CN113513399B - 一种飞行器发动机及其散热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明在无人机领域，为能够简单方便地调整发动机工作温度，公开了一种飞行器发动机，包括：缸体；散热片，与缸体顶端连接；导流片，转动连接于散热片上，导流片能够改变流经导流片并吹到缸体的气流的流向；调整装置，能够调节导流片相对于散热片的偏转角度；温度传感器，设置在缸体上；应用上述飞行器发动机能够简单方便地调整发动机工作温度，本发明还提供一种发动机散热控制方法。

Description

一种飞行器发动机及其散热控制方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种飞行器发动机及其散热控制方法。

背景技术

在目前的民用无人机当中，重油发动机被越来越多的采用，与汽油发动机相比，重油发动机有耐久性好、负载能力较强、性价比高、安全性高，高空性能优越等各项优点。

但是重油发动机的工作温度需要控制在特定范围内，若发动机的工作温度低于发动机指定的温度范围，会导致重油燃烧不充分，发动机工作效率下降；若发动机的工作温度高于其指定的温度范围，会导致发动机活塞与气缸配合过紧，气缸内壁被拉伤；因此，控制重油发动机的工作温度，对于保证重油发动机的工作至关重要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种飞行器发动机，能够简单方便地调整发动机工作温度。

本发明的飞行器发动机，包括：缸体；散热片，与缸体顶端连接；导流片，转动连接于散热片上，导流片能够改变流经导流片并吹到缸体的气流的流向；调整装置，能够调节导流片相对于散热片的偏转角度；温度传感器，设置在缸体上。

根据本发明的一些实施例，飞行器发动机还包括发动机控制单元，发动机控制单元能够接收温度传感器的检测数据并控制调整装置。

本发明还提供一种飞行器发动机散热控制方法，用于控制上述飞行器发动机，飞行器发动机散热控制方法包括如下步骤：检测发动机的工作温度T，调整导流片相对于散热片的偏转角度θ，使得T接近第一预设温度T4。

根据本发明的一些实施例，当T1≤T≤T2时，T与θ之间的关系满足T＝K1*θ，其中T4、T1和T2之间满足T1≤T4≤T2。

根据本发明的一些实施例，当T2≤T≤T3时，T与θ之间的关系满足T＝K2*θ，其中T4、T2和T3之间满足T4≤T2≤T3。

根据本发明的一些实施例，通过地面标定的方法获取K1和K2的数值。

根据本发明的一些实施例，当T0≤T≤T1时，T与θ之间的关系满足T＝K3*θ，其中T4、T0和T1之间满足T0≤T1≤T4。

根据本发明的一些实施例，通过地面标定的方法获取K1和K3的数值。

根据本发明的一些实施例，当发动机位于启动阶段时，调整θ使得θ＝0。

根据本发明的一些实施例，T≤T0时，调整θ至最小值。

应用上述飞行器发动机，在飞行过程当中，当发动机温度过高时，可以通过调整装置带动导流片偏转，使得流经导流片并吹向缸体的气流增加，加强发动机散热，使得发动机工作温度降低到指定的温度范围；当发动机温度过低时，可以通过调整装置带动导流片偏转，使得流经导流片并吹向缸体的气流减少，削弱发动机的散热，使得发动机温度上升到指定的温度范围；通过控制气流方向即可达到控制发动机工作温度的目的，结构简单且便于控制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中飞机发动机部分结构的轴侧图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图；

上述附图包含以下附图标记。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图3，本实施例第一方面，一种飞机发动机散热装置，包括：散热片200，与缸体100顶端连接；导流片220，转动连接于散热片200上，导流片220能够改变流经导流片220并吹到缸体100的气流的流向。

应用上述发动机散热装置，当发动机温度过高时，可以通过调整装置带动导流片220偏转，使得流经导流片220并吹向缸体100的气流增加，加强发动机散热，使得发动机工作温度降低到指定的温度范围；当发动机温度过低时，可以通过调整装置带动导流片220偏转，使得流经导流片220并吹向缸体100的气流减少，削弱发动机的散热，使得发动机温度上升到指定的温度范围；通过控制气流方向即可达到控制发动机工作温度的目的，结构简单且便于控制。

在图1当中，发动机实际上是缸体100朝上放置的状态，此时当导流片220向上偏转时，气流斜向下吹向气缸，流经缸体100的气体增加，当导流片220向下偏转时，流经缸体100的气体减少；当发动机的摆放位置和朝向改变时，导流片220的转动方向也会对应改变。

如图3所示，飞机发动机散热装置还包括调整装置，调整装置能够调节导流片220相对于散热片200的转动角度；在飞行过程当中，调整装置可以根据发动机的运转情况，实时调整导流片220的偏转角度；当然，在无需飞行过程中适时调整的前提下，也可以不设置调整装置，手动调整导流片220的偏转位置后固定；可以理解，调整装置可以依靠多种方式调整导流片220的位置，例如通过与导流片220转轴同轴设置的电机或者气缸带动导流片220转动，也可以通过伸缩气缸或者直线电机拉动导流片220一端，使得导流片220转动。

如图2所示，调整装置包括：拉杆230，与导流片220转动连接，拉杆230能够带动导流片220向上或者向下偏转；驱动装置，能够通过带动拉杆230上下运动；此时，驱动装置仅需通过对拉杆230进行推拉，即可调整导流片220的转动角度.

如图3所示，驱动装置包括偏转舵机260，偏转舵机260的摇臂250与拉杆230转动连接；此时，偏转舵机260可以控制摇臂250转动，使得摇臂250能够带动拉杆230上下运动，带动导流片220转动；在无人机上，舵机是较为常用的动力件，具有易于控制、转矩大等优点，使用舵机控制偏转角度能够简化飞机上的动力形式，便于控制。

具体地，如图2、图3所示，调整装置还包括连杆240，连杆240的两端分别转动连接摇臂250和拉杆230，连杆240可伸缩设置。

具体地，连杆240包括：杆体；两个连接头，分别与拉杆230和摇臂250转动连接；两个连接头与杆体的两端螺纹连接；当需要调节连杆240长度时，只需扭动连杆240，改变连杆240与两端连接头的螺纹配合距离即可，由于螺纹的反向自锁性能，调整长度后的螺杆能够较好的保持调整后的长度；当然，也可以采用其他形式的可伸缩的连杆240，例如通过多级销钉销孔配合的连杆240等。

如图1所示，散热片200有多片，多片散热片200沿缸体100的延伸方向间隔分布；其中，散热片200的具体数量可以根据实际情况灵活布置，相邻两个散热片200之间能够形成散热通道供气流通过，使得气流能够带走发动机热热量。

如图1所示，散热片200上开设有贯穿部，贯穿部沿缸体100的延伸方向贯穿散热片200；贯穿部的存在可以有效减轻散热片200的重量。

本实施例第二方面，提供一种发动机，包括缸体100与上述飞机发动机散热装置。

如图1所示，缸体100上还设置有温度传感器210，用于实时监测发动机工作温度，便于调整装置能够实时调节导流片220的位置。

其中，发动机还包括发动机控制单元，发动机控制单元能够接收温度传感器210的检测数据并控制调整装置；其中，发动机控制单元通过温度传感器210，检测发动机工作温度，然后控制调整装置，调整导流片220的偏转角度。

本实施例第三方面，提供一种无人机，包括机身和上述发动机，发动机设置在机身前端，还包括转毂300，转毂300连接于发动机前端，转毂300能够在发动机的驱动下转动，转毂300上连接有多片叶片。

具体地，发动机具有两个缸体100，两个缸体100沿机身的前后方向分布，导流片220位于散热片200后侧，相对于水平对置发动机而言，本实施例中所采用的的直列纵置发动机能够有效减少发动机迎风面积。

当然，上述发动机不仅可以运用于无人机上，也可以运用于包括有人驾驶飞机在内的所有飞行器上。

本实施例第四方面，提供一种飞行器发动机散热控制方法，用于控制上述飞行器发动机，包括如下步骤：检测发动机的工作温度T，调整导流片220相对于散热片200的偏转角度θ，使得T接近第一预设温度T4。

应用上述飞行器发动机，在飞行过程当中，当发动机温度过高时，可以通过调整装置带动导流片220偏转，使得流经导流片220并吹向缸体100的气流增加，加强发动机散热，使得发动机工作温度降低到指定的温度范围；当发动机温度过低时，可以通过调整装置带动导流片220偏转，使得流经导流片220并吹向缸体100的气流减少，削弱发动机的散热，使得发动机温度上升到指定的温度范围；通过控制气流方向即可达到控制发动机工作温度的目的，结构简单且便于控制；特别地，调整装置可以在飞行过程当中适时调整导流片220角度，控制发动机的工作温度。

在本实施例当中，当T1≤T≤T2时，T与θ之间的关系满足T＝K1*θ，其中T4、T1和T2之间满足T1≤T4≤T2；当θ为0时，导流片220处于与散热片200平行的状态；在T1-T2这个区间内，发动机处于正常温度工作状态，在实际工况下T1优选为130℃，T2优选为150℃，而T4实际上为发动机的最佳工作温度，优选为140℃；当然，根据发动机情况不同，T1、T2与T4的数值也会改变。

具体地，当发动机工作温度偏高时，导流片220偏转角度增大，发动机散热增强，温度逐渐回落至T4附近；当温度位于T4时，θ为0。

进一步地，当T2≤T≤T3时，T与θ之间的关系满足T＝K2*θ，其中T4、T2和T3之间满足T4≤T2≤T3；当T2≤T≤T3时，发动机处于温度偏高的警戒温度范围内，需要急剧散热，因此在该工况下，导流片220会向上偏转较大角度，使得发动机散热进一步加强，帮助发动机尽快降温；具体地，在本实施例当中，T3优选为159℃。

另一方面，当T0≤T≤T1时，T与θ之间的关系满足T＝K3*θ，其中T4、T0和T1之间满足T0≤T1≤T4；当T0≤T≤T1时，发动机处于工作温度交底的境界温度范围内，需要尽快升温使得发动机回到正常温度范围内，此时导流片220向下偏转较大角度，减少发动机散热，使得发动机尽快升温。

在本方法当中，导流片220向上偏转时θ为正值，导流片220向下偏转时θ为负值。

更具体地，在发动机启动阶段，发动机工作温度T为35℃，在此阶段θ为0。

当发动机运转时，发动机工作温度T小于T0，此时为了帮助发动机迅速升温，可以调整θ至最小值，也即控制导流片220向下偏转至最大角度，最大程度的减少发动机散热。

在本实施例当中，发动机工作温度T和θ均为变量，其他数值例如T0、T1、T2、T3、T4、K1、K2以及K3等均为常数。

在本实施例中K1、K2和K3均可以通过地面标定方法确定，其地面标定方法可以参考现有技术中的发动机标定方法，也可以参考以下方法：固定发动机在发动机测试台上，启动发动机，调整油门，使得发动机温度维持在设定温度，温度浮动不超过3℃，维持5分钟，调整导流片220角度，使得发动机温度改变至140℃，记录此时导流片220偏转角度，利用此方法，对发动机其他温度进行测试，最终得到发动机工作温度T与导流片220偏转角度θ的函数关系。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种飞行器发动机，其特征在于，包括：

缸体（100）；

散热片（200），与缸体（100）顶端连接；

导流片（220），转动连接于所述散热片（200）上，所述导流片（220）能够改变流经所述导流片（220）并吹到所述缸体（100）的气流的流向；

调整装置，能够调节所述导流片（220）相对于所述散热片（200）的偏转角度；

温度传感器（210），设置在所述缸体（100）上，检测发动机的工作温度T；

发动机控制单元，所述发动机控制单元能够接收所述温度传感器（210）的检测数据并控制所述调整装置，调整导流片（220）相对于散热片（200）的偏转角度θ，使得T接近第一预设温度T4，当T1≤T≤T2时，T与θ之间的关系满足T=K1*θ，其中T4、T1和T2之间满足T1≤T4≤T2，当T2≤T≤T3时，T与θ之间的关系满足T=K2*θ，其中T4、T2和T3之间满足T4≤T2≤T3，通过地面标定的方法获取K1和K2的数值。

2.一种飞行器发动机散热控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1所述的飞行器发动机，所述飞行器发动机散热控制方法包括如下步骤：当T0≤T≤T1时，T与θ之间的关系满足T=K3*θ，其中T4、T0和T1之间满足T0≤T1≤T4。

3.根据权利要求2所述的飞行器发动机散热控制方法，其特征在于，通过地面标定的方法获取K1和K3的数值。

4.根据权利要求2所述的飞行器发动机散热控制方法，其特征在于，当发动机位于启动阶段时，调整θ使得θ=0。

5.根据权利要求2所述的飞行器发动机散热控制方法，其特征在于，T≤T0时，调整θ至最小值。

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