航模 的动力系统

第四章动力系统

模型飞机要飞行，必须要有发动机提供推力。航模发动机种类比较多，有内燃机，电动机，喷气式发动机这3大类。

第一节内燃机

内燃机分二冲程发动机和四冲程发动机，按点火方式，有压燃式和电热式，汽油机

是用高压电火花点火。

航模用内燃机，按燃料种

类，有汽油机和甲醇机。按工

作方式，有两冲程和四冲程之

分。四冲程发动机，顾名思义，

其工作循环由四个步骤组成。

即吸气，压缩，爆发做功，排

气。由于四冲程发动机控制喷

油和点火的机构比较复杂，所

以重量较大，维修不易。优点

是工作效率高，节省燃油。另

外，四冲程发动机每个工作循

环由四步组成，即活塞往复运

行2个周期才做一次功。于此

相比，两冲程发动机由于工作

方式不同，活塞每往复运行1

次即作一次功。并且，两冲程

发动机相对于四冲程发动机而

言，结构大大简化，因而重量

要轻许多。所以，在重量相同

的前提下，两冲程发动机比四

冲程发动机功率要大。另外，由于结构简单，所以维修保养容易的多，价格也便宜一些。正是基于这些优点，两冲程发动机非常适合于航模领域。但是，任何事都有两面性，

两冲程发动机高功率密度（即发动机单位重量所输出的功率），结构简单，这些优点，

是以很高的油耗作为代价的。这和他的工作方式有关系。

中小型航模用内燃机目前最常用的是以甲醇为燃料的两冲程发动机。

中小型航模，使用2冲程甲醇机较适宜。大型航模，则使用2冲程汽油机比较好。四冲程发动机因机构复杂，重量大，在航模中不常使用。

除此之外，还有压燃式发动机，他的工作方式和柴油机类似。燃料为煤油，蓖麻油，乙醚的混合物。活塞压缩，温度升高后，燃料中的乙醚首先燃烧（乙醚燃点低），

然后引燃煤油爆发。推动活塞做功。这种发动机目前较少使用。

本课程将要涉及到的内燃机是以甲醇为燃料的电热式发动机（其结构如右图所示）。

第二节电动机

电动机作为航模的动力，有功率密度

大，使用和调整方便，不会污染空气，噪音极小等显著优势。随着科技的进步，无刷电机近年来已经在航模领域得到广泛使用，并取代了传统的直流电机。所以这里我们主要学习无刷电动机的相关知识。在学习无刷电机之前，我们有必要先了解一下直流有刷电机的工作原理。

同学们已经在初中物理课上学

过直流电动机工作原理。直流电机的

转子由若干个电磁铁组成，通电后转

子和定子（磁铁）互相吸引，或者排

斥，从而使转子能够转动一定角度。

要让转子持续转动，就需要安装“换

向器”和“电刷”。他们的作用是在恰

当的时机改变转子中电流的方向，从

而改变转子电磁铁的磁极方向，这样，

电机转子就能持续平稳的转动了。

直流电机具有体积小，启动力矩大等优点。不需要专门的控制器，直接接上直流电就能运转（无刷电机需要专门的控制器）。同时，直流电机也存在弊端。由于电刷和换向器之间存在滑动摩擦，会使一部分电能白白损耗。其次，电刷和换向器之间电阻较大，所以，直流电机的工作电流不能太大，否则，电刷和换向器会严重发热甚至烧毁。另外，直流电机工作时，电刷和换向器之间会产生电火花，电火花中有高频电磁辐射，会严重影响遥控器，甚至导致飞机失控。

针对直流电机的弊端，无刷电机应运而生。无刷电机，顾名思义，这种电机，没有电刷。没有电刷，那么电机工作时怎样改变电流方向呢？直流电机通过电刷和换向器改变电流方向。而无刷电机用一种叫做“无刷电机电子调速器”称“电调”）的装置代替电刷和换向器的作用，用它来改变电流方向的。电调可以探测电机磁极相对于转子的位置，在恰当的时机自动改变电流方向，从而改变磁极方向，使电机持续转动。这样一来，无刷电机不但继承了普通直流电机的优点，并且革除了直流电机的所有弊端。质量较好的无刷电机，效率可达90%以上。功率密度也很大。一个功率200瓦的无刷电机，重量只有50多克，远远超过内燃机。

无刷电机不但在航模领域得到了广泛应用，在其他行业，用途也很广泛。比如，电动摩托和电动自行车，大多数是以无刷电机为动力的。无刷电机型号比较多。下面我们进一步学习航模用无刷电机的知识。

航模用无刷电机的电源是以多节电池串联而成。而串联节数不能太多，因此，航模用无刷电机的工作电源比较低，一般在12——24伏。电机大致可分为两大类：内转子电机，外转子电机。所谓内转子电机，就是指电机转子和普通电机一样在电机内部。而外转子电机，转子就是电机的外壳（外壳内壁镶嵌磁铁），而电机内部的绕组（电磁铁）是固定不动的。

电机的KV值，功率

电机型号一般用定子的直径和高度以及KV值确定。比如2212外转子无刷电机，即这种电机的定子直径22毫米，高度12毫米。这个尺寸越大，则电机功率越大。而KV值则是用来衡量电机转速的参数。ＫＶ值的含义，就是电压为1伏特时电机的空载转速。而无刷电机的空载转速和电压是成正比关系的。举例说明，KV值为1000的电机，当工作电压为1伏特时，空载转速就是1000 转/ 秒，工作电压2伏特时转速则

上升为2000转/秒。即，电机的空载转速=KV值×工作电压。

简单的说，电机KV值越高，则转速越高。而KV值是由电机定子（绕组）线圈匝数决定的。KV值和线圈匝数成反比。即线圈匝数越多，KV值越低，反之则越高。

在功率恒定的情况下，电机的KV值越高（即转速越高）则扭矩越小。为什么会这样呢？同学们在物理课上学过，功率= 物体运动速度×驱动力。由此可推导出电机的功率= 电机转速×扭矩。

所以，即便功率相同的电机，也根据ＫＶ值而分为好多种。

在制作模型飞机时，电机功率和KV值应根据飞机的类型，速度，重量，螺旋桨的尺寸决定。如果选择不当，电机和螺旋桨，以及电子调速器之间匹配性变差，电机就不会发挥出最佳工作状态，甚至有可能烧毁电机，烧毁电子调速器。

功率相等的情况下，高KV值扭矩小，应该驱动小尺寸螺旋桨。如果KV值比较低，则应使用大尺寸螺旋桨。严格地讲，这些工作应该通过实验确定。好在这一切已经由厂家做了，每一个型号的电机所匹配的螺旋桨尺寸以及工作电压，电流，KV值，转速，拉力等参数，都公布在他们的网站。下表就是某生产厂家公布的2212外转子无刷电机的各项参数：A2212 KV930

GWS1047RS桨，11V 12.1A,6430转，推力788克。10V 10.9A，6130转，推力710克。。

GWS1060HD桨，11V 9.9A,7130转，推力650克。10V 8.6A，6690转，推力575克。

A2212 KV1400

GWS1047RS桨，8V 18A，6380转，推力775克。7V 15.1A，5860转，推力650克。

GWS1060HD桨，8V 15.2A,7220转，推力670克，7V 12.7A，6560转，推力553克。

GWS9050HD桨，11V 18.9A，9720转，推力903克，10V，15.4A,9240转，推力816克。

GWS8060HD桨，11V 17.8A，10250转（破桨了），10V，15.4A,9660转。

GWS8040HD桨，11V 12.6A，11800转，推力700克。10V 11A，11000转，推力606克。

A2212 KV2200

5043桨，11V 21.1A，18800转，10V 19.1A，17600转。

GWS8040HD桨，8V 21.5A，11970转，7V 17.8A，10950转

在发动机的大家族中，除了内燃机和电机以外，还有一种“脉冲喷气发动机”。这种发动机是德国人发明的。二战期间纳粹德国发明的V2导弹用的就是它。这种发动机结构及其简单，就是一个耐高温不锈钢圆筒。圆筒前端有单向阀片，只允许空气从前方进入，而汽油燃烧后产生的高温燃气则只能从后方喷出。从而产生推力。这种发动机由于推力不能调节，而且比较危险，一般只用于线操纵竞速模型。

近年来，随着技术的进步，微型涡轮喷气发动机也问世了。这种发动机和当今战斗机上安装的喷气发动机原理和结构完全相同。推力1——10公斤。安装这种发动机的仿真战