轻型无人机发动机气缸磨损行为研究
发布时间：2021-12-22 08:50
近年来,随着无人机技术日益成熟,在向高功率、长行程方向迅速发展的过程中,对气缸材料的轻量化要求也越来越高。无人机发动机轻量化材料的使用,不仅可以提高无人机的动力性能和承载能力,还能获得较好的经济性,减少废气污染。同时,气缸-活塞环是发动机的核心部件,其摩擦损失占无人机总机械损失的40%-50%。因此,减轻气缸-活塞环摩擦副间的摩擦损伤,是提高无人机工作效率的有效途径。人们对气缸-活塞环摩擦副间的摩擦机理进行了一些研究,通过调整结构参数、表面处理技术减轻了磨损,研究所用的缸体表面都经过涂镀层处理。当无人机发动机气缸表面的涂镀层出现破坏,就会发生铝、镁合金气缸与活塞环的摩擦。为了延长气缸的使用,有必要进行气缸轻量化材料的摩擦学研究。目前有关无人机发动机气缸轻量化材料的研究主要集中在添加合金元素和调整热处理工艺方面,且在润滑状态（正常运行）、干摩擦（乏油状态）、含砂润滑状态（空气过滤网损坏导致砂粒进入气缸）下的摩擦学研究鲜有报道。同时,为了进一步提高铝、镁轻量化材料与活塞之间的润滑状态,还需开展适用于铝、镁合金的润滑油体系。为此,本文针对二冲程无人机发动机润滑特点,进行汽油与机油的不同配比性...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二冲程发动机做功示意图
第1章绪论3所示。因其结构存在配气系统和润滑系统，较为复杂，四冲程航空活塞发动机主要应用于大型飞机设备中。四冲程航空活塞发动机的工作过程如下，第一行程时随着活塞由上到下的运动，可燃气体由进气门和进气道进入气缸内；第二行程时进、排气门全部关闭并对气缸内的可燃气产生压缩作用，此时缸内温度和压力升高；第三行程时缸内气体被火花塞放出的火花点燃，并放出热量，此时缸内温度和压力继续升高，并推动活塞向下止点移动；第四行程时排气门打开，由于内外压力差使燃烧废气迅速排出，缸内废气随着活塞的运动使全部排出[7]。图1.2四冲程无人机发动机做功示意图Fig.1.2Schematicdiagramoffour-cycleengine1.2.2无人机发动机润滑方式（1）二冲程航空活塞发动机二冲程航空活塞发动机共有两种润滑手段，第一种为混合润滑，即将润滑油与燃油按照比例混合搅匀后装入油箱（通常为1:20-1:40），润滑油与汽油通过化油器一同进入气缸和曲轴箱内；另一种为分离润滑，其润滑方式为机油泵内的机油在压力的作用下经过机油管道进入化油器，雾化后与可燃气一同流入气缸。由于分离式润滑需要增加机油箱、机油泵等结构，加重了无人机发动机整体质量，小型无人机上混合润滑方式在应用较广泛[8]。（2）四冲程航空活塞发动机与二冲程航空活塞发动机不同，四冲程航空活塞发动机中润滑油不与燃油混合。四冲程航空发动机共有两种润滑手段，第一种是飞溅润滑，即通过曲柄的高速旋转，将机油溅至需要润滑的结构表面，这种润滑方式曲柄的形状和长度有较高的要求。第二种是压力润滑，其润滑方式为通过机油泵将机油输出到需要润滑部位的油道，润滑
沈阳工业大学硕士学位论文6在润滑状态不佳时，由于金属间直接接触并反复摩擦引起的高温，导致气缸表面与活塞环表面产生高温黏着；微动磨损主要是由瞬时发生以上几种磨损导致的混合磨损。图1.3无人机发动机工作示意图Fig.1.3Schematicdiagramofengineoperation1.4.2轻型气缸材料摩擦磨损行为研究现状气缸长时间处于恶劣的环境中，高温与高压的共同作用使气缸表面很难形成连续的油膜，造成其严重磨损。研究表明，气缸摩擦副的摩擦损失达到总损失的54%，是无人机发动机中最易磨损的部位[18]。为了减轻气缸-活塞环摩擦副的磨损情况，国内外学者进行了一系列的研究。人们通过调整缸套-活塞环的结构参数和表面处理技术减轻磨损，研究所用的气缸表面都经过涂镀处理。吕延军等通过建立动力学模型改变了活塞裙部纵向、横向型，发现减小活塞上端椭圆度和增大下端椭圆度能够减小磨损[19]。MorrisNick等通过仿真计算不同活塞环几何轮廓参数对气缸表面摩擦的影响，提出最优的几何参数[20]。VenkateswaraBabuP等人在活塞环表面制备了方形织构，发现方形织构能够使摩擦损伤情况降低67.7%[21]。MohamadSalaheldinA研究了不同尺寸和密度的环向油槽对缸套摩擦学性能的影响，最佳尺寸的表面织构可以显著降低活塞环与缸套之间的摩擦损失[22]。BorkowskaJ等人研究发现以类碳金刚石为基体的超硬耐磨非晶涂层能降低内燃机零件表面的摩擦系数[23]。JagdishkumarBVasava研究发现活塞环表面经过变形激光处理后，能够达到较好的减摩效果[24]。当气缸表面涂镀层被破坏时，轻量化材料将会暴露在恶劣环境中持续工作一段时间。目前人们关于轻量化缸体材料的耐磨性研究，主要集中在进行合金元素的添加和
【参考文献】：
期刊论文
[1]轻小型太阳能/氢能无人机发展综述[J]. 刘莉,曹潇,张晓辉,贺云涛. 航空学报. 2020(03)
[2]Mg-Zn-Gd-Nd合金的微观组织与力学性能[J]. 冯晓伟,冯波,王娟,龙骏,秦笑,王海艳. 特种铸造及有色合金. 2019(11)
[3]An overview of progress in Mg-based hydrogen storage films[J]. Lyu Jinzhe,Andrey M Lider,Viktor N Kudiiarov. Chinese Physics B. 2019(09)
[4]缸套-活塞环摩擦副表面性能强化研究进展[J]. 唐令,何鹏飞,马国政,王海斗,康嘉杰,陈书赢,徐滨士. 表面技术. 2019(08)
[5]ZM6镁合金的摩擦性能研究[J]. 尹相春,任靖日. 延边大学学报(自然科学版). 2019(02)
[6]油膜轴承润滑油选型优化研究[J]. 范学平,张保忠,王红强,姜鼎. 冶金设备. 2019(S1)
[7]High-Speed Friction Stir Welding of SiCp/Al–Mg–Si–Cu Composite[J]. Chen Wang,Bei-Bei Wang,Dong Wang,Peng Xue,Quan-Zhao Wang,Bo-Lv Xiao,Li-Qing Chen,Zong-Yi Ma. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2019(06)
[8]生物医用Mg-Zn合金微管的显微组织和腐蚀性能[J]. 宋奎,严凯,靳惠民,金朝阳. 热加工工艺. 2019(10)
[9]新型轻量化高强度铸造铝合金材料[J]. 军民两用技术与产品. 2019(04)
[10]镁合金在汽车零部件中的应用与发展[J]. 纪宏超,李轶明,龙海洋,裴未迟,李耀刚. 铸造技术. 2019(01)
博士论文
[1]Al-Si-C系合金中多尺度SiCp的原位合成机制与强化行为的研究[D]. 杜晓璠.山东大学 2016
[2]AM60镁合金的稀土改性及摩擦磨损行为研究[D]. 宋波.吉林大学 2006
硕士论文
[1]Mg-Y-Nd-Gd系镁合金的组织、力学性能及腐蚀性能[D]. 付钰.沈阳工业大学 2019
[2]轻量化材料及涂层的摩擦行为研究[D]. 李世清.重庆大学 2018
[3]预压缩及形变热处理对ZK60镁合金摩擦磨损性能的影响[D]. 龚桂林.重庆大学 2017
[4]Mn元素及热处理工艺对ZA40合金微观组织和性能的影响[D]. 李丹.合肥工业大学 2015
[5]二烷基二硫代磷酸锌与镀铬缸套的摩擦磨损配对规律研究[D]. 刘思洋.大连海事大学 2013
[6]多元合金化对锌铝合金性能的影响[D]. 余松林.江苏大学 2008
本文编号：3546117
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二冲程发动机做功示意图
第1章绪论3所示。因其结构存在配气系统和润滑系统，较为复杂，四冲程航空活塞发动机主要应用于大型飞机设备中。四冲程航空活塞发动机的工作过程如下，第一行程时随着活塞由上到下的运动，可燃气体由进气门和进气道进入气缸内；第二行程时进、排气门全部关闭并对气缸内的可燃气产生压缩作用，此时缸内温度和压力升高；第三行程时缸内气体被火花塞放出的火花点燃，并放出热量，此时缸内温度和压力继续升高，并推动活塞向下止点移动；第四行程时排气门打开，由于内外压力差使燃烧废气迅速排出，缸内废气随着活塞的运动使全部排出[7]。图1.2四冲程无人机发动机做功示意图Fig.1.2Schematicdiagramoffour-cycleengine1.2.2无人机发动机润滑方式（1）二冲程航空活塞发动机二冲程航空活塞发动机共有两种润滑手段，第一种为混合润滑，即将润滑油与燃油按照比例混合搅匀后装入油箱（通常为1:20-1:40），润滑油与汽油通过化油器一同进入气缸和曲轴箱内；另一种为分离润滑，其润滑方式为机油泵内的机油在压力的作用下经过机油管道进入化油器，雾化后与可燃气一同流入气缸。由于分离式润滑需要增加机油箱、机油泵等结构，加重了无人机发动机整体质量，小型无人机上混合润滑方式在应用较广泛[8]。（2）四冲程航空活塞发动机与二冲程航空活塞发动机不同，四冲程航空活塞发动机中润滑油不与燃油混合。四冲程航空发动机共有两种润滑手段，第一种是飞溅润滑，即通过曲柄的高速旋转，将机油溅至需要润滑的结构表面，这种润滑方式曲柄的形状和长度有较高的要求。第二种是压力润滑，其润滑方式为通过机油泵将机油输出到需要润滑部位的油道，润滑
沈阳工业大学硕士学位论文6在润滑状态不佳时，由于金属间直接接触并反复摩擦引起的高温，导致气缸表面与活塞环表面产生高温黏着；微动磨损主要是由瞬时发生以上几种磨损导致的混合磨损。图1.3无人机发动机工作示意图Fig.1.3Schematicdiagramofengineoperation1.4.2轻型气缸材料摩擦磨损行为研究现状气缸长时间处于恶劣的环境中，高温与高压的共同作用使气缸表面很难形成连续的油膜，造成其严重磨损。研究表明，气缸摩擦副的摩擦损失达到总损失的54%，是无人机发动机中最易磨损的部位[18]。为了减轻气缸-活塞环摩擦副的磨损情况，国内外学者进行了一系列的研究。人们通过调整缸套-活塞环的结构参数和表面处理技术减轻磨损，研究所用的气缸表面都经过涂镀处理。吕延军等通过建立动力学模型改变了活塞裙部纵向、横向型，发现减小活塞上端椭圆度和增大下端椭圆度能够减小磨损[19]。MorrisNick等通过仿真计算不同活塞环几何轮廓参数对气缸表面摩擦的影响，提出最优的几何参数[20]。VenkateswaraBabuP等人在活塞环表面制备了方形织构，发现方形织构能够使摩擦损伤情况降低67.7%[21]。MohamadSalaheldinA研究了不同尺寸和密度的环向油槽对缸套摩擦学性能的影响，最佳尺寸的表面织构可以显著降低活塞环与缸套之间的摩擦损失[22]。BorkowskaJ等人研究发现以类碳金刚石为基体的超硬耐磨非晶涂层能降低内燃机零件表面的摩擦系数[23]。JagdishkumarBVasava研究发现活塞环表面经过变形激光处理后，能够达到较好的减摩效果[24]。当气缸表面涂镀层被破坏时，轻量化材料将会暴露在恶劣环境中持续工作一段时间。目前人们关于轻量化缸体材料的耐磨性研究，主要集中在进行合金元素的添加和
【参考文献】：
期刊论文
[1]轻小型太阳能/氢能无人机发展综述[J]. 刘莉,曹潇,张晓辉,贺云涛. 航空学报. 2020(03)
[2]Mg-Zn-Gd-Nd合金的微观组织与力学性能[J]. 冯晓伟,冯波,王娟,龙骏,秦笑,王海艳. 特种铸造及有色合金. 2019(11)
[3]An overview of progress in Mg-based hydrogen storage films[J]. Lyu Jinzhe,Andrey M Lider,Viktor N Kudiiarov. Chinese Physics B. 2019(09)
[4]缸套-活塞环摩擦副表面性能强化研究进展[J]. 唐令,何鹏飞,马国政,王海斗,康嘉杰,陈书赢,徐滨士. 表面技术. 2019(08)
[5]ZM6镁合金的摩擦性能研究[J]. 尹相春,任靖日. 延边大学学报(自然科学版). 2019(02)
[6]油膜轴承润滑油选型优化研究[J]. 范学平,张保忠,王红强,姜鼎. 冶金设备. 2019(S1)
[7]High-Speed Friction Stir Welding of SiCp/Al–Mg–Si–Cu Composite[J]. Chen Wang,Bei-Bei Wang,Dong Wang,Peng Xue,Quan-Zhao Wang,Bo-Lv Xiao,Li-Qing Chen,Zong-Yi Ma. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2019(06)
[8]生物医用Mg-Zn合金微管的显微组织和腐蚀性能[J]. 宋奎,严凯,靳惠民,金朝阳. 热加工工艺. 2019(10)
[9]新型轻量化高强度铸造铝合金材料[J]. 军民两用技术与产品. 2019(04)
[10]镁合金在汽车零部件中的应用与发展[J]. 纪宏超,李轶明,龙海洋,裴未迟,李耀刚. 铸造技术. 2019(01)
博士论文
[1]Al-Si-C系合金中多尺度SiCp的原位合成机制与强化行为的研究[D]. 杜晓璠.山东大学 2016
[2]AM60镁合金的稀土改性及摩擦磨损行为研究[D]. 宋波.吉林大学 2006
硕士论文
[1]Mg-Y-Nd-Gd系镁合金的组织、力学性能及腐蚀性能[D]. 付钰.沈阳工业大学 2019
[2]轻量化材料及涂层的摩擦行为研究[D]. 李世清.重庆大学 2018
[3]预压缩及形变热处理对ZK60镁合金摩擦磨损性能的影响[D]. 龚桂林.重庆大学 2017
[4]Mn元素及热处理工艺对ZA40合金微观组织和性能的影响[D]. 李丹.合肥工业大学 2015
[5]二烷基二硫代磷酸锌与镀铬缸套的摩擦磨损配对规律研究[D]. 刘思洋.大连海事大学 2013
[6]多元合金化对锌铝合金性能的影响[D]. 余松林.江苏大学 2008
本文编号：3546117
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3546117.html
