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新型軌/姿控發(fā)動(dòng)機(jī)采用往復(fù)活塞泵對(duì)推進(jìn)劑進(jìn)行增壓輸送，可提高空間液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)性能，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。通過AMESim 軟件建立軌/姿控發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)活塞泵模型，對(duì)該模型的建立過程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并且進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真。結(jié)果表明，受氣體壓縮性的影響，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)存在停頓現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)整液缸內(nèi)彈簧的彈性系數(shù)和液缸、氣缸直徑可以在保持流量不變的前提下有效提高輸出流量的穩(wěn)定性。　　

在第二次世界大戰(zhàn)中，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)得到了技術(shù)革新，優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和運(yùn)行效率。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。氣缸是混合氣（汽油和空氣）進(jìn)行燃燒的地方，氣缸內(nèi)容納活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱片，用以擴(kuò)大散熱面積。

<p>根據(jù)上次收集到的問卷，本案例利用Fluent對(duì)三維航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管氣動(dòng)特性展開了初步仿真計(jì)算，并介紹了FMG初始化方法。后續(xù)可以通過該方法對(duì)各種不同的機(jī)尾噴管進(jìn)行仿真優(yōu)化，應(yīng)用于聲隱身、紅外隱身、艦載機(jī)擋板適配等領(lǐng)域。

5種不常見的發(fā)動(dòng)機(jī)，全見過的都是牛人！▲星型發(fā)動(dòng)機(jī)星型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種氣缸環(huán)繞曲軸排列的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，其活塞通過一根主連桿連接到曲軸上，最上方活塞連接的連桿即為主連桿，其它活塞的連桿則被稱為活節(jié)式連桿，它們通過梢孔連接在主連桿中央位置的環(huán)上。

CONVERGE首先被成功應(yīng)用到活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，包括柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣/乙醇/氫氣/混合氣體發(fā)動(dòng)機(jī)等，如今，CONVERGE已一躍成為國內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用最廣泛的知名CFD分析工具! 滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少，制造成本低，效率和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在小容量冰箱或空調(diào)被大量使用。

進(jìn)氣行程，活塞從氣缸內(nèi)上止點(diǎn)移動(dòng)至下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，新鮮的空氣和汽油混合氣被吸入氣缸內(nèi)。　　壓縮行程，進(jìn)排氣門關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)至上止點(diǎn)，將混合氣體壓縮至氣缸頂部，以提高混合氣的溫度，為做功行程做準(zhǔn)備。　　做功行程，火花塞將壓縮的氣體點(diǎn)燃，混合氣體在氣缸內(nèi)發(fā)生“爆炸”產(chǎn)生巨大壓力，將活塞從上止點(diǎn)推至下止點(diǎn)，通過連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。　　

首先，得到大量應(yīng)用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單分類只有兩種，即“活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)”和“燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)”，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)也常被簡(jiǎn)單稱為“噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)”。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)系列活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)與現(xiàn)在常見的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理一致，依靠燃?xì)庠?em>氣缸內(nèi)爆燃，推動(dòng)活塞做工，所有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)都依靠此原理。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)不同的氣缸排列形式分為以下幾種。

三缸機(jī)不能保證一個(gè)完整的沖程，曲軸在旋轉(zhuǎn)180度，都有一個(gè)活塞在全程做功，這樣導(dǎo)致最直接的后果就是動(dòng)力輸出會(huì)出現(xiàn)空檔期。三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火夾角為240度，這就意味著三缸發(fā)動(dòng)機(jī)，單缸做功曲軸要轉(zhuǎn)240度，每個(gè)缸存在著60度的“空轉(zhuǎn)”，前一個(gè)氣缸做完事以后，活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，還需要等曲軸再轉(zhuǎn)60度，下一個(gè)氣缸才能到達(dá)上止點(diǎn)，繼續(xù)點(diǎn)火做功。

3.1激勵(lì)力模擬3.1.1載荷數(shù)據(jù)獲取 在發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境試驗(yàn)室利用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)量在怠速、加速、高檔低速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓，得到氣缸隨曲軸角度變化的曲線，利用軟件二次開發(fā)代碼進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)處理轉(zhuǎn)化為仿真輸入數(shù)據(jù)。載荷數(shù)據(jù)處理過程如圖4所示。

利用進(jìn)氣孔吸入空氣后，活塞上升擠壓密封墊，使密封墊堵住噴嘴，形成一個(gè)封閉的蓄氣缸。第二步是壓縮。活塞繼續(xù)上升，氣體在壓縮過程中壓力能持續(xù)上升。第三步是排氣。當(dāng)蓄氣缸內(nèi)的氣體壓力達(dá)到設(shè)定值后，打開噴嘴，使高壓氣體迅速?zèng)_入活塞與中間蓋之間的空間。此時(shí)活塞受到氣體沖擊作用開始進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能（機(jī)械能）。文章在選擇沖擊氣缸時(shí)，主要考慮了以下幾點(diǎn)：(1）安裝形式。

由螺栓的加速度頻譜曲線可以看出，在200Hz 時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)峰值，原因是在6000r/min 的工況下，本文研究的三缸四沖程發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火激勵(lì)頻率為：其中，n 為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，N 為汽缸數(shù)。缸外負(fù)荷的壓力數(shù)就是被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，通常是由試驗(yàn)數(shù)據(jù)而來。作用在活塞上的氣爆壓力是其主要作用形式，傳遞路徑為活塞-連桿等機(jī)構(gòu)-曲軸，使曲軸產(chǎn)生兩種變形：彎曲和扭轉(zhuǎn)，不平衡振動(dòng)也就由此產(chǎn)生。

如圖3所示，流體模型中簡(jiǎn)化了消 音器及缸頭的復(fù)雜空間，排氣部分簡(jiǎn)化了氣缸缸頭和其他部分的流體域。由于涉及閥片的移動(dòng)導(dǎo)致流體網(wǎng)格的移動(dòng)，因此氣缸和缸頭部分劃分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其他部分根據(jù)需要?jiǎng)澐譃樗拿骟w或六面體網(wǎng)格，所有流體和固體可能發(fā)生接觸的面均設(shè)置為流固耦合面[4-8]。活塞的運(yùn)動(dòng)通過移動(dòng)邊界仿真，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程得到。

總結(jié) 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的非航空領(lǐng)域的試驗(yàn)仿真技術(shù)已經(jīng)非常完善，只需結(jié)合已有的成熟技術(shù)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膫?cè)重與優(yōu)化。螺旋槳的零部件組成相對(duì)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)更趨簡(jiǎn)單，但其材料的復(fù)合性、運(yùn)動(dòng)特性的多變性使得仿真分析難度更高。利用先進(jìn)的仿真模擬技術(shù)，開展高效的槳發(fā)匹配分析將是我們今后重點(diǎn)研究的工作。

然后將燃料引入氣缸，由于空氣過熱，氣缸立即點(diǎn)燃。 燃燒導(dǎo)致壓力在做功沖程中升高，從而將活塞向下推，從而產(chǎn)生動(dòng)力。 一旦排氣閥打開并將用過的氣體推出，活塞就會(huì)返回到其原始位置。 這是了解缸內(nèi)壓力及其對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能影響的完美示例。 缸內(nèi)壓力是由于內(nèi)燃機(jī)氣缸或燃燒室內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生的壓力。 在本文中，我們將分析缸內(nèi)壓力及其在提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能方面的作用。

平衡軸技術(shù)（下圖中白色線框內(nèi)所示結(jié)構(gòu)）是一項(xiàng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且非常實(shí)用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，它可以有效減緩整車振動(dòng)，提高駕駛的舒適性。發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)原理當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處在工作狀態(tài)時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度非常快，而且速度很不均勻。當(dāng)活塞位于上下止點(diǎn)位置時(shí)，其速度為零，但在上下止點(diǎn)中間位置的速度則達(dá)到最高。由于活塞在氣缸內(nèi)做反復(fù)的高速直線運(yùn)動(dòng)，因此必然會(huì)在活塞、活塞銷和連桿上產(chǎn)生較大的慣性力。

活塞桿位置和氣缸壓力監(jiān)測(cè)都需要使用鍵相參考信號(hào)。 主軸承溫度（Main Bearing temperatures） 曲軸主軸承溫度高表明設(shè)備有與油膜軸承相關(guān)的故障，如過載，軸承疲勞或潤滑油不足。測(cè)量主軸承溫度和其它相關(guān)的過程參數(shù)可以幫助確定發(fā)動(dòng)機(jī)的整體運(yùn)行狀況。

動(dòng)網(wǎng)格模型可以求解剛性運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或者平動(dòng)問題，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，注射器中的活塞運(yùn)動(dòng)，機(jī)翼的副翼、襟翼在飛行過程中的運(yùn)動(dòng)等;還可以計(jì)算邊界發(fā)生形變的問題，如氣球充氣的過程、飛行器的氣動(dòng)彈性問題等，FLUENT 提供的六自由度動(dòng)網(wǎng)格模型求解器可以定義和描述邊界或運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)狀況，可用于解決多體分離過程。

本文以某發(fā)動(dòng)機(jī)缸體為案例通過仿真分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方式確定了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)共振噪聲，最終通過模態(tài)提升的方式提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能。缸體模態(tài)有限元分析發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)缸體是主要的受力件，氣體在燃燒室燃燒所產(chǎn)生的氣體壓力，通過活塞連桿傳遞到曲軸，通過缸體傳出。因此發(fā)動(dòng)機(jī)缸體必須要求有足夠的剛度和強(qiáng)度，才能承受如此大的機(jī)械負(fù)荷并保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。