高空活塞发动机2级涡轮增压系统匹配分析

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1、2010苯簟36■囊1期V01．36No．1Feb．2010高空活塞发动机2级涡轮增压系统匹配分析徐斌，尧辉，薄东，于鲸跃(北京航空航天大学交通科学及工程学院，北京100191)徐斌(1962)，男，教授。从事航空发动机增压技术研究。收稿日期：2009—09—181引言随着无人机飞行高度的提高，对其主要动力装置之一的增压活塞发动机的研究也向提高高空性能方向发展。飞行高度提高，高空环境中大气的压力、温度、密度都会大幅度减小，从而对发动机的动力性能产生很大影响。为了消除对发动机在高空运行的不利影响，进一步提高其

2、动力性能，可采用发动机2级涡轮增压技术。本文对活塞发动机的关键技摘要：为满足无人机高性能动力要求，改进了某型涡轮增压活塞式发动机2级涡轮增压系统。根据发动机工作过程模拟计算原理，利用CFD软件建立了该型发动机1级涡轮增压模型，并验证了该模型的准确性；确定了2级涡轮增压参数及高、低压气机的压比分配。讨论了2级增压器和中冷器的布置方案，分析了2级涡轮增压的高空特性，为2级涡轮增压系统选配了合适的增压器。关键词：增压系统；匹配；性能；活塞发动机；仿真模型；无人机MatchingAnalysisofTwoStage

3、TurbochargingSystemofHighAltitudePistonEngineXUBin，YAOHui，BODong，YUJing—yue(SchoolofTrattic，BeijingUnivemityofAeromudcsandAstronautics，Beijing，100191)Abstract：TwostageturbochargingsystemforapistonengineWritsimprovedtomeethigherpe币ormo叽cerequirementsofpropu

4、lsionsystemforunmann,eddrcr斫．BasedOnaeroe嘣neoperationprocesscalculationtheoryfirststageturbachargermodel埘珊builtusingCFDsoftwareanditsaccuracywasalsovalidated．Theparametersofthetwosta静8turbachargerandthepressureratiomatchingof^动pressureandlowpressurecompres

5、sorweredetermined．Thearrangementconceptsoftwos#q酽turbochargerandintercoalerwerediscussed．Thehighaltitudecharacteristicsofthetwostageturbochargerwereanalyzed．Theacceptable．turbochargerwereselectedforthetwostageturbochargingsystemKeywords：turbochargingsystem

6、；match；performance；pistonengine；simulationmodel；unmannedaircraft术之一——高空2级涡轮增压技术进行了研究。在建立发动机1级涡轮增压仿真模型的基础上，对2级涡轮增压系统进行了改进，解决了发动机高空运行的匹配问题。21级涡轮增压系统发动机仿真分析2．1发动机主要参数活塞发动机主要参数见表1。操斌譬：■空活塞发动霸2级漏轮瑾压系统匹配分析表1活塞发动机主要参数参数说明形式水平对置、4冲程燃油供给方式化油器缸数×缸径x冲程4×79．5ramx61ram

7、排量1．2L压缩比9冷却方式缸盖水冷、缸体空冷2．21级涡轮增压仿真模型的建立和验证根据发动机几何结构，以及发动机在特定工况下的大量特性试验数据等，建立1级涡轮增压CFD模型。设定发动机试验和计算环境状态。温度为20℃，压力为100．7kPa；计算的工况点：负荷为100％，转速为2500～5500r／min，中间间隔为500r／min。功率、扭矩随转速变化的计算结果与试验对比情况如图1、2所示。图11级涡轮增压仿真模型地面状态功率对比图21级涡轮增压仿真模型地面状态转矩对比经计算验证，l级涡轮增压仿真模型的

8、功率、扭矩的绝对误差均小于5％，说明该模型可靠、准确，发动机参数选择合理。2．31级涡轮增压发动机高空特性计算随着海拔高度的增加，各项环境参数相应地发生变化，对发动机工作状况产生很大影响。通过1级涡轮增压仿真模型计算得到的输出功率和转矩随飞行高度的变化曲线如图3、4所示。图31级涡轮增压仿真模型输出功率随高度的变化图41级涡轮增压仿真模型输出转矩随高度的变化仿真分析显示，1级涡轮增压发动机飞行高度达到约47501