本文關(guān)鍵詞：二沖程活塞發(fā)動機(jī)復(fù)合增壓方案及增壓特性的仿真分析

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【摘要】：二沖程發(fā)動機(jī)作為小型航空動力在國內(nèi)外被廣泛使用,但隨著海拔的升高發(fā)動機(jī)功率大幅下降,故其使用海拔范圍比較有限。增壓技術(shù)作為發(fā)動機(jī)功率強(qiáng)化及恢復(fù)的一個十分重要而有效的技術(shù)手段,可用于二沖程發(fā)動機(jī)的中低空功率恢復(fù)。為盡可能提高壓比,拓寬功率恢復(fù)的海拔范圍,考慮采用兩級增壓。但是,為了避免出現(xiàn)兩級渦輪增壓下發(fā)動機(jī)的響應(yīng)緩慢、排氣能量不足時壓比提升有限,以及兩級渦輪增壓后發(fā)動機(jī)排氣壓力提高影響到發(fā)動機(jī)的掃氣性能等問題,本文旨在采用復(fù)合增壓(機(jī)械+渦輪)對二沖程發(fā)動機(jī)進(jìn)行變海拔下的功率恢復(fù)研究。根據(jù)原型機(jī)的相關(guān)參數(shù)建立并驗證了二沖程發(fā)動機(jī)的仿真模型。在此基礎(chǔ)上,通過合理的變海拔增壓匹配,模擬研究了渦輪增壓二沖程發(fā)動機(jī)與增壓系統(tǒng)的工作特性。研究結(jié)果表明,節(jié)氣門僅控制發(fā)動機(jī)負(fù)荷而渦輪增壓器由放氣閥來調(diào)節(jié)的下游節(jié)氣門方案,其功率全恢復(fù)到了10km,且該海拔處的可回收廢氣能量仍有剩余,超過該海拔后發(fā)動機(jī)的功率就會因增壓比不足而下降。而油耗相對未增壓時整體下降,但油耗值大小很大程度上依賴于掃氣損失的多少,所以二沖程增壓不僅要控制進(jìn)氣壓力,還要控制排氣壓力。利用建立的機(jī)械增壓仿真模型,分別對二沖程發(fā)動機(jī)多傳動比機(jī)械增壓方案和單傳動比進(jìn)氣節(jié)流機(jī)械增壓方案進(jìn)行了模擬研究,探討了二沖程機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)與增壓系統(tǒng)的工作特性。研究結(jié)果表明,在匹配合理的前提下,多傳動比機(jī)械增壓方案功率全恢復(fù)的海拔范圍比進(jìn)氣節(jié)流方案的要廣,達(dá)到6000 m,且在臨界海拔以內(nèi),多傳動比方案的油耗也略低一些。然而,多傳動比方案結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜,而進(jìn)氣節(jié)流方案只需控制節(jié)氣門的開度便可實現(xiàn)功率的平滑輸出。另外,論文中提出并驗證了排氣節(jié)流升壓對控制高海拔處掃氣損失的可行性,并將節(jié)流作用用于了模型計算。最后,基于渦輪增壓和機(jī)械增壓仿真研究得到的相關(guān)結(jié)論,對二沖程發(fā)動機(jī)復(fù)合增壓方案及其特點(diǎn)進(jìn)行了分析,得出在低海拔下機(jī)械增壓器工作,高海拔下機(jī)械增壓器和渦輪增壓器以串聯(lián)形式聯(lián)合工作的方案是相對最優(yōu)的方案,并對該復(fù)合增壓方案進(jìn)行了仿真研究。研究結(jié)果表明：在海平面到4000 m,渦輪增壓器不工作,從4000 m開始渦輪增壓器投入運(yùn)行；怠速時采用節(jié)氣門適當(dāng)?shù)卮蜷_,并輔以進(jìn)氣回流裝置進(jìn)行發(fā)動機(jī)怠速工況的增壓控制方式；復(fù)合增壓發(fā)動機(jī)功率全恢復(fù)的海拔范圍更廣(11km),超過了渦輪增壓,但油耗值比僅采用渦輪增壓的情形要高；增壓系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)切換研究表明了切換過程的可行性和切換平順性。論文的研究結(jié)果可以為我國小型航空二沖程進(jìn)氣道噴射發(fā)動機(jī)的增壓改造研究提供一定的理論支撐和分析依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：二沖程發(fā)動機(jī) 復(fù)合增壓方案 功率恢復(fù) 變海拔
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V231
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 1 緒論14-32
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-28
• 1.2.1 小型航空活塞式發(fā)動機(jī)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 活塞發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的研究現(xiàn)狀17-25
• 1.2.3 二沖程活塞發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀25-28
• 1.3 課題的研究目標(biāo)和內(nèi)容28-32
• 1.3.1 問題的提出28-29
• 1.3.2 課題的研究目標(biāo)29
• 1.3.3 課題的研究內(nèi)容29-32
• 2 二沖程發(fā)動機(jī)工作過程的數(shù)學(xué)描述及仿真模型的驗證32-48
• 2.1 二沖程發(fā)動機(jī)數(shù)值計算模型的數(shù)學(xué)描述32-39
• 2.1.1 缸內(nèi)過程的數(shù)學(xué)模型32-35
• 2.1.2 進(jìn)排氣系統(tǒng)計算模型35-36
• 2.1.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的計算模型36-38
• 2.1.4 機(jī)械增壓系統(tǒng)的計算模型38-39
• 2.1.5 中冷器的計算模型39
• 2.2 二沖程發(fā)動機(jī)掃氣過程的相關(guān)參數(shù)39-40
• 2.3 二沖程原機(jī)GT-Power模型的建立40-43
• 2.3.1 建模步驟與仿真模型40-42
• 2.3.2 建模過程中存在問題及解決方法42-43
• 2.4 發(fā)動機(jī)仿真模型的驗證43-46
• 2.5 本章小節(jié)46-48
• 3 二沖程渦輪增壓發(fā)動機(jī)與增壓系統(tǒng)的工作特性分析48-80
• 3.1 航空活塞發(fā)動機(jī)工況48-49
• 3.2 變海拔環(huán)境特點(diǎn)及其對增壓器的影響49-51
• 3.3 二沖程發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓方案51-53
• 3.4 二沖程廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī)工作過程仿真模型的建立53-60
• 3.4.1 變海拔壓氣機(jī)Map修正模型54-56
• 3.4.2 廢氣渦輪增壓器的選型56-59
• 3.4.3 基于增壓器Map的渦輪增壓發(fā)動機(jī)仿真模型59-60
• 3.5 廢氣渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配分析60-68
• 3.5.1 最大續(xù)航工況下的變海拔匹配60-65
• 3.5.2 巡航工況下的變海拔匹配65-67
• 3.5.3 不同工況時渦輪放氣規(guī)律67-68
• 3.6 廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī)的工作特性68-71
• 3.6.1 發(fā)動機(jī)有效功率68-69
• 3.6.2 有效燃油消耗率69-71
• 3.7 增壓后發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣壓力和排溫71-74
• 3.7.1 進(jìn)排氣壓力的變化71-74
• 3.7.2 排氣溫度的變化74
• 3.8 采用通用模型和修正模型的匹配效果對比74-77
• 3.9 本章小節(jié)77-80
• 4 二沖程機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)與增壓系統(tǒng)的工作特性分析80-114
• 4.1 二沖程發(fā)動機(jī)的耗氣特性80-81
• 4.2 二沖程發(fā)動機(jī)機(jī)械增壓方案81-83
• 4.3 二沖程機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)排氣壓力調(diào)節(jié)的必要性83-86
• 4.4 多傳動比機(jī)械增壓方案仿真分析86-98
• 4.4.1 仿真模型的建立86-88
• 4.4.2 機(jī)械增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配分析88-92
• 4.4.3 機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)的性能92-93
• 4.4.4 機(jī)械增壓調(diào)節(jié)方式及規(guī)律93-95
• 4.4.5 機(jī)械增壓系統(tǒng)的工作性能95-97
• 4.4.6 噴油器位置對增壓發(fā)動機(jī)的影響97-98
• 4.5 進(jìn)氣節(jié)流機(jī)械增壓方案的仿真分析98-107
• 4.5.1 仿真模型的建立98-100
• 4.5.2 機(jī)械增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配分析100-102
• 4.5.3 增壓發(fā)動機(jī)性能102-103
• 4.5.4 調(diào)節(jié)方式及控制規(guī)律103-106
• 4.5.5 排氣壓力調(diào)節(jié)閥對發(fā)動機(jī)功率的影響分析106-107
• 4.6 二沖程發(fā)動機(jī)增壓前后性能對比107-108
• 4.7 兩種機(jī)械增壓方案特點(diǎn)的總結(jié)分析108-111
• 4.8 本章小節(jié)111-114
• 5 二沖程發(fā)動機(jī)復(fù)合增壓方案及其特點(diǎn)分析114-126
• 5.1 現(xiàn)有二沖程復(fù)合增壓方案分析114-115
• 5.2 復(fù)合增壓系統(tǒng)的增壓方案115-118
• 5.3 各復(fù)合增壓方案的特點(diǎn)分析118-121
• 5.4 串聯(lián)式復(fù)合增壓方案的選定121-122
• 5.5 串聯(lián)式復(fù)合增壓方案的工作過程122-124
• 5.6 本章小節(jié)124-126
• 6 二沖程發(fā)動機(jī)復(fù)合增壓方案的仿真分析126-154
• 6.1 復(fù)合增壓仿真模型126-128
• 6.2 復(fù)合增壓系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的匹配分析128-134
• 6.2.1 復(fù)合增壓匹配效果129-131
• 6.2.2 復(fù)合增壓控制規(guī)律131-134
• 6.3 復(fù)合增壓發(fā)動機(jī)性能134-135
• 6.4 復(fù)合增壓系統(tǒng)工作性能135-141
• 6.4.1 壓氣機(jī)耗功135-137
• 6.4.2 進(jìn)氣壓力(增壓壓力)137-139
• 6.4.3 增壓氣體溫度139-140
• 6.4.4 排氣壓力140-141
• 6.5 平均進(jìn)排氣壓力差與掃氣損失141-144
• 6.5.1 平均進(jìn)排氣壓力差141-142
• 6.5.2 掃氣損失的分析142-144
• 6.6 復(fù)合增壓系統(tǒng)中壓比的分配144-146
• 6.7 怠速時壓氣機(jī)的控制與增壓匹配146-148
• 6.8 增壓器的切換研究148-150
• 6.8.1 穩(wěn)態(tài)切換分析148-149
• 6.8.2 瞬態(tài)切換分析149-150
• 6.9 本章小節(jié)150-154
• 7 全文總結(jié)與展望154-158
• 7.1 全文總結(jié)154-156
• 7.2 工作展望156-158
• 參考文獻(xiàn)158-162
• 作者簡歷162-166
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集166

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1 А.И.УСТИМОВ;秦若，

本文編號：563366