ROTAX航空發動機914UL/F概述*

秦德 馬紅玉

（天津大學內燃機研究所天津300072）

ROTAX航空發動機914UL/F概述*

秦德 馬紅玉

（天津大學內燃機研究所天津300072）

主要介紹ROTAX航空發動機914UL/F基本參數、結構特點、性能和應用的領域，并對結構設計參數和強化指標進行了分析，從而將有助于這款活塞式航空發動機在國內輕型飛機上的應用。

航空發動機ROTAX914UL/F

引言

ROTAX航空發動機914UL/F是由BRP（Bombardier Recreational Products Inc.）旗下的BRPPowertrain生產的活塞式發動機，包括未經認證的發動機ROTAX 914UL及通過FAR 33和JAR-E認證的發動機ROTAX 914F。全世界超過80%以上的輕型飛行器選用ROTAX航空發動機。

1 ROTAX航空發動機914 F/UL基本參數[1]

圖1為ROTAX航空發動機914UL/F外觀圖。

主要性能參數為：

型式：四缸、四沖程、水平對置發動機

排量：1211.2 mL

缸徑×沖程：79.5 mm×61.0 mm

壓縮比：9：1

最大功率：73.5kW/5500r/min

最大扭矩：144N·m/4900 r/min

潤滑方式：干式油底殼、壓力潤滑，配有獨立潤滑油箱

燃油系統：雙燃油泵、雙化油器

點火系統：雙點火系統DCDI

啟動方式：電啟動

圖1 ROTAX航空發動機914 F/UL

發動機質量：75.5kg（安裝全部附件）

2 ROTAX航空發動機914F/UL特點

2.1 變速箱結構緊湊

發動機曲軸通過齒輪一級減速驅動螺旋槳軸（輸出軸），齒輪傳動比i=2.43。螺旋槳軸上裝有過載離合器，用于飛機起降時避免因曲軸過載造成發動機損壞。

2.2 雙點火系統

發動機采用具有RFI噪聲抑制功能的雙火花塞無觸點電容器放電點火。怠速時，兩個火花塞同時點火，正常運行時兩個火花塞點火時間相差4°CA點火，這樣做的目的是加速火焰傳播速度。914UL/F發動機的點火順序是1-4-2-3。

2.3 組合式曲軸

發動機曲軸為組合式曲軸，由前曲柄、兩個曲柄臂、中曲柄和后曲柄組成，如圖2所示，五個零件通過過盈配合壓裝而成，曲拐呈180度分布。組合曲軸的優點是質量輕，結構緊湊，對鍛壓設備要求不高，但對裝配工藝要求較高。

圖2 組合式曲軸

2.4 干式油底殼

發動機采用干式油底殼，降低了曲軸箱高度；氣缸體采用水平對置布置，降低了發動機的高度，有利于發動機的總體布置。如渦輪增壓器和消聲器布置在發動機的下部，供油系統和電氣元件在發動機的上部，發動機結構布置非常緊湊。

2.5 冷卻系統

發動機冷卻系統采用混合冷卻方式。其中，氣缸蓋采用強制水冷；氣缸體采用自然風冷。

這種布置方式主要考慮氣缸蓋與高溫、高壓燃氣相接觸，面積大，承受較大的熱負荷，同時，采用進氣增壓，使得氣缸蓋的熱負荷進一步提高。水冷系統冷卻均勻、穩定可靠，效果優于風冷，所以，氣缸蓋采用強制水冷。氣缸體承受的熱負荷相對小一些，采用自然風冷，氣缸體的結構相對簡單，而且其布置的散熱片可以充分利用飛行的風速，可達到預想的冷卻效果。

2.6 渦輪增壓器

配有渦輪增壓器的914UL/F發動機能在高空提供更強的動力，同時發動機的質量更輕。渦輪增壓的主要作用就是提高發動機進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩。圖3說明了渦輪增壓器對發動機功率的影響。對于自然吸氣發動機，隨著飛行器高度的增加，發動機功率下降很大。在距地面4500 m時，發動機功率只有地面時的60%；距地面9000 m時，發動機功率只有地面時的35%。而帶有渦輪增壓器的914UL/F發動機，在距地面4500 m時，發動機功率可達到地面時的90%，增壓效果非常明顯；但距地面超過4500 m后，發動機功率下降很快，由此我們也可以得出結論：如果飛行器選用914UL/F作為動力，飛行器的設計飛行高度大約在5000 m，如果飛行器的設計飛行高度超過5000 m，發動機最好選用二級渦輪增壓器，以便為飛行器提供更強的動力。如ROTAX914UL/F航空發動機所配套的“捕食者A”無人機，其最大升限高度7925 m[2]。

圖3 發動機功率與飛行高度的關系

3 ROTAX航空發動機914 F/UL性能

發動機主要性能曲線如圖4～6所示。

其中：

A為飛行器起飛時發動機運行狀態

B為飛行器持續飛行時發動機運行狀態

圖4 發動機功率

4 ROTAX航空發動機914F/UL結構設計參數和強化指標分析

圖5 發動機扭矩

圖6 發動機燃油消耗

4.1 結構設計參數

1）沖程與缸徑比S/D

發動機活塞行程S是設計中的重要結構參數，通常用S/D表示。摩托車發動機的S/D在0.75～1.06范圍內。914UL/F的S/D值是0.767，屬于短行程發動機。

2）曲柄半徑與連桿長度比λ

914UL/F的連桿長度106 mm，曲柄半徑30.5 mm，所以，曲柄半徑與連桿長度之比λ為0.287，發動機的λ通常在0.25～0.312范圍內。

4.2 強化指標

1）升功率PL

升功率表征發動機工作過程的完善性能，也可用來評定發動機的結構緊湊和外形尺寸大小。914UL/F發動機的PL為60.68 kW/L，發動機的PL通常在50～150 kW/L范圍內[3]。

2）活塞的平均速度Cm

發動機的機械負荷可用最高爆發壓力和運動件的慣性力表示，最高爆發壓力隨著平均有效壓力Pme的提高而提高，慣性力則與Cm成正比，因此Pme和Cm是影響發動機機械負荷的主要因素。914UL/F發動機的Cm為11.18m/s，發動機的Cm通常在10～20m/s范圍內。

3）平均有效壓力Pme

914UL/F發動機的Pme為1.323 MPa，發動機的Pme通常在0.6～1.5MPa范圍內。由于采用了廢氣渦輪增壓技術，914UL/F發動機的Pme接近上限。

4）單位面積的熱流量q

發動機受熱零件上單位面積的熱流量是表示發動機熱負荷的參數之一，受熱零件的熱流量與Pme和Cm值的乘積成正比。914UL/F的單位面積的熱流量為1.21×107kJ/m2·h。

5 ROTAX航空發動機912/914配套的飛行器

從1989年起至2011年，已生產40000臺912/ 914系列發動機。914系列發動機大修時間間隔（TBO）已達2000h。914UL發動機在歐洲的零售價大約2.1萬歐元，在中國的代理商零售價大約27萬人民幣。圖7到圖9為912/914系列發動機配套的飛行器，這些飛行器既包括民用領域，也包括軍用領域，所以這款發動機的應用前景非常好。

圖7 搭載912/914系列發動機的滑翔機

圖8 搭載912/914系列發動機的輕型飛機

圖9 搭載912/914系列發動機的無人機

6 結論

1）ROTAX914UL/F航空發動機既可作為無人機動力，也可作為輕型飛機動力。

2）一般認為，如果飛行器選用914UL/F作為動力，飛行器的設計飛行高度大約在8000 m以下。如果飛行器的設計飛行高度超過8000 m，發動機最好選用二級渦輪增壓器，以便為飛行器提供更強的動力。

3）ROTAX914UL/F航空發動機目前選用化油器供油。可以將其改為燃油噴射，實現發動機各個工況下所需的最佳供油量，節省燃油，增加其配套機型的續航能力。

1BRP-Rotax GmbH&Co.KG.Operators Manual for ROTAX Engine Type 914 Series 2008[EB/OL].www.rotaxaircraft-engines.com

2王興海，馬震，鄭勇.無人機用小型航空活塞發動機的發展[C].2006無人機大會論文集，北京，2006

3葉盛焱.摩托車發動機設計[M].北京：人民郵電出版社，1997

General Overviews of ROTAX Aircraft Engines 914UL/F

Qin De，Ma Hongyu
Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute（Tianjin，300072，China）

This paper mainly introduces the basic parameters，characteristics of structure，performance and application fields of aircraft engine ROTAX 914UL/F.The structure design parameters and intensifying indexes are analyzed.It will be helpful to the application of this aircraft piston engine in the domestic light aircraft.

Aircraft engine，ROTAX，914UL/F

V19

A

2095-8234（2014）05-0088-04

2014-05-29）

天津市重大科技專項（13ZCZDGX04400）。

秦德（1963-），男，高級工程師，主要研究方向為發動機總體設計。