【正文】 要高。4. 葉輪葉輪是冷卻水泵的重要組成部分，常用材料有鑄鐵、青銅、不銹鋼、錳青銅、蒙乃爾合金、INCONE及非金屬材料。本文涉及某型無人直升機(jī)與之類似，也是采用這種結(jié)構(gòu)，其形式有雙列球軸連軸承和一列球一列滾子軸連軸承兩種，根據(jù)水泵前端負(fù)載來選用。其中整體式水封可簡化葉輪加工，方便裝配。無人機(jī)冷卻水泵的水封屬于機(jī)械密封。2. 水封水封是泵軸與殼體之間的密封裝置，用來防止水泵軸測漏水或從間隙處吸入空氣。通常情況下，為了減少撞擊、流動(dòng)損失、渦流損失，一般將泵殼流道由內(nèi)向外做成呈均勻漸擴(kuò)的螺旋線，稱為蝸殼。離心式水泵由以下結(jié)構(gòu)組成：1. 水泵殼體水泵的殼體通常由鑄鐵或鑄鋁做成，其中輕型機(jī)械打采用鑄鋁，中重型機(jī)械多采用鑄鐵。發(fā)動(dòng)機(jī)離心式冷卻水泵的種類較多，大多采用單級(jí)式皮帶傳動(dòng)。于是在冷卻水泵上采取了系列化的陶瓷石墨系列水封、沖壓葉輪、軸連軸承、旋壓皮帶等新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料，從而提高冷卻水泵的使用壽命，做到與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配同步。這樣一來，使得冷卻水泵入口性能惡化，容易產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，這一點(diǎn)，在本文后續(xù)論述中會(huì)予以考慮。近年來發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度提高，一定程度上提高了水泵的運(yùn)行參數(shù)，使得冷卻水泵有向高速發(fā)展的趨勢。當(dāng)前，由于離心式水泵與同尺寸的其他類型的水泵相比，具有流量大、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便以及由其特點(diǎn)所帶來的低成本等優(yōu)點(diǎn)， 所以冷卻水泵多采 圖42：汽車?yán)鋮s水泵用離心式水泵。散熱水管的排布改為3排水管布置，則有散熱水管數(shù)： 散熱水管散熱面積A1為： 散熱帶散熱面積A2為： 散熱面積s為：大于理論計(jì)算值，則滿足要求。式中tacp為空氣側(cè)平均溫度，其表達(dá)式為： （419）式中tai為進(jìn)風(fēng)溫度，標(biāo)準(zhǔn)冷卻系為40℃，△ta前述為20℃，則有：則已選散熱器不滿足。式16中△t為換熱面兩側(cè)換熱介質(zhì)的平均溫差，其值為： （418）式中twcp為水側(cè)平均溫度，其值與系統(tǒng)調(diào)定壓力有關(guān)，≈90℃95℃，當(dāng)系統(tǒng)壓力為49kPa時(shí)twcp≈100℃105℃，≈105℃110℃。帶入數(shù)字計(jì)算則有：式411中A2為散熱帶散熱面積其方程式為： （413）式中l(wèi)為散熱帶展開長度其方程式為： （414） 式中n3為散熱帶波峰數(shù)其方程式為： （415） 帶入數(shù)值可得： 由式4可知散熱面積也可由下式求得： （416）式中Qmax是指散熱器的最大散熱量實(shí)踐表明，散熱器在使用一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)局部微小脫焊和沉積水垢等現(xiàn)象，雖然此時(shí)散熱器仍然可以正常使用，但散熱器會(huì)有7%10%左右的降低，散熱氣流也會(huì)因此受到影響，導(dǎo)致散熱能力下降考慮到上述原因，?。? （417）式16中K為散熱系數(shù)，kJ/(m2h℃)。則有散熱帶條數(shù)n1為： （49） 式中b1為散熱扁管的寬度。據(jù)統(tǒng)計(jì)車用管帶式散熱器的芯厚主要有：3570四檔。近年來發(fā)展趨勢是減小冷卻水管的尺寸，現(xiàn)在水管的尺寸規(guī)格如表3。C=，帶入則有：滿足匹配條件。 （48） 式中t為散熱帶節(jié)距。百葉窗孔的參數(shù)如表42：表41：百葉窗孔參數(shù)散熱器芯厚T（mm）窗孔角度θ（176。而如式47可知，增大傳熱壁兩側(cè)的傳熱系數(shù)ha與hw可以提高Ka的值，又由于經(jīng)驗(yàn)可知，水側(cè)表面的傳熱系數(shù)hw本來就比較大，而ha要比hw小得多，故增大ha可使ka的值顯著增加。由上式求得的傳熱系數(shù)Ka，可以看出傳熱系數(shù)Ka越大，傳熱量Q也就越大。則傳熱量可分別表示為： （45） （46）以空氣側(cè)的傳熱面積Aa為計(jì)算基礎(chǔ)時(shí)，關(guān)于Ka有如下表達(dá)式： （47）式中β是空氣側(cè)換熱面積Aa與水側(cè)換熱面積Aw之比，稱為肋化系數(shù)。 Δtm為傳熱壁兩側(cè)流體的平均溫差，℃。則有表41：國產(chǎn)散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)由于發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱過程的傳熱量可由傳熱方程式確定，即： （44）式中，K為傳熱系數(shù)，W/(m2.℃)。則有 3） 與散熱量有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式 （43）式中Qn由風(fēng)洞試驗(yàn)所得單位面積的散熱量 Sn為實(shí)驗(yàn)室的單位面積由于受研究條件限制這一方法于本文并不適用。前述V=。通常在安裝尺寸允許的情況下，盡可能的把Sf選的大些，并接近方形，以充分利用冷卻風(fēng)扇的風(fēng)量。散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)中對散熱器性能影響最大的是散熱器芯體的正面積Sf。同時(shí)，對于使用環(huán)境多灰塵的機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器，不宜采用在散熱片上沖百葉窗孔來提高散熱能力。 現(xiàn)在市面上轎車、及部分中型貨車多以管帶式為主。散熱器是無人機(jī)零部件中強(qiáng)度較弱的環(huán)節(jié)，無人機(jī)體積小、重量輕，散熱器在限定的空間內(nèi)應(yīng)具有足夠的散熱力和較高的使用壽命，而整個(gè)總成必須質(zhì)量輕、消耗材料少、成本低。管帶式的散熱器的優(yōu)缺點(diǎn)與管片式剛好相反。其主要應(yīng)用于使用條件惡劣，對可靠性性要求高，振動(dòng)大的情況下，在軍用車輛及民用越野車等產(chǎn)品上有著廣泛應(yīng)用。在散熱片上，按照水管的截面形狀和尺寸，以一定的排列形式?jīng)_孔，然后套在冷卻水管上，接著在一定條件下進(jìn)行整體焊接便構(gòu)成芯體如圖1左圖。管片式散熱器散熱芯體主要由水管、主板、散熱片等構(gòu)成。則有至此設(shè)計(jì)及推導(dǎo)的基本參數(shù)如下：總散熱量：Q=45kJ/s調(diào)定水溫：t=80℃冷卻液體積流量：qv，w=冷卻空氣體積流量qv，a=發(fā)動(dòng)機(jī)排量V= 第4章 主要零部件的設(shè)計(jì)散熱器是一種熱氣式熱交換器，是水冷式冷卻系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，其作用是將冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)吸收的熱量經(jīng)由冷卻空氣帶走，散到大氣中去，使冷卻水溫降下來，以便再次循環(huán)。 Cp，a為空氣的定壓比熱容，這里可近似去Cp，a=(kg ρa(bǔ)為冷卻空氣密度，kg/m3。（對于風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)則是冷卻空氣進(jìn)出發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸頭散熱翅片的溫差）。其中ρw= Cp，w=現(xiàn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)選定Δtw=8℃。 ρw為冷卻液的密度，kg/m3。根據(jù)已知條件Pe =75馬力=汽油消耗為17L/h，使用的是93號(hào)汽油，其密度ρ93 =93號(hào)汽油的低熱值Hu =104kJ/kg，將以上參數(shù)帶入式（31）得 則 ,w水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)是通過冷卻液在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)帶走熱量的，其中冷卻液的循環(huán)體積流量（簡稱循環(huán)流量）qv,w，根據(jù)冷卻系應(yīng)散去的熱量Q，由熱平衡方程進(jìn)行計(jì)算，即（L/min）（32）式中，Δtw為冷卻液在冷卻系內(nèi)循環(huán)式的溫降。Hu為燃料燃燒的低熱值，kJ/kg。h）。（本文取=）柴油機(jī)取 =。由于冷卻系應(yīng)該散發(fā)出去的熱量Q受到各種因數(shù)的綜合影響，想要精確計(jì)算可以說是非常困難的，因此本文在設(shè)計(jì)時(shí)采取根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料得來的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，發(fā)動(dòng)機(jī)Q1的估算式為（31）式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)傳給冷卻系的熱量占燃料燃燒總熱量的百分比系數(shù)。第3章 基本參數(shù)的設(shè)定及推導(dǎo)給定發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)如下：1：發(fā)動(dòng)機(jī)為rotax582航空發(fā)動(dòng)機(jī)2：發(fā)動(dòng)機(jī)功率Pe=75馬力,排量V=3：主軸轉(zhuǎn)速n=6000r/min,驅(qū)動(dòng)尾翼的長軸轉(zhuǎn)速n1=2500r/min4：發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)定溫度為80℃散熱系統(tǒng)應(yīng)該散發(fā)出去的熱量及散熱量或者散熱熱流量Q，其與發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率大小等參量有關(guān)，同時(shí)其也與傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)形式和形態(tài)設(shè)計(jì)等有關(guān)，因此散熱量Q有兩部分組成，一是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃料燃燒時(shí)所釋放的部分熱量Q1，對于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)而言，進(jìn)入冷卻系的熱量約為燃料燃燒的15%20%。圖25：帶傳動(dòng)加萬向節(jié)傳動(dòng)方案示意圖 4冷卻風(fēng)扇 5散熱水箱對比以上兩種方案，方案一只有一級(jí)傳動(dòng)，效率高，但異形錐齒輪制造成本較高工藝復(fù)雜，同時(shí)可靠性得不到保證。為實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)，預(yù)設(shè)了以下兩種方案：：圖 圖24：異形錐齒輪傳動(dòng)方案示意圖 此方案利用異形錐齒輪以一定傳動(dòng)比傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)尾翼傳動(dòng)軸與風(fēng)扇軸之間的距離和角度的問題。同時(shí)，對比剩下兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從設(shè)計(jì)成本和可靠性等方面考量，選擇機(jī)械傳動(dòng)方式。優(yōu)點(diǎn)：1）機(jī)械驅(qū)動(dòng)可在任何驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速下工作，其可以通過齒輪機(jī)構(gòu)或皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過一定的傳動(dòng)比以任意高于或低于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速的工作速度工作，也就是說其轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)相對靈活。在選擇時(shí)必須選擇每種驅(qū)動(dòng)方式的相對優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。所以本文創(chuàng)新性地嘗試將散熱水箱和散熱風(fēng)扇等擺放在主載荷艙。本文敘及的無人直升機(jī)的荷載布局如圖21：圖21：無人機(jī)荷載布局簡圖現(xiàn)在冷卻系統(tǒng)中的散熱水箱和散熱風(fēng)扇的布局方案有兩種一種是擺放在如圖21的外掛載荷艙的位置，另外一種是擺放在主載荷艙的位置。而無人機(jī)的散熱系統(tǒng)性能的優(yōu)劣與發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的好壞有著直接關(guān)系，同時(shí)無人機(jī)在高空作業(yè)時(shí)，常需要懸停，這時(shí)候沒有自然風(fēng)的輔助冷卻，需要冷卻系統(tǒng)的性能相當(dāng)好，所以本文選擇水冷冷卻方式?；谝陨蟽煞N冷卻方式的優(yōu)缺點(diǎn)，風(fēng)冷冷卻方式被廣泛用于摩托車和老式汽車上面。還有一種常見的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方式就是水冷，主要以冷卻水作為發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱介質(zhì)將發(fā)動(dòng)機(jī)需要散去的熱量帶走，進(jìn)到散熱水箱，并由冷卻空氣進(jìn)一步散到周圍環(huán)境中去。第五章總結(jié)，總結(jié)設(shè)計(jì)的心路歷程。第三章基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)定及推導(dǎo)，主要闡述設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)定和推導(dǎo)過程。圖19：無人機(jī)布局簡圖由于無人機(jī)屬于高新科技領(lǐng)域，設(shè)計(jì)參考資料很少，本文在設(shè)計(jì)計(jì)算的過程中主要參考車輛冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，具體內(nèi)容安排如下：第一章緒論，主要簡單介紹無人機(jī)和散熱系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)闡述在設(shè)計(jì)計(jì)算工程中采取的方法、手段和應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)。如前面所述，體積小、重量輕是無人機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，但從另一方面考慮也是制約無人機(jī)完成某些任務(wù)的劣勢，因?yàn)樗豢赡軘y帶很多設(shè)備和武器以更好的完成任務(wù)，所以說合理的布局，將空間更好的利用起來是至關(guān)重要的。本文課題是工程裝備方向畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，旨在通過研究計(jì)算為某型無人直升機(jī)設(shè)計(jì)一套性能良好的散熱系統(tǒng)，具體內(nèi)容如下：1） 對散熱系統(tǒng)做總體規(guī)劃2） 選擇合適的散熱風(fēng)扇，無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境和普通車輛的工作環(huán)境有很大的區(qū)別，無人機(jī)在執(zhí)行偵察等任務(wù)是通常需要懸停以完成