单活塞式液压自由活塞发动机控制系统的开发

针对HFPE控制的各种要求,设计了单活塞式液压自由活塞发动机控制系统,提出了针对液压自由活塞发动机的控制策略.重点分析了活塞下止点位置修正和起动时活塞位置调整控制难点和面临的问题,根据液压自由活塞发动机特性提出了下止点位置修正控制策略.原理样机试验结果表明,该控制系统对液压自由活塞发动机的起动和连续运行的频率控制合理可靠,验证了控制策略的合理性和可行性;改善了液压自由活塞发动机下止点位置控制,保证了非正常情况下活塞回位,实现了可变压缩比控制,改善了冷起动和缸内燃烧效果.     

发动机活塞拍击动力学分析及活塞表面磨损预测

针对活塞在缸内的拍击直接导致了活塞和气缸套摩擦磨损的问题,提出在多体动力学分析软件AVL-EXCITE中建立包括活塞、气缸套、活塞环组、活塞销以及连杆的模型,输入发动机相关结构参数和工况条件,进行了活塞拍击动力学仿真,利用模拟结果数据预测活塞表面磨损趋势和分析了活塞型线的变化.结果表明:活塞拍击运动参数随活塞和气缸套之间的间隙变大而增大,本来有中凸型线的活塞变成倾斜圆筒活塞.模拟结果跟实际观察结果相对比,二者有比较好的一致性.     

对置活塞液压输出发动机同步驱动机构动力学分析

结合一种新型对置活塞液压输出发动机（OPHO）整体设计概念,根据其同步驱动机构的工作原理建立了数学理论模型,并运用多体动力学软件Adams搭建了该机构与传统曲柄连杆机构动力学仿真分析模型,得到了该同步驱动机构关键运动部件的受力情况.仿真分析结果表明,OPHO发动机的动力活塞在竖直方向的侧向力较小,缓解了气缸壁磨损的现象,延长了发动机及其零部件使用寿命.其同步驱动机构采用对称布置形式,发动机在水平方向的振动和受力可被抵消,因而发动机的整体平衡性较好.      

某特种发动机活塞瞬态动力学分析

采用CATIA软件建立了某特种发动机活塞的三维模型,利用有限元分析软件ANSYS建立活塞的有限元模型,对活塞进行了瞬态动力学分析,得到了活塞的最大应力及危险部位,为该曲轴的优化设计提供了依据。     

自由活塞斯特林发动机相位特性

为了研究自由活塞斯特林发动机的振动位移相位特性,建立了耦合发动机热力学和动力学的计算模型.在模型中对压力波进行了线性化处理,得到了自由活塞斯特林发动机两个活塞振动位移之间相位的计算公式.分析了主要参数对发动机相位角的影响规律,发现:自由活塞斯特林发动机必须在一定的充气压力范围内才满足发动机启动的配气活塞位移领先动力活塞位移的相位关系;负载电阻的变化会使电磁阻尼系数发生改变,进而影响相位关系;动力活塞板簧刚度对相位角影响较小,而配气活塞板簧刚度对相位角影响较大.     

试验与仿真相结合的发动机活塞热负荷分析

借助硬度塞温度测试、数值分析手段,结合对改进前活塞的温度场和热应力的计算,对发动机改进后活塞的热负荷状况进行评估.通过计算活塞传热边界条件,利用有限元分析软件,对活塞进行温度场计算,然后利用试验实测数据对其进行标定,在计算误差小于5%的情况下,得到改进前与改进后活塞在A工况和B工况下的温度场分布,最后进行了对应工况的热应力计算.结果表明在相同工况下发动机改进后活塞最高温度均比改进前活塞低,最大热应力比改进前活塞小.在改进前活塞满足热负荷要求的前提下,改进后活塞满足热负荷要求.     

单活塞液压自由活塞发动机活塞振动特性研究

研究单活塞液压自由活塞发动机原理样机活塞组件振动特性.建立活塞组件动力学模型,导出了活塞振动方程,研究了活塞的幅频特性并运用相平面法分析了活塞运动的稳定性.活塞组件运动属于单自由度变阻尼、变刚度自振振动.活塞运动频率与振幅间存在单调上升关系且受压缩比的限制,其稳定极限环存在的区域由进气口位置和活塞行程决定,下止点位置位于稳定极限环存在区域是实现自激振动的关键,工作频率可以在零和自激振动频率之间调整.     

压燃式自由活塞直线发电机工作过程数值仿真

为研究压燃式自由活塞直线发电机的动力学特性,对其启动和稳态工作过程进行了数值仿真计算,并对自由活塞直线发电机的负荷特性和频率特性进行了分析.结果表明,与曲柄连杆式发动机相比,自由活塞发动机在其上止点附近有非常大的加速度,使得在上止点附近压缩行程较慢和膨胀行程较快.随着系统输出功率的提高,自由活塞发动机的缸内峰值压力、压缩比及指示效率不断下降;而直线电机载荷系数、峰值电磁力及循环加入能量不断增加.随着系统的运转频率不断提高,直线电机的载荷系数不断降低,最大峰值电磁力将在中间某一工作频率取得;而活塞平均速度、自由活塞发动机的指示效率和系统输出功率不断增加.     

半浮式活塞销噪声产生的机理研究

综合采用有限差分法和基于模态压缩法的多体动力学仿真方法对活塞连杆组进行了考虑活塞销轴承混合润滑的动力学分析.研究了半浮式活塞销噪声的产生机理,并考察了活塞销轴承间隙、最大爆发压力、发动机转速对活塞销噪声的影响.结果表明:活塞销噪声主要来自于活塞销与连杆小头衬套间的碰撞,且活塞销噪声发生在其受到的活塞销座作用力方向的反转时刻附近;若活塞销轴承间隙越大、发动机转速越高,活塞销与小头衬套间的碰撞越激烈,活塞销噪声越大,最大爆发压力对活塞销噪声的影响很小.      

基于APDL语言的活塞热应力分析

活塞是发动机的核心,工作环境极其恶劣.活塞顶部直接承受高温燃气作用,容易形成不均匀的温度梯度,产生较大的热应力造成活塞受损,活塞的运行可靠性直接影响发动机的使用寿命.基于ANSYS的APDL语言,建立了活塞有限元模型,应用第三类边界条件施加活塞边界温度和换热系数,对活塞进行温度场和热应力分析,分析计算结果,得到活塞温度场、热流密度和热应力分布规律.结果表明活塞燃烧室边缘温度最高,第一环槽处热流密度最大,活塞环槽处和燃烧室边缘热应力相对较大.为活塞的结构设计和可靠性分析提供了参考.     

HS-700型发动机活塞的优化设计

论述了HS-700型发动机活塞的工作特点，结合发动机活塞设计实例，论述了活塞裙部型面的设计原则和方法。在对HS-700型发动机活塞裙部型面深入研究的基础上进行了变椭圆截面设计。对比实验的结果表明，经过活塞裙部型面的优化设计，发动机动力性和经济性提高，同时其磨损、振动和噪声减小，且可靠性提高。     

点燃式发动机碗形燃烧室的试验研究

在同１台单缸汽油机试验台上分别采用浴盆形和压缩比不同的碗形燃烧室进行了动力性能、经济性能、排放指标和燃烧过程分析的对比试验研究．结果表明，采用碗形燃烧室后，发动机的总燃烧期缩短，循环变动率下降，适合采用较高的压缩比，在排放指标大致相当的条件下动力性能改善，具有节油１０％以上的效果，有着良好的实际应用价值．     

基于振动技术的内燃机活塞复杂裙面加工方法研究

基于分解设计、叠加成型的思想，研究了非圆截面车削方法和非线性型线加工方法，提出了结合偏心振动技术和数控单元的中凸变椭圆裙面加工原理，本方法可实现普通车床的数控改造，成为活塞裙面加工专用数控车床，经济可靠，容易实现．     

活塞式航空汽油机增压的模拟研究

为了改善活塞式航空汽油机的高空性能,基于GT-Power软件,建立了活塞式航空汽油机原机和增压机模型,对活塞式航空汽油机进行了原机、一级增压及二级增压模拟研究.研究表明,涡轮增压能有效改善活塞式航空发动机高空性能,一级增压后,该活塞式航空发动机极限工作高度达到海拔7km以上;气动二级增压后,则能达到海拔8～9km,而电控二级增压后,极限工作高度将达到海拔10～11km.     

液压自由活塞发动机的惯性负载与热效率研究

为研究液压自由活塞发动机的惯性负载与热效率,分析了惯性负载对发动机燃烧进程的影响,指出惯性负载对速燃期气缸等容加热起着重要作用,缸内峰值压力通常可达6～9MPa,热能得到充分利用,发动机具有较高的热效率.针对液压自由活塞发动机惯性负载不足的缺陷,提出了机械、液感和机-液3种惯性加载方案.其中,机-液加载综合了机械加载能耗小,液感加载结构紧凑的优点,该方案采用节流阀控制液动机的流量,可实现对惯性负载的动态控制,是1种值得进一步研究的加载方式.     

同结构活塞在FPE与CE两种工作模式下应力变形差异

为研究自由活塞发动机工作时活塞结构应力变形特点,采用有限元分析方法对比分析相同结构活塞在自由活塞发动机（free piston energy,FPE）与（crank engine,CE）两种工作模式下应力水平与变形状况差异性.结果表明,FPE活塞整体应力水平低于CE活塞,差异主要由机械载荷引起.上止点附近FPE缸内峰值压力较小,引起的活塞销座压应力被其较大的惯性力作用消减,导致该应力集中处应力值较低,约为CE活塞的72%.在热机载荷共同作用下两者活塞顶部变形相似,差异集中体现在裙部,FPE活塞所受缸压较小、加速度较大以及无侧向力的特点导致其裙部变形明显小于CE活塞,最大径向变形约为CE活塞的56%,更易满足各方面性能要求.      

一种回转式活塞压缩机的产品化设计及实验

提出了一种新型双环结构的回转式活塞压缩机,将常规往复式活塞改为新型回转式活塞,同时活塞的往复运动转变为回转运动.在保持了往复式活塞压缩机压缩比范围广、制造工艺简单等特点的同时借鉴一些回转式压缩机的优点,消除了常规活塞式压缩机的活塞惯性力,取消了常规活塞式压缩机的吸、排气阀,提升了活塞式压缩机的应用优势.设计了首款产品样机并进行了实验,实验结果证实了回转式活塞压缩机工作原理的可行性,排气压力达到了设计指标,实际排气量则达到理论排气量的一半以上.