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3 章节测验
能源与动力系统为无人机提供动力，推动无人机前进，并为机载设备提供能源，是无人机的心脏。
发动机作为能源与动力系统的核心，其性能对无人机的性能影响很大。评定发动机品质的主要指标有：
性能参数——推重比、耗油率等；可靠性；耐久性......
对于大型无人机，所采用的发动机可以与常规有人驾驶飞行器类似。常规的活塞式航空发动机、燃气涡轮发动机，都可以作为大型无人机的动力来源。
活塞式航空发动机一般以汽油或者煤油为燃料，带动螺旋桨，由螺旋桨产生推（拉）力为飞机提供动力。
所以，作为飞机的动力装置时，发动机与螺旋桨是不能分割的。
1、活塞式航空发动机的工作原理:
绝大多数活塞式航空发动机的工作循环是由四个冲程组成的，称为四冲程发动机。即活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。
2、活塞式发动机的优点：
▼ 经济性较好：耗油率低，单位功率的售价低；
▼ 燃烧较完全，所以对环境的污染相对较小；
▼ 噪音较小。
3、活塞式发动机的缺点：
发动机功率小；重量大；外形阻力大；螺旋桨高速旋转时效率低。
航空燃气涡轮发动机仍属于热机的一种，因此从产生输出能量的原理上讲，燃气涡轮发动机和活塞式发动机是相同的，都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段。
1、分类
由燃气涡轮出来的燃气仍具有一定能量，正是这股具有能量的燃气，才产生了发动机的推力或输出功率。
利用这股燃气能量的方式不同，就相应地产生了不同类型的燃气涡轮发动机：涡轮喷气发动机；涡轮风扇发动机；涡轮螺旋桨发动机；涡轮轴发动机。
①涡轮喷气发动机
涡轮喷气发动机的燃气发生器后面直接布置了一个尾喷管，燃气在尾喷管中膨胀加速，以高速由喷管排出，产生推力。
②涡轮风扇发动机
由喷管排出燃气和风扇排出空气共同产生反作用推力的燃气涡轮发动机。涡轮风扇发动机由风扇、压气机、燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮和排气系统组成。
涡轮风扇发动机推力由内、外涵道气流分别产生的推力组成。外涵与内涵空气流量的比值称为涵道比。
③涡轮螺旋桨发动机
涡轮螺旋桨发动机的燃气能量绝大部分在动力涡轮中膨胀做功，动力涡轮通过减速装置降低转速后再驱动螺旋桨，燃气中剩下的很少部分能量在尾喷管中膨胀，产生一小部分推力。
微小型无人机其动力装置
微小型无人机其动力装置的主要要求是：重量轻,体积小，功重比大，易于起动，可靠性高；此外还有低噪声，振动小，电磁干扰小等特殊要求。
目前针对微小型无人机动力装置方案，已经使用和研究中的动力装置主要包括：电动机驱动螺旋桨、内燃机驱动螺旋桨、微型涡轮喷气发动机、人造肌肉等。
考虑到微小型无人机使用条件以及各类动力装置技术可行性的因素，目前，电动机驱动螺旋桨是最常用的设计。
微小型无人机可用的电机目前有两种类型：
有刷电机的电刷使用到一定次数，电刷就被磨损殆尽，必须更换电刷。
无刷电机没有电刷，不存在电刷磨损，因此使用寿命远大于有刷电机。
同样的电力下，无刷电机能比有刷电机提供更大的动力，效率更高。
由于无刷电动机动力足，寿命长，效率高，目前已成为微小型无人机动力装置中的主流。
■ 无刷电机
KV值
对于无刷电机而言，最为重要的参数就是KV值。
KV值就是输入电压增加1伏特,无刷电机空转增加的转速值。
一般而言KV值越大扭力就越小，KV值越低扭力越大。而对于螺旋桨而言，越大的桨所需扭力也越大，因此电机的KV值决定了与之相匹配的螺旋桨大小。
以某型KV 值为2100的无刷电机为例，其在11.1伏电压下，转速(不带桨)就是2100*11.1=23310转每分钟。
该型电机11.1伏电压下适合用5030桨，若配置8060桨，则会扭力不足，甚至损坏电机和电调。
通过改变电压，可以改变电机的转速，与之相匹配的螺旋桨也可相应改变大小。若增大电压，则电机转速变高，扭力会减小，桨需要更小的。反之，降低电压，电机转速变小，桨就可以更大一些。
因此，从某种意义上讲，选电机就是选KV值。电机的KV值决定与之相匹配的螺旋桨以及适用的无人机。
电子调速器（电调）的主要作用是根据控制信号调节电动机的转速。
电调对应使用的电机类型不同，也分无刷电调和有刷电调。
无刷电机工作必须要有电调，否则是不能转动的。
无刷电调有这样几个功能：一是提供无刷电机工作的低压交流电，电机才能转动；二是转换电池电压以供接收机工作。
选择电调是必须根据应用情况以及电机的功率要求。电机工作时，所需的电流不能超过电调的最大电流值，超过这个值电调就可能会损毁。
电池是电动无人机的能量来源，电动无人机目前普遍采用可充电电池。主要类型有充电电池有镍镉电池、镍氢电池、锂聚合物电池、铁锂电池等。
其中镍镉电池已因技术落后基本淘汰，铁锂电池为美国新技术，还没有完全推广开来。目前小型无人机主要用锂聚合电池和镍氢电池两种类型。
■ 电压
单体聚合物锂电池的工作电压为3.7V左右，在使用时，可将单体电池串联。
如2S电池即指两块单体电池的串联电池组，电压为7.4V，3S电池指三块单体电池串联的电池组，电压为11.1伏。
工作电压并不是指电池充满电的时的电压。对于单体聚合物锂电池，充满以后电压一般能达到4.2V。
■ 容量和放电倍率
除了电压，容量和放电倍率(C)也是电池的重要参数。
电池放电倍率用来表示电池充放电时电流大小的比率。
以1200mAh的电池，1C表示1200mAh，0.2C表示240mA。若该电池标称为10C，那么它的最大放电电流是1.2A*10=12A，但在10C即12A的工作状态下，理论上只能持续工作60/10=6分钟。
■ 容量和放电率
电池容量也是电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，通常以安培·小时(Ah)或毫安·小时(mAh)为单位.
一般情况下，电池容量越大，重量越重。
考虑到无人机对重量的控制，为了飞机的重量控制。还需要考虑电池能量密度的大小，尽量选择能量密度比较大的电池。
