对置活塞二冲程内燃机用于无人机的研究

发布时间：2020-05-04 19:28

【摘要】：在航空发动机领域,活塞式内燃机具有体积小、功率密度高、结构简单以及价格低廉等优点,在中小型无人机上广受青睐,尤其成为了中高速长航时无人机的主要动力装置。随着我国通用航空法规和标准体系的完善,活塞式无人机用内燃机也将在我国通用航空市场得到大力发展,具有巨大市场潜力。本文以典型航空四冲程内燃机Rotax914作为参照对象,对原型机进行了台架实验,并利用BOOST仿真软件建立原型机的仿真模型,且仿真模型通过了实验验证。为研究该四冲程内燃机在无人机上的适用性,通过对原型机进行涡轮增压选型和匹配,并计算了该增压内燃机在不同海拔下的性能,结果表明该四冲程内燃机在匹配一级涡轮增压后可使无人机的使用高度达到6000 m。为了提高航空内燃机的功率密度和工作可靠性,本文参与了一款对置活塞二冲程(Opposed Piston Two Stroke,简称OPTS)内燃机的研究,并对该原型机的活塞运动规律和气缸有效流通面积进行了计算,并利用BOOST软件采用“等效容积法”建立了OPTS原型机的仿真模型,并对仿真模型进行了实验验证,确保了仿真模型的计算精度。为提高OPTS原型机的换气质量,本文利用仿真模型对曲柄错拐角、进排气气口高度和进排气气口宽度进行优化,优化结果显示在中高转速工况下原型机性能改善明显。为研究OPTS内燃机在无人机的适用性,本文对OPTS原型机进行了高海拔性能计算,结果表明非增压OPTS内燃机的最高正常工作海拔高度约为2800 m。为提高OPTS内燃机的高海拔性能,本文对该OPTS原型机进行了涡轮增压器选型和匹配,并进行了高海拔性能计算,结果显示在OPTS内燃机匹配一级涡轮增压器后,可正常工作的海拔高度达到了6000 m。为比较四冲程内燃机与OPTS内燃机在无人机上的适用性,本文从从内燃机涡轮增压器选配、内燃机高海拔性能和内燃机功率密度等几个方面进行了对比,结果显示OPTS内燃机与四冲程内燃机的高海拔性能比较接近,但OPTS内燃机在功率密度方面表现出了较大优势,因此OPTS内燃机比四冲程内燃机更适用于无人机。
【图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文程内燃机功率密度不高[4]。不同于四冲程内燃机的换气方式，对置活塞二冲程内燃机的换气是依靠活塞的运动来控制进排气口的开闭来实现的，并在换气过程中具有较大进排气叠开角来完成扫气过程[6]。对置活塞二冲程内燃机的进排气口的开闭正时和进排气口的有效流通面积主要取决于活塞运动的规律和进排气口结构[7]，，进行进排气相关结构参数的优化十分重要。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文程内燃机功率密度不高[4]。不同于四冲程内燃机的换气方式，对置活塞二冲程内燃机的换气是依靠活塞的运动来控制进排气口的开闭来实现的，并在换气过程中具有较大进排气叠开角来完成扫气过程[6]。对置活塞二冲程内燃机的进排气口的开闭正时和进排气口的有效流通面积主要取决于活塞运动的规律和进排气口结构[7]，进行进排气相关结构参数的优化十分重要。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V234;V279

【参考文献】

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本文编号：2648877