【正文】 用先進(jìn)節(jié)能、清潔、低碳、環(huán)保、低排放的優(yōu)質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)――太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。即滿足飛行器飛行所耍的動(dòng)力要求，實(shí)現(xiàn)長航時(shí)的飛行，又經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、低碳、環(huán)保。四、新型太陽能無人旋翼機(jī)原理詳細(xì)分析4．1太陽能無人旋翼機(jī)的基本結(jié)構(gòu)該新型太陽能無人旋翼機(jī)是以太陽輻射作為推進(jìn)能源的飛行器。該飛行器的動(dòng)力裝置由太陽能電池組、太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器、螺旋槳和無線控制裝置組成。圖7 太陽能旋翼機(jī)結(jié)構(gòu)借助清潔無污染的太陽能資源，該新型無人旋翼機(jī)可以在廣闊的天地里自由的飛翔，克服燃燒化石燃料帶來的污染、溫室效應(yīng)等難題，對于能耗危機(jī)日益嚴(yán)峻的今天，無益具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能減排、低碳環(huán)保。4．2 自轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)分析從外形看，該旋翼機(jī)和直升機(jī)有些相像：機(jī)身上方安裝有大直徑的旋翼，在飛行中靠旋翼的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。但是除去這些表面上的一致性，該旋翼機(jī)和直升機(jī)卻是兩種完全不同的飛行器。該旋翼機(jī)實(shí)際上是一種介于直升機(jī)和飛機(jī)之間的飛行器，它除去旋翼外，還帶有推進(jìn)螺旋槳以提供前進(jìn)的動(dòng)力，同時(shí)也裝有機(jī)翼在飛行中提供部分升力。旋翼機(jī)的旋翼不與發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)相連，在旋翼機(jī)飛行的過程中，由前方氣流吹動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，是被動(dòng)旋轉(zhuǎn)；而直升機(jī)的旋翼與發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)相連，既能產(chǎn)生升力，又能提供飛行的動(dòng)力，是主動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在飛行中，旋翼機(jī)同直升機(jī)最明顯的分別為：直升機(jī)的旋翼面向前傾斜，而該旋翼機(jī)的旋翼則是向后傾斜的。旋翼機(jī)旋翼繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)葉片的工作類同于一個(gè)機(jī)翼。旋翼的截面形狀是一個(gè)翼型，如圖8所示。翼型弦線與垂直于槳轂旋轉(zhuǎn)軸平面(稱為槳轂 旋轉(zhuǎn)平面)之間的夾角稱為槳葉的安裝角，以j表示，有時(shí)簡稱安裝角或槳距。各片槳葉的槳距的平均值稱為旋翼的總距。圖8 旋翼機(jī)的旋翼(a)(b)氣流V與翼弦之間的夾角即為該剖面的迎角a。顯然，沿半徑方向每段葉片上產(chǎn)生的空氣動(dòng)力在槳軸方向上的分量將提供懸停時(shí)需要的升力；在旋轉(zhuǎn)平面上的分量產(chǎn)生的阻力將由發(fā)動(dòng)機(jī)所提供的功率來克服。由于旋翼機(jī)的旋翼為自轉(zhuǎn)式，傳遞到機(jī)身上的扭矩很小，因此旋翼機(jī)無需單旋翼直升機(jī)那樣的尾槳，但是一般裝有尾翼，以控制飛行。有的旋翼機(jī)在起飛時(shí)，旋翼也可通過“離合器”同發(fā)動(dòng)機(jī)連接，靠發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生升力，這樣可以縮短起飛滑跑距離。等升空后再松開離合器隨旋翼在空中自由旋轉(zhuǎn)。旋翼機(jī)飛行時(shí)，升力主要由旋翼產(chǎn)生，固定機(jī)翼僅提供部分升力。有的旋翼機(jī)甚至沒有固定機(jī)翼，全部升力都靠旋翼產(chǎn)生。旋翼機(jī)的飛行原理和構(gòu)造特點(diǎn)決定了它的速度慢、升限低、機(jī)動(dòng)性能較差，但它也有著一些優(yōu)點(diǎn)：(1)安全性較好；(2)振動(dòng)和噪音小；(3)抗風(fēng)能力較強(qiáng)。由于旋翼機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力是由飛行器前進(jìn)而獲得，如果發(fā)動(dòng)機(jī)在空中停車，旋翼機(jī)仍會(huì)靠慣性繼續(xù)維持前飛，并逐漸減低速度和高度，高度下降的同時(shí)，自下而上的相對氣流可以為維持旋翼的自轉(zhuǎn)，從而提供升力。這樣，旋翼機(jī)便可憑飛行員的操縱安全地滑翔降落。即使在飛行員不能操縱，旋翼機(jī)失去控制的特殊情況下，也可以較慢速度降落，因而是比較安全性的。當(dāng)然，直升機(jī)也是具備自轉(zhuǎn)下降安全著陸能力的。但它的旋翼需要從有動(dòng)力狀態(tài)過渡到自轉(zhuǎn)狀態(tài)，這個(gè)過渡要損失一定高度。如果飛行高度不夠，那么直升機(jī)就可能來不及過渡而觸地。旋翼機(jī)本身就是在自轉(zhuǎn)狀態(tài)下飛行的，不需要進(jìn)行過渡，所以也就沒有這種安全轉(zhuǎn)換所需的高度約束。由于旋翼機(jī)的旋翼是沒有動(dòng)力的，因此它沒有由于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋翼系統(tǒng)帶來的較大的振動(dòng)和噪音，也就不會(huì)因這種振動(dòng)和噪音而使旋翼、機(jī)體等的使用壽命縮短或增加乘員的疲勞。旋翼機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)螺旋槳對結(jié)構(gòu)和乘員所造成的影響顯然比直升機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋翼要小得多。另外，旋翼機(jī)還有一個(gè)很可貴的特點(diǎn)，就是它的著陸滑跑距離大大短于起飛滑跑距離，甚至可以不需滑跑，就地著陸。旋翼機(jī)的抗風(fēng)能力較高，而且在起飛時(shí)，風(fēng)有利于旋翼的起動(dòng)和加速旋轉(zhuǎn)，可以縮短起飛滑跑的距離，當(dāng)達(dá)到足夠大的風(fēng)速時(shí)，一般的旋翼機(jī)也可以垂直起飛。一般來說，旋翼機(jī)的抗風(fēng)能力強(qiáng)于同量級的固定翼飛機(jī)，而大體與直升機(jī)的抗風(fēng)能力相當(dāng)，甚至“在湍流和大風(fēng)中的飛行能力超出直升機(jī)的使用極限”。旋翼機(jī)可分為兩類，一類是需要滑跑起飛的，這種比較簡單，大多數(shù)旋翼機(jī)屬于這一類。另一類是可垂直起飛的，其起飛方法有三種：一種是帶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)它的旋翼；第二種是用預(yù)轉(zhuǎn)旋翼并使其達(dá)到正常飛行轉(zhuǎn)速的一定倍數(shù)，然后突然脫開離合器，同時(shí)使旋翼獎(jiǎng)葉變距而得到較大的升力跳躍起飛；第三種則是由旋翼翼尖小火箭驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)而提供升力來實(shí)現(xiàn)垂直起飛，這種垂直起飛的過程，一般是由自動(dòng)程序控制來完成的。4．3 太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外部加熱的、閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產(chǎn)生動(dòng)力的。這是一種新型外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，通過太陽能的光熱轉(zhuǎn)化，把太陽光轉(zhuǎn)化為熱能，對氣體加熱，使汽缸中的氫氣（或氦）膨脹，產(chǎn)生壓強(qiáng)差作為動(dòng)力使氣體像冷卻室移動(dòng)，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復(fù)地進(jìn)行這樣的循環(huán)。以活塞運(yùn)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖9 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理　　太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可用氫、氦或空氣等作為工質(zhì)，按斯特林循環(huán)工作。在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?，膨脹作功燃料在氣缸外的燃燒室?nèi)連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒。 　　按缸內(nèi)循環(huán)的組成形式分，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)主要有配合氣體活塞式和雙作用式兩類。在一個(gè)氣缸內(nèi)有兩個(gè)活塞作規(guī)律的相對運(yùn)動(dòng)，冷腔與熱腔之間用冷卻器、回?zé)崞骱图訜崞鬟B接，配氣活塞推動(dòng)工質(zhì)在冷熱腔之間往返流動(dòng)。 　　熱力循環(huán)可以分為定溫壓縮過程、定容回?zé)徇^程、定溫膨脹過程、定容儲(chǔ)熱過程四個(gè)過程。 借助清潔無污染的太陽能資源，該新型太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可以長時(shí)間做工，克服燃燒化石燃料帶來的污染、溫室效應(yīng)等難題，對于能耗危機(jī)日益嚴(yán)峻的今天，無益具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能減排、低碳環(huán)保。五、結(jié)語該太陽能無人旋翼機(jī)是以太陽能為動(dòng)力，依靠太陽輻射產(chǎn)生的熱量直接推動(dòng)太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳工作，從而依靠螺旋槳的推力實(shí)現(xiàn)無人旋翼機(jī)的飛行，打破現(xiàn)有各種有人或無人航空器需要借助化石燃料或蓄電池才能實(shí)現(xiàn)飛行的局面，利用取之不盡、用之不竭的太陽能實(shí)現(xiàn)長航時(shí)的留空自由飛翔。借助清潔無污染的太陽能資源，該新型無人旋翼機(jī)可以在廣闊的天地里自由的飛翔，克服燃燒化石燃料帶來的污染、溫室效應(yīng)等難題，對于能耗危機(jī)日益嚴(yán)峻的今天，無益具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能減排、低碳環(huán)保。該無人太陽能旋翼機(jī)具有廣闊的運(yùn)用空間：在民用航空領(lǐng)域，利用它長航時(shí)的優(yōu)勢，可以用于氣象、遙感、測繪、拍照；在軍事領(lǐng)域，可以長時(shí)間的執(zhí)行偵察、預(yù)警等任務(wù)，克服現(xiàn)有航空器因燃料攜帶有限帶來的一系列難題，完成一般航空器難以完成的任務(wù)。該太陽能無人旋翼機(jī)必將得到更大的發(fā)展。16