轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)因其動力性能好、燃料適應(yīng)性強(qiáng)以及功重比高的優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各類無人機(jī)、運(yùn)輸車、發(fā)電機(jī)組和艦艇。隨著“萬能燃料”概念的提出與發(fā)展,航空煤油的價值被進(jìn)一步發(fā)掘,出色的燃燒性能以及良好的理化特性使其同樣適用于各類傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī),并且具有較好的發(fā)展前景。目前,針對航空煤油在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)內(nèi)適應(yīng)性的研究已全面展開,而航空煤油在轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)內(nèi)的適應(yīng)性究竟如何還鮮有描述。因此,結(jié)合萬能燃料概念,在分析了往復(fù)活塞式航空煤油發(fā)動機(jī)最新研究動態(tài)的基礎(chǔ)上,對航空煤油在轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)內(nèi)的適應(yīng)性進(jìn)行研究并明確其霧化和燃燒特性具有重要意義與創(chuàng)新價值。本研究從實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬兩個方向展開,首先,基于定容燃燒彈分別搭建了航空煤油噴霧以及噴霧燃燒可視化實(shí)驗(yàn)臺,采用Mie散射法研究了轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)工況下航空煤油的基礎(chǔ)噴霧特性,采用自然火焰發(fā)光成像原理以及OH化學(xué)熒光法研究了環(huán)境因素對航煤噴霧燃燒特性的影響規(guī)律;其次,基于Ansys Fluent建立了耦合化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)三維動態(tài)模型,并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從流場、噴霧特性以及燃燒過程三個方面驗(yàn)證了該模型的可靠性。基于此模型,通過數(shù)值模擬計算與分析探索了適合轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的航空煤油噴... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)零部件示意圖[1]

雜諭?椿釗?⒍????臃⒍???倒乖旄?虻ィ?疃?考??佟?為了保證三角轉(zhuǎn)子的三個轉(zhuǎn)子頂端能夠在氣缸內(nèi)緊貼氣缸壁運(yùn)動，氣缸型線設(shè)計為雙弧長短幅外旋輪線，轉(zhuǎn)子型線則為氣缸理論型線的內(nèi)包絡(luò)線。為了匹配合適的壓縮比，轉(zhuǎn)子壁面上設(shè)有轉(zhuǎn)子凹坑，轉(zhuǎn)子凹坑還可起到引導(dǎo)火焰?zhèn)鞑サ淖饔茫纳迫剂显谵D(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)狹長燃燒室內(nèi)的燃燒質(zhì)量。因?yàn)檗D(zhuǎn)子上的內(nèi)齒輪與固定在端蓋上的外齒輪齒數(shù)比為3:2，所以偏心軸的角速度為轉(zhuǎn)子角速度的三倍，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一整圈，偏心軸旋轉(zhuǎn)三圈。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)工作原理的對比如圖1.2所示，雖然在結(jié)構(gòu)上兩者有著本質(zhì)上的區(qū)別，但與往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)的工作原理相同，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的工作過程同樣包括進(jìn)氣、壓縮、做功以及排氣四個沖程[2]。發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣沖程從燃燒室運(yùn)動至排氣上止點(diǎn)開始，新鮮空氣在進(jìn)氣壓力以及燃燒室真空度的作用下進(jìn)入燃燒室，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動90°（偏心軸轉(zhuǎn)動0°~270°）后，燃燒室體積達(dá)到最大值，進(jìn)氣沖程結(jié)束；隨著轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，壓縮沖程開始，當(dāng)轉(zhuǎn)子由90°轉(zhuǎn)動至180°（偏心軸轉(zhuǎn)動270°~540°），燃燒室運(yùn)動到壓縮上止點(diǎn)，體積達(dá)到最小值，油氣混合物的壓力與溫度得到了提高，壓縮沖程結(jié)束；隨著火花塞的點(diǎn)火，缸內(nèi)工質(zhì)被引燃，做功沖程開始，轉(zhuǎn)子由180°轉(zhuǎn)動至270°（偏心軸轉(zhuǎn)動540°~810°），燃燒室體積再次變大，燃料劇烈燃燒放出熱量并轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；隨著燃燒過程的結(jié)束，轉(zhuǎn)子將廢棄經(jīng)排氣道排出，轉(zhuǎn)子由270°轉(zhuǎn)動至360°（偏心軸轉(zhuǎn)動810°~1080°），燃燒室再次來到排氣上止點(diǎn)，發(fā)動機(jī)的一個工作循環(huán)結(jié)束。圖1.2轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)工作原理[2]Fig.1.2Operationprogressofrotaryengineandtraditionalengine[2]

氳攪說氖導(dǎo)視τ彌小?日本的馬自達(dá)公司于1957年購得了轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的專利權(quán)，并對其進(jìn)行了大量的優(yōu)化研究以解決其缸壁磨損以及氣缸密封等問題。1967年，搭載L10A型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的CosmoSports轎車正式量產(chǎn)并銷售，這也是第一款正式投入商用的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)汽車。在隨后的幾十年里，馬自達(dá)不斷將渦輪增壓、分層進(jìn)氣以及缸內(nèi)直噴分層燃燒等新技術(shù)應(yīng)用到轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)上，并連續(xù)發(fā)布了RX系列以及Cosmo系列乘用車。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)在內(nèi)燃機(jī)舞臺上的精彩表現(xiàn)屢見不鮮，1991年，搭載13G型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的馬自達(dá)787B賽車獲得了勒芒24小時汽車賽的冠軍（圖1.3左），這也是歷史上唯一一款獲得該大獎的非往復(fù)活塞發(fā)動機(jī)賽車[5]。隨著能源危機(jī)以及環(huán)境污染問題的日益加劇，各國對內(nèi)燃機(jī)性能、排放的要求也日趨嚴(yán)格，2003年，馬自達(dá)研發(fā)了Renesis發(fā)動機(jī)并裝載于著名的RX-8跑車上（圖1.3右），該發(fā)動機(jī)在原有13B型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改善了燃油經(jīng)濟(jì)性以及零件損耗，并于該年獲得了“國際最佳發(fā)動機(jī)大獎”[6]。由此看出，雖然轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)因油耗高、污染物排放量大等問題飽受詬病，其仍是目前唯一一款能夠撼動往復(fù)活塞發(fā)動機(jī)在乘用車領(lǐng)域絕對地位的發(fā)動機(jī)。圖1.3馬自達(dá)787B賽車（左）[5]與RX-8跑車（右）[6]Fig.1.3Mazda787B(Left)[5]andRX-8(Right)[6]得益于質(zhì)量輕、功率密度高等突出的優(yōu)點(diǎn)，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)還被選作為便攜式發(fā)電機(jī)組、電動汽車增程器等發(fā)電裝置的動力源。為了滿足市場對可移動發(fā)電裝置

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于雙火花塞點(diǎn)火策略的活塞式航空煤油發(fā)動機(jī)爆震控制[J]. 劉娜,宋璽娟,胡春明,王赫.  航空動力學(xué)報. 2019(08)
[2]Design and optimization of a novel electrically controlled high pressure fuel injection system for heavy fuel aircraft piston engine[J]. Ke ZHANG,Xudong HUANG,Zhifeng XIE,Ming ZHOU.  Chinese Journal of Aeronautics. 2018(09)
[3]軍用車輛柴油機(jī)燃用航空煤油性能研究[J]. 姚廣濤,劉宏威,楊春浩,劉伍權(quán).  內(nèi)燃機(jī)工程. 2017(01)
[4]轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)流場的測試和數(shù)值模擬[J]. 范寶偉,潘劍鋒,劉楊先,盧青波,肖曼,薛宏.  工程熱物理學(xué)報. 2015(08)
[5]RP-3航空煤油著火特性的實(shí)驗(yàn)[J]. 曾文,李海霞,馬洪安,陳保東.  航空動力學(xué)報. 2014(03)
[6]點(diǎn)火提前角對天然氣轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)燃燒過程的影響[J]. 范寶偉,潘劍鋒,陳瑞,劉楊先,唐愛坤,王謙.  兵工學(xué)報. 2014(01)
[7]點(diǎn)火位置對天然氣轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)燃燒的影響[J]. 潘劍鋒,范寶偉,陳瑞,盧青波,唐愛坤,邵霞,王謙.  內(nèi)燃機(jī)工程. 2013(01)
[8]一種航空煤油數(shù)值模擬替代燃料的化學(xué)反應(yīng)簡化機(jī)理[J]. 曾文,陳瀟瀟,劉靜忱,馬洪安,陳英濤.  航空動力學(xué)報. 2012(03)
[9]多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)現(xiàn)狀與前瞻[J]. 楊道蔭,梁健光,白效介,陳炳才.  機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2001(03)
[10]馬自達(dá)與新型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)[J]. 趙杭.  汽車維修. 1998(02)



本文編號：3592145