Động cơ của máy bay không người lái

Động cơ của máy bay không người lái sẽ có điểm chung tuy nhiên sẽ được tùy chỉnh, thay đổi để phù hợp với từng mục đích sử dụng nó. Những loại động cơ thường được sử dụng cho UAV đó là động cơ Servo, động cơ ramjet, động cơ Turboprop và trục Turbo.

Động cơ là “trái tim” của máy bay, điều này cũng không ngoại lệ đối với các UAV quân sự. Hiện tại, các thiết bị động cơ được sử dụng rộng rãi trong UAV quân sự bao gồm động cơ servo, động cơ turboprop (Động cơ tuốc bin cánh quạt) động cơ pít-tông chuyển động hoặc pít-tông quay, động cơ trục cánh quạt, động cơ tuốc bin phản lực, động cơ phản lực cánh quạt, động cơ kích nổ xung, động cơ tên lửa rắn và máy bay phản lực, v.v., cũng như động cơ chạy bằng pin thường được sử dụng trong các UAV siêu nhỏ. Các đơn vị động cơ của các UAV quân sự này có thể được áp dụng cho các UAV tầm cao và tốc độ cao, UAV trinh sát và UAV tấn công. Do yêu cầu khác nhau của các UAV quân sự nên công suất yêu cầu của bộ nguồn UAV cũng khác nhau, nhưng nhìn chung vẫn là động cơ cỡ nhỏ và vừa.

Những đặc điểm của động cơ cần chú ý

Trong lĩnh vực phát triển động cơ cho UAV, mỗi động cơ có một ưu điểm, thế mạnh riêng để được lựa chọn sử dụng cho các dòng UAV khác nhau. Những đặc điểm của động cơ bạn nên quan tâm như thông số kỹ thuật của động cơ. Ví dụ như, những dòng UAV trinh thám, giám sát cần có thời gian sử dụng lâu, động cơ không gây ra tiếng ồn, bền và không dễ bị cháy nổ. Từ quan điểm của các đơn vị sức mạnh UAV quân sự hiện có, động cơ pít-tông thích hợp cho các máy bay không người lái do thám và giám sát ở tốc độ thấp, độ cao trung bình và thấp. Do hạn chế của hệ thống động lực, trọng lượng cất cánh của máy bay nhỏ, nói chung là vài trăm kg, một số ít có thể lên tới 1200kg. Trọng lượng cất cánh của máy bay không người lái có thể đạt 1020Kg vẫn còn tương đối nhỏ. Động cơ tuốc bin phản lực thích hợp cho máy bay trinh sát không người lái ở độ cao trung bình và cao, máy bay không người lái mục tiêu, máy bay tấn công không người lái, v.v. với thời gian bay ngắn và trọng lượng cất cánh lớn hơn máy bay không người lái sử dụng động cơ pít-tông. Động cơ turboshaft phù hợp với độ cao trung bình và thấp, tốc độ thấp và tốc độ ngắn. Động cơ phản lực cánh quạt phù hợp với UAV tầm trung đến tầm cao, trọng lượng cất cánh lớn hơn UAV phản lực. Động cơ tuốc bin phản lực thích hợp cho UAV tầm xa bay ở độ cao lớn, trọng lượng cất cánh của máy bay tấn công người máy và máy bay không người lái là rất lớn. Công suất vi mô như động cơ vi mô phù hợp với UAV siêu nhỏ và trọng lượng cất cánh rất nhỏ, thường nhỏ hơn 0,1Kg.

Hình ảnh động cơ tuabin

Hiện tại, hầu hết các UAV đều sử dụng động cơ pít-tông. Tuy nhiên, do hạn chế của một số yếu tố bên trong của động cơ pít-tông, động cơ pít-tông chỉ phù hợp với các UAV tốc độ thấp và nhỏ, hạn chế tương đối lớn; Động cơ phản lực cánh quạt với mức tiêu hao nhiên liệu thấp và hoạt động ở độ cao tốt sẽ chiếm một vị trí rất quan trọng trong nguồn điện của UAV. Cho đến nay, không có nhiều động cơ tuốc bin phản lực nhỏ cho UAV được phát triển và nghiên cứu ở nước ngoài, và những động cơ này được phát triển trên cơ sở sức mạnh của máy bay dân dụng hiện có trong khu vực hoặc máy bay phản lực kinh doanh. 

Các UAV với các mục đích sử dụng khác nhau có yêu cầu khác nhau đối với các thiết bị năng lượng, nhưng họ đều hy vọng rằng các thiết bị được lựa chọn có kích thước nhỏ, hoạt động tốt, chi phí thấp và khả năng bảo trì tốt. Đối với các thiết bị sử dụng điện một lần như mục tiêu bay không người lái, yêu cầu phải có lực đẩy lớn và khả năng chống quá tải mạnh, nhưng tuổi thọ có thể ngắn; Máy bay không người lái có độ bền lâu đòi hỏi mức tiêu thụ nhiên liệu thấp, tuổi thọ lâu dài và hiệu suất ở độ cao tốt; do sức mạnh của hệ thống động lực của máy bay trinh sát không người lái cỡ nhỏ, hệ thống động lực được yêu cầu giảm trọng lượng càng nhiều càng tốt trên cơ sở đáp ứng sức mạnh và giảm chi phí xử lý.

Từ khía cạnh kinh tế, an toàn và độ tin cậy, việc phát triển động cơ UAV sẽ được thực hiện theo hai cách. Một là sử dụng công nghệ tiên tiến để sửa đổi và phát triển thêm trên cơ sở các động cơ hiện có, và cách khác là phát triển một động cơ hoàn toàn mới. Các máy bay không người lái hiện đang được phát triển sử dụng các đơn vị động cơ đẩy sẵn có. Làm như vậy sẽ giảm chi phí ban đầu của bệ máy bay. Tuy nhiên, với các hệ thống động cơ đẩy hiện tại, tầm hoạt động của máy bay sẽ bị hạn chế do yêu cầu bảo dưỡng. Khi động cơ hiện tại không thể đáp ứng nhu cầu của máy bay, việc phát triển một loại động cơ mới sẽ trở thành điều tất yếu. Một số khái niệm động cơ tuốc bin phản lực nhỏ tiên tiến cho các UAV trong tương lai đã được đề xuất ở trên thế giới và mặc dù chúng không thể đạt được đầy đủ tính năng của động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt đôi truyền thống, chúng vẫn có thể mang lại lợi ích kinh tế.

Do một số hạn chế của động cơ pít-tông, động cơ pít-tông chỉ phù hợp với các UAV có độ cao thấp, tốc độ thấp và trọng lượng cất cánh thấp. Đối với máy bay không người lái tầm xa hơn, động cơ tuabin khí nên là lựa chọn hàng đầu. Do các cấu trúc và đặc tính hoạt động khác nhau của động cơ tuabin khí như trục chân vịt, động cơ phản lực và động cơ phản lực cánh quạt, sự lựa chọn của UAV trong các thiết bị động lực đã tăng lên rất nhiều. Ví dụ, động cơ trục chân vịt phù hợp với máy bay trực thăng không người lái, động cơ phản lực và phản lực cánh quạt thích hợp cho máy bay không người lái cánh cố định. Trong số các loại động cơ này, động cơ phản lực cánh quạt có lực đẩy trung bình phù hợp hơn với máy bay không người lái vì tiêu thụ nhiên liệu, lực đẩy và trọng lượng thấp, vì vậy các loại động cơ này phù hợp hơn với máy bay trinh sát không người lái tầm cao và máy bay tấn công không người lái.

Máy bay không người lái trong tương lai sẽ yêu cầu nhiều năng lượng hơn máy bay có người lái và máy bay không người lái trong tương lai cũng sẽ yêu cầu động cơ không sử dụng dịch vụ trong thời gian bảo quản kéo dài, vì vậy động cơ đa điện không cần bôi trơn và giảm thiểu công việc bảo trì sẽ là một hướng phát triển trong tương lai Sức mạnh của UAV. Các UAV cỡ nhỏ tiên tiến trong tương lai có yêu cầu cao hơn về độ bền và khả năng tàng hình, đồng thời có phạm vi nhiệm vụ rộng hơn, vì vậy cần phải có các động cơ tuốc bin phản lực nhỏ với hiệu suất nhiệt và mật độ công suất cao hơn. Ngoài ra, đối với các UAV sử dụng một lần, cần phải có động cơ tuổi thọ ngắn, chi phí thấp. Do đó, việc giảm số lượng các thành phần động cơ và đơn giản hóa đường dẫn dòng là một hướng phát triển quan trọng cho công nghệ điện UAV trong tương lai.