航空涡轮增压汽油机特性及其优化匹配研究

发布时间：2017-04-16 11:08

  本文关键词：航空涡轮增压汽油机特性及其优化匹配研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 涡轮增压是提高发动机动力性和改善经济性的最有效措施。汽油机的增压研究对于节约能源及提高发动机性能具有重要意义。涡轮增压的一个重要应用就是高空飞机的发动机。高空环境条件对飞机发动机提出了功率恢复的特殊要求。目前国外小型航空活塞式发动机技术成熟,国内正在致力于这方面的研究。在此背景下,本文针对航空活塞式增压发动机的高度特性及优化匹配开展了研究工作。 在对发动机可国产化零部件进行选型的基础上,应用GT-POWER软件建立了航空活塞涡轮增压发动机的工作过程仿真计算模型,与ROTAX 914说明书比较验证了模型的可信性。在此基础上进行了发动机不同工况的性能预测,结果合理。 为了能够为发动机各系统的优化设计与分析时优化变量的选取提供依据,本文对发动机的进排气系统、燃烧系统、增压系统以及冷却系统等系统的主要结构参数和运行参数进行了变参数研究。总结分析了各系统不同参数对发动机性能的影响及其规律,为优化工作的顺利开展提供依据。 针对航空发动机的工作环境,进行了发动机高空特性的预测。在考虑压气机特性随海拔高度变化时,不同海拔下发动机与增压器的匹配情况。获得了发动机与压气机的联合运行线。研究了海拔高度对增压发动机性能的影响,结果表明随着海拔的升高发动机总体性能下降。 将发动机GT-POWER模型与优化软件modeFRONTIER耦合,对发动机进排气系统结构进行了以容积效率为目标函数的优化。结果表明,可以采用优化发动机进、排气系统来提高发动机容积效率,进而改善发动机的各项性能。在此基础上,对发动机续航工况进行了以油耗率为目标函数的优化。结果表明,空燃比、压缩比和增压比的增加有利于燃油消耗率的降低,可提高发动机的经济性,但同时会使发动机热负荷和机械应力增加,并可能使发动机发生爆燃。
【关键词】：涡轮增压发动机 GT-POWER 压气机 高空特性 匹配 优化
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V235.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 涡轮增压发动机的研究和发展现状12-16
• 1.2.2 海拔变化对发动机性能影响的研究现状16-18
• 1.3 课题的研究内容及方法18-20
• 1.3.1 课题研究的目的18
• 1.3.2 主要研究工作18
• 1.3.3 研究方法18-20
• 2 涡轮增压发动机总体方案设计20-38
• 2.1 总体方案设计20-28
• 2.1.1 发动机参数选择与设计的基本原则20
• 2.1.2 发动机总体构成及主要性能指标20-22
• 2.1.3 发动机各系统构成及参数22-28
• 2.2 主要国产化零部件的初步确定28-33
• 2.2.1 活塞的选型28-30
• 2.2.2 气门的选型30-32
• 2.2.3 连杆的选型32-33
• 2.3 废气涡轮增压器的选型33-36
• 2.4 本章小结36-38
• 3 涡轮增压发动机工作过程仿真模型的建立38-56
• 3.1 概述38
• 3.2 涡轮增压发动机工作过程的物理数学模型38-45
• 3.2.1 涡轮增压发动机的物理模型38-39
• 3.2.2 气缸内工作过程39-43
• 3.2.3 进排气管内过程43-44
• 3.2.4 废气涡轮增压器的数学模型44-45
• 3.3 发动机工作过程仿真软件GT-POWER简介45-48
• 3.3.1 GT-POWER的功能45-46
• 3.3.2 GT-POWER的结构46-48
• 3.4 发动机工作过程GT-POWER仿真模型的建立48-53
• 3.4.1 主要技术参数的选取48
• 3.4.2 工作过程仿真模型的建立48-49
• 3.4.3 模型的主要参数设置49-53
• 3.5 涡轮增压发动机仿真计算模型的验证53-54
• 3.6 本章小结54-56
• 4 发动机性能预测及变参数分析56-91
• 4.1 发动机性能的预测分析56-68
• 4.1.1 起飞工况56-65
• 4.1.2 最大续航工况65-68
• 4.2 发动机主要结构参数和运行参数的变参数研究68-89
• 4.2.1 燃烧系统68-74
• 4.2.2 增压系统74-75
• 4.2.3 配气系统75-77
• 4.2.4 进排气系统77-85
• 4.2.5 冷却系统85-87
• 4.2.6 发动机燃料及空燃比87-89
• 4.3 本章小结89-91
• 5 海拔高度变化对发动机增压系统及发动机性能的影响分析91-114
• 5.1 引言91
• 5.2 增压器的压气机特性随海拔高度变化的分析91-101
• 5.2.1 压气机特性随海拔高度变化的原因及变化规律91-96
• 5.2.2 压气机海拔高度变化特性的确定方法分析96-101
• 5.3 海拔高度对发动机性能影响分析101-112
• 5.3.1 增压器与发动机匹配特性随海拔高度的变化101-108
• 5.3.2 海拔高度对发动机性能影响的分析108-112
• 5.4 本章小结112-114
• 6 发动机性能优化的仿真研究114-144
• 6.1 概述114
• 6.2 发动机性能优化相关参数的选择与分析114-118
• 6.3 优化模型及优化仿真软件modeFRONTIER118-125
• 6.3.1 优化模型118-120
• 6.3.2 modeFRONTIER功能及结构120-123
• 6.3.3 优化算法123-125
• 6.4 进排气系统结构参数的优化125-135
• 6.4.1 优化模型125-127
• 6.4.2 优化过程及优化结果127-130
• 6.4.3 优化结果分析130-135
• 6.5 主要运行参数的优化135-142
• 6.5.1 优化模型135-139
• 6.5.2 优化过程及优化结果139-141
• 6.5.3 优化结果分析141-142
• 6.6 本章小结142-144
• 7 结论144-147
• 7.1 结论144-146
• 7.2 展望146-147
• 参考文献147-150
• 作者简历150-152
• 学位论文数据集152

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