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二冲程半直喷航空发动机喷油策略研究

内燃机工程 2024年第1期45卷 72-77页

作者：尹君朱棣刘丰喆侯圣智天津大学内燃机研究所天津300072

基于自主研发的二冲程低压半直喷航空发动机及控制系统,开展喷油控制策略及对发动机性能影响规律的研究。结果表明:对于不同的发动机运行工况,需要采取不同的喷油策略组合。在起动和怠速工况,采用进气道喷射的独立供油方式;在部分负荷... 详细信息

基于自主研发的二冲程低压半直喷航空发动机及控制系统,开展喷油控制策略及对发动机性能影响规律的研究。结果表明:对于不同的发动机运行工况,需要采取不同的喷油策略组合。在起动和怠速工况,采用进气道喷射的独立供油方式;在部分负荷及高负荷工况,采用进气道喷射和缸内直喷协同供油方式,随着发动机直喷比例的提高,燃油消耗率相应减小;与采用进气道喷射供油相比较,采用低压半直喷供油可以获得较理想的燃油经济性。

关键词：二冲程发动机低压半直喷航空发动机控制策略

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椭圆转子发动机缸内流场及燃烧过程分析

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1187-1196页

作者：么大锁裴毅强秦静王膺博张岩王振彪付雪青天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津仁爱学院机械工程学院天津301636 天津大学内燃机研究所天津300072 中国北方发动机研究所柴油机增压技术重点实验室天津300400

对以汽油为燃料的椭圆转子发动机换气及燃烧过程进行了研究,明确了缸内流场变化及火焰传播过程,分析了不同当量比混合气下燃烧及污染物生成特性。研究结果表明,椭圆转子发动机进气过程中,燃烧室两侧形成了较大涡团;进气末期时,在球形燃... 详细信息

对以汽油为燃料的椭圆转子发动机换气及燃烧过程进行了研究,明确了缸内流场变化及火焰传播过程,分析了不同当量比混合气下燃烧及污染物生成特性。研究结果表明,椭圆转子发动机进气过程中,燃烧室两侧形成了较大涡团;进气末期时,在球形燃烧室和缸内分别形成两个涡团;燃烧末期,顶点密封位置附近存在未燃区域;排气阶段,气口重叠期内的进气扫气加速了排气过程;随着当量比的增加,缸内压力和温度升高更快,峰值更大,当量比为1.1时,压力、温度均达到最大值;随着当量比的增加,缸内温度升高,造成CO和NO_(x)生成量显著增加;但是当量比过大会造成不完全燃烧,CO生成量显著增高,反而使得缸内压力和温度降低,造成NO_(x)生成量减少。

关键词：椭圆转子发动机 CFD 当量比燃烧排放

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端基对固态电解质离子传输和传热性能的影响

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1464-1469页

作者：王家歧樊林浩李伟卓焦魁杜青天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300350

本文研究了不同端基聚合物下聚环氧乙烷(PEO)和双(三氟甲磺酰亚胺)锂盐(LiTFSI)固体聚合物电解质的离子扩散系数和热导率,并对其结构性质进行了分析,以研究离子输运和热传导机理。结果表明,以端甲氧基聚环氧乙烷为基体电解质具有较好的... 详细信息

本文研究了不同端基聚合物下聚环氧乙烷(PEO)和双(三氟甲磺酰亚胺)锂盐(LiTFSI)固体聚合物电解质的离子扩散系数和热导率,并对其结构性质进行了分析,以研究离子输运和热传导机理。结果表明,以端甲氧基聚环氧乙烷为基体电解质具有较好的离子传输性能,因为更多的自由锂离子能够传输。然而,其导热性质更差,因为声子谱转移到更高的频率,这表明高频声子散射的增强导致热导率降低。这些结论对PEO-LiTFSI电解质设计有着很好的指导意义。

关键词：固体聚合物电解质分子动力学离子传输热导率

基于模糊反馈线性化和自适应扩张状态观测器的USM六自由度镇定控制

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仪器仪表学报 2024年第5期45卷 311-318页

作者：孙非崔特曹宇赫任超天津大学内燃机研究所天津300072 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

水下游动机械臂(USM)作为一种新型的水下机器人,其镇定控制对于水下观测和作业任务的顺利完成具有重要意义。针对USM六自由度镇定控制时,其模型难以准确建立、水流等外部扰动难以观测和6个维度的控制器参数整定困难等问题,提出了一种基... 详细信息

水下游动机械臂(USM)作为一种新型的水下机器人,其镇定控制对于水下观测和作业任务的顺利完成具有重要意义。针对USM六自由度镇定控制时,其模型难以准确建立、水流等外部扰动难以观测和6个维度的控制器参数整定困难等问题,提出了一种基于模糊反馈线性化和自适应扩张状态观测器的控制方法。首先建立了USM的动力学模型;其次,考虑到USM强非线性和强耦合性的特点,对动力学模型反馈线性化后设计了PD控制器,并引入了模糊控制逻辑调整控制器的参数;同时为减少建模误差和实际水下环境存在各种不确定干扰对控制效果的影响,设计了一种自适应扩张状态观测器来实时补偿模型的不准确性和外扰。最终,在湖中实验测得,所提方案6维均方根误差(RMSE)为0.425 2、0.166 8、0.168 5、0.267 4、0.117 4、1.003 3,较之传统方案有明显的提升,证明了所提方案的有效性。

关键词：水下游动机械臂(USM) 反馈线性化模糊控制自抗扰自适应扩张状态观测器

基于权重自适应更新径向基函数神经网络的水下游动机械臂镇定控制

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电子测量与仪器学报 2024年第4期38卷 1-8页

作者：孙非曹宇赫崔特任超天津大学内燃机研究所天津300072 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

水下游动机械臂(underwater swimming manipulator,USM)是一种由水下蛇形机器人和矢量推进器组成的新型水下机器人。USM系统具有高度非线性、强耦合以及不确定性等特点,其动力学模型难以精确建立。因此,实现USM的高精度镇定控制存在挑... 详细信息

水下游动机械臂(underwater swimming manipulator,USM)是一种由水下蛇形机器人和矢量推进器组成的新型水下机器人。USM系统具有高度非线性、强耦合以及不确定性等特点,其动力学模型难以精确建立。因此,实现USM的高精度镇定控制存在挑战。针对这一问题,本文基于反馈线性化和自适应径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBFNN),设计了一种动力学控制方案以实现USM的镇定控制。首先,介绍了USM平台结构,基于Lagrange方程给出了USM的动力学模型,并推导了USM的矢量推力系统模型。然后,设计了基于反馈线性化和RBFNN的动力学控制器,并通过反步法自适应更新RBFNN的权重。其中,权重自适应更新RBFNN用于实时估计系统未建模部分、参数误差以及外部扰动,从而对动力学控制器进行补偿。此外,为了将动力学控制器提供的广义力和力矩转换成各个执行器的控制输入,给出了推力分配策略。最后,进行了湖泊实验,分别对USM的I构型和C构型镇定控制,文章所提出的控制方案在两种构型下的稳态误差均小于0.08 m和10°,验证了所提出的USM六自由度镇定控制器的有效性。

关键词：水下游动机械臂动力学建模反馈线性化径向基函数神经网络

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燃料电池载重车振动研究及动力系统布置优化

武汉大学学报(工学版) 2024年第9期 1270-1279页

作者：林杰威李金璐龙飞企曹洋李涛张俊红天津大学机械工程学院天津内燃机研究所陕西重型汽车有限公司天津仁爱学院

以某燃料电池载重车为研究对象，建立了包括燃料电池、储氢罐、电动机及变速箱、动力电池和DC/DC(direct current to direct current)变换器等全部动力系统子结构在内的28自由度动力学模型，并结合实车道路测试进行了模型验证。通过动... 详细信息

以某燃料电池载重车为研究对象，建立了包括燃料电池、储氢罐、电动机及变速箱、动力电池和DC/DC(direct current to direct current)变换器等全部动力系统子结构在内的28自由度动力学模型，并结合实车道路测试进行了模型验证。通过动力学模拟和试验设计探究了动力系统子结构位置、悬置刚度和阻尼对驾驶室和燃料电池振动的影响。结果显示：驾驶室振动在2、4、9、12 Hz有明显的能量集中，除受到悬架偏频和簧下偏频的影响外，储氢罐位置和燃料电池位置分别对驾驶室2～4 Hz和9～12 Hz振动影响最大，燃料电池振动受其本身悬置刚度的影响最大，动力系统其他结构对上述振动也有一定影响。以动力系统安装空间与悬置变形量为约束，以动力系统位置、子结构悬置刚度和阻尼为优化变量，进行驾驶室多频率振动和燃料电池加速度均方根的多目标优化设计。优化结果表明：在不同车速下，驾驶室4～12 Hz振动均降低40%，燃料电池振动降低45%以上，驾驶舒适性和燃料电池振动安全性均得到显著提升。

关键词：燃料电池动力系统载重车振动动力学分析舒适性多目标优化

多孔介质微观结构对柴油机颗粒捕集器性能影响的模拟探究

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哈尔滨工程大学学报 2024年第5期45卷 886-893页

作者：李志军李智洋李振国王妍杨绵松天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 中国汽车技术研究中心有限公司天津300300

为了优化柴油机颗粒捕集器的捕集、压降性能,本文基于孔径概率密度函数和孔隙率分布函数建立了二维柴油机颗粒捕集器孔道微观结构模型,考虑了拦截机理和扩散机理用以计算颗粒在过滤器中的沉积分布情况和捕集效率。计算结果表明:多孔介... 详细信息

为了优化柴油机颗粒捕集器的捕集、压降性能,本文基于孔径概率密度函数和孔隙率分布函数建立了二维柴油机颗粒捕集器孔道微观结构模型,考虑了拦截机理和扩散机理用以计算颗粒在过滤器中的沉积分布情况和捕集效率。计算结果表明:多孔介质微观结构和入口速度对颗粒捕集效率的影响与粒径有关,100 nm粒径颗粒随流速增大初始捕集效率降低最为明显,1000 nm粒径颗粒在不同均匀性的过滤壁下的捕集效率差超过了30%;孔径分布函数方差越大,颗粒就会更多地分布在过滤壁前端,捕集效率也越高,但较大的孔径方差会导致捕集器的初始压降增大和捕集过程结束时的性能出现恶化。

关键词：颗粒捕集器数值模拟微观结构概率密度函数压降捕集效率

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正十六烷引燃甲烷预混合气可视化实验研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第2期45卷 284-290页

作者：崔泽川张晓磊银硕郁晓健田江平隆武强大连理工大学内燃机研究所辽宁大连116024

为探究环境温度、甲烷预混时间以及引燃燃料喷射压力对正十六烷引燃甲烷预混合气着火及火焰传播特性的影响,本文利用高速摄影技术及阴影拍摄方法,基于定容光学测试系统进行了可视化实验。研究结果表明:提高环境温度,引燃燃料滞燃期缩短... 详细信息

为探究环境温度、甲烷预混时间以及引燃燃料喷射压力对正十六烷引燃甲烷预混合气着火及火焰传播特性的影响,本文利用高速摄影技术及阴影拍摄方法,基于定容光学测试系统进行了可视化实验。研究结果表明:提高环境温度,引燃燃料滞燃期缩短,火焰发展速率增加并出现主燃区外预混合气局部着火;预混时间较短时,燃烧产生的碳烟较多,火焰发展速率随混合时间的增加而减小,当预混时间较长时,火焰发展速率趋于稳定;提高引燃燃料喷射压力,引燃燃料喷雾贯穿距离增大,滞燃期缩短,起始着火点位置发生变化,火焰发展速率增加。

关键词：双燃料甲烷引燃喷射预混燃烧燃烧特性阴影法可视化定容弹

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复合碰撞模型在液滴碰撞和栓式喷雾下的应用

工程热物理学报 2024年第2期45卷 437-445页

作者：部竞琦钟生辉廖锡峰刘卓昕韩宁焦魁张帆杜青天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300350 北京航空航天大学杭州创新研究院(余杭) 杭州310023

目前主流CFD计算软件中基于拉格朗日框架的碰撞模型不够准确,难以对液液栓式喷雾的宏观特性进行仿真。故本文基于开源软件OpenFOAM植入了复合碰撞模型,考虑了卫星液滴和四种不同的碰撞模式:聚合(Ⅰ,Ⅲ)、反弹(Ⅱ)、自反分离(Ⅳ)和拉伸分... 详细信息

目前主流CFD计算软件中基于拉格朗日框架的碰撞模型不够准确,难以对液液栓式喷雾的宏观特性进行仿真。故本文基于开源软件OpenFOAM植入了复合碰撞模型,考虑了卫星液滴和四种不同的碰撞模式:聚合(Ⅰ,Ⅲ)、反弹(Ⅱ)、自反分离(Ⅳ)和拉伸分离(Ⅴ),修正了反弹模式中液滴的速度方向;通过纯轨迹法(改进的Nordin模型)检测液滴碰撞。该碰撞模型在不同模式的液滴碰撞和栓式喷雾上都与实验吻合较好,如液滴的运动过程、喷雾分布和喷雾锥角等。不同工况下对比表明,复合碰撞模型能合理地将液滴碰撞动力学应用于栓式喷雾,预示结果明显优于CFD软件中的O’Rourke碰撞模型,准确预示出喷雾锥角随有效动量比的变化趋势以及径向液柱、轴向液膜的混合分布。

关键词：复合碰撞模型碰撞液滴栓式喷雾