活塞式航空直喷发动机燃烧特性的研究

作     者：谷俊 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡春明

授予年度：2014年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：航空 活塞式发动机 直喷 单缸试验机 燃烧特性 

摘      要：目前我国活塞式航空发动机几乎均采用化油器供油方式，而化油器方式存在瞬态响应慢，各缸混合气控制不均匀，高空易发生结冰和失火等危险。将现代缸内直喷技术应用于活塞式航空发动机，通过精确地组织缸内混合气形成和控制燃烧工作过程来提升航空发动机的动力性能、安全可靠性以及燃料兼容性，成为航空动力领域一项新的研发趋势。本文研制了一台活塞式航空低压空气辅助直喷单缸试验机，在此平台上开展了燃烧特性试验研究，主要内容如下： 1.以ROTAX914化油器式活塞航空发动机为原型，开发并研制了一台低压空气辅助直喷单缸试验机，包括其低压直喷供油系统的设计、直喷燃烧系统的开发以及电子控制系统的设计等。 2.在设计搭建的低压空气辅助直喷单缸机台架测试系统上开展了航空直喷发动机燃烧特性试验，进行了直喷发动机的不同控制参数包括：喷射相位、喷射持续期、喷射压力、点火提前角以及低辛烷值燃料对直喷发动机燃烧特性影响规律的研究。得到以下研究结论： (1).航空直喷发动机在不同工况下均存在一个最佳喷射开始时刻使得发动机燃烧效率最高，循环变动最低，最佳喷射开始时刻在压缩冲程初期某一时刻。发动机在不同工况下存在一个最晚喷射结束时刻极限，当喷射结束时刻超过最晚喷射结束极限时，燃烧急剧恶化。随发动机转速和负荷增大，最佳喷射开始时刻和最晚喷射结束时刻极限均相应提前。 (2).降低空气辅助直喷喷嘴的喷射持续期会引起直喷发动机最大爆发压力和压力升高率的降低，燃烧相位推迟，在喷射相位较晚且喷射持续期降至3ms时，燃烧循环变动急剧上升。降低空气辅助直喷喷嘴的喷射压力会造成直喷发动机最大爆发压力和压力升高率的降低，CA50推迟，快速燃烧期延长，在喷射相位较晚且喷射压力降至4.5bar时，发动机燃烧稳定性急剧下降。 (3).点火提前角对航空直喷发动机燃烧特性有较大的影响，随着点火提前角提前，发动机最大爆发压力和最大压力升高率增加，燃烧相位提前，燃烧等容度增加，燃烧效率增加。当燃用低辛烷值燃料时，航空直喷发动机发生了明显的爆震现象，推迟点火提前角可以成为降低爆震强度有效措施之一。