ROTAX航空发动机914UL/F概述*

秦德 马红玉

（天津大学内燃机研究所天津300072）

ROTAX航空发动机914UL/F概述*

秦德 马红玉

（天津大学内燃机研究所天津300072）

主要介绍ROTAX航空发动机914UL/F基本参数、结构特点、性能和应用的领域，并对结构设计参数和强化指标进行了分析，从而将有助于这款活塞式航空发动机在国内轻型飞机上的应用。

航空发动机ROTAX914UL/F

引言

ROTAX航空发动机914UL/F是由BRP（Bombardier Recreational Products Inc.）旗下的BRPPowertrain生产的活塞式发动机，包括未经认证的发动机ROTAX 914UL及通过FAR 33和JAR-E认证的发动机ROTAX 914F。全世界超过80%以上的轻型飞行器选用ROTAX航空发动机。

1 ROTAX航空发动机914 F/UL基本参数[1]

图1为ROTAX航空发动机914UL/F外观图。

主要性能参数为：

型式：四缸、四冲程、水平对置发动机

排量：1211.2 mL

缸径×冲程：79.5 mm×61.0 mm

压缩比：9：1

最大功率：73.5kW/5500r/min

最大扭矩：144N·m/4900 r/min

润滑方式：干式油底壳、压力润滑，配有独立润滑油箱

燃油系统：双燃油泵、双化油器

点火系统：双点火系统DCDI

启动方式：电启动

图1 ROTAX航空发动机914 F/UL

发动机质量：75.5kg（安装全部附件）

2 ROTAX航空发动机914F/UL特点

2.1 变速箱结构紧凑

发动机曲轴通过齿轮一级减速驱动螺旋桨轴（输出轴），齿轮传动比i=2.43。螺旋桨轴上装有过载离合器，用于飞机起降时避免因曲轴过载造成发动机损坏。

2.2 双点火系统

发动机采用具有RFI噪声抑制功能的双火花塞无触点电容器放电点火。怠速时，两个火花塞同时点火，正常运行时两个火花塞点火时间相差4°CA点火，这样做的目的是加速火焰传播速度。914UL/F发动机的点火顺序是1-4-2-3。

2.3 组合式曲轴

发动机曲轴为组合式曲轴，由前曲柄、两个曲柄臂、中曲柄和后曲柄组成，如图2所示，五个零件通过过盈配合压装而成，曲拐呈180度分布。组合曲轴的优点是质量轻，结构紧凑，对锻压设备要求不高，但对装配工艺要求较高。

图2 组合式曲轴

2.4 干式油底壳

发动机采用干式油底壳，降低了曲轴箱高度；气缸体采用水平对置布置，降低了发动机的高度，有利于发动机的总体布置。如涡轮增压器和消声器布置在发动机的下部，供油系统和电气元件在发动机的上部，发动机结构布置非常紧凑。

2.5 冷却系统

发动机冷却系统采用混合冷却方式。其中，气缸盖采用强制水冷；气缸体采用自然风冷。

这种布置方式主要考虑气缸盖与高温、高压燃气相接触，面积大，承受较大的热负荷，同时，采用进气增压，使得气缸盖的热负荷进一步提高。水冷系统冷却均匀、稳定可靠，效果优于风冷，所以，气缸盖采用强制水冷。气缸体承受的热负荷相对小一些，采用自然风冷，气缸体的结构相对简单，而且其布置的散热片可以充分利用飞行的风速，可达到预想的冷却效果。

2.6 涡轮增压器

配有涡轮增压器的914UL/F发动机能在高空提供更强的动力，同时发动机的质量更轻。涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩。图3说明了涡轮增压器对发动机功率的影响。对于自然吸气发动机，随着飞行器高度的增加，发动机功率下降很大。在距地面4500 m时，发动机功率只有地面时的60%；距地面9000 m时，发动机功率只有地面时的35%。而带有涡轮增压器的914UL/F发动机，在距地面4500 m时，发动机功率可达到地面时的90%，增压效果非常明显；但距地面超过4500 m后，发动机功率下降很快，由此我们也可以得出结论：如果飞行器选用914UL/F作为动力，飞行器的设计飞行高度大约在5000 m，如果飞行器的设计飞行高度超过5000 m，发动机最好选用二级涡轮增压器，以便为飞行器提供更强的动力。如ROTAX914UL/F航空发动机所配套的“捕食者A”无人机，其最大升限高度7925 m[2]。

图3 发动机功率与飞行高度的关系

3 ROTAX航空发动机914 F/UL性能

发动机主要性能曲线如图4～6所示。

其中：

A为飞行器起飞时发动机运行状态

B为飞行器持续飞行时发动机运行状态

图4 发动机功率

4 ROTAX航空发动机914F/UL结构设计参数和强化指标分析

图5 发动机扭矩

图6 发动机燃油消耗

4.1 结构设计参数

1）冲程与缸径比S/D

发动机活塞行程S是设计中的重要结构参数，通常用S/D表示。摩托车发动机的S/D在0.75～1.06范围内。914UL/F的S/D值是0.767，属于短行程发动机。

2）曲柄半径与连杆长度比λ

914UL/F的连杆长度106 mm，曲柄半径30.5 mm，所以，曲柄半径与连杆长度之比λ为0.287，发动机的λ通常在0.25～0.312范围内。

4.2 强化指标

1）升功率PL

升功率表征发动机工作过程的完善性能，也可用来评定发动机的结构紧凑和外形尺寸大小。914UL/F发动机的PL为60.68 kW/L，发动机的PL通常在50～150 kW/L范围内[3]。

2）活塞的平均速度Cm

发动机的机械负荷可用最高爆发压力和运动件的惯性力表示，最高爆发压力随着平均有效压力Pme的提高而提高，惯性力则与Cm成正比，因此Pme和Cm是影响发动机机械负荷的主要因素。914UL/F发动机的Cm为11.18m/s，发动机的Cm通常在10～20m/s范围内。

3）平均有效压力Pme

914UL/F发动机的Pme为1.323 MPa，发动机的Pme通常在0.6～1.5MPa范围内。由于采用了废气涡轮增压技术，914UL/F发动机的Pme接近上限。

4）单位面积的热流量q

发动机受热零件上单位面积的热流量是表示发动机热负荷的参数之一，受热零件的热流量与Pme和Cm值的乘积成正比。914UL/F的单位面积的热流量为1.21×107kJ/m2·h。

5 ROTAX航空发动机912/914配套的飞行器

从1989年起至2011年，已生产40000台912/ 914系列发动机。914系列发动机大修时间间隔（TBO）已达2000h。914UL发动机在欧洲的零售价大约2.1万欧元，在中国的代理商零售价大约27万人民币。图7到图9为912/914系列发动机配套的飞行器，这些飞行器既包括民用领域，也包括军用领域，所以这款发动机的应用前景非常好。

图7 搭载912/914系列发动机的滑翔机

图8 搭载912/914系列发动机的轻型飞机

图9 搭载912/914系列发动机的无人机

6 结论

1）ROTAX914UL/F航空发动机既可作为无人机动力，也可作为轻型飞机动力。

2）一般认为，如果飞行器选用914UL/F作为动力，飞行器的设计飞行高度大约在8000 m以下。如果飞行器的设计飞行高度超过8000 m，发动机最好选用二级涡轮增压器，以便为飞行器提供更强的动力。

3）ROTAX914UL/F航空发动机目前选用化油器供油。可以将其改为燃油喷射，实现发动机各个工况下所需的最佳供油量，节省燃油，增加其配套机型的续航能力。

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

2王兴海，马震，郑勇.无人机用小型航空活塞发动机的发展[C].2006无人机大会论文集，北京，2006

3叶盛焱.摩托车发动机设计[M].北京：人民邮电出版社，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）

天津市重大科技专项（13ZCZDGX04400）。

秦德（1963-），男，高级工程师，主要研究方向为发动机总体设计。