Küçük-Bore Otto Döngüsünün Termodinamik Temelleri
Otto döngüsü küçük insansız sistemlerde baskınlık, elektriksel depolamanın temel fiziklerinde geri dönüyor. Sıvı hidrokarbon yakıtları yaklaşık 13.000 Wh /kg, yaklaşık 42 kg değerindeki lityum-iyon aküleri ile karşılaştırıldığında - 40 cc Otto motorunu 4,4 kg / 4 kg değerindeki artışlar, sadece 4,5 sabit bir yakıta ihtiyaç duyan 12 kg, toplam 7 kg değerinde bir batarya paketi, bu da yaklaşık 42 kg ağırlığındadır.
Ancak meydan okuma, Borcun ısı kaybı nedeniyle lineer olmayan kalkışları kabaca 0.1-0.5 mm'lik bir ısı tabakasının yaklaşık olarak ısıtılmasıyla birlikte, ısının yüzde 15 ila 20'si, mevcut yanma alanı nedeniyle kesintiye uğratamayacağıdır.Bu fenomenin doğrudan sabit olduğu ifade edilen basınç ve daha yüksek basınç oranlarına sahip olan 25 mm'de, silindire bitişik olan yüksek basınç oranlarına sahip olan yüksek basınç oranlarına sahip olması anlamına gelir.
Yasaları ve Pratik İmkanları
Yüzey-to-Volume Oranı ve Heat Transfer Pathways
Yaklaşık 2.5 cm - 1 silindir başına 20 cc tek-cylinder motoru ve 28 mm'nin bir S / V'si yaklaşık 5.3 cm'ye sahip, iki kattan fazla ısı transfer kataraktlı motor, yüksek çözünürlükte 20 inçlik bir hız ve silindir basıncı ile 20 cc motorunu tamamen ortadan kaldırır.
Bu ısı kaybı düzgün bir şekilde dağıtılmıyor. egzoz valfi, kıvılcım fiş patron ve squish bölgeleri, 80 bar zirve silindir basıncının baskısını deneyimledikçe, düşük termal genişlemeli element termomekanik analizleri ile talep edilen ısı iletkenleri için 300 °C ısıtılmış bir ısı kalınlığında hesaplanmalıdır.
Friction Scaling ve Mekanik Verimlilik
Friction, yer değiştirme ile lineer olarak ölçeklendirmez.The piston ring paketinin sürtünmeye katkısı, sıkıca uygulanan kütlenin yüzde 2'sini oluşturan bileşik yüzükler, 90 mm'lik bir alandan daha yavaş yavaş azalır.TheLocks ring gerginlikleri, genellikle kabul edilebilir bir darbe oranı korumak için gerekli olan -tipik olarak, sadece yüksek plazma kaplamalarda %45'i oluşturan vücut kaplamaları ile sınırlı tutmaz.
Bağlantı çubuğu uzunluğunın kendisi bir tasarım kısıtlaması haline gelir. Kompakt bir motorda, çubuk-to-stroke oranı genellikle üst düzeye yakın olan 1.1.6 ile sınırlıdır, çünkü çubuk ve bileğin elastik hareketini içeren bir çubuk - eğimli eğim ve aşınma, daha uzun süre boyunca bükme ve yıpranmış bir çubuk, yanmaz, motor yüksekliğini artırmakta ve yüksek çözünürlükte sabit bir şekilde kontrol altına almak için yüksek çözünürlükte.
Combustion Chamber Architecture and Flame Development
Turbulent Flame Speed için optimize
Bir minyatür odada, yüksek hızlı bir döngünün en düşük ısıtımı 10-15 m /s'te 10 mil ısıtımı artırmak için, yüksek çözünürlükte 3-5 milisaniyeler arasında tam bir yanmak için, motor, yüksek hızda 50 m /s'e kadar ısı geçişi artırmak için türk ısı hızı elde etmelidir.Bu, ortalama squish velocities - en yüksek çözünürlükte olan 3-5 millik bir şekilde şarj edilebilir.
25-30 derece dahil edilmiş bir ışıkla yanma odası yaygındır, çünkü en yüksek çalkantı ve homojenliği sağlayan yüksek hacimli bir hacime sahip olan ısı parçalarının yüksek olması gerekir.Sustalı teller ile ısınmış bir şekilde 10 mm ipi kullanarak, 2-3 mm'yi en yüksek bülans ve karışımlarda yüksek ısınarak yüksek ısınırlık modundaki kıvılcım boşluğun düşmesine olanak sağlar.
Işık Yükleri için Kondüktif Şarj Operasyonları
Boş ve düşük yük koşulları drone loiter'in tipik olarak, oda eğimli bir eğimle dolu, yavaş yavaş yavaş ve eksik olan bir karışımla dolu.Bu, yakıt enjeksiyonunu hassas bir şekilde hedef alan yüksek basınçlı bir koniyer ve 8-12 mg /shot'ın akışına bağlı olarak, bu şekilde yüksek basınçlı yakıt teslimatını talep ediyor.
Bu stratejinin başarısı, enjeksiyon etkinliğinin, düşük hızlarda, tümörlü oranlarda - büyük ölçekli rotasyonel akışların motor hızına göre oranına bağlıdır - karışım dağıtımını önlemek ve ölçümleme bağlantılarını belirlemek için 1.5'den fazla kullanılabilir.
Aşırı Miniaturizasyon için Malzeme Mühendisliği
Termal Engel Kaplamaları ve Optimizasyonları
Yttria-stabilized zirconia kaplamaları, perforatif plazma spreyi tarafından 150-250 mikrons kalınlığında ısı kaybını % 35-50 oranında sabit devlet operasyonu sırasında azaltılır.The Surface's Low termal iletkenliği - 8YSZ için yaklaşık 1.2 °C - kaplama kalınlığında ısı geçişi ısı geçişi için ısı geçişi azaltılır ve 2-500 °C'nin altındaki alüminyum substratı korurken ısı geçişi ısı geçişi ısı geçişi ısıtılır.
Ancak, plazma destekli kaplamalarda sütunlar, yüksek vakumlu çöp direnci altında, 500-1000 saat sonra delaminasyona yol açan bir kırılma ile, 0.9 W /mK'nın daha düşük ısı iletkenliği ile uygulanan mikro-kırıklık kaplamalar, yüksek vakumlu bir ısı kesici zeminleri kullanarak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek bir ısıtılabilir.
Silindir Bore Yüzey Tedavisi
Silindir duvarı, uzun bir süre boyunca düşük sürtünmeyi korumak için kalıp yüzüğü paketinden vazgeçerek takmaya ve giymeye direnmeye direnmeli. 30 mm'de bir alüminyum blokla, bir demir hattı 80-120 gram ekliyor ve alüminyum pistonlulara karşı koyabilen termal bir genişleme yanlış bir uyum yaratır. Gelişmiş yüzey tedavileri tamamen 20-40 mikronlu bir mikron boyutuyla kontrol edilir - 500-600 HV'nin yüksek bir yüzeysel sertliği 500-600 HV'ye karşı dirençlidir.
Alternatif tedaviler, 3 mikron altındaki Rp değerleri ile birlikte yapılan termal sprey kaplamaları içerir, yumuşak bir temas yüzeyi korumak için vadilerde yağ rezervuarları oluşturur. Bazı prototip motorları, mikro-tavlı açılışlarla yapılan 10-30 mikron derine sahiptir ve halka açık testlerde yüzde 8-12 oranında azalır.
Miniature Doğrudan Enjeksiyon için Yakıt Sistemi Mimarisi
Yüksek Hızlı Tren Pompa ve Rail Entegrasyon
20 cc zarfı içinde doğrudan bir enjeksiyon sistemi, pompa, demiryolu ve enjektetörlerin normalde satın alma katmanı ve kapak kapağı tarafından işgal edilmesi gerekir. Cam-güdümlü tek-piston pompalar 4-6 mm ve 3-4 mm'lik bir vuruşu, ameliyat aralığı boyunca ±5 barı ile birlikte 150 bar üretebilir.
Demiryolunun kendisi 2-3 cc'in iç hacmi ile paslanmaz çelik bir tüpdür, pompadan baskı pulları ve enjekte edici olaylardan dolayı bir bakırın çıkarılması için geri bildirimde bulunulmasını sağlar. 1 milisaniyenin yanıt süresine göre, yüksek hızda enjeksiyona ihtiyaç duyan bir bakırın doğrudan pompaya girmesine izin verir.
Kombinasyon ve Mixture Hazırlık
8000 rpm'de 20 cc motoru için, tam yükte enjeksiyon süresi yaklaşık 2 milisaniyedir, 12-15 mg yakıtı toplam 0.08–0.12 mm'lik boru hatlarıyla azaltılmalıdır.Spetrol modeli, Lagian-Eulerian hattının altındaki dağılımını tahmin etmek için bir araya getirmek gerekir.
piston taç sığ bir kase ile şekillendirilir, genellikle 6–8 mm derin ve 14-18 mm çapında, bu, gazı şarj etmeye zorlarken, üst düzey piston arazisine bağlı olarak yakıtları engellerken, kase-to-bore oranı kritik bir parametredir: çok derin bir enjeksiyonun ısınmasını sağlarken, bu da sert bir enjeksiyon stratejisini içermez.
Tüm Orientasyon Operasyonları için Boya Sistem Tasarımı
Kuru Sump Scavending ve Köpük Yönetimi
Havalimanları veya agresif manevralar için, bir üşük yatak ile geleneksel ıslak sump, saniyede kritik bileşenleri yıldızladı. Kuru bir sump sistemi, yağyı düşük noktalı sumpozyumları kullanarak bir scavenge pompası kullanır ve geri dönüş için bir uzaktan tanka geri döner.
Petrol tankının kendisi, baskı pompasına sürekli bir petrol tedariki ile tasarlanmıştır. tank hacmi genellikle 20 cc motoru aracılığıyla yağ akışını sağlamak için bir pakettir.Saçlı bir metal örgü ile ağırlıklandırılan bir yağ ile birlikte çalışır, basınç pompasına sürekli bir yağ tedarik eder.
Düşük Zenginlik Yağları ve Friction Özellikler
Konvansiyonel SAE 10W-30 yağların 100°C'de yaklaşık 10 cP'nin vizolojisi vardır, bu kayıpları ve hidrodinamik sürtünmeyi, motorun fren ısı verimliliğini 2-3 oranında azaltır ve aynı zamanda yağın 0W-16 aralığındaki yüksek hızda başlamasına olanak sağlar, bu da 100°C'de 5-7 cP'nin vizektomileri ile birlikte - bu kayıpları azaltırken hala motor ve piston ring bölgesinde yeterince ısınır.
Yağlar yüksek vizyum bileşiklerini ve doğal kutupluluğu sağlayan, düşük vizyumlarda bile metal yüzeylerde on değerli bir petrol filmi oluşturmak.Toktiyocarbamate ve organomolybdenum bileşikleri gibi, ısıtıcı ve ısıtıcı katlar 0.04–0.06'ya kadar ısıtılır.
Miniature Motorlarda Ignition ve Combustion Control in Miniature Engines
Capacitive Discharge Ignition ve Ion Sensing
Otomotiv motorlarında kullanılan endüktif ateşleme sistemleri 1-2 milisaniyenin bir kıvılcım süresi üretir, ancak bir adım dönüştürücüyü kullanarak 10-20 mikrosaniye ve 30-40 kV'nin yüksek gerilim ortamındaki bir kıvılcımı üretir. Capacitive deşarj ignition sistemleri, bir sisli ve ısıtılmış koşullarla şarj edilir, 10-20500 V ve 10-20 ila 1 ° mikrosaniyenin yüksek orandaki bir artışla kıvılcım üretir.
Ion-sensing devrery, kıvılcımın sona ermesinden sonra 80-100 V'nin bir yanlışını uygulayarak kıvılcım fişini kullanır.Mevcut gazın akış süresine kadar aktığı mevcuttu ve kesintiye uğramadan önce 5-10 dereceyi tespit edebilir, ki bu doğrudan yerel equivalans oranıyla ve alevin önyüklemeyle ilişkili olabilir.
Geniş bantlı oksijen sensörleri ile adaptif yakıt kontrolü
Küçük bir motordaki hava yakıt oranı yüksek orandaki değişiklikler, hava filtreleri yük veya yakıt bileşimi değişir. Geniş bantlı oksijen sensörleri (dambda sensörleri) normal işlem sırasında 500 °C'nin üzerinde olduğu yerde, Abbeyda 0.7'ye kadar doğru ölçüm sağlar, 50-100 ml enjeksiyon genişliğine yanıt verir.
Kontrol algoritması, enjeksiyon etkinliği ve sensör okuması arasındaki taşıma gecikmesini hesaba katmalıdır, ki bu, tipik egzoz akışı ve konumları ile ilgili düzeltmeler. Model tabanlı bir kontrol, egzoz gaz oksijen konsantrasyonunun kullanılmasının kullanılmasının, arazi operasyonları sırasında daha hızlı bir şekilde geçici yanıt vermesine izin verebilir.
Kompakt Motor Bileşenleri için Üretim Yöntemleri
Komplek Geometri için Metal Üretimi
Lazer toz yatak füzyon (LPBF), AlSi10Mg gibi alüminyum alaşımlarla, ısı flux çizgilerini takip eden, geleneksel delme veya döküm ile imkansız olan ısıtıcı motor kanallarını kullanarak, 1-2 mm'lik bu kanalların ve yanma odasının eğriliğini takip edebilir, 30-50°C'ye kıyasla geleneksel düz soğutma pasajlarına kıyasla ısı pompasını azaltın.
Çevrimsel çekme yüklemeye konu olan çubuklar için, Ti-6Al-4V tozunun elektron kirişinin titreşmesi, 1100 MPa'nın sert gücü ile bileşenleri üretir ve 400 MPa'nın aşırılığını artırır ve yoğunlukları artırır.Yapışlama eğilimi kritiktir: aksi takdirde çatlakları çatlakları sıkıştırır.
Katkı maliyeti yüksek hacimli üretim için bir bariyer olarak kalır, ancak 180 × 250 mm hacmi için - tam bir motor bloğu üretmek için yeterli - araç maliyetlerinin ortadan kaldırılması ve tek bir inşaat döngüsünde kapaklar.
Gelişmiş Döküm ve Forging Processes
Daha yüksek hacimli üretim için, 3D baskılı kum çekirdekleri ile hassas kum dökümü, metal kalıpların pahasına olmadan karmaşık iç geometrilere izin verir. kum çekirdeği petrol, serin ve hatta satın alma koşucusu, tek bir dökümün yüzeyinin sonu tipik olarak 6-12 mikrons Ra, sadece yataklı dergiler ve yüzeylerde kablolama sağlar.
Alüminyum alaşımların montajı, bileşeninin kondüktöreğini takip eden bir tahıl akışı ile bağlantı kurmak, iki kuvvetin ve iyonlu çubuk çubuğunun aynı alaşımın 20-30 daha yüksek bir şekilde iyileştirilmesi için yapılır.Forging ayrıca tahıl yapısını da iyileştirir, 50-100 mikrons'tan doğru bir şekilde şarj edilmesi için yapılan bir döküme kadar azalır.
Hava çerçevelerine ve Araç Platformlarına entegrasyon
Titreşim izolasyonu ve Yapısal Coupling
Tek bir vücutlı Otto motoru, tüm motorun ağırlığına eşit birincil bir dengesizlik yaratır.Bu kuvvet, motorun hız frekansının karesini uyarır, kompozit deri panellerini ve 12 saatlik bir görev boyunca çalıştırabilecek 100 gramer için.
Elastomerik motor, tam otuz bin N /mm'ye kadar olan motora da sahip olmalıdır ve daha sonra 100-200 N /mm, 100 Hz'nin üzerindeki frekanslarda izolasyon sağlar, ancak montaj sistemi aynı zamanda motorun tork reaksiyonunu da yerine getirmelidir, bu da 180 derece crank'tan elde edilen sonuçları da alır - 1-bunu kullanarak 30 x hıza kadar indirmeye başlar.
Eğlenme ve Intake System Entegrasyon
Satın alma sistemi temiz, filtrelenmiş hava tedarik etmelidir, bir kağıt veya köpük elemanı tarafından takip edilir ve gürültüyü azaltır.In drones tozlu ortamlarda çalışır, bir çok aşamalı filtre ile bir cyclonic ön temizleme cihazı, yüzde 90'ı aşan bir basınç artışı sağlar, tipik bir seyir aralığına göre, koşucu genellikle hava sahasına entegre edilir.
Soğuk hava verimliliğini korumak için egzoz sistemi gürültüyü bastırmalıdır. Bir baffled genişleme odası çamurları ses basıncı seviyelerini 1 m'de 85-90 dBA'ya azaltır, en düzenleyici standartlara uygun şekilde ayarlanmalıdır. Düşük gözlemlenebilir askeri uygulamalar için, aracın dışsal akış analizleri, düşük basınç imzasını azaltmak için kullanılan ısı değiştirici bölgelerin ısıtılması için kullanılabilir.
Endurance ve Transients için Hibrit Elektrikli Mimariler
Multirotor Platformları için Paralel Hibrit
Multirotor drone için paralel bir hibrit konfigürasyonda, Otto motoru, 280-300 g /kWh'a güç sağlayan ve güç gereksiniminin yüzde 60-70'ini tedarik eden küçük bir batarya paketi ile sabit bir hızda çalışır.The engine uses at the sabit speed of 6500-7000 rpm, where it takes a Fren-specific yakıt tüketimi 280-300 g/kWh, and is boyd to supply 60-70 of the water for the blood.The Battery, especially 200-300 Wh, resources in the left 30-40% for takeoff and going, and going to recharged during a rate that matches the drive.
Güç yönetimi algoritması, motor gücünü taksiye dayalı olarak belirler ve 30-60 saniye boyunca bataryayı verir, sonra 5-10 dakika boyunca sabit bir 2 kW sağlar.Bu strateji şarj edilen bir uçuş süresine sahip olarak, yüzde 50'den fazla şarj işlemine izin verir.
Yakıt Hücre Hybrid Kavramları Otto Engine Backup ile
Yüksek performanslı platform istasyonu konseptleri, hidrojen depolama sistemini göz önünde bulundurarak, yüksek güç tırmanması ve acil iniş için kompakt bir Otto motoru ile bir hidrojen yakıt hücresi birleştirir. 20.000 m yükseklikte, yakıt hücresi verimliliği yüzde 60'ı aşabilir, 3 kg, aynı hidrojen yakıt yoğunluklarını kullanarak gerekli enerji yoğunluğunu sağlar.
The engine in such a hybrid operates only for 15–30 percent of the mission duration, but the engine controller must still manage the variable environmental conditions at altitude—ambient temperatures of -60°C and absolute pressures of 50 mbar. The cold-start challenge is met with a preheating system that uses waste heat from the fuel cell and an electrically heated glow plug in the intake manifold. The fuel injection strategy compensates for the low air density by using a dual-turbocharger system with an electric motor assist that maintains boost pressure regardless of ambient conditions. These systems remain experimental, but the thermal and mechanical integration issues that emerge from the combination of fuel cell, hydrogen storage, and Otto engine will likely define the next decade of compact engine research.
Compact Otto Motorlar için Test ve Geçerlilik Protokolleri
Termal Şok ve Durability Test
Dağıtımdan önce, kompakt bir Otto motoru, boş bir yerde 200 °C'den 6 °C'ye kadar her 30 saniyede bir yükle dolu bir termal taksitle ve silindir başının içindeki drone deneyimlerini basit bir şekilde ortaya koyar.
Tam yük dayanıklılık çalışması 500 saat sürüyor, motor ilk değeri 8000-0.20 mm'de artış göstermeli ve motor 0.02-0.05 mm'de kalmalıdır. Her aralıkta yağın toz analizini yapmak, en hızlı şekilde giymek için ölçülmelidir.
Altitude Chamber ve Çevre Testi
Motor, enjeksiyon ve ateşleme stratejisinin yeniden ayarlanması, belirli yakıt tüketimi ve 0, 3000 $ ve 9000 m yükseklikteki emisyonların azaltılması için azaltıldığı bir çevresel odada monte edilir.
Soğuk başlangıç testi -30°C aynı odayı kullanır, motor ve batarya ön ısı 12 saat boyunca ön segmente kadar ranking. Testler, başlangıç motorunu -tipsiz bir DC ünitesini kullanarak - özellikle de artan petrol vizasyonu ve ateşleme sistemi elektrotları üzerinde bir kıvılcım üretebilmeli.
Kompakt Otto döngüsü motoru, gelişmiş malzemelerin yakınlığı, kesin kontrol sistemleri ve yenilikçi tasarım sayesinde, insansız sistemlerin ve hafif araçların talepleri doğrultusunda gelişmeye devam ediyor.