重油活塞發(fā)動機(jī)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-16
重油活塞發(fā)動機(jī)的視頻教程
發(fā)動機(jī)活塞的Workbench動力學(xué)仿真，視頻免費(fèi)無聲音，操作細(xì)致，提供附件（需購買）練習(xí)。
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重油活塞發(fā)動機(jī)的實(shí)例教程
第一：重油的燃料霧化技術(shù)
發(fā)動機(jī)做功，需要將燃料通過噴嘴噴成顆粒度非常細(xì)的霧狀，才能與空氣充分混合，達(dá)到良好的燃燒效果。霧化燃料與空氣混合氣的形成質(zhì)量，對于動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性都有至關(guān)重要的作用。
而重油，特別是柴油，比汽油的黏度高，低溫流動性差。這造成重油的霧化效果要比汽油差，影響了燃燒效果，甚至導(dǎo)致發(fā)動機(jī)啟動困難。實(shí)現(xiàn)重油的可靠霧化及高效的燃燒組織，成為航空重油活塞發(fā)動機(jī)的核心技術(shù)之一。
活塞發(fā)動機(jī)的重油霧化燃燒改進(jìn)方式，大致有以下幾種。
化油器漸改+輔助預(yù)熱：兩沖程活塞發(fā)動機(jī)大多采用化油器供油方式，而直接采用現(xiàn)有化油器很難保證重油的可靠霧化和合理燃燒。因此可以對進(jìn)氣系統(tǒng)、化油器、點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)更改，同時(shí)增加輔助起動的預(yù)熱系統(tǒng)，改善燃料的流動性。
這種改進(jìn)方式中，具有代表性的是德國3W公司的重油發(fā)動機(jī)方案，對進(jìn)氣系統(tǒng)采用加速管;泵膜式化油器進(jìn)行改進(jìn)，工作方式接近于機(jī)械噴射系統(tǒng);曲軸箱預(yù)熱;壓縮比降低;起動加入預(yù)熱塞;點(diǎn)火系統(tǒng)更改，能量增加。
這種方法的缺點(diǎn)是，增加的附件多，修改設(shè)計(jì)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)上比較困難。
機(jī)械噴射系統(tǒng)：即放棄化油器方式，供油方式直接改由發(fā)動機(jī)附屬機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動，完成燃油的缸內(nèi)直接噴射和流量調(diào)節(jié)功能。
比如美國XRDi公司的重油解決方案，采用了MCDI 機(jī)械燃油直噴系統(tǒng)和點(diǎn)燃方式，燃油直接噴到發(fā)動機(jī)缸內(nèi)，實(shí)現(xiàn)-30℃條件下無輔助預(yù)熱裝置的可靠起動。
這種方法的缺點(diǎn)是：需要單獨(dú)的機(jī)械噴射調(diào)節(jié)和驅(qū)動裝置，整體設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，成本較高。而且機(jī)械調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍有限，自由度和靈活性差，適應(yīng)范圍受限。
電控燃油噴射系統(tǒng)：熟悉汽車的同學(xué)對這個(gè)詞不陌生。對的，就是借鑒汽車工業(yè)的電噴技術(shù)，對航空活塞發(fā)動機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
展開 航空重油發(fā)動機(jī)指燃用餾分在航空煤油到重柴油之間的任意混合物的航空活塞發(fā)動機(jī)，其低油耗、高功重比以及燃料易獲得性和運(yùn)輸安全性，得到世界上發(fā)達(dá)國家的關(guān)注，是下一代通航活塞動力的解決方案之一。目前，世界發(fā)達(dá)國家的重油發(fā)動機(jī)已經(jīng)投入使用，正在進(jìn)行下一代重油發(fā)動機(jī)的研制，進(jìn)一步提高安全性、經(jīng)濟(jì)性水平。
一、美國液體活塞公司開發(fā)新型轉(zhuǎn)子重油活塞發(fā)動機(jī)——“X發(fā)動機(jī)”
在DARPA的支持下，美國創(chuàng)業(yè)公司液體活塞公司（LiquidPiston）正在測試一種新型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)——“X發(fā)動機(jī)”，該公司表示該發(fā)動機(jī)將比傳統(tǒng)柴油機(jī)發(fā)動機(jī)輕小10倍，而燃油效率是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的兩倍。
液體活塞公司自2004年以來一直致力于該發(fā)動機(jī)的研制，現(xiàn)正在進(jìn)行其第五代發(fā)動機(jī)的研制工作。“X發(fā)動機(jī)”已經(jīng)驗(yàn)證了在轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動機(jī)中的最高壓比，這家位于康涅狄格州布龍菲爾德的公司已經(jīng)獲得了DARPA提供的資金，建造和測試一個(gè)30千瓦(40馬力)壓燃發(fā)動機(jī)的核心——“X4”，該發(fā)動機(jī)具有應(yīng)用于飛機(jī)的潛力。
DARPA項(xiàng)目經(jīng)理馬克·古斯塔夫森（Mark Gustafson）表示：“DARPA認(rèn)為，這里存在發(fā)展出一個(gè)高效，緊湊，輕重量重油發(fā)動機(jī)系列的可能性。如果這個(gè)項(xiàng)目完全成功，將提供概念證明，證明我們具有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)是可實(shí)現(xiàn)的，并為可用于地面、空中和海上的潛在新能力鋪平道路。”
最初瞄準(zhǔn)無人機(jī)，以及地面動力，液體活塞公司的X4是一個(gè)40馬力（30千瓦）、四沖程重油"逆轉(zhuǎn)子"引擎。
展開 JUMP 20是一種垂直起降型Group3量級無人機(jī)，起飛重量98kg，有效載荷13.6kg，機(jī)長2.9米，翼展5.7米，該機(jī)具有185km控制半徑，長達(dá)14小時(shí)的續(xù)航時(shí)間，采用190cc重油活塞發(fā)動機(jī)和4個(gè)旋翼電機(jī)，能從狹窄的區(qū)域發(fā)射和回收。2年來美國陸軍的“未來戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)系統(tǒng)”（FTUAS）項(xiàng)目一直在測試這款無人機(jī)，作為替代現(xiàn)役RQ-7 Shadow 200無人機(jī)的潛在機(jī)型，VTOL構(gòu)型在低噪聲水平和短距起降能力方面具有優(yōu)勢。
試驗(yàn)中，
第三集 國產(chǎn)發(fā)動機(jī)之謎
元芳上場，見狄公在深思，已知端的。
元芳：
大人，從流出的現(xiàn)場照片中可以看出，其搭載的動力疑似來自于一家安徽的航發(fā)企業(yè)——
航瑞航空動力
的產(chǎn)品。
狄公眼睛一亮，讓元芳慢慢道來。
元芳：
大人請看——
圖五，疑似現(xiàn)場流出的發(fā)動機(jī)實(shí)圖
圖六，航瑞航空動力官網(wǎng)圖片
從這款發(fā)動機(jī)的宣傳來看，
“云雀”發(fā)動機(jī)
功率150hp剛好適用于TB-A無人機(jī)，但其最大的亮點(diǎn)應(yīng)該是“重油發(fā)動機(jī)”直接面向軍用；”油耗220”要比目前的汽油機(jī)低不少，這對于中高空長航時(shí)無人機(jī)具備極大的利好：
1、從汽油換成重油，對于軍用后勤保障系統(tǒng)是極其重要的，汽油不耐存儲，長時(shí)間會變質(zhì)；汽油易爆炸，尤其在航空領(lǐng)域摔機(jī)后會帶來二次事故；而重油完全沒有這些問題。
2、在相同的油箱容積下，重油熱效率高油耗低，可以大幅的提高續(xù)航里程（重油機(jī)油耗要比汽油機(jī)油耗下降30%~50%，那么按照“TB-A”無人機(jī)現(xiàn)有35h航時(shí)來算的話，換發(fā)后的“TB-A”無人機(jī)預(yù)計(jì)會達(dá)到45~52h的續(xù)航時(shí)間）；
3、在相同的總重下，可以少裝油保障飛行里程，同時(shí)勻出更多的有效載荷，實(shí)現(xiàn)更多的作業(yè)任務(wù)。
的確，雙尾蝎無人機(jī)與國產(chǎn)重油發(fā)動機(jī)合作“核心升級”，其目的值得深思。
展開 圖6 先進(jìn)復(fù)合材料螺旋槳
圖7 電動恒速控制器
近年來，隨著全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)（FADEC）的發(fā)展，使得螺旋槳調(diào)節(jié)與發(fā)動機(jī)、飛機(jī)的控制形成一個(gè)整體，飛機(jī)飛行品質(zhì)、耗油率、噪聲、安全性及可靠性更加優(yōu)良。有資料表明，得益于FADEC系統(tǒng)的發(fā)展，槳飛發(fā)一體化匹配后，飛機(jī)噪聲及耗油率有明顯降低。以某渦槳支線客機(jī)為例，優(yōu)化匹配后的飛機(jī)艙內(nèi)噪音低于76dB，飛行速度可達(dá)676km/h，耗油率僅為噴氣式飛機(jī)的80%。
結(jié)束語
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前國外有70余種主要支線客機(jī)，其中螺旋槳飛機(jī)就有59種，約占84%，在架數(shù)上，占92%。另據(jù)統(tǒng)計(jì)，正在使用和研制的9座以上直線客機(jī)共有48種，其中螺旋槳飛機(jī)占比達(dá)87.5%，有42種之多。在農(nóng)林飛機(jī)方面，世界范圍內(nèi)約有2.6萬多架，幾乎全部采用螺旋槳?jiǎng)恿ΑＡ硗猓菪龢谕ㄓ煤娇铡⒔叹殭C(jī)、軍用運(yùn)輸機(jī)、預(yù)警機(jī)、偵察機(jī)及地效飛行器方面占比也很大，除大型軍用運(yùn)輸機(jī)、預(yù)警機(jī)及中高級教練機(jī)外，驅(qū)動螺旋槳的動力裝置以活塞式航空發(fā)動機(jī)為主。
先進(jìn)航空重油活塞發(fā)動機(jī)匹配全權(quán)限數(shù)字式控制恒速變距螺旋槳的動力解決方案，將使現(xiàn)有活塞動力飛機(jī)在操縱性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性及安全性方面有全新的提升。
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重油活塞發(fā)動機(jī)的最新內(nèi)容
先進(jìn)航空重油活塞發(fā)動機(jī)匹配全權(quán)限數(shù)字式控制恒速變距螺旋槳的動力解決方案，將使現(xiàn)有活塞動力飛機(jī)在操縱性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性及安全性方面有全新的提升。
話說這是一個(gè)《神探狄仁杰》番外篇的故事，講述的是狄公聯(lián)手元芳再破無人機(jī)奇案。別問我狄公和元芳是怎么穿越來的，又是怎么懂得無人機(jī)的，我只能告訴你：都是導(dǎo)演的安排，我只是個(gè)編劇！
第一集 大型無人機(jī)高頻度飛行
JUMP 20是一種垂直起降型Group3量級無人機(jī)，起飛重量98kg，有效載荷13.6kg，機(jī)長2.9米，翼展5.7米，該機(jī)具有185km控制半徑，長達(dá)14小時(shí)的續(xù)航時(shí)間，采用190cc重油活塞發(fā)動機(jī)和4個(gè)旋翼電機(jī)，能從狹窄的區(qū)域發(fā)射和回收。
這些看似相互矛盾的需求，也正是航空重油活塞發(fā)動機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)所在。在前面的燃料霧化和動力增壓這些技術(shù)路線比較清晰的情況下，反而是可靠性這一點(diǎn)，有時(shí)倒成了航空重油活塞發(fā)動機(jī)最讓人頭痛的地方。
從實(shí)際產(chǎn)品上看，國內(nèi)國外的一些相關(guān)產(chǎn)品，在輕量化和耐久性的均衡性上也遇到了一些問題。
夏南龍 XIA Nan-long；張文建 ZHANG Wen-jian；張眾杰 ZHANG Zhong-jie；劉瑞林LIU Rui-lin
（陸軍軍事交通學(xué)院，天津300161）
摘要：在活塞式無人機(jī)發(fā)動機(jī)高空性能模擬試驗(yàn)臺上，進(jìn)行了0-7000m海拔下的發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)，分析了海拔高度變化對活塞式無人機(jī)發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性性能影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨海拔上升，對置活塞汽油機(jī)的動力性下降
艦載無人機(jī)一般使用活塞發(fā)動機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。對航空重油活塞發(fā)動機(jī)來說，如何不斷走向輕量化、提高可靠性等，仍是亟須破解的難題。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)需要突破的技術(shù)瓶頸更多，如微小型軸流渦輪葉片、大尺寸高效率單級風(fēng)扇設(shè)計(jì)制造技術(shù)等。這些技術(shù)的突破，同樣需要付出大量時(shí)間、財(cái)力來完成。
機(jī)艦協(xié)同技術(shù)。艦載無人機(jī)的機(jī)艦協(xié)同，核心是有人操作武器平臺與無人機(jī)作戰(zhàn)平臺聯(lián)合編組，實(shí)施協(xié)同攻擊。
艦載無人機(jī)一般使用活塞發(fā)動機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。對航空重油活塞發(fā)動機(jī)來說，如何不斷走向輕量化、提高可靠性等，仍是亟須破解的難題。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)需要突破的技術(shù)瓶頸更多，如微小型軸流渦輪葉片、大尺寸高效率單級風(fēng)扇設(shè)計(jì)制造技術(shù)等。這些技術(shù)的突破，同樣需要付出大量時(shí)間、財(cái)力來完成。
機(jī)艦協(xié)同技術(shù)。艦載無人機(jī)的機(jī)艦協(xié)同，核心是有人操作武器平臺與無人機(jī)作戰(zhàn)平臺聯(lián)合編組，實(shí)施協(xié)同攻擊。
對于Simsolid的初印象是看到安裝包的大小，才一百多兆！真的是出乎意料，平時(shí)隨便一個(gè)仿真軟件沒有幾G都不好意思說自己是做仿真的。下面我們就來看看Simsolid的能力。
活塞結(jié)構(gòu)對發(fā)動機(jī)的性能起著關(guān)鍵作用，需要考慮其強(qiáng)度，振動以及疲勞性能等。此次采用Simsolid對活塞結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)和強(qiáng)度分析。
1 導(dǎo)入模型以及前處理
Simsolid支持絕大多數(shù)的CAD軟件格式導(dǎo)入模型，非常方便！導(dǎo)入模型后會自動開始模型檢查和接觸識別
發(fā)動機(jī)專用熱流體分析軟件Converge，不僅能模擬發(fā)動機(jī)缸內(nèi)流動、燃料噴霧、燃燒，而且通過跟缸內(nèi)流體部分的熱計(jì)算進(jìn)行耦合，也可以進(jìn)行固體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)解析。
這是活塞的固體（金屬）部分的熱傳導(dǎo)解析和發(fā)動機(jī)缸內(nèi)流動、燃料噴霧、燃燒解析同時(shí)耦合計(jì)算的案例。以往的活塞熱傳導(dǎo)解析，大部分案例中，缸內(nèi)側(cè)的邊界條件都是一樣的。像本案例這樣，通過同時(shí)求解缸內(nèi)的燃燒狀態(tài)，可以適時(shí)提供更真實(shí)的溫度邊界條件，進(jìn)而獲得更高精度的熱傳導(dǎo)解析
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