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小型航空进气道喷射二冲程涡轮增压发动机的仿真分析及改进研究

尹君  
【摘要】:在无人机中,当代的活塞式航空发动机具有技术成熟、先进、操控简易、转速较高、单位气缸排量发出的功率较大、重量与功率之比小、研制周期短、重量轻、生产成本较低以及使用维护方便等诸多特点,因此在小型航空发动机中占有了非常重要的地位。目前我国多采用的是小型航空自然吸气式二冲程活塞发动机,不能够满足飞行高度6000~10000m、飞行时间大于24h的任务要求,所以发动机增压技术必不可少。目前,废气涡轮增压技术已经成为发动机功率强化以及功率恢复的一个十分重要而有效的技术手段。 本文以某型航空进气道喷射二冲程发动机为原型,在仿真模拟软件GT-Power中建立了进气道喷射二冲程废气涡轮增压发动机的仿真模型,确定了初始参数的设定;利用建立的涡轮增压发动机仿真模型,对影响发动机采用涡轮增压的几个主要因素(排气能量、扫气性能等)进行了仿真和分析。研究结果表明,发动机的排气能量是决定涡轮增压器能否正常运行工作的主要因素;明确了运行海拔高度、工况对涡轮增压发动机的排气背压、扫气系数和逃逸率的影响规律;通过仿真分析,得到了不同海拔高度、不同发动机工况下发动机与增压器的匹配工作点。 根据对排气能量和扫气性能等影响因素的量化分析,利用已建立好的涡轮增压发动机模型,进行了进气道喷射二冲程涡轮增压发动机动力性的改善研究;通过对进排气参数的研究,明确了进气系统、排气系统参数对涡轮增压发动机性能的影响规律,并得到适合该涡轮增压发动机的进排气系统参数;通过对配气相位的研究,明确了排气口、扫气口配气相位对涡轮增压发动机性能的影响规律,并得到了适合该涡轮增压发动机的一组配气相位。 在进气道喷射二冲程涡轮增压发动机仿真模型的基础上,改变喷油方式,建立了缸内直喷二冲程涡轮增压发动机仿真模型,确定了初始参数的设定;利用已建立的涡轮增压发动机仿真模型对发动机的排气能量、功率、扫气系数以及逃逸率进行了仿真分析,并与进气道喷射二冲程涡轮增压发动机进行了对比分析;研究分析了缸内直喷发动机与增压器在不同海拔、不同工况下的匹配情况。


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