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【6h】

发动机二级增压系统总体方案设计及性能仿真分析

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致谢

1 绪论

1.1 研究工作的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 航空活塞发动机的国内外研究现状

1.2.2 二级增压系统的国内外研究现状

1.3 课题的研究内容

2 二级涡轮增压发动机计算模型

2.1 引言

2.2 缸内过程的数学模型

2.2.1 基本假设和方程

2.2.2 缸内燃烧模型

2.2.3 壁面传热计算

2.3 进气系统计算模型

2.3.1 进气流量的计算

2.3.2 进气系统的参数计算

2.4 排气系统计算模型

2.4.1 排气管内的热力计算

2.4.2 排气道散热计算

2.4.3 排气管壁的散热计算

2.4.4 排气温度的计算

2.5 废气涡轮增压系统的计算模型

2.5.1 涡轮增压器的计算模型

2.5.2 压气机特性参数的计算

2.5.3 涡轮特性参数计算

2.5.4 增压器动力学模型

2.6 中冷器的计算模型

2.7 本章小结

3 发动机二级增压系统总体方案

3.1 二级增压系统现有方案的应用情况

3.1.1 船用及机车用大型柴油机

3.1.2 车用柴油机

3.1.3 航空活塞式汽油发动机

3.2 发动机二级增压系统的总体方案设计

3.2.1 发动机原机增压系统

3.2.2 增压系统方案设计

3.3 二级增压系统各方案间的比较分析

3.4 本章小结

4 可调二级增压系统与发动机匹配的仿真分析

4.1 引言

4.2 增压系统与发动机匹配的GT-POWER仿真模型

4.2.1 发动机子模型

4.2.2 单级增压系统与发动机匹配的GT-POWER仿真模型

4.2.3 可调二级增压系统与发动机匹配的GT-POWER仿真模型

4.3 单级增压器与发动机匹配特性的仿真分析

4.3.1 发动机性能仿真

4.3.2 增压器的工作点

4.3.3 放气阀放气规律

4.4 可调二级增压系统与发动机匹配的仿真分析

4.4.1 增压器的选型

4.4.2 发动机性能仿真

4.4.3 增压器的运行点

4.4.4 高低压级压气机压比分配规律

4.4.5 放气阀的放气规律

4.5 单级增压器与可调二级增压系统发动机性能的比较

4.5.1 发动机功率

4.5.2 发动机油耗

4.6 本章小结

5 带旁通阀的可调二级增压系统与发动机匹配的仿真分析

5.1 引言

5.2 带旁通阀的可调二级增压系统与发动机匹配的GT-POWER仿真模型

5.3 放气阀对增压系统的调节作用

5.4 旁通阀对增压系统的调节作用

5.5 增压系统的总压比与放气阀和旁通阀的可调节范围

5.6 发动机标定功率下的放气阀开度和旁通阀开度

5.6.1 临界海拔高度以下时放气阀开度和旁通阀开度

5.6.2 超过压比临界海拔高度后放气阀丌度和旁通阀开度

5.7 发动机与增压系统的匹配特性分析

5.7.1 发动机功率的恢复

5.7.2 高低压级压气机的工作点

5.7.3 放气阀的放气率与旁通阀的旁通气率

5.8 本章小结

6 二级相继增压系统与发动机匹配的仿真分析

6.1 引言

6.2 二级相继增压系统与发动机匹配的GT-POWER仿真模型

6.3 燃气阀和空气阀切换点的选取

6.4 单级工作时增压系统与发动机匹配的仿真分析

6.5 两级增压器同时工作时增压系统与发动机匹配的仿真分析

6.6 本章小结

7 结论

7.1 工作总结

7.2 今后工作展望

参考文献

附录 A 模型参数设置

作者简历

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摘要

随着海拔高度的增加,大气压力降低,空气密度下降,这将对发动机的动力性和经济性产生很大的影响。目前,增压技术己成为高海拔环境下发动机功率恢复最为有效的技术手段之一。由于小型航空活塞式汽油发动机飞行高度日益提高的需要,单级增压系统已经不能满足要求,因此有必要对二级增压系统进行深入的研究。
   本文在对发动机二级增压系统现有技术方案及其应用情况进行分析的基础上,提出了适合本课题研究的发动机特点和要求的三种二级增压系统总体方案,即可调二级增压系统方案、带旁通阀的可调二级增压系统方案及二级相继增压系统方案,并对提出的二级增压系统总体方案进行了比较与分析。建立了航空汽油发动机与原机单级增压系统匹配的仿真模型,利用该模型进行了原机性能及其与单级增压系统匹配的仿真计算与分析;建立了发动机与三种二级增压系统匹配的仿真模型,在此基础上对不同增压系统方案下的发动机性能、增压器工作情况、放气阀及旁通阀的放气规律等进行了仿真计算与分析。
   计算结果表明,在单级增压系统的基础上,采用二级增压系统能够获得更大的压比输出,但同时发动机的进气温度也急剧上升,采用两台中冷器分别布置在高低压级压气机之后对进气进行分级冷却可以达到较好的进气冷却效果,从而有效提升发动机在起飞工况和最大续航工况下的压比临界海拔高度,在可调二级增压系统中低压级涡轮首先达到了其最大流量,限制了压比的继续提升;带旁通阀的可调二级增压系统通过在低压级涡轮上增设旁通阀,可以使增压系统获得更大的压比输出,其临界海拔高度得到进一步提升;采用二级相继增压系统,当发动机在较低海拔运行时可以有效提高压气机效率,同时排气管路更为简化,发动机油耗更低,经济性得以提升。

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