二冲程航空发动机燃烧室设计(附件)
二冲程发动机作为目前应用最为广泛的内燃机，作为一种典型结构，大量地使用在小型飞行器中，主要由于其高功率，低质量，机械结构简明易加工，高机械效率。然而,传统二冲程发动机在燃油经济性方面表现并不理想,主要是由于混合气进气燃烧时不理想而造成。经过查阅相关资料，了解了二冲程发动机的工作原理，分析了燃烧室的特点和工作要求，以一款常见的二冲程发动机燃烧室作为基础，对其参数进行测量，选择相关的结构部件并且计算关键尺寸，利用Pro/E软件对二冲程发动机燃烧室进行三维模型绘制，对燃烧室进行应力和热力分析，完成对二冲程发动机燃烧室的设计。关键词二冲程发动机，燃烧室，Pro/E
目 录
1 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2国外研究现状 1
2 二冲程发动机燃烧室结构研究 2
2.1二冲程发动机简介 2
2.2燃烧室特点分析 4
2.3燃烧室总体设计要求 5
3 燃烧室三维建模 7
3.1 Pro/E软件介绍 7
3.1燃烧室内部结构参数计算与选择 8
3.1.1气缸体的设计 8
3.1.2活塞的设计 11
3.1.3气缸盖的设计 12
3.2燃烧室结构部件工程图及三维模型 12
3.3燃烧室三维模型及分析 17
总 结 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1课题研究背景
中小型航空发动机通常是指推力在50000daN以下的涡轮喷气、涡轮风扇发动机和功率在5000kW以下的涡轮轴、涡轮螺旋桨以及活塞式发动机等，作为一种通用的发动机，大多数小型的飞行器都采用了这一结构，特别是近些年大热的小型无人机，小型输送机和私人直升机，也热衷于使用这一类型的发动机。由此类型发动机而衍生出来的各项发动机带动的工业生产和发展领域，不仅在军用方面发挥亮眼，在民用建设，化工生产，机械制造，管道修治，动力工程方面也有突出的进步和展现的舞台。理所当然地，交通运输的飞速发展，特别是中小型飞行器的发展，使得中小型航空发动机销售产量急剧上升，有相关数据表明，其销售量占全球总体飞行器发动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
机产量的四分之三及更多的比例，销售产值占比高达50%，俨然成为新兴的航空发动机舞台的先行产物。
1.2国外研究现状
由于燃油直接喷射系统的发展，使现代二冲程发动机可以采用把燃油直接喷入燃烧室的力一法，这样可对供油进行更精密的控制，从而得到排放污染小的动力装置。这一开创性工作是由澳大利亚的Orbital发动机公司完成的。它的设计是，将空气泵入曲轴箱内，以清除气缸中的废气，排气口关闭后，喷油器将空气吹入气缸盖上的小储油室内，再将燃油入气缸内，形成极细的油雾。进入气缸内的燃油与空气混合的时间和运动形式都须精确控制，这样才能保证在排气口打开之前，气缸体燃烧室中的燃料和空气混合达到完全燃烧，从而减少排放物，并把这种燃烧过程命名为OCP燃烧过程。
国外在燃烧室的模拟建模方面已经占据领先水平。美国GE公司于1970年就已经采用模拟计算软件设计的方法对各类型的燃烧室进行建模计算，且获得了可喜的进展。美国霍尼韦尔(HoneywelD)公司Lams于1998年开始研制了1种用于燃烧室设计的先进燃烧工具(Advanced Combustion Too1,ACT) 。 在基于计算软件模拟的基础之上，通过对燃烧室特征的建立，三维模型的绘制，特点的生成方面，参数选择计算的方法，以一种编辑定义的方式及时的对各项数据，图形特征变化的修正，增减，模拟出理论模型，使得设计的最终目标快速提升，大大的减少了中间实际模型的优化时间与变更时间，使得产品快速发展。并且这种方法也运用于更多形式的发动机燃烧室的设计上，扩大了软件的适用性。
利用上文所述的技术，在2004年，德国联邦陆军大学设计出了一套燃烧室的贫油低排放燃烧室设计方法，为了完成最终指标的要求，在初期的建模阶段就利用工具软件进行智能分析，参考了三维CAI模型塑造，特征参数的修改和CFD技术方法。
作为主要发动机结构功能部件，燃烧室主要做到能量的转换，将燃料的化学能变成热能，通过对混合气体的压缩急速升温，达到临界温度，通过排气系统的做功转换成动力输出到传动机构。燃烧室的稳定性和有效热值可以在一定程度上决定了发动机的稳定性和燃油经济性。在关键动力结构部件上的设计可以为发动机的性能提供一定支持和提升。
2 二冲程发动机燃烧室结构研究
2.1二冲程发动机简介
首先和目前广泛应用的的四冲程发动机相对比，四冲程发动机的活塞在独立的行程范围内，曲轴第一圈内进行进气，压缩工作，第二圈进行做功，排气，完成一个完整的工作循环。而二冲程发动机的工作循环只包含在活塞两次行程之内，曲轴旋转一周，对外即完成了四项工作。就曲轴的单纯转动的角度而言，二冲程发动机是非常高效的。
当然，在结构上，二冲程发动机与四冲程发动机并不一致，它在气缸上另外装有了一个扫气孔。扫气孔的开关控制与活塞有关，即在行程上止点时，进气口会自动开启，空气便从扫气口进入曲轴箱内部，这样一来，在活塞完成压缩工作的同时也完成了初步的空气压缩工作，而此时仅在活塞只是运动了一个行程。
在燃料混合气被火花塞点燃时，膨胀的混合气体推动活塞往下运动，由于活塞的位置变化堵住了进气口，使之关闭，气体不再进入，而曲轴内吸入的气体则受压完成初步的预压。在活塞向外做功的同时也使得进入曲轴的空气完成了压缩。
活塞运动到下止点时，排气孔从封堵状态变为开启。燃烧室内的混合气体一方面受到从曲轴内部由扫气孔进入到燃烧室的新鲜气体的冲击挤压，另一方面受到曲轴旋转的影响而从排气孔排出。新鲜气体进气的过程伴随着燃烧过后的废弃气体排出一并完成。
于是，进气，压缩，排气，做功四个环节在曲轴运动2圈内完成。
由于扫气的不完全和大量废气和混合气的排出，使得二冲程发动机的功率没有达到理想的2倍于四冲程发动机的功率，最多只有不到1.5倍于同等四冲程发动机功率。如图21为二冲程发动机结构示意图。
/
图21二冲程发动机结构示意图
1发动机机体 2曲轴 3转速传感器 4节气门位置传感器 5温度传感器 6电控单元 7簧片阀 8节气门 9大气压力传感器 10进气温度传感器 11喷油器 12燃油压力传感器 13燃油泵 14油箱
介于曲轴的扫气功能，二冲程发动机的润滑主要依靠于燃油的混合润滑。而采取单独润滑则需要复杂的机油泵机构进行润滑。所以使用润滑剂的混合是一种简便的方式。
而考虑到对比四冲程发动机的经济型，二冲程发动机排气过程中存在着大量混合气的损失，所以在经济性上会有所欠缺。
目 录
1 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2国外研究现状 1
2 二冲程发动机燃烧室结构研究 2
2.1二冲程发动机简介 2
2.2燃烧室特点分析 4
2.3燃烧室总体设计要求 5
3 燃烧室三维建模 7
3.1 Pro/E软件介绍 7
3.1燃烧室内部结构参数计算与选择 8
3.1.1气缸体的设计 8
3.1.2活塞的设计 11
3.1.3气缸盖的设计 12
3.2燃烧室结构部件工程图及三维模型 12
3.3燃烧室三维模型及分析 17
总 结 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1课题研究背景
中小型航空发动机通常是指推力在50000daN以下的涡轮喷气、涡轮风扇发动机和功率在5000kW以下的涡轮轴、涡轮螺旋桨以及活塞式发动机等，作为一种通用的发动机，大多数小型的飞行器都采用了这一结构，特别是近些年大热的小型无人机，小型输送机和私人直升机，也热衷于使用这一类型的发动机。由此类型发动机而衍生出来的各项发动机带动的工业生产和发展领域，不仅在军用方面发挥亮眼，在民用建设，化工生产，机械制造，管道修治，动力工程方面也有突出的进步和展现的舞台。理所当然地，交通运输的飞速发展，特别是中小型飞行器的发展，使得中小型航空发动机销售产量急剧上升，有相关数据表明，其销售量占全球总体飞行器发动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
机产量的四分之三及更多的比例，销售产值占比高达50%，俨然成为新兴的航空发动机舞台的先行产物。
1.2国外研究现状
由于燃油直接喷射系统的发展，使现代二冲程发动机可以采用把燃油直接喷入燃烧室的力一法，这样可对供油进行更精密的控制，从而得到排放污染小的动力装置。这一开创性工作是由澳大利亚的Orbital发动机公司完成的。它的设计是，将空气泵入曲轴箱内，以清除气缸中的废气，排气口关闭后，喷油器将空气吹入气缸盖上的小储油室内，再将燃油入气缸内，形成极细的油雾。进入气缸内的燃油与空气混合的时间和运动形式都须精确控制，这样才能保证在排气口打开之前，气缸体燃烧室中的燃料和空气混合达到完全燃烧，从而减少排放物，并把这种燃烧过程命名为OCP燃烧过程。
国外在燃烧室的模拟建模方面已经占据领先水平。美国GE公司于1970年就已经采用模拟计算软件设计的方法对各类型的燃烧室进行建模计算，且获得了可喜的进展。美国霍尼韦尔(HoneywelD)公司Lams于1998年开始研制了1种用于燃烧室设计的先进燃烧工具(Advanced Combustion Too1,ACT) 。 在基于计算软件模拟的基础之上，通过对燃烧室特征的建立，三维模型的绘制，特点的生成方面，参数选择计算的方法，以一种编辑定义的方式及时的对各项数据，图形特征变化的修正，增减，模拟出理论模型，使得设计的最终目标快速提升，大大的减少了中间实际模型的优化时间与变更时间，使得产品快速发展。并且这种方法也运用于更多形式的发动机燃烧室的设计上，扩大了软件的适用性。
利用上文所述的技术，在2004年，德国联邦陆军大学设计出了一套燃烧室的贫油低排放燃烧室设计方法，为了完成最终指标的要求，在初期的建模阶段就利用工具软件进行智能分析，参考了三维CAI模型塑造，特征参数的修改和CFD技术方法。
作为主要发动机结构功能部件，燃烧室主要做到能量的转换，将燃料的化学能变成热能，通过对混合气体的压缩急速升温，达到临界温度，通过排气系统的做功转换成动力输出到传动机构。燃烧室的稳定性和有效热值可以在一定程度上决定了发动机的稳定性和燃油经济性。在关键动力结构部件上的设计可以为发动机的性能提供一定支持和提升。
2 二冲程发动机燃烧室结构研究
2.1二冲程发动机简介
首先和目前广泛应用的的四冲程发动机相对比，四冲程发动机的活塞在独立的行程范围内，曲轴第一圈内进行进气，压缩工作，第二圈进行做功，排气，完成一个完整的工作循环。而二冲程发动机的工作循环只包含在活塞两次行程之内，曲轴旋转一周，对外即完成了四项工作。就曲轴的单纯转动的角度而言，二冲程发动机是非常高效的。
当然，在结构上，二冲程发动机与四冲程发动机并不一致，它在气缸上另外装有了一个扫气孔。扫气孔的开关控制与活塞有关，即在行程上止点时，进气口会自动开启，空气便从扫气口进入曲轴箱内部，这样一来，在活塞完成压缩工作的同时也完成了初步的空气压缩工作，而此时仅在活塞只是运动了一个行程。
在燃料混合气被火花塞点燃时，膨胀的混合气体推动活塞往下运动，由于活塞的位置变化堵住了进气口，使之关闭，气体不再进入，而曲轴内吸入的气体则受压完成初步的预压。在活塞向外做功的同时也使得进入曲轴的空气完成了压缩。
活塞运动到下止点时，排气孔从封堵状态变为开启。燃烧室内的混合气体一方面受到从曲轴内部由扫气孔进入到燃烧室的新鲜气体的冲击挤压，另一方面受到曲轴旋转的影响而从排气孔排出。新鲜气体进气的过程伴随着燃烧过后的废弃气体排出一并完成。
于是，进气，压缩，排气，做功四个环节在曲轴运动2圈内完成。
由于扫气的不完全和大量废气和混合气的排出，使得二冲程发动机的功率没有达到理想的2倍于四冲程发动机的功率，最多只有不到1.5倍于同等四冲程发动机功率。如图21为二冲程发动机结构示意图。
/
图21二冲程发动机结构示意图
1发动机机体 2曲轴 3转速传感器 4节气门位置传感器 5温度传感器 6电控单元 7簧片阀 8节气门 9大气压力传感器 10进气温度传感器 11喷油器 12燃油压力传感器 13燃油泵 14油箱
介于曲轴的扫气功能，二冲程发动机的润滑主要依靠于燃油的混合润滑。而采取单独润滑则需要复杂的机油泵机构进行润滑。所以使用润滑剂的混合是一种简便的方式。
而考虑到对比四冲程发动机的经济型，二冲程发动机排气过程中存在着大量混合气的损失，所以在经济性上会有所欠缺。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/1194.html
