無人機(jī)-動力系統(tǒng)

無人機(jī)動力系統(tǒng)

學(xué)習(xí)任務(wù)1電動機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)知與原理1.了解電動機(jī)的分類和外形區(qū)別。2.掌握電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)術(shù)語。3.掌握有刷電機(jī)和無刷電機(jī)的工作原理。4.掌握有刷電調(diào)和無刷電調(diào)的工作原理。5.掌握電池的各項參數(shù)和類別。6.掌握螺旋槳的各項參數(shù)和類別。知識目標(biāo)任務(wù)描述學(xué)習(xí)本部分的內(nèi)容，是為了了解電動機(jī)動力系統(tǒng)組成部分，電動機(jī)工作原理、各項參數(shù)意義，該部分知識能夠使人了解動力系統(tǒng)的重要性和電動機(jī)動力系統(tǒng)的特點。電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種機(jī)械裝置?，F(xiàn)在無人機(jī)應(yīng)用最廣數(shù)量最多的是無刷電機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、效率高、耐用等優(yōu)點。使用電動機(jī)作為無人機(jī)的動力系統(tǒng)核心是無人機(jī)最廣泛的應(yīng)用方案。該動力系統(tǒng)最大的特點是只需要電力就可以滿足飛機(jī)的能源需求。主要包括電動機(jī)、電子調(diào)速器、螺旋槳和電池4個部分。電動機(jī)負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，目前，多旋翼無人機(jī)的電動機(jī)以無刷直流電機(jī)為主。電子調(diào)速器負(fù)責(zé)將飛行控制系統(tǒng)的控制信號快速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌须妷汉碗娏鳎钥刂齐妱訖C(jī)的速度。螺旋槳是直接產(chǎn)生推力的部件，旋轉(zhuǎn)方向分為正反兩種。電池是多旋翼無人機(jī)的能源，與多旋翼無人機(jī)的飛行距離和最大負(fù)載重量等重要指標(biāo)直接相關(guān)。對于多旋翼無人機(jī)而言，動力系統(tǒng)是其起飛階段、穩(wěn)定飛行階段、降落階段的核心硬件。目前無人機(jī)動力系統(tǒng)所使用的電動機(jī)分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩個大類。這兩種電機(jī)在工作方式和性能上都有很大差別。其中無刷電機(jī)因為性能更高所以在無人機(jī)中應(yīng)用較為廣泛，而有刷電機(jī)憑借低廉的價格和簡單的構(gòu)造取得在小型無人機(jī)中的一席之地。有刷電機(jī)有刷電機(jī)是大家最早接觸的一類電機(jī)，例如很多電動小玩具，或者很多家用的吹風(fēng)機(jī)里面的電機(jī)都是有刷電機(jī)。有刷電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)就是定子，轉(zhuǎn)子，電刷，通過旋轉(zhuǎn)磁場獲得轉(zhuǎn)動力矩，從而輸出動能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉(zhuǎn)動中起到導(dǎo)電和換相作用。有刷電機(jī)工作過程是將各組線圈的兩個電源輸入端，依次排成一個環(huán)，相互之間用絕緣材料分隔，組成一個像圓柱體的東西，與電機(jī)軸連成一體，電源通過兩個碳元素做成的碳刷，在彈簧壓力的作用下，從兩個特定的固定位置，壓在上面線圈電源輸入環(huán)狀圓柱上的兩點，給一組線圈通電。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動，不同時刻給不同線圈或同一個線圈的不同的兩極通電，使得線圈產(chǎn)生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥，產(chǎn)生力量，推動電機(jī)轉(zhuǎn)動。碳電極在線圈接線頭上滑動，像刷子在物體表面刷，因此叫碳“刷”。相互滑動，會摩擦碳刷，造成損耗，需要定期更換碳刷；碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設(shè)備。相關(guān)知識點1:無人機(jī)電動機(jī)的類型2.無刷電機(jī)無刷直流電機(jī)由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成。無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁磁鋼，連同外殼一起和輸出軸相連，定子是繞組線圈，去掉了有刷電機(jī)用來交替變換電磁場的換向電刷，故稱之為無刷電機(jī)（Brushlessmotor）。依靠改變輸入到無刷電機(jī)定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個繞電機(jī)幾何軸心旋轉(zhuǎn)的磁場，這個磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來了。電機(jī)的性能和磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強(qiáng)度、電機(jī)輸入電壓大小等因素有關(guān)，更與無刷電機(jī)的控制性能有很大關(guān)系。因為輸入的是直流電，電流需要電子調(diào)速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機(jī)那里接收控制信號，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足無人機(jī)使用需要。無刷電機(jī)采取電子換向，線圈不動，磁極旋轉(zhuǎn)。無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置確定可以通過霍爾元件，編碼器或者其他，感知永磁體磁極的位置。根據(jù)這種感知，適時切換線圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來驅(qū)動電機(jī)。這些電路，就是電機(jī)控制器。無刷電機(jī)的控制器，還可以實現(xiàn)一些有刷電機(jī)不能實現(xiàn)的功能，比如調(diào)整電源切換角、制動電機(jī)、使電機(jī)反轉(zhuǎn)、鎖住電機(jī)、利用剎車信號，停止給電機(jī)供電。由于無刷直流電動機(jī)是以自控式運行的，所以不會像變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負(fù)載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。差異有刷電機(jī)無刷電機(jī)適用范圍普通的電動設(shè)備都可以使用。由于碳刷的磨損，需要定期進(jìn)行更換電刷，因此有刷電機(jī)使用壽命較低常用于對控制要求比較高，轉(zhuǎn)速比較高的設(shè)備，如無人機(jī)，電動汽車，精密儀器儀表等控制方式有刷電機(jī)通過調(diào)節(jié)供電電壓的大小直接控制轉(zhuǎn)速，因此控制電機(jī)比較簡單一般通過的供電電源的電壓不變，改變電調(diào)的控制信號，通過微處理器再改變大功率MOS管的開關(guān)速率，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變，因此控制電機(jī)較為復(fù)雜啟動電機(jī)響應(yīng)速度快，起動扭矩大，速度從零到最大幾乎感覺不到振動，起動時可帶動更大的負(fù)荷起動電阻大，功率因素小，無刷電機(jī)在起動和制動時運行不平穩(wěn)，起動扭矩相對較小，起動時有嗡嗡聲，并伴隨著強(qiáng)烈震動，起動時帶動負(fù)荷較小，振動大，只有在速度恒定時才會平穩(wěn)精度高精度直流有刷電機(jī)通常和減速箱、譯碼器一起使用，使的電機(jī)的輸出功率更大，控制精度更高，控制精度可以達(dá)到0.01毫米，幾乎可以讓運動部件停在任何想要的地方無刷電機(jī)由于在啟動和制動時不平穩(wěn)，所以運動部件每次都會停到不同的位置上，必須通過定位銷或限位器才可以停在想要的位置上效率有刷電機(jī)的換相由于只能有電刷決定，而且存在摩擦損耗無刷電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的實際情況，適時切換線圈中電流的方向，即使在不同的負(fù)載下，也可以保證時刻產(chǎn)生最大的扭矩保養(yǎng)碳刷電機(jī)需要更換碳刷，如果更換不及時會造成電機(jī)的損壞使用壽命很長，通常是有刷電機(jī)的10倍以上，但是壞了就需要更換電機(jī)，但日常維護(hù)基本不需要工況碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設(shè)備，同時還伴隨著噪音和震動無刷電機(jī)去除了電刷，極大減少了電火花對遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾，運轉(zhuǎn)時摩擦力大大減小，運行順暢，噪音會低許多，有助于于無人機(jī)運行穩(wěn)定相關(guān)知識點2有刷電機(jī)和無刷電機(jī)的區(qū)別相關(guān)知識點3:無刷電機(jī)的組成部分大多數(shù)無人機(jī)使用無刷電機(jī)，這和它的結(jié)構(gòu)特點有很大關(guān)系。無刷電機(jī)的前蓋、中殼、后蓋主要是整體結(jié)構(gòu)件，起到構(gòu)建電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的作用。但是外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)的外殼同時也是磁鐵的磁路通路，所以外殼必須是導(dǎo)磁性的物質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)子的外殼只是結(jié)構(gòu)件，所以不限定材質(zhì)。但是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)比外轉(zhuǎn)子電機(jī)多一個轉(zhuǎn)子鐵芯，這個轉(zhuǎn)子鐵芯的作用同樣也是起到磁路通路的作用。磁鐵：是安裝在轉(zhuǎn)子上，是無刷電機(jī)的重要組成部分，無刷電機(jī)的絕大部分性能參數(shù)都與磁鐵相關(guān)，包括功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等。硅鋼片：是有槽無刷電機(jī)的重要組成部分，當(dāng)然，無槽無刷電機(jī)是沒有硅鋼片的，但是目前絕大多數(shù)的無刷電機(jī)都是有槽的。它在整個系統(tǒng)中的作用主要是降低磁阻、參與磁路運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸：是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直接受力部分，轉(zhuǎn)軸的硬度必須能滿足轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的要求。軸承：是電機(jī)運轉(zhuǎn)順暢的保證，軸承可以分為滑動軸承和滾動軸承，而滾動軸承又可以細(xì)分為深溝球軸承、滾針軸承和角接觸軸承等十大類，而目前大多數(shù)的無刷電機(jī)都是采用深溝球軸承。相關(guān)知識點4:電調(diào)電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文ElectronicSpeedControl，簡稱ESC。針對電機(jī)不同，可分為有刷電調(diào)和無刷電調(diào)。電調(diào)可以通過接收PWM信號來將輸入的電源轉(zhuǎn)為不同的電壓，并輸出到電機(jī)，從而達(dá)到使電機(jī)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速的目的。有刷電調(diào)可以改變電流方向，從而可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)動方向。而無刷電調(diào)卻不能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，但是可以將直流電轉(zhuǎn)為三相交流電，從而輸出到無刷電機(jī)上。電調(diào)還有兩個比較重要的指標(biāo)：最高電壓和最大電流。最高電壓：電調(diào)所支持的最高電壓。通常在電調(diào)上會標(biāo)有Li-Po3（3節(jié)鋰電池）、Li-Po4（4節(jié)鋰電池）或Li-Po6（6節(jié)鋰電池）等字樣，表示電調(diào)所支持的最高電壓是12.6v、16.8v或25.2v。電調(diào)的最高電壓并不是越高越好，從直觀感受上講最高電壓的越大，電調(diào)的體積就越大，重量也就越大，飛機(jī)的負(fù)載也就越大。所以在飛機(jī)設(shè)計中通常是選擇合適的電調(diào)，而不是一味的選擇高電壓電調(diào)。最大電流：流經(jīng)電調(diào)本身的電流的最大值。通常是10A、15A、20A、30A或40A。如果在無人機(jī)飛行過程中我們需要電機(jī)高速轉(zhuǎn)動，就需要更高的電壓和更大的電流。如果電流值超過電調(diào)所能承受的最大電流時，就會導(dǎo)致電調(diào)過載，電調(diào)燒毀，電機(jī)停轉(zhuǎn)，進(jìn)而墜機(jī)的情況。所以電調(diào)最大電流的選擇上也要慎重考慮。電調(diào)生產(chǎn)商通常會在最高電壓和最大電流的中預(yù)留10%的超額范圍，以防萬一。另外，當(dāng)實際電流很大時，電調(diào)的內(nèi)阻就不能完全忽略，當(dāng)電流很大時，電調(diào)本身也會消耗掉一部分功率。相關(guān)知識點5:電調(diào)的分類電調(diào)通過搭配的電機(jī)來分類，搭配有刷電機(jī)的電調(diào)就是有刷電調(diào)，搭配無刷電機(jī)的電調(diào)就是無刷電調(diào)。不同種類的電調(diào)功能不同，外形不同，也不能相互混用。1.有刷電調(diào)有刷電調(diào)是用于有刷電機(jī)的。輸入為直流電一正一負(fù)兩根線，輸出也是一正一負(fù)兩根線。想要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，只需要改變其電源的正負(fù)極即可，也就是改變電流的方向。有刷電調(diào)可以通過內(nèi)部電路來改變輸出電流的方向，從而達(dá)到電機(jī)不同方向的轉(zhuǎn)動。如果想要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就需要改變電壓和電流的大小。2.無刷電調(diào)無刷電調(diào)的作用是將直流電源轉(zhuǎn)為三相交流電，并可以通過改變輸出電壓，從而改變無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度。與有刷電調(diào)不同的是，無刷電調(diào)不能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，改變無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動方向只需要將電機(jī)的三根電源線的任意兩根反接即可。無刷電調(diào)使用PWM信號控制電壓，從而電機(jī)轉(zhuǎn)速，由于無刷電調(diào)不能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向所以PWM占空比由50%到100%逐漸變化的過程就是電機(jī)由停轉(zhuǎn)到越轉(zhuǎn)越快的過程，直至達(dá)到最大轉(zhuǎn)速。相關(guān)知識點6:PWM信號

PWM信號的頻率是通常是沒有規(guī)定的，可以是50hz、100hz、200hz或500hz等等?？刂祁l率越高，其周期越短，控制間隔也就越短，電調(diào)和電機(jī)響應(yīng)速度也就越快。反之，控制頻率越低，其周期就越長，控制間隔就越長，電調(diào)和電機(jī)的響應(yīng)速度就越慢。早期電調(diào)響應(yīng)PWM信號的頻率是50hz，但隨著科技的發(fā)展和對控制流暢度的要求，現(xiàn)在多數(shù)電調(diào)都支持500hz以上的PWM信號，并且電調(diào)內(nèi)部自帶濾波器，可以很好的響應(yīng)并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。PWM英文全稱為（Pulse-widthmodulation）。也稱占空比信號，它表示高電平時長占整個信號周期的比例。例如：PWM的整個周期為2ms，而高電平時長為0ms，低電平時長為2ms，那么占空比的值為0%；又如高電平時長為1ms，而低電平時長為1ms，那么占空比信號則為50%；如果高電平時長為2ms，而低電平時長為0ms，那么占空比信號為100%。相關(guān)知識點7:螺旋槳靠槳葉在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力或升力的裝置，簡稱螺旋槳。螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，槳葉不斷把大量空氣（推進(jìn)介質(zhì)）向后推去，在槳葉上產(chǎn)生一向前的力，即推進(jìn)力。當(dāng)該面朝前時，逆時針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力的為正槳，順時針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力的為反槳。一般情況下，螺旋槳除旋轉(zhuǎn)外還有前進(jìn)速度。如截取一小段槳葉來看，恰像一小段機(jī)翼，其相對氣流速度由前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度合成。相關(guān)知識點8:螺旋槳的分類1.定距螺旋槳木制螺旋槳一般都是定距的。它的槳距（或槳葉安裝角）是固定的。適合低速的槳葉安裝角在高速飛行時就顯得過??；同樣，適合高速飛行的安裝角在低速時又嫌大。所以定距螺旋槳只在選定的速度范圍內(nèi)效率較高，在其他狀態(tài)下效率較低。定距螺旋槳構(gòu)造簡單，重量輕，在功率很小的無人機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。2.變距螺旋槳為了解決定距螺旋槳高、低速性能的矛盾，遂出現(xiàn)了飛行中可變槳距的螺旋槳。螺旋槳變距機(jī)構(gòu)由液壓或電力驅(qū)動。變距螺旋槳廣泛應(yīng)用于固定翼飛機(jī)和直升機(jī)，雖然兩者都在使用變距螺旋槳，但是目的和形狀都不盡相同。固定翼飛機(jī)使用變距螺旋槳的目的在于通過調(diào)節(jié)螺旋槳的拉力，使螺旋槳處于最佳工作狀態(tài)。而直升機(jī)使用變距螺旋槳不只是為了調(diào)節(jié)螺旋槳的拉力，也是為了調(diào)節(jié)飛機(jī)的姿態(tài)和運動方向。相關(guān)知識點9:螺距螺距的意義是指螺絲釘延螺旋線方向兩個相同螺紋之間的距離如下圖：而對于螺旋槳來說，我們知道槳的葉片與轉(zhuǎn)動平面是有一個夾角的，所以在轉(zhuǎn)動時才會對空氣產(chǎn)生推力。而這正因為這個夾角的存在，我們就可以對這個夾角做度量，為其測量螺距。我們假設(shè)螺旋槳與螺絲釘一樣延著螺旋線轉(zhuǎn)動并延伸下去，如下圖：這樣我們就可以清楚的看到螺旋槳在螺旋線方向上兩個相鄰螺紋之間的距離。通常這個距離用英寸來表示，例如7045、8045、9045、1045這些指標(biāo)的后兩個數(shù)字表示其螺距為4.5英寸；7050、8050、9050、1050表示其螺距為5.0英寸。而前兩個數(shù)字，表示其直徑的大小，例如：8045表示槳的直徑為8.0英寸，9045表示槳的直徑為9.0英寸，1045表示槳的直徑是10英寸，而不是1.0英寸。相關(guān)知識點10:槳葉的數(shù)量槳的直徑越長，在相同電機(jī)轉(zhuǎn)速下其拉力越大，直徑越小拉力越小。在上面我們談的都是兩葉槳，常見的還有三葉槳和四葉槳。在直徑、螺距、電機(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，槳葉越多其拉力越大，但是其轉(zhuǎn)動慣量與空氣阻力也就越大。電機(jī)使三葉槳達(dá)到與二葉槳相同轉(zhuǎn)速時，需要的電流就更大，而當(dāng)電流增加到十幾安培乃至幾十安培時，電機(jī)的內(nèi)阻和電調(diào)的內(nèi)阻就會消耗掉一定的功率產(chǎn)生熱量，而電機(jī)對槳產(chǎn)生的動能相對減小了一部分。使用多葉槳達(dá)到與兩葉槳相同轉(zhuǎn)速需要消耗的功率就更大。因此，通常情況下三葉槳與四葉槳的效率并沒有二葉槳的效率高。所以對于多旋翼無人機(jī)我們也推薦使用二葉槳。相關(guān)知識點11:無人機(jī)動力電池對于無人機(jī)來說動力電池通常采用鋰芯電池，也就是我們?nèi)粘Ｋf的鋰電池，用LiPo表示，每節(jié)鋰電池的電壓通常為3.7v到4.2v，也就是說每一節(jié)鋰電池的空電電壓為3.7滿電電壓為4.2v。鋰電池的放電效果要比普通鎳氫電池或鎳鋰電池好，所以也在無人機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。鋰電池由滿電到空電的放電過程電壓值并不是線性的，就是說鋰電池在放電過程中電壓值并不是按比例承時間變化的直線，而是一條曲線

通過曲線我們可以清楚的看到鋰電池在剛開始放電時，電壓降低的速度比較接近于線性變化，而后逐漸平緩，并持續(xù)較長一段時間，而后電壓迅速降低。從典型放電曲線圖上可以看出，電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。但是在實際使用過程中4.2v的電壓是不夠的，所以人們想到將多節(jié)鋰電池串聯(lián)起來提高電壓。例如只有1節(jié)鋰的電池稱為LiPo1S電池，由2節(jié)鋰電池串聯(lián)起來的電池稱為LiPo2S，由3節(jié)、4節(jié)或6節(jié)串聯(lián)的分別稱為LiPo3S、LiPo4S或LiPo6S。對于多數(shù)世面上出售的動力電池除了會注明電池節(jié)數(shù)之外，還會注明其空電電壓值，例如：1s3.7v。2s7.4v。3s11.1v。4s14.8v。6s22.2v。動力電池的電壓越高就可以驅(qū)動動力更強(qiáng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動。在小型有刷多旋翼無人機(jī)上使用的通常都是1s或2s鋰電池。而中型多旋翼上使用的通常是3s、4s電池，6s電池通常用在更大的無人機(jī)上。相關(guān)知識點12:電池的容量和放電倍率在購買動力電池時，我們可以看到電池上還有電量的標(biāo)注，電量就是我們所常用的3000mah、4000mah、5300mah或10000mah等等。它表示了動力電池能夠存儲的電能的多少，單位為毫安時。而放電倍率通常是有15C、20C、25C或30C等等。它的意思是說放電的速率。例如：我們有一塊10000mah20C的電池。1、按每小時10000毫安的放電速度持續(xù)放電1個小時；2、以5倍速度放電，即以每小時50000毫安的放電速度持續(xù)放電12分鐘（60/5）；3、以10倍速度放電，即以每小時100000毫安的放電速度持續(xù)放電6分鐘（60/10）；4、以20倍速度放電，即以每小時200000毫安的放電速度持續(xù)放電3分鐘（60/20）。至于在實際飛行過程中它按多少的倍率放電，主要取決于電調(diào)和電機(jī)的功率，也就是負(fù)載的電流消耗。影響電池容量的因素：1.電電流：電流越大，輸出的容量減少；2.電池的放電溫度：溫度降低，輸出容量減少；3.電池的放電截止電壓：是由電極材料以及電極反應(yīng)本身的限定來設(shè)定的放電時一般為3.5V或3.2V。4.電池的充放電次數(shù)：電池經(jīng)過多次充放電后，由于電極材料的失效，電池的放電容量會相應(yīng)減少。5.電池的充電條件：充電倍率、溫度、截止電壓等影響充入電池的容量，從而決定放電容量。模塊2無人機(jī)動力系統(tǒng)

學(xué)習(xí)任務(wù)2內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)之活塞發(fā)動機(jī)的認(rèn)識1.了解一般無人機(jī)所用內(nèi)燃機(jī)的分類和外形區(qū)別。2.掌握二沖程發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)術(shù)語。3.掌握二沖程發(fā)動機(jī)和四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理。4.掌握燃料的各種差別和用途。5.學(xué)會拆裝和檢修無人機(jī)內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)。知識目標(biāo)任務(wù)描述學(xué)習(xí)本部分的內(nèi)容，是為了了解內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)組成部分，二沖程發(fā)動機(jī)工作原理、各項參數(shù)意義，該部分知識能夠使人了解動力系統(tǒng)的重要性和內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)的特點。內(nèi)燃機(jī)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種機(jī)械裝置。現(xiàn)在無人機(jī)應(yīng)用最廣數(shù)量最多的是二沖程發(fā)動機(jī)，它具有重量輕、動力強(qiáng)、價格低等優(yōu)點。相關(guān)知識點1:內(nèi)燃機(jī)的分類內(nèi)燃機(jī)作為飛機(jī)的動力系統(tǒng)有著悠久的歷史。在無人機(jī)領(lǐng)域里固定翼無人機(jī)多采取內(nèi)燃機(jī)作為動力系統(tǒng)。因為其具有續(xù)航能力強(qiáng)，成本低，重量輕等優(yōu)點，也因為只有內(nèi)燃機(jī)引擎可以使飛機(jī)超音速飛行。首先按照燃料燃燒位置不同分為外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)。外燃機(jī)就是燃料在開放區(qū)域（氣缸外）燃燒，是用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給另一種介質(zhì)，由另一種介質(zhì)推動活塞運動，蒸汽機(jī)就是典型的外燃機(jī)，燃料燃燒將水燒開，再由蒸汽推動活塞運動，產(chǎn)生行駛的動力。由于外燃機(jī)是在缸體外燃燒，熱量的損失較大，熱效率不高，但是它有一個優(yōu)點就是不挑食，它對燃料不挑剔，只要是能（劇烈）燃燒產(chǎn)生熱量的物質(zhì)，都可以成為外燃機(jī)的燃料。而內(nèi)燃機(jī)的燃料是直接在（氣缸內(nèi)）燃燒，產(chǎn)生熱量推動活塞運動。內(nèi)燃機(jī)的燃料是在缸體內(nèi)燃燒，熱量損失小，熱效率更高。全局閾值

是指整幅圖像使用同一個閾值做分割處理，適用于背景和前景有明顯對比的圖像，它是根據(jù)整幅圖像確定的。但是這種方法只考慮像素本身的灰度值，一般不考慮空間特征，因而對噪聲很敏感。常用的全局閾值選取方法有利用圖像灰度直方圖的峰谷法、最小誤差法、最大類間方差法、最大熵自動閾值法以及其它一些方法。自適應(yīng)閾值是指在許多情況下，物體和背景的對比度在圖像中的各處是不一樣的，這時很難用一個統(tǒng)一的閾值將物體與背景分開。這時可以根據(jù)圖像的局部特征分別采用不同的閾值進(jìn)行分割。實際處理時，需要按照具體問題將圖像分成若干子區(qū)域分別選擇閾值，或者動態(tài)地根據(jù)一定的鄰域范圍選擇每點處的閾值，進(jìn)行圖像分割。最佳閾值閾值的選擇需要根據(jù)具體問題來確定，一般通過實驗來確定。對于給定的圖像，可以通過分析直方圖的方法確定最佳的閾值，例如當(dāng)直方圖明顯呈現(xiàn)雙峰情況時，可以選擇兩個峰值的中點作為最佳閾值。10.1.1全局閾值分割全局閾值分割即當(dāng)像素值高于某一閾值時（如127），我們給這個像素賦予一個新值（如白色），否則我們給它賦予另外一種顏色（如黑色）。OpenCV中的實現(xiàn)全局閾值分割的函數(shù)是cv2.threshold，其語法格式為：dst=cv2.threshold(src,thresh,maxval,type)其中輸入輸出參數(shù)如下：src：源圖像，必須是單通道;thresh：閾值，取值范圍0～255;maxval：填充色，取值范圍0～255;type：閾值類型如表10-1所示。【例10.1】使用各種閾值分割類型對圖像進(jìn)行處理，程序代碼如下：importcv2frommatplotlibimportpyplotasplt

img=cv2.imread('d:/pics/lena.jpg',0)ret,thresh1=cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_BINARY)ret,thresh2=cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_BINARY_INV)ret,thresh3=cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_TRUNC)ret,thresh4=cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_TOZERO)ret,thresh5=cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_TOZERO_INV)

titles=['OriginalImage','BINARY','BINARY_INV','TRUNC','TOZERO','TOZERO_INV']images=[img,thresh1,thresh2,thresh3,thresh4,thresh5]foriinrange(6):plt.subplot(2,3,i+1),plt.imshow(images[i],'gray')plt.title(titles[i])plt.xticks([]),plt.yticks([])plt.show()10.1.2自適應(yīng)閾值上節(jié)介紹的閾值算法是全局閾值，但一副圖像中不同位置的光照情況可能不同，全局閾值會失去很多信息，這種情況下我們需要采用自適應(yīng)閾值。自適應(yīng)閾值二值化函數(shù)根據(jù)圖像的小塊區(qū)域的值來計算對應(yīng)區(qū)域的閾值，從而得到更為合適的圖像。OpenCV中實現(xiàn)自適應(yīng)閾值分割的函數(shù)是cv2.adaptiveThreshold，其語法格式為：dst=cv2.adaptiveThreshold(src,maxval,thresh_type,type,BlockSize,C)其中輸入輸出參數(shù)如下：src：源圖像，必須是單通道；dst：輸出圖像；maxval：填充色，取值范圍0～255；thresh_type：計算閾值的方法有如下2種：cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C：通過平均的方法取得平均值；cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C：通過高斯法取得高斯值。type；閾值類型，見表10-1所示；BlockSize：圖片中分塊的大??；C：閾值計算方法中的常數(shù)項。【例10.2】使用自適應(yīng)選取閾值方法對圖像進(jìn)行處理，程序代碼如下：importcv2importnumpyasnpfrommatplotlibimportpyplotasplt

img=cv2.imread('d:/pics/lena.jpg',0)ret,th1=cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_BINARY)#設(shè)Blocksize=11,C=2th2=cv2.adaptiveThreshold(img,255,cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C,cv2.THRESH_BINARY,11,2)th3=cv2.adaptiveThreshold(img,255,cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C,cv2.THRESH_BINARY,11,2)titles=['OriginalImage','GlobalThresholding(v=127)','AdaptiveMean','AdaptiveGaussian']

images=[img,th1,th2,th3]foriinrange(4):plt.subplot(2,2,i+1),plt.imshow(images[i],'gray')plt.title(titles[i]),plt.axis('off')plt.show()【10.4】基于初始種子自動選取的區(qū)域生長。程序代碼如下：importcv2importnumpyasnp

#初始種子選擇deforiginalSeed(gray,th):ret,thresh=cv2.threshold(gray,th,250,cv2.THRESH_BINARY)#二值圖，種子區(qū)域(不同劃分可獲得不同種子)kernel=cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE,(3,3))#3×3結(jié)構(gòu)元thresh_copy=thresh.copy()thresh_B=np.zeros(gray.shape,np.uint8)

seeds=[]#為了記錄種子坐標(biāo)#循環(huán)，直到thresh_copy中的像素值全部為0whilethresh_copy.any():Xa_copy,Ya_copy=np.where(thresh_copy>0) #thresh_A_copy中值為255的像素的坐標(biāo)thresh_B[Xa_copy[0],Ya_copy[0]]=255#選取第一個點，并將thresh_B中對應(yīng)像素值改為255#連通分量算法，先對thresh_B進(jìn)行膨脹，再和thresh執(zhí)行“與”操作（取交集）foriinrange(200):dilation_B=cv2.dilate(thresh_B,kernel,iterations=1)thresh_B=cv2.bitwise_and(thresh,dilation_B)

#取thresh_B值為255的像素坐標(biāo)，并將thresh_copy中對應(yīng)坐標(biāo)像素值變?yōu)?Xb,Yb=np.where(thresh_B>0)thresh_copy[Xb,Yb]=0

#循環(huán)，在thresh_B中只有一個像素點時停止whilestr(thresh_B.tolist()).count("255")>1:thresh_B=cv2.erode(thresh_B,kernel,iterations=1)#腐蝕操作

X_seed,Y_seed=np.where(thresh_B>0)#取此處種子坐標(biāo)ifX_seed.size>0andY_seed.size>0:seeds.append((X_seed[0],Y_seed[0]))#將種子坐標(biāo)寫入seedsthresh_B[Xb,Yb]=0#將thresh_B像素值置零returnseeds

#區(qū)域生長defregionGrow(gray,seeds,thresh,p):seedMark=np.zeros(gray.shape)ifp==8:#八鄰域connection=[(-1,-1),(-1,0),(-1,1),(0,1),(1,1),(1,0),(1,-1),(0,-1)]elifp==4:#四鄰域connection=[(-1,0),(0,1),(1,0),(0,-1)]

#seeds內(nèi)無元素時候生長停止whilelen(seeds)!=0:#棧頂元素出棧pt=seeds.pop(0)foriinrange(p):tmpX=pt[0]+connection[i][0]tmpY=pt[1]+connection[i][1]

#檢測邊界點iftmpX<0ortmpY<0ortmpX>=gray.shape[0]ortmpY>=gray.shape[1]:continueifabs(int(gray[tmpX,tmpY])-int(gray[pt]))<threshandseedMark[tmpX,tmpY]==0:seedMark[tmpX,tmpY]=255seeds.append((tmpX,tmpY))returnseedMark

if__name__=='__main__':img=cv2.imread("d:/pics/rice.png")gray=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)cv2.imshow('Originalimage',gray)seeds=originalSeed(gray,th=180)seedMark=regionGrow(gray,seeds,thresh=3,p=8)cv2.imshow("seedMark",seedMark)cv2.waitKey(0)cv2.destroyAllWindows()10.2.2區(qū)域分裂合并區(qū)域分裂合并基本上是區(qū)域生長的逆過程：從整個圖像出發(fā)，不斷分裂得到各個子區(qū)域，然后再把前景區(qū)域合并，實現(xiàn)目標(biāo)提取。分裂合并的假設(shè)是對于一幅圖像，前景區(qū)域由一些相互連通的像素組成的，因此，如果把一幅圖像分裂到像素級，那么就可以判定該像素是否為前景像素。當(dāng)所有像素點或者子區(qū)域完成判斷以后，把前景區(qū)域或者像素合并就可得到前景目標(biāo)。區(qū)域分裂合并方法中，最常用的方法是四叉樹分解法，如圖10-5所示。分裂合并法的關(guān)鍵是分裂合并準(zhǔn)則的設(shè)計，其基本思想是先確定一個分裂合并的準(zhǔn)則，即區(qū)域特征一致性的測度。當(dāng)圖像中某個區(qū)域的特征不一致時就將該區(qū)域分裂成4個相等的子區(qū)域，當(dāng)分裂到不能再分的情況時，分裂結(jié)束；然后查找相鄰區(qū)域有沒有相似的特征，當(dāng)相鄰的子區(qū)域滿足一致性特征時則將它們合成一個大區(qū)域，直至所有區(qū)域不再滿足分裂合并的條件為止，最后達(dá)到分割的目的。【例10.5】利用區(qū)域分裂合并算法分割圖像，程序代碼如下：importnumpyasnpimportcv2

#判斷方框是否需要再次拆分為四個defjudge(w0,h0,w,h):a=img[h0:h0+h,w0:w0+w]ave=np.mean(a)std=np.std(a,ddof=1)count=0total=0foriinrange(w0,w0+w):forjinrange(h0,h0+h):ifabs(img[j,i]-ave)<1*std:count+=1total+=1if(count/total)<0.95:#合適的點還是比較少，接著拆returnTrueelse:returnFalse##將圖像將根據(jù)閾值二值化處理，在此默認(rèn)125defdraw(w0,h0,w,h):foriinrange(w0,w0+w):forjinrange(h0,h0+h):ifimg[j,i]>125:img[j,i]=255else:img[j,i]=0defsplitting(w0,h0,w,h):#分裂函數(shù)ifjudge(w0,h0,w,h)and(min(w,h)>5):splitting(w0,h0,int(w/2),int(h/2))splitting(w0+int(w/2),h0,int(w/2),int(h/2))splitting(w0,h0+int(h/2),int(w/2),int(h/2))splitting(w0+int(w/2),h0+int(h/2),int(w/2),int(h/2))else:draw(w0,h0,w,h)if__name__=="__main__":img=cv2.imread('d:/pics/lena.jpg',0)img_input=cv2.imread('d:/pics/lena.jpg',0)#備份height,width=img.shape[0:2]splitting(0,0,width,height)cv2.imshow('input',img_input)cv2.imshow('output',img)cv2.waitKey(0)cv2.destroyAllWindows()10.3圖像的邊緣分割

圖像分割的一種重要途徑是通過邊緣檢測，即檢測灰度級或者結(jié)構(gòu)具有突變的地方，表明一個區(qū)域的終結(jié)，也是另一個區(qū)域開始的地方。圖像中邊緣處像素的灰度值不連續(xù)，這種不連續(xù)性可通過求導(dǎo)數(shù)來檢測到。對于階躍狀邊緣，其位置對應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)的極值點，對應(yīng)二階導(dǎo)數(shù)的過零點(零交叉點)。因此常用微分算子進(jìn)行邊緣檢測。常用的一階微分算子有Roberts算子、Prewitt算子和Sobel算子，二階微分算子有Laplace算子和Kirsh算子等。在實際中各種微分算子常用小區(qū)域模板來表示，微分運算是利用模板和圖像卷積來實現(xiàn)。這些算子對噪聲敏感，只適合于噪聲較小不太復(fù)雜的圖像。由于邊緣和噪聲都是灰度不連續(xù)點，在頻域均為高頻分量，直接采用微分運算難以克服噪聲的影響。因此用微分算子檢測邊緣前要對圖像進(jìn)行平滑濾波。LoG算子和Canny算子是具有平滑功能的二階和一階微分算子，邊緣檢測效果較好。其中LoG算子是采用Laplacian算子求高斯函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)，Canny算子是高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，它在噪聲抑制和邊緣檢測之間取得了較好的平衡。相關(guān)知識點1:內(nèi)燃機(jī)的分類如果根據(jù)燃料的不同，發(fā)動機(jī)有汽油、柴油之分。汽油發(fā)動機(jī)（GasolineEngine）是以汽油作為燃料，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成動能的的發(fā)動機(jī)。由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸，經(jīng)過壓縮達(dá)到一定的溫度和壓力后，用火花塞點燃，使氣體膨脹做功。汽油機(jī)的特點是轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、造價低廉、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、使用維修方便。汽油機(jī)在汽車上，特別是小型汽車上大量使用。由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以在氣缸外部與空氣形成均勻的混合氣，然后將混合氣吸入氣缸，或用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸，使氣體膨脹做功。汽油機(jī)的缺點是熱效率低于柴油機(jī)，泊耗較高，點火系統(tǒng)比柴油機(jī)復(fù)雜，可靠性和維修的方便性也不如柴油機(jī)。柴油發(fā)動機(jī)是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機(jī)。柴油發(fā)動機(jī)的優(yōu)點是扭矩大、經(jīng)濟(jì)性能好。柴油發(fā)動機(jī)的工作過程與汽油發(fā)動機(jī)有許多相同的地方，每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。但由于柴油機(jī)用的燃料是柴油，它的粘度比汽油大，不容易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻比汽油低，因此，可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機(jī)不同。不同之處主要有，柴油發(fā)動機(jī)的氣缸中的混合氣是壓燃的，而非點燃的。柴油發(fā)動機(jī)工作時，進(jìn)入氣缸的是空氣，氣缸中的空氣壓縮到終點的時候，溫度可以達(dá)到500-700℃，壓力可以達(dá)到40—50個大氣壓?；钊咏现裹c時，供油系統(tǒng)的噴油嘴以極高的壓力在極短的時間內(nèi)向氣缸燃燒室噴射燃油，柴油形成細(xì)微的油粒，與高壓高溫的空氣混合，可燃混合氣自行燃燒，猛烈膨脹產(chǎn)生爆發(fā)力，推動活塞下行做功，此時溫度可達(dá)1900-2000℃，壓力可達(dá)60-100個大氣壓，產(chǎn)生的扭矩很大，所以柴油發(fā)動機(jī)廣泛的應(yīng)用于大型柴油設(shè)備上。不管是蒸汽機(jī)還是后來的單缸（多缸）柴油機(jī)、汽油機(jī)，都是活塞發(fā)動機(jī)。相關(guān)知識點2:活塞發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)活塞發(fā)動機(jī)通常是指燃油在汽缸里燃燒膨脹，推動活塞下行帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，以此形式輸出動力的發(fā)動機(jī)，其利用一個或者多個活塞將壓力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動能。活塞發(fā)動機(jī)主要由活塞、曲軸、連桿、氣缸、進(jìn)排氣們和火花塞等組成，活塞活塞在氣缸中做往復(fù)運動，其頂面和氣缸頭內(nèi)表面之間的空間是燃燒室?；钊l(fā)動機(jī)上裝有數(shù)個彈性很強(qiáng)的活塞環(huán)，又稱漲環(huán)，其作用是防止燃燒室內(nèi)的高溫高壓燃?xì)庀蛲庑孤?，并防止滑油從外部進(jìn)入燃燒室。曲軸和連桿活塞和曲軸由連桿相連，從而將活塞的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并將從每個氣缸獲得的功傳輸?shù)铰菪龢?。氣缸氣缸?nèi)壁是燃燒室的組成部分，在發(fā)動機(jī)工作時，汽油與空氣的混合物在燃燒室被壓縮點燃，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷?、高壓燃?xì)猓ㄟ^燃?xì)獾呐蛎浭篃崮苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。進(jìn)、排氣門:新鮮的油氣混合物通過進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸，膨脹做功后的廢氣經(jīng)過排氣系統(tǒng)排出。進(jìn)、排氣門的開關(guān)由氣門結(jié)構(gòu)控制?；鸹ㄈ?火花塞通常被稱為電嘴，其功能是適時高壓放電，點燃?xì)飧字械男迈r油氣混合物。相關(guān)知識點3:活塞發(fā)動機(jī)工作原理發(fā)動機(jī)的活塞頂部能到達(dá)的距曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的位置叫上止點，相應(yīng)地，活塞頂部能到達(dá)的距曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的位置叫下止點，從上止點到下止點的距離叫活塞沖程活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個沖程，依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程1，進(jìn)氣沖程。這個沖程，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉?；钊滦校诟變?nèi)形成真空，這個沖程的目的是為了將空氣或者油氣混合物吸入缸內(nèi)，對于柴油機(jī)和直噴式汽油機(jī)吸入的是純空氣，而對于非直噴汽油機(jī)吸入的是汽油和空氣的混合物，這個沖程結(jié)束的適合，進(jìn)氣門會關(guān)閉。進(jìn)氣結(jié)束缸內(nèi)會形成0.75到0.9個大氣壓壓強(qiáng)。2，壓縮沖程這個沖程的目的就是為了可燃混合氣可以迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，從而增加發(fā)動機(jī)的輸出功率。所以在燃燒前需要將混合氣壓縮，使其容積減少，密度增大，溫度升高。此時混合氣會被壓縮到一個非常小的空間內(nèi)，氣缸內(nèi)壓力可以達(dá)到十幾個大氣壓，溫度可以達(dá)到300°上下。3，做功沖程這個行程，進(jìn)，排氣門仍然關(guān)閉，當(dāng)活塞接近上止點的時候，火花塞點火，點燃被壓縮的可燃?xì)怏w?？扇蓟旌蠚馊紵?，放出大量的熱能，壓力和溫度迅速增加，所能達(dá)到最高壓力5Mpa，約等于50個大氣壓力，溫度可達(dá)2500°。高溫高壓燃?xì)馔苿踊钊麖纳现裹c向下止點運動。通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)輸出機(jī)械能，除了飛馳本身運作以外，其余用于對外做工。4.排氣沖程可燃?xì)怏w燃燒后生成的廢氣，必須從缸內(nèi)排出，以便進(jìn)行下一個循環(huán)。當(dāng)做功沖程接近下止點的時候，排氣門開啟，靠廢氣壓力自行排氣，活塞繞過下止點后向上止點移動的時候，繼續(xù)將廢氣強(qiáng)制排出到大氣中。在排氣行程終了，氣缸內(nèi)壓力還是會稍稍大于大氣壓。相關(guān)知識點4:二沖程發(fā)動機(jī)和四沖程發(fā)動機(jī)①從結(jié)構(gòu)上來看二沖程發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，主要由氣缸蓋、氣缸、活塞、活塞環(huán)等零件組成，在缸體上開有進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔；氣孔的開啟和關(guān)閉由活塞的位置決定。與四沖程發(fā)動機(jī)相比，沒有復(fù)雜的配氣機(jī)構(gòu)和潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)一般都采用風(fēng)冷，結(jié)構(gòu)上大為簡化，造價也更便宜。②四沖程發(fā)動機(jī)有獨立的配齊機(jī)，通過凸輪軸、正時鏈條或氣門頂桿，來控制氣門的開啟和關(guān)閉，比較精密。進(jìn)、排氣系統(tǒng)比較完善，所以比較省油。二沖程發(fā)動機(jī)通過活塞在上行和下行的過程中，在不同的階段打開和關(guān)閉位于缸體上的進(jìn)氣口、排氣口和掃氣口來控制進(jìn)排氣，會造成浪費。四沖程相比于二沖程發(fā)動機(jī)更省油，而二沖程發(fā)動機(jī)的污染也比四沖程發(fā)動機(jī)嚴(yán)重。③從性能上來看，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速相同時，二沖程發(fā)動機(jī)單位時間的作功次數(shù)是四沖程發(fā)動機(jī)的兩倍。理論上二沖程發(fā)動機(jī)的功率應(yīng)是四沖程發(fā)動機(jī)的兩倍（但實際上只有1.5~1.7倍），發(fā)動機(jī)的升功率更高，動力性更好，發(fā)動機(jī)的振動也比較小。綜合來看，四沖程發(fā)動機(jī)應(yīng)用的更加廣泛，絕大多數(shù)的汽車和工程機(jī)械上搭載的都是四沖程發(fā)動機(jī)，而二沖程發(fā)動機(jī)更多的應(yīng)用在那些不常使用和“推重比”很重要的場合，比如剪草機(jī)、油鋸、農(nóng)作機(jī)械和無人機(jī)等。二沖程發(fā)動機(jī)是在兩個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)。二沖程發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈，發(fā)動機(jī)對外作功一次。壓縮與吸氣過程同時進(jìn)行，做功后立即進(jìn)行排氣。由于完成一個做功循環(huán)需要活塞運動兩個行程，所以叫二沖程。四沖程發(fā)動機(jī)會在四個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)。曲軸轉(zhuǎn)兩圈，發(fā)動機(jī)對外做功一次。壓縮、吸氣、做功、排氣四個過程分開進(jìn)行。由于完成一個做工循環(huán)需要活塞運動四個行程，所以叫四沖程。二沖程發(fā)動機(jī)與四沖程發(fā)動機(jī)的區(qū)別如下:相關(guān)知識點5:二沖程發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)二沖程發(fā)動機(jī)氣缸體上有三個孔，即進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔，這三個孔分別在一定時刻由活塞關(guān)閉如圖第一沖程：活塞自下止點向上移動，三個氣孔同時被關(guān)閉后，進(jìn)入氣缸的混合氣被壓縮；在進(jìn)氣孔露出時，可燃混合氣流入曲軸箱。第二沖程：活塞壓縮到上止點附近時，火花塞點燃可燃混合氣，燃?xì)馀蛎浲苿踊钊乱谱龉?。這時進(jìn)氣孔關(guān)閉，密閉在曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣被壓縮；當(dāng)活塞接近下止點時排氣孔開啟，廢氣沖出；隨后換氣孔開啟，受預(yù)壓的可燃混合氣沖入氣缸，驅(qū)除廢氣，進(jìn)行換氣行程。模塊2無人機(jī)動力系統(tǒng)

學(xué)習(xí)任務(wù)3內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)之渦輪發(fā)動機(jī)的認(rèn)識1.了解一般無人機(jī)所用渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)的分類和外形區(qū)別。2.掌握渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)術(shù)語。3.掌握渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)的工作原理。知識目標(biāo)任務(wù)描述人類航空史上的一切重大成就，幾乎都與航空發(fā)動機(jī)參數(shù)及性能的改善或新型動力裝置的研制成功有關(guān)。自1939年裝有渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的飛機(jī)在德國首次成功飛行以來，飛行器動力裝置獲得了飛速發(fā)展，使飛行器的性能和任務(wù)能力都取得了重大突破。學(xué)習(xí)本部分的內(nèi)容，是為了了解內(nèi)燃機(jī)中的渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)組成部分工作原理，該部分知識能夠使人了解渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)的特點?，F(xiàn)在高速大型無人機(jī)應(yīng)用最廣數(shù)量最多的是渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)，它具有體積大、動力強(qiáng)、可超音速等優(yōu)點。相關(guān)知識點1:噴氣發(fā)動機(jī)的分類

火箭發(fā)動機(jī)也是依靠高速噴射燃燒流體產(chǎn)生動力的發(fā)動機(jī)，但它不是用空氣形成燃燒，而是用火箭本身自帶的氧化劑和燃燒劑產(chǎn)生燃?xì)馍淞?。超燃沖壓發(fā)動機(jī)、脈沖爆震發(fā)動機(jī)等新型發(fā)動機(jī)也屬于噴氣發(fā)動機(jī)，但它們的工作原理與其他空氣噴氣發(fā)動機(jī)不同。

與活塞式發(fā)動機(jī)通過活塞的往復(fù)運動或旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生動力的方式不一樣，噴氣發(fā)動機(jī)是通過高速噴射燃燒氣體而產(chǎn)生的反沖作用獲得動力使飛行器前進(jìn)的發(fā)動機(jī)，包括了空氣噴氣式發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)?？諝鈬姎獍l(fā)動機(jī)燃料燃燒時需要從空氣中獲得氧氣，因而只能在大氣中飛行。根據(jù)是否有壓氣機(jī)，空氣噴氣發(fā)動機(jī)分為有壓氣機(jī)的噴氣式發(fā)動機(jī)和無壓氣機(jī)的，噴氣式發(fā)動機(jī)。有壓氣機(jī)的噴氣式發(fā)動機(jī)主要有渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)和渦輪軸發(fā)動機(jī)，無壓氣機(jī)的噴氣式發(fā)動機(jī)主要有沖壓噴氣發(fā)動機(jī)和脈沖噴氣發(fā)動機(jī)。相關(guān)知識點2:空氣噴氣發(fā)動機(jī)的工作原理空氣噴氣發(fā)動機(jī)是以空氣和燃油作為混合氣體燃燒噴射的噴氣發(fā)動機(jī)，這類發(fā)動機(jī)在工作時，從前端吸入大量空氣，燃燒后高速噴出，相當(dāng)于發(fā)動機(jī)給氣體施加力使之加速向后噴射，按照作用力與反作用力原理，向后高速噴出的氣體也會給發(fā)動機(jī)一個反作用力，即使飛機(jī)前進(jìn)的推力。從產(chǎn)生輸出能量的原理上講，噴氣式發(fā)動機(jī)和活塞式發(fā)動機(jī)是相同的，都需要有進(jìn)氣，加壓，燃燒和排出的四個過程。不同的是，活塞式發(fā)動機(jī)的四個階段是分時依次進(jìn)行的，而在噴氣式發(fā)動機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的。相關(guān)知識點3:渦輪噴氣發(fā)動機(jī)經(jīng)過壓縮的空氣被送入燃燒室與燃油混合燃燒，從燃燒室流出的高溫高壓燃?xì)饬鬟^與壓氣機(jī)裝在同一軸線上的渦輪，推動渦輪和壓氣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)。燃燒后，渦輪前的燃?xì)?/p>