点火时机对X型转子发动机燃烧性能的影响

X型转子发动机由于具有高功重比和高循环热效率的优势,在小型无人机动力领域具有广阔应用前景。为确定X型转子发动机的最优点火时机,构建了X型转子发动机的CFD仿真模型,探究了在不同点火时机下缸内流动特性、燃烧性能以及污染物排放特性,揭示了点火时机对缸内流场、燃料消耗速度、缸压、缸温以及CO、NOx排放的影响规律。结果表明当点火时机由20° CA BTDC提前至35° CA BTDC时,缸内湍流度增加,燃烧速度加快,峰值压力和峰值温度逐步增高,导致了发动机指示热效率上升,且NOx排放明显上升,CO最终排放量相差较小。然而,点火时机的过度提前会使得着火过早,导致发动机热效率下降。因此,存在最佳点火时机35° CA BTDC,使得瞬时放热率峰值达到最高为1.44 J/(°),且热效率达到最高为24.49%。     

小型航空Wankel发动机转子结构优化仿真

三角转子是小型航空Wankel转子发动机的核心部件,其高速旋转过程中承受着温度、惯性力和燃气爆发压力等复杂载荷耦合作用,更加容易因强度不足发生失效与破坏。针对多重载荷耦合工况下,三角转子应力集中与强度问题,建立发动机热力学模型,获得发动机单循环内燃烧室缸温、缸压以及换热系数变化曲线,计算转子各处热边界条件,分别在机械应力、热应力与热 机械耦合条件下,采用有限元的方法对三角转子进行温度场、应力场与变形量仿真分析,并提出转子腰部圆孔边缘处加工圆角和冷却孔处布置散热片优化方法。仿真结果表明：优化后三角转子最大应力由原来的687.0 MPa下降为403.9 MPa,约为原来的58.79%;转子腰部圆孔边缘应力由577.5 MPa下降为306.1 MPa,降低为原来的53.02%;冷却孔处应力值也由212.6 MPa降至113.2 MPa,约为原来的53.25%。布置散热片后,转子平均温度下降20 K以上,转子腰部圆孔边缘与冷却孔温度下降40 K左右,密封槽尖端变形量由0.21 mm降至0.15 mm,减小27.7%。转子应力场得到改善,变形量减小。     

不同供氢方式对X型转子发动机性能影响的仿真研究

为了进一步提升新型动力装置X型转子发动机的性能，采用掺氢燃烧的方式改善发动机的燃烧过程。利用数值仿真建立并验证了XMv3型转子机的掺氢CFD模型，选择了进气道掺氢和燃烧室直喷掺氢两种供氢方式进行对比，探究了掺氢对缸内流动、燃烧和排放过程的影响，揭示了掺氢比例以及不同供氢方式对缸内湍动能和涡度、自由基团、缸温和缸压以及CO和NO_x排放的影响规律。结果表明：在进气过程中，缸内形成了伴随着两个涡团的主流场，将气体带向燃烧室的两侧，充分混合空气与燃料，有利于燃烧过程；掺氢后，燃烧区域向燃烧室两侧狭缝扩展，改善了燃烧性能，且直喷掺氢的效果要明显优于气道掺氢的；同时，由于采取高当量比的燃烧策略和掺氢提高了缸内温度，分别使得CO和NO_x的排放量明显增加；相比未掺氢的情况，掺氢能量分数为5%时，气道掺氢和直喷掺氢的缸压峰值分别提高了16.71%和43.15%。本研究可为X型转子发动机供氢方式的设计提供参考依据。