转帖——浅谈无人机的（重油）活塞发动机

油料引发无人机发动机"大战" 美欧竞逐航空重油


谁言老干曾疏落，且看新枝再弄春

——浅谈无人机的（重油）活塞发动机. 燃料篇

凤凰军事作者 兵器迷的天空

今年第十一届珠海航展，是中国军迷的盛宴。兵器迷看着这个也想写一篇，看着那个也想唠几句。最后呢，愣是一个字没写。因为那正是兵器迷工作最忙的时候，看着再眼馋也只好作罢。

今天稍缓下来，咱们先聊哪个呢？这次航展上要说头彩的当然是歼20，可是它的每一颗铆钉都被大家爆炒了多少回。再找找看…今年的珠海航展，曝光率仅次于歼20的就是中国无人机。而大家知道，无人机的主要技术就是两项，传感器和动力。美国的《无人机系统路线图（2005—2030）》就指出：“推进技术和处理器技术是无人机的两大关键技术。”那么这次，偏爱航空发动机的兵器迷，就来聊聊无人机的动力之一——航空（重油）活塞发动机。

航空重油

咱们先说航空汽油……

这位说了，兵器迷跑题了啊。明明说好的是重油，怎么扯上汽油了呢？

没办法，兵器迷的话唠程度是晚期了，总爱从根儿上刨。要说航空重油，就得从航空汽油讲起。

话说，现代航空活塞发动机，其本来的用途是初级教练机、行政机、小型运动飞机和无人机的动力装置。这些发动机的燃料大多为航空汽油，但是航空汽油在实际运用中有一些缺陷：

第一个问题，是航空汽油普遍含铅，准确的说是四乙基铅（Tetra-ethyl lead，缩写TEL）。四乙基铅可以提高燃料的辛烷值,提高燃油的闪点，防止发动机内发生爆震，让发动机使用更高的压缩比，进而改善汽车发动机效率和功率。但是，过度接触四乙基铅，可以造成人的神经中毒导致的的全身性疾病，重者可昏迷致死，且有致癌嫌疑，对人体有害。

举例来说，在航空汽油品牌中，Avgas 100LL  是比较常用的，每加仑最大含铅量为2克。含铅较低的有Avgas 80/87 航空汽油，1加仑最大含铅量降低为0.5克，但也降低了辛烷值，因此只用于压缩比低的引擎。而Avgas 100/130 航空汽油辛烷值较高，同时每加仑最大含铅量达到4克，正逐渐被Avgas 100LL替代。

即便含铅添加剂正在不断降低，含铅汽油这环保日益重要的当今社会自然不受待见。欧美国家已经明确提出禁止使用含铅燃料的期限，也禁止在军舰等军事设施上配备含铅汽油，很多大航线也不配备航空汽油。这是航空汽油的最大问题之一。

解决的方式之一，是改用车用无铅汽油代替航空含铅汽油。不过车用汽油有较高的饱和蒸汽压和添加剂腐蚀性，如果飞机发动机的燃料系统没经过充分的设计，油料若在燃料管道气化为气泡，就会阻碍甚至阻断发动机燃料供应，给飞机带来安全隐患。这种“气锁”(Vapor Lock)效应，是汽油带来的第二个问题。

第三个问题是，航空汽油易挥发且闪点（是在规定的试验条件下，使用某种点火源造成液体汽化而着火的最低温度）较低，常温下汽油混合气体遇到明火很容易燃烧和爆炸。用于危险的军用场景不够安全。

由于上述这些原因，无人机燃料的焦点逐步移到了航空重油上。

在很多人的心目中，重油是档次比较低的油料。那么，究竟什么是航空重油呢？

咬文嚼字的说，航空重油是指馏分在航空煤油与柴油之间的航空油料。在实际应用领域，航空重油一般指的是航空煤油或轻质航空柴油。



航空重油没有含铅汽油的铅添加剂，也不存在无铅汽油气锁的问题，且闪点和燃点都比汽油高，在遇到意外情况后发生燃烧和爆炸的概率大大降低，因此安全性比航空汽油有很大提高，存储运输都更方便。同时，美军军用飞机采用煤油燃料是很多的，大量使用的Jet A、Jet A1、JP-5和JP-8，都是以煤油为主的燃料。比如JP-5，是煤油混合少量汽油制成， 是美军涡轮动力飞机的标准燃料之一。采用重油作为中小型无人机燃料，对减少军用后勤保障负担也有好处。再加上，与功率相同的活塞发动机与喷气发动机相比，具有体积小，重量轻，升功率高，结构简单，操作维护方便等诸多优点，作为中小型无人机的动力，整体上仍然有优势。西方航空强国们终于在上世纪末启动了重油活塞发动机的研制高潮。

1994 年，美国NASA 开始实施一项通用航空推进计划GAP，为未来价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。对于2010 年后的GAP、无人机UAV 动力规划，首次提出了开发重油航空发动机HFE（Heavy fuel engine)的概念。此概念的提出是基于满足美国新的适航安全标准（FAA规范）要求，以及使用成本和军用后勤保障简化的需要。而英法等国也在开发重油活塞发动机的无人机。1999年，法国莫兰-雷诺公司开发中偶遇活塞发动机的过程中，甚至宣称十年内取消航空汽油。当然后来并没有实现，但中小型无人机燃料从汽油向重油过渡的趋势已经愈发明显。

话虽如此，重油和重油活塞发动机作为无人机的航空燃料和动力，依然有自身的很多弱点，必须在研发和应用时加以考虑。

上回书说道，重油活塞发动机将成为中小型无人机的动力趋势。但是，“汝之所长即汝之所短”。这一篇要聊的重油活塞发动机的三个技术难点，某种程度上也来源于其自身的优点。

航空重油发动机的技术难点

第一：重油的燃料雾化技术

发动机做功，需要将燃料通过喷嘴喷成颗粒度非常细的雾状，才能与空气充分混合，达到良好的燃烧效果。雾化燃料与空气混合气的形成质量，对于动力性、经济性和排放性都有至关重要的作用。而重油，特别是柴油，比汽油的黏度高，低温流动性差。这造成重油的雾化效果要比汽油差，影响了燃烧效果，甚至导致发动机启动困难。实现重油的可靠雾化及高效的燃烧组织，成为航空重油活塞发动机的核心技术之一。

活塞发动机的重油雾化燃烧改进方式，大致有以下几种。

化油器渐改+辅助预热：两冲程活塞发动机大多采用化油器供油方式，而直接采用现有化油器很难保证重油的可靠雾化和合理燃烧。因此可以对进气系统、化油器、点火系统设计更改，同时增加辅助起动的预热系统，改善燃料的流动性。这种改进方式中，具有代表性的是德国3W公司的重油发动机方案，对进气系统采用加速管；泵膜式化油器进行改进，工作方式接近于机械喷射系统；曲轴箱预热；压缩比降低；起动加入预热塞；点火系统更改，能量增加。这种方法的缺点是，增加的附件多，修改设计复杂，实现上比较困难。

机械喷射系统：即放弃化油器方式，供油方式直接改由发动机附属机械机构驱动，完成燃油的缸内直接喷射和流量调节功能。比如美国XRDi公司的重油解决方案，采用了MCDI 机械燃油直喷系统和点燃方式，燃油直接喷到发动机缸内，实现-30℃条件下无辅助预热装置的可靠起动。这种方法的缺点是：需要单独的机械喷射调节和驱动装置，整体设计比较复杂，成本较高。而且机械调节系统调节范围有限，自由度和灵活性差，适应范围受限。

电控燃油喷射系统：熟悉汽车的同学对这个词不陌生。对的，就是借鉴汽车工业的电喷技术，对航空活塞发动机进行改进设计。电喷的调节范围大，控制自由度和灵活度高于机械喷射。比如澳大利亚Orbital 公司的AADI（Air Assistant Direct Injection） 空气辅助喷射系统，采用一体化喷嘴，使用高压空气对燃油颗粒进行冲击，实现燃油的充分雾化。并通过调整辅助空气压力和夹入空气时间，可以得到不同雾束形状，适应不同的燃烧室形状和火花塞位置。

说到这种方案，还有一个有趣的例子，和大家聊聊。

这是美国NWUAV 公司，其在进行重油雾化电喷设计的过程中，碰到了诸多困难。最后的解决办法，说起来让人叫绝——他们想到了喷墨打印机，它就连很小的形状古怪的标点符号都能打印清楚。这喷墨控制喷流的绝活，能否用到喷油控制上呢?

脑洞大开的NWUAV，果真买了喷墨打印机的首席大牛HP 公司有关喷墨技术的5 项专利，并在此基础上开发了微机电MEMS的电控燃油喷射系统。该系统有类似喷墨打印机的微通道喷射结构，直接控制喷射液滴数目，实现了喷油量的精确控制，其喷射雾化效果出奇的好，而且提高了燃料的经济性，同时还可以适用于汽油、柴油、航空煤油以及重油等多种燃料，同时功耗非常低，最大不超过10W，对于小型无人机动是非常不错的选择。

什么是跨界创新，什么叫他山之石可以攻玉? 这个案例就是一个挺好的说明。

新型燃烧室结构

美国Deltahawk公司设计出了一种新型燃烧室，活塞顶部与气缸盖之间设计成上下近似对称的结构，同时采用180°喷射角，大大提高了重油的雾化效果，减少了碳烟颗粒的排放，提高了发动机的整体性能。相比新型燃料喷射系统，这种新型燃烧室基本上是发动机的重新设计了。

第二、活塞发动机的涡轮增压技术

航空活塞发动机，可分为二冲程和四冲程两类，其中小功率的两冲程发动机占大多数。

二冲程航空活塞发动机，即活塞从上到下、从下到上两个行程的发动机，采用化油器、风冷、自然式吸气，具有结构简单，重量较轻，运动部件少维护方便，升功率密度大的优点，能够达到低空短航时无人机的需求。

二冲程活塞发动机的做功原理，导致难以避免扫气过程（进、排气重叠期称为扫气期）的废气排出损失，导致油耗高，润滑油消耗量也大，经济性差。另外由于缸数和冷却的限制，进一步提高功率很难。废气涡轮增压的难度也较大。

燃油/润滑油经济性差，就对无人机的长航时构成不利影响，这是一方面的缺点。

由于高空环境下空气稀薄，密度和温度下降，导致进入缸内的空气量减小，发动机充量系数下降，热负荷增加，排温升高，使得燃烧过程恶化，需要对其进行增压。而二冲程发动机无法有效增压，发动机的功率也不能有效提高，就难以提高发动机的巡航高度和实用升限，无人机的高原高空性能就会受到制约。这是另一方面的缺点。

这两个缺点，造成了二冲程发动机难以满足中空长航时无人机需求。

相比之下，四冲程航空活塞发动机，分为进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程，燃油经济性比二冲程要好，功率也可以比二冲程航空活塞发动机功率更高。特别是得益于汽车工业技术的发展，小型高转速的废气涡轮增压器大量涌现，涡轮增压技术（和机械增压技术）也已经在四冲程航空活塞发动机得到应用，单级增压技术已经比较成熟。涡轮增压技术的使用，提高了发动机的输出功率，实现了高海拔发动机的功率恢复，从而使无人机的飞行速度和实用升限得以明显提高。

研究表明，带一级增压的活塞发动机在5000米空中可以保持其最大功率持续工作，但超过8000米以上的高空运行仍无法满足进气需求量，造成动力输出不足甚至引发熄火。而二级增压则可以将这一高度提高到11000米（NASA研究的三级增压，甚至可以将航空活塞发动机的飞行高度提高到24000米）。但汽油机在增压压缩终了，混合气浓度和温度上升明显，易发生爆燃，同时汽油机转速范围宽，与增压器的匹配困难，因此高效率增压仍有一定困难。目前国外的主流航空四冲程活塞发动机，比如德国的LIMBACH-L2400ET，德国的TKDI600，奥地利的ROTAX91 4等，普遍具有涡轮增压功能，因此具备较高的可靠性和良好的高空性能，标定转速大约在3000r/min到6000r/min，标定功率34Kw-99kW之间。比如以色列的苍鹭无人机，采用的就是74.6kW的4冲程涡轮增压发动机，巡航高度7620米。

更加典型的，是捕食者A采用的78.3kW的Rotax914型4缸4冲程涡轮一级增压活塞发动机，升限7925米。该发动机采用自然吸气时，在海拔3000m 时，其功率下降30%，4500米时下降40%，9000米时下降65%。而采用一级增压之后在海拔4500m 时，功率依然能达到平原的90%左右。

第三：高能点火技术

活塞发动机的点火方式有点燃式（火花塞跳火）和压燃式（靠压缩行程将混合气压缩到燃点，使其自动着火）。汽油机采用火花塞方式的比较多。至于重油机，第一篇说过，重油燃点比汽油高，因此火花塞点火需要很高的能量，某型号研究燃油消耗率要高于压燃式20%左右。因此重油机的点火方式更适合采用压燃式，这就需要较高的压缩比才能压燃重油。

对于点燃式的汽油机，为了保证发动机在各种工况和条件下可靠安全的点火，点火系统必须在发动机不同海拔不同工况下都能提供可靠而准确的点火花，目前航空发动机采用的先进点火技术主要有高能点火和双火花塞快速燃烧技术。高能点火系统的工作可靠性以及成本问题没有得到有效解决，航空发动机应用较少。而航空发动机应用双火花塞点火系统已有将近四十年的历史，其中，ROTAX 系列高空汽油机是应用双火花塞点火技术成功的典范。

第四、轻量化航空重油活塞发动机的可靠性

航空活塞发动机体积小，对气动设计有利；重量轻，对提高功重比有利，这是它成为通用航空领域小型飞行器动力的重要优势因素。但是航空活塞发动机的燃料从航空汽油换成重油之后，再经过上述一、二亮点的优化设计，各种部件、附件增加，发动机的体积和重量有所增加，反过来弱化了活塞机的优势。既要降低重量和体积，又要保证在重油粗暴工作方式下发动机的运行正常，对于长航时无人机还要有充分的可靠性和耐久性。这些看似相互矛盾的需求，也正是航空重油活塞发动机的技术难点所在。在前面的燃料雾化和动力增压这些技术路线比较清晰的情况下，反而是可靠性这一点，有时倒成了航空重油活塞发动机最让人头痛的地方。

从实际产品上看，国内国外的一些相关产品，在轻量化和耐久性的均衡性上也遇到了一些问题。

比如，资料表明，德国著名活塞发动机厂商蒂勒特的名牌产品Centurion 1.7发动机，生产量达到1500台，但在耐久性和可靠性上就存在一些问题。



Centurion 1.7活塞发动机装备MQ-1C无人机

Centurion 1.7的数控和传动系统改进型Centurion 2.0于2006年开始生产。这是一款4缸涡轮增压柴油机，重油（航煤和航柴均）可作为其燃料。排量1.9升，最大输出功率100kW/135hp，质量134公斤，功重比0.7463，不失功率的最大爬升高度1828m。该型发动机是第一款取得FAA、EASA等60个适航认证的新型航空煤油发动机。但是生产初期依然存在价格昂贵，维修保养复杂和可靠性的问题——虽然大修间隔为1500小时，但300飞行小时就要更换齿轮箱（CD数据）。

到了Centurion 2.0的发展型AE300，2009年获得EASA/FAA认证，航煤、航柴和生物重油都可以作为燃料。这一次可靠性虽然有改善，但是轻量化做的不好——最大输出功率125kW，质量185公斤，功重比下降到0.6756。

法国SMA公司生产的SR305-230E，4冲程涡轮增压压燃式重油发动机，也获得EASA和FAA认证，2013年7月在美国进行了飞行表演，功率171.3kW，质量208.6公斤，功重比0.8212，不失功率最大爬升高度提升到3048m。在体积轻量化的方面做的不好，作为一款轻型飞机的动力具有820mmX930mmX750mm的较大尺寸，影响了机身的整体流线型设计，市场反馈不理想。

美国Deltahawk公司的DH4发动机，尺寸重量都不大，结构紧凑，功率123.5kW，质量148公斤，功重比0.8345，不失功率最大爬升高度提升高度5486m，大修间隔2000小时。看着数据是不是更加亮眼？问题这是一款2冲程发动机，排放问题又是最大的麻烦。

体积重量的轻量化+使用的可靠耐久性+运营的环保经济性，一举而众善备，说得容易，做到难啊！

中国无人机心脏国产:精准出手 收购美德顶级制造商


谁言老干曾疏落，且看新枝再弄春

——浅谈中国彩虹无人机的重油活塞发动机. 中国篇（中）

凤凰军事作者 兵器迷的天空

上回书说道，重油航空活塞发动机未来或将成为通用航空小型飞行器和军用中低空无人机的主要动力。而中国自研航空活塞（特别是重油）发动机的历史非常单薄，积累贫弱，短时间突破技术和生产瓶颈存在很大困难。因此，自主研发之外，引进和吸收国外先进技术，该出手时就出手，成为中国发展航空（重油）活塞发动机自主研发之外的另一条发展战略。

为此，中国航空工业精心筹划的一系列资本+技术布局，从2010年代后开始运作了：

第一次出手：美国西锐设计公司

2011年，中航通飞率先出手，收购了全球第二大通用飞机制造企业，美国西锐设计公司(Cirrus Design)。资料显示，活塞发动机飞机的四大制造商包括：赛斯纳(Cessna)、西锐(Cirrus)、钻石(Diamond)，和派珀(Piper)（见下图1）。西锐以24%的市场份额，成为仅次于美国赛斯纳飞机公司（市场份额27%）的全球第二大通用飞机制造企业，成立于1984年，目前其产品已经发展到第五代单发活塞式飞机SR22系列，连续五年在同级别机型中销量最大。中国通飞出手不凡，首先从飞机设计高端切入了世界通用航空产业链。

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东风吹2493 发表于 2016-12-6 23:14

国产重油活塞发动机重大突破 彩虹-5将配国产心脏



谁言老干曾疏落，且看新枝再弄春

——浅谈中国航空（重油）活塞发动机. 中国篇（下）

凤凰军事作者 兵器迷的天空


有了2011年之后的技术引进和借鉴，再加上多年的自主研发，2015-2016年一年内，几个好消息的发布，让人们看到中国航空活塞发动机终于迎来了期待已久的突破。

第一个好消息：

近年来经过技术攻关，清华大学已自主掌握了重油航空活塞发动机的生产技术。2015年12月3日，清华大学与珠海市政府签约，由清华大学投资15亿元人民币，在珠海航空产业园研发、生产重油航空活塞发动机。珠海航空产业园先后引进42个投资额共约200亿元的航空产业项目，包含通用飞机制造、通用航空运营服务、飞行校验、飞行培训、公务机运营、航空电子、飞机零部件制造等在内的特色航空产业体系初步形成。目前，园区已成为华南地区规模最大、产业体系最完备的航空产业基地。

2006-2016年，北京瑞深航空科技有限公司与北京航空航天大学共建通用航空北京市工程研究中心。致力于通用航空和无人机动力领域研究，注重军民融合，成功开发了24cc、48cc、56cc、265cc四款汽油航空活塞发动机，成功研制了适应绿色生物燃料航空发动机，形成28千瓦、50千瓦、70千瓦RS系列重油发动机产品平台。

评论：

这是非常有趣的一件事：中国重油活塞发动机过去并非清华大学的领军领域，却能够异军突起，自主掌握重油机的生产技术，已经是难能可贵，却又不通过生产企业而是直接投资在珠海建立生产基地大规模产业化，更是可圈可点。至于瑞深的哪个研究中心，其实就是北航的微小发动机及分布式能源实验室的马甲，100马力以下的三档重油机产品平台是产品亮点，航汽+航煤两条技术路线是发展策略，再加上军民融合、绿色生物燃料这些热门字眼，题材很丰富啊。如此热闹之下，反观一向是小型航空活塞发动机的头牌西工大，自活塞9之后似乎却难见更大的动作，有些让人不解。

第二个好消息：

2016年上半年，彩虹-3无人机预装国产活塞发动机高空性能飞行试验成功的消息，也是宗申动力公司进口替代型产品，代号C115。其发展路径大致如下：

2011年，天津大学开始重点研发TD0轻型航空发动机。

2015年1月，TD0样机试制完成，

2015年3月，在天津大学内燃机研究所实现了TD0工程样机的成功点火着车和性能指标测试。

2015年4月29日，宗申动力宣布TD0工程样机挂载中国航天空气动力技术研究院的“彩虹3”无人机试飞成功。

2016年5月，宗申动力再次宣布，公司将代码为“C115”的航空发动机配装在彩虹-3型无人机开展的“高空性能飞行试验”，经航空动力专家组对飞行数据的分析，该款航空发动机性能测试所有数据符合设计指标。

评论：

特别值得关注的，是官方关于该机型的的说明：TD0航空活塞发动机满足功率从50kW-150kW（67hp-200hp）的无人机和通用轻型航空器的需要。随着电控技术和多级增压技术的运用，该发动机及其后续产品可满足无人机高空长航时的飞行需要。

“67hp-200hp”，从动力角度比活塞9上了一个新台阶（复习《第三篇》），；“电控技术和多级增压技术”，是活塞发动机高空性能改善的关键技术（复习《第二篇》）。这将是一个系列化的活塞动力发动机产品，似乎正在向中国版ROTAX发展中。所以不只是彩虹-3，这个级别的发动机，将有望为彩虹-4，彩虹-5和翼龙-1、翼龙1-D，提供国产化动力。

这个宗申动力的C115，网上有报道是汽油机，是否进行了重油改造，目前没有查到资料。有料的同学尽管爆来，呵呵。

第三个好消息：

就是2016年珠海航展上，彩虹-5无人机打算在2017年年底采用国产化重油活塞航空发动机的消息。

初看这个消息，竟然有些错愕。

那位说了，国产无人机配国发动力，这不是好消息吗，兵器迷为什么错愕呢？

因为本来就在一年前，2015年8月央视的报道彩虹-5首飞的节目中，航天科技集团十一院十一部总体室主任兰文博接受采访时，还是讲彩虹-5配备国产涡桨-9型涡轮螺旋桨发动机。

可说好的涡桨-9，怎么到2016年珠海航展上就换成重油活塞机了呢？

彩虹-5总师石文对此的回答非常明确：放在5年前涡桨动力会是彩虹5的首选。但是如今随着国内重油动力领域取得了长足进步，彩虹5的动力考量自然也发生了变化。

评论：

彩虹-5的原配动力涡桨-9知道的人可能不多。但如果提起涡桨-9的前传，直-9直升机的涡轴-8，估计地球人都知道了。涡桨-9其实就是涡轴-8的涡桨改型，是哈飞运-12的配备动力。输出功率506千瓦。

涡桨-9装备彩虹-5，是中国首次在3吨级级无人机上安装涡桨发动机。本来是水到渠成的事儿，却出现了如此大的变化，兵器迷说让人错愕，这就是其中一个原因。

另外还有一个原因，打个埋伏，咱们后边再说。

石文总师并没有说这是哪一款重油机，也没有透露发动机的相关参数。但是一句“重油动力领域取得了长足进步”，已经足以慰人了。不是确有把握，能够在一年的时间内推翻既定方案，用新研的重油活塞机替代相对成熟的涡桨-9，是很难想象的，这也许从一个侧面证明了这种长足进步的扎实和可靠。

中国无人机的活塞（重油）发动机，终于，要点火了。

小结：

一、活塞机与其他无人机动力

本文重点谈的是航空活塞发动机，重油机为主，兼顾汽油机。但并不是说，无人机的动力只能用活塞机。无人机选用什么动力，与任务模式和任务载荷有很大关系，有时候是需要取舍的，而且不完全是技术因素。

虽然活塞机的功率曾经做到2500kW，但推进效率已经不行了。发动机领域专家、中国燃气涡轮研究院总设计师黄维娜认为，未来无人机动力系统的发展趋势是低速无人机配置功率不大于100千瓦的活塞发动机，旋翼无人机配装功率不大于500千瓦的涡轴发动机，中低速无人机配装功率不大于600千瓦的涡桨发动机，中高端无人机使用涡喷/涡扇发动机，高超声速无人机配置涡轮冲压组合发动机，以使动力与平台实现更好的匹配。

因此，不同的航空发动机有不同的技术性能和经济指标。涡喷机的高空高速性能好；涡扇比涡喷省油，大涵道比涡扇就更省油；涡桨呢，比涡扇还省油30%-40%，全寿命成本低一半都是可能的；而活塞机比涡轮机还要省油——如果活塞机用重油，彩虹-5用重油机，航时比载重效率差不多的捕食者B几乎多一倍，便宜啊。发动机本身也是，一台ROTAX914的国内代理价才27万人民币，一台三姨夫2000万人民币，一台F135要超过一亿人民币还买不到，各有各的用场，对吧。

除了功率和经济性，这其中还有一个原因，就是高度。活塞机做好了，长航时问题不大，但是高空性能还是很难上去。就是二级涡轮增压，到10000米以上也比较吃力了，《技术篇》谈到NASA研制的三级增压才到24000米，但还是要看应用效果。而涡轮机的高空性能是活塞机比不了的。捕食者A的ROTAX914活塞机二级增压升限也就8000米左右；捕食者B用霍尼韦尔TP331-10T涡桨机升限16700米很轻松；捕食者C用普惠PW545B涡轮机，升限18000米+。前面说彩虹-5从涡桨-9换重油活塞机，原来用涡桨-9能够达到14000米以上实用升限的彩虹-5，换活塞机巡航高度只有3000-5000米，实用升限7600米，高空机就改中空机了。

不只是高度，采用不同的动力，速度也会有很大差异。还拿捕食者说事儿。活塞机的捕食者A最大时速217公里，涡桨机的捕食者B增大到482公里，涡扇机的捕食者C是740公里。中国早期的靶-5Ⅰ(“长空”-1)型无人靶机，用WP-6型涡喷发动机，时速达到850～900公里。涡轮机在空气稀薄的高空能大流量进气，流量大推力就容易上去，推力大载荷就能上去，速度也能上去，而活塞机超过800公里是非常困难的。

速度快，对无人机来说有利有弊。高速对于尽快抵达目标空域自然有利，对于可能丢失的侦查目标或者对于要进行打击的移动目标，快察快打是无人机的刚需。但是如果需要在复杂战场环境仔细搜索和发现目标，或者对目标进行长时间连续监视，那么飞得太快反而可能是缺点。当然，对于防地面打击来说，飞得快总体还是有利的。

上面是速度、高度分开说。如果飞得高，同时又飞得快，就可以在短时间对更大的地域进行扫描侦查。比如这次珠海航展同样大放异彩的云影无人机，用涡喷-11C发动机，巡航高度14000米，最大速度620公里。但如果飞得低，又飞得快，在目标上空一掠而过，完成精细侦查就有困难。不过彩虹-5用活塞机，巡航速度只有180-220公里，又是3000-5000米巡航高度，似乎有点太慢了。

所以，彩虹-5从涡桨机换重油机，载荷基本不变，航时还有大幅度改善，但高度速度就都掉下来了——这可能导致基本任务模式就变了。这就是兵器迷感到错愕的第二个原因。

但是进一步细看，也就释然了。关于彩虹-5的后续报道表明“其潜在用户对无人机长航时和远航程的权重，要高于最大飞行高度和巡航速度。因为短促的快速空袭还可以让有人机接手，而长时间的前线存在和准确情报获取才是真正棘手的问题”。改重油机后，巡航时间、航程、成本、维护性这些客户最关注的需求得到了满足，那么动力改型就是合适的选择，这是一方面。另一方面，石文总师说对于国内用户，彩虹-5国内版任务载荷900-1000公斤，比出口版的480公斤高了近一倍。如果任务载荷持续增加，再用重油活塞机不用涡轮机，就会非常吃力了。

二、中国的差距和未来

兵器迷的每一篇贴，都会谈到中国的差距。2014年的《平心不敢稍偏倚，慧眼才得细参详》中，表明了两大短板：一是动力不能自主。这一次谈活塞机，就是因为中国在这方面有太多的空白。涡轮机咱们至少有的比，活塞机连和人家比都不好比。二是缺乏实战经验。而这一次珠海航展，终于能有替代进口的国产动力机型了，而且出口机型的作战任务已达数千架次，对两大短板都有不同程度的弥补，真是解了大旱望云霓之渴。

当然差距还是有的，而且还是很大。

本文谈的是活塞机——从1903年12月17日莱特兄弟就用一台汽油活塞发动机带动两台螺旋桨将飞机送上蓝天。这是老牌工业国们有着上百年的积淀的领域，我们差几代都是正常的。随便举个例子：航空发动机汽油缸内直喷技术，最早是德国JUNKERS公司率先实现的，当然技术水准与今天无法相比，但那是——整整100年前，1916 年啊。

涡轮机差距也是明摆着的。比如高空战略型“翔龙无人机”，有媒体说是中国版的全球鹰。可咱用的是涡喷7，仅发动机重量达到1吨，巡航耗油率达到2公斤/（daN.h）；是全球鹰是罗罗的AE-3007H涡扇发动机油耗0.66公斤/（daN.h）的3倍左右，后来改用乌克兰制AI-222-25涡扇发动机，巡航油耗0.9公斤/（daN.h），不到涡喷7的一半。当然，拿涡喷和涡扇比油耗，有点不厚道。问题是咱没有可比的小型涡扇装机啊。WS-500推力为500公斤太小，1000公斤级的新涡扇2016年6月才在廊坊研发中心实现100%设计转速，还不赶趟不是？

动力这个领域，作为整个中国军工最后一块短板，估计是没跑了。

兵器迷常说，看到差距，也要看到进步。

举个例子吧：

表1：中国航空机型的进口动力和替代动力（《中国工业评论》杂志2016.11）

看看上表的“当前使用”这一栏，就知道中国航空动力的差距有多大；再看看“预计未来替代品”一栏，就知道进步——至少是进步的希望在哪里。

回到（重油）活塞机在中国现在和将来的发展，

第一还是要说自主研发的努力，内因还是要强调的。没有自己的核心技术、核心团队、核心产品，就没有属于中国的活塞机的未来。

第二说实话，离不开国际先进技术的引进和借鉴。比如近年来对Centurion等经典机型的研究（复习《引进篇》）。这几年的发展，其中外部技术和产品的贡献，谁能算得清楚？引进不是坏事，仿制就是创新的开始。但希望的是，中国忽焉乍起的（重油）活塞发动机行业的进步，是真正消化吸收了技术之后的反哺，而不是简单组合一下国外部件甚至产品之后的国产化包装。

第三，就是要在国内为（重油）活塞机奠定一个更好的产业化基础。过去中国重油机的研制为什么没有起色？市场啊。重油活塞机的主要用途在初级教练机、运动飞机、无人机、农林牧渔巡逻机、低端行政机，集中在低空和中低空空域。我们没开放这个空域，也就是没有这个广大的民用市场。军用市场毕竟有限，大量技术投资在少量军品上，是很难吸引资本动力的。就算有皇粮，单价成本也下不来啊。

反观美国，为什么四大通飞制造商赛斯纳(Cessna)、西锐(Cirrus)、钻石(Diamond)，和派珀(Piper)都在美国？正是因为有着世界上最大最富历史的民用-通用航空市场啊。目前全球数十万通航飞机中，约70%在美国，中国则只有几千架。产业化的基础是产业化的市场——我们与美帝的差距，又何止是在技术上和装备上。

那为什么国内2010年后那么多单位都一窝蜂研制活塞（重油）机呢，连清华大学都投15亿都进来分一杯羹？还是市场啊——

2010年国务院、中央军委印发《关于深化我国低空空域管理改革的意见》，确定通过5至10年的改革，充分开发和有效利用低空空域资源。就是希望为中国通用航空的市场化打开大门，也为中国航空活塞（重油）发动机的发展提供更加广阔的空间。战略有了，市场运营能否达到这样的效果，还需要时间的检验。《意见》发表六年过去，初步的效果已经在显现——

2016年珠海航展，开始让我们看到，中国航空活塞汽油机和重油机具体型号的实用化进程，终于揭开了崭新的篇章，中国中空长航时无人机用活塞发动机也在进入产业化发展道路上疾驶向前。

中国航空重油活塞发动机，正演绎着自主技术研发能力的逐步提升+国家政策和市场能量的双重支持+引进国外技术和产品的三重奏。它和许许多多珠海航展上的国产兵器装备一起，汇成了中国军工产业动感鲜明的协奏曲。在逐渐从慢板转向快板的乐段中，欧美某些国家，已经逐渐从中辨认出，那来自东方“你有我有全都有”的自信旋律。

今日的萧瑟寒冬之后，就是来年明丽的春天。已有百年历史，且在涡轮动力面前本已渐渐失色的航空活塞（重油）发动机，在通用航空的新时代里，又将逐渐焕发出新的活力。就让这样的活力，为中国通用航空和无人机未来的发展，再增添一抹绚丽多彩的盎然春色吧