中轴线为中心线，沿圆周均匀地分布在第一大头53的侧面，这样排布可以使曲轴3均匀受力，保证运行顺畅，降低振动和噪音。
相应的，所述副连杆52包括连接第一大头53的第二大头56、连接活塞4的第二小头57以及连接第二大头56和第二小头57的第二杆身58。
进一步的，活塞4上设有支座41，支座41与第一小头54或第二小头57通过活塞销42连接，支座41让支撑活塞销42的两个受力点的距离变短，减小在活塞4运动过程中活塞销42的变形，保证连杆5的顺利运行。而且，第一小头54与第二小头57均通过滚针轴承与活塞销42连接，可以减少第一小头54、第二小头57与活塞销之间的摩擦。
此外，由于第一杆身55和第二杆身58承受交变负荷，对于硬度和刚度的要求比较高，为了在较小的质量下追求较大的刚度，第一杆身55和第二杆身58均为“工”字形断面。活塞销42由低碳钢或者低碳合金钢制成，其与支座41的配合方式为间隙配合。活塞4由硅铝合金制成，合金硅的成分越多，热膨胀系数越小，磨损也越小。
而且，缸体2采用风冷式，由于金属对空气的换热系数远低于金属对水的换热系数，因此所述缸体2的外壁设有多个散热片23，用来增加散热面积，增强散热能力。风冷式结构简单、重量轻、故障少、使用维修方便。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机发动机，其特征在于：包括曲轴箱(1)以及沿曲轴箱(1)的周向均匀设置的至少三个缸体(2)，所述缸体(2)的内部和曲轴箱(1)的内部连通，所述曲轴箱(1)中安装有曲轴(3)，所述曲轴(3)的中轴线垂直于缸体(2)的中轴线，每个缸体(2)中均设有一活塞(4)，所述活塞(4)与曲轴(3)通过连杆(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人机发动机，其特征在于：所述缸体(2)的侧面设有排气口(21)和扫气口，所述排气口(21)到曲轴箱(1)的距离大于扫气口到曲轴箱(1)的距离，所述扫气口与曲轴箱(1)通过扫气道(22)连通。
3.根据权利要求2所述的一种无人机发动机，其特征在于：所述曲轴箱(1)一端的壁上开设有进气口(11)，所述曲轴箱(1)的一端还安装有片状的阀门(6)，所述阀门(6)能够转动，且阀门(6)在转动时能够堵住进气口(11)，也能够部分打开或完全打开进气口(11)。
4.根据权利要求3所述的一种无人机发动机，其特征在于：所述曲轴(3)的一端设有轴流风机叶轮(7)，所述轴流风机叶轮(7)设于曲轴箱(1)的外部，且所述轴流风机叶轮(7)设于靠近进气口(11)的一端，所述轴流风机叶轮(7)外罩设有整流罩(8)，所述整流罩(8)安装在曲轴箱(1)的外侧壁。
5.根据权利要求1所述的一种无人机发动机，其特征在于：所述连杆(5)分为主连杆(51)和副连杆(52)，其中一个活塞(4)通过主连杆(51)直接与曲轴(3)铰接，其他活塞(4)通过副连杆(52)与主连杆(51)铰接。
6.根据权利要求5所述的一种无人机发动机，其特征在于：所述主连杆(51)包括连接曲轴(3)的第一大头(53)、连接活塞(4)的第一小头(54)以及连接第一大头(53)和第一小头(54)的第一杆身(55)，所述第一杆身(55)与第一大头(53)的侧面连接，所述副连杆(52)铰接在第一大头(53)的侧面，所述曲轴(3)穿过第一大头(53)的中心。
7.根据权利要求1所述的一种无人机发动机，其特征在于：所述缸体(2)于远离曲轴箱(1)的一端安装有火花塞(9)和喷油嘴(10)。
8.根据权利要求1所述的一种无人机发动机，其特征在于：所有的缸体(2)呈星型排布，所有的缸体(2)的中轴线相交于一点，且曲轴(3)的中轴线过这一点。
9.根据权利要求1所述的一种无人机发动机，其特征在于：所述曲轴箱(1)的外形为圆柱形或正多边形，所述曲轴(3)的中轴线与曲轴箱(1)的中轴线重合，且所有的缸体(2)安装在曲轴箱(1)的侧面。
10.根据权利要求1所述的一种无人机发动机，其特征在于：所述缸体(2)的外壁设有多个散热片(23)。
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