CN110901930A - 一种活塞发动机后置通风冷却装置 - Google Patents

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王力
安国锋
介苏朋
展全伟
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Abstract

本发明公开了一种活塞发动机后置通风冷却装置，涉及无人机活塞发动机技术领域，发动机整流罩与机身外形协调进行空气动力学设计，气道门关闭后完全贴合整流罩，气道门打开后开度可控，将冷却气流从外流场引入气道中，通过进气量的调节实现发动机缸体的闭环控制。根据无人机飞行速度、环境温度及发动机缸温，控制气道门打开不同开度，将发动机缸温控制在最佳温度范围内，即满足发动机冷却引气需要，又能减少飞行阻力。对导流罩内部的发动机缸体进行强制对流散热，冷却气流从导流罩后开口流出，导流罩后开口截面贴近螺旋桨旋转平面，可利用螺旋桨工作时的抽吸效应进行辅助散热，缸体冷却响应速度快，且结构简单、冷却效率高。

Description

一种活塞发动机后置通风冷却装置
技术领域
本发明涉及无人机活塞发动机技术领域，具体地说，涉及一种活塞发动机后置通风冷却装置。
背景技术
活塞发动机在中小型无人机中应用非常广泛，在布局设计中又以发动机后置安装最常见，如以色列苍鹭、美国捕食者、我国彩虹系列等无人机均采用活塞发动机后置安装布局。活塞发动机分为气冷式和液冷式，绝大多数轻型活塞发动机为气冷式，对气冷式活塞发动机装机时需设计通风冷却系统。
现有部分无人机采用发动机外露的方法来进行通风冷却，因发动机外形复杂不规则，多凸出物，直接暴露在气流中将产生较大的气动阻力，也易使发动机上外露的接插件和管路松动，产生飞行安全隐患。其它多数无人机的通风冷却系统由整流罩、进气口、导风板和排气口组成，导风板布置在整流罩内部，用于对冷却气流进行导向，进气口多为固定式，突出机身表面，但气动阻力较大。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种活塞发动机后置通风冷却装置；采用发动机整流罩与机身外形协调进行空气动力学设计，外形气动阻力小气道门关闭后完全贴合整流罩，整流罩无外露突出物，气道门打开后开度灵活可控；该通风冷却装置结构简单、冷却效率高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括机身、螺旋桨、导流罩、气道门、气道、发动机缸体、整流罩和操纵机构，发动机和冷却系统安装在机身尾部，其特征在于所述整流罩分为整流罩前段和整流罩后段，整流罩前段位于机身尾部且与发动机框连接，整流罩后段安装在发动机上，整流罩后段进行收口设计并向前深入整流罩前段尾部，以防止来流进入整流罩内，整流罩前段与整流罩后段之间留有间隙，在发动机工作振动下整流罩后段保持自由状态；
所述气道位于整流罩内发动机缸体前部，气道一端与气道门连通用于引流，另一端通向发动机缸体处，且将冷却气流引导至发动机缸体处进行强制对流散热，所述气道为变截面结构，前截面与气道门形状一致，后截面同导流罩截面形状，所述气道依螺旋桨轴线为对称布置；
所述气道门位于整流罩前段的蒙皮上，气道门后侧与整流罩铰链连接，气道门可向外转动打开，气道门沿门边铰链转动角度可控；
所述导流罩位于气道门后部的整流罩后段上，沿发动机缸体散热片方向安装在发动机本体上，通过气道引来的冷却气流从导流罩前开口流入，从后开口流出，后开口截面贴近螺旋桨平面，可利用螺旋桨工作时的抽吸效应进行辅助散热；
所述操纵机构包括舵机、舵机连杆、摇臂和操纵连杆，摇臂转轴连接在机身的发动机框上，操纵连杆分别与摇臂和气道门连接，舵机通过舵机连杆与摇臂连接，舵机通过舵机连杆驱动摇臂绕转轴转动，摇臂两端与操纵连杆连接分别控制两气道门同步开关，舵机连杆与摇臂通过双叉结构连接，操纵连杆与摇臂采用关节轴承连接。
有益效果
本发明提出的一种活塞发动机后置通风冷却装置，采用发动机整流罩与机身外形协调进行空气动力学设计，气道门关闭后完全贴合整流罩，整流罩无外露突出物，气道门打开后开度灵活可控。
本发明活塞发动机后置通风冷却装置进气量可调；通过进气量的调节实现发动机缸温的闭环控制。根据无人机飞行速度、环境温度及发动机缸温，控制气道门打开不同开度，将发动机缸温控制在最佳温度范围内。
本发明活塞发动机后置通风冷却装置气动阻力小；固定式进气口从来流中引气，持续破坏机身流场，产生较大气动阻力。本发明中可调节开度式气道门根据需要打开所需角度，即满足发动机冷却引气需要，又能尽量减少飞行阻力。
本发明活塞发动机后置通风冷却装置冷却效率高；通过气道门、气道和导流罩直接将冷却气流引流至发动机缸体散热片处，对流散热直接，可设计性强，缸体冷却响应速度快，相比导风板方法具备更高的冷却效率。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种活塞发动机后置通风冷却装置作进一步详细说明。
图1为本发明活塞发动机后置通风冷却装置轴测图。
图2为本发明活塞发动机后置通风冷却装置的整流罩示意图。
图3为本发明活塞发动机后置通风冷却装置内部结构示意图。
图4为本发明活塞发动机后置通风冷却装置的操纵机构示意图。
图中
1.机身 2.整流罩前段 3.整流罩后段 4.螺旋桨 5.导流罩 6.气道门 7.气道 8.发动机缸体 9.摇臂 10.操纵连杆 11.舵机连杆 12.舵机
具体实施方式
本实施例是一种活塞发动机后置通风冷却装置。
参阅图1～图4，本实施例活塞发动机后置通风冷却装置，由机身1、螺旋桨4、导流罩5、气道门6、气道7、发动机缸体8、整流罩和操纵机构组成。本实例中发动机为四缸水平对置式，发动机和冷却系统安装在机身1尾部；其中，整流罩用于对外形不规则的发动机进行整流，整流罩分为整流罩前段2和整流罩后段3，整流罩前段2安装于机身1尾部发动机框周圈结构上，整流罩后段3安装在发动机上，整流罩后段3进行收口设计并向前深入整流罩前段2尾部，可有效防止外部来流进入整流罩内部。整流罩前段2和整流罩后段3之间预留安全间隙，保证在发动机工作振动环境下整流罩后段3保持自由状态。
本实施例中，气道7安装在整流罩内发动机缸体前部，气道7一端与气道门6连通用于引流，气道7另一端通向发动机缸体8处，可直接将冷却气流引导至发动机缸体8处，进行强制对流散热。气道7为变截面结构，前截面同气道门形状，后截面同导流罩截面形状；气道7依螺旋桨4轴线为对称布置。
气道门6结构为左右对称布置，两气道门6分别位于整流罩前段2的蒙皮上，气道门上下两侧留有翻边，翻边伸向整流罩内侧，气道门后侧与整流罩进行铰链连接，气道门可向外旋转打开，气道门6可沿门边铰链旋转打开，打开角度可控；当气道门6打开后将冷却气流从外流场引入气道7内，冷却气流在气道7的导向下进入导流罩5，对导流罩5内部的发动机缸体8进行强制对流散热，最终冷却气流从导流罩5后开口流出。导流罩5位于气道门6后部的整流罩后段3上，沿发动机缸体散热片方向对发动机缸体进行包裹，安装在发动机本体结构上，导流罩前后为开口结构，通过气道引来的冷却气流将从导流罩前开口流入，从后开口流出，导流罩5后开口截面贴近螺旋桨4旋转平面，可利用螺旋桨4工作时的抽吸效应进行辅助散热。
操纵机构用于控制气道门6的开关闭合或保持一定的开度。本实施例中，操纵机构包括舵机12、舵机连杆11、摇臂9、操纵连杆10，舵机12和摇臂9转轴固定安装在机身发动机框结构上，操纵连杆10分别与摇臂和气道门连接，舵机12通过舵机连杆11与摇臂9连接，舵机12通过舵机连杆11驱动摇臂9绕转轴转动，摇臂9两端分别与操纵连杆10连接控制两气道门6同步开关，舵机连杆11与摇臂9通过双叉结构连接，操纵连杆10与摇臂9采用关节轴承连接。

Claims (1)

1.一种活塞发动机后置通风冷却装置，包括机身、螺旋桨、导流罩、气道门、气道、发动机缸体、整流罩和操纵机构，发动机和冷却系统安装在机身尾部，其特征在于:所述整流罩分为整流罩前段和整流罩后段，整流罩前段位于机身尾部且与发动机框连接，整流罩后段安装在发动机上，整流罩后段进行收口设计并向前深入整流罩前段尾部，以防止来流进入整流罩内，整流罩前段与整流罩后段之间留有间隙，在发动机工作振动下整流罩后段保持自由状态；
所述气道位于整流罩内发动机缸体前部，气道一端与气道门连通用于引流，另一端通向发动机缸体处，且将冷却气流引导至发动机缸体处进行强制对流散热，所述气道为变截面结构，前截面与气道门形状一致，后截面同导流罩截面形状，所述气道依螺旋桨轴线为对称布置；
所述气道门位于整流罩前段的蒙皮上，气道门后侧与整流罩铰链连接，气道门可向外转动打开，气道门沿门边铰链转动角度可控；
所述导流罩位于气道门后部的整流罩后段上，沿发动机缸体散热片方向安装在发动机本体上，通过气道引来的冷却气流从导流罩前开口流入，从后开口流出，后开口截面贴近螺旋桨平面，可利用螺旋桨工作时的抽吸效应进行辅助散热；
所述操纵机构包括舵机、舵机连杆、摇臂和操纵连杆，摇臂转轴连接在机身的发动机框上，操纵连杆分别与摇臂和气道门连接，舵机通过舵机连杆与摇臂连接，舵机通过舵机连杆驱动摇臂绕转轴转动，摇臂两端分别与操纵连杆连接控制两气道门同步开关，舵机连杆与摇臂通过双叉结构连接，操纵连杆与摇臂采用关节轴承连接。
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