雙轉子活塞式高功率密度發動機力學特性研究

《雙轉子活塞式高功率密度發動機力學特性研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由潘存雲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雙轉子活塞式高功率密度發動機力學特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：潘存雲
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

提高發動機能量轉換效率以及發動機的功率密度是發動機設計人員追求的永恆目標。傳統的基於曲柄滑塊式功率傳輸機構的發動機，其潛力挖掘已經接近極限，唯有創新設計新的功率傳輸機構才可能取得突破。本項目組提出了一種新型環形串聯氣缸雙轉子活塞發動機，圍繞該發動機的若干關鍵技術開展以下工作；大幅度提高發動機功率密度的方法研究、轉子活塞結構形式與力矩轉換特性研究、功率傳輸機構的傳力特性研究、功率傳輸機構的運動學建模與動力學分析、旋轉慣性力矩自平衡結構形式研究、新型功率傳輸機構運動原理樣機的動力特性測試驗證等工作。本項目首次提出氣缸動態擴容和倍頻做功的創新設計思想，為大幅度提高發動機的功率密度指明了方向，提出的通過改變氣缸布置型式來改善機構的力矩轉換特性，從而提高發動機能量轉換效率之目的，工程上是一種行之有效的手段。本項目研究成果將為設計新型高功率密度發動機提供力學設計理論依據，意義重大。

結題摘要

項目首次提出並研究了氣缸動態擴容和倍頻做功的創新設計思想，通過改變氣缸布置形式來改善機構的力矩轉換特性，本項目研究成果將為設計新型高功率密度發動機提供力學設計理論依據。 項目研製期間主要完成了大幅度提高發動機功率密度的方法研究，提出了一種新型的功率傳輸機構，研究了氣缸、活塞結構形狀與做功頻率之間的關係，研究了氣缸容積動態擴容原理以及氣缸不同布置形式的傳力特性。研究了轉子活塞結構形式與力矩轉換特性，分別對於幾種活塞的力矩傳遞特性建立了數學模型並進行了深入的特性研究。對多種功率傳輸機構的傳力特性作了定量分析，分別建立了凸輪式功率傳輸機構、內、外擺線功率傳輸機構、周擺線功率傳輸機構以及擺盤的功率傳輸機構的傳力特性研究模型，研究了傳動角的大小和變化規律，為確定功率傳輸機構的最優選型提供依據。 建立了功率傳輸機構運動學模型，進行了動力學特性分析，項目建立了功率傳輸機構的運動模型，對於機構的運動學和動力學特性進行了分析，分析了內燃機氣缸容積變化規律與燃燒爆炸做功過程的關係，綜合考慮氣缸容積變化規律與功率傳輸機構的運動過程的關係，分析了各構件運動所產生慣性力大小和方向變化規律， 設計了新型高功率密度轉子活塞發動機，研究了旋轉慣性力矩自平衡結構形式，研究了運動構件的旋轉慣性力矩，設計了反向同步運動的結構形式，研究了轉子活塞組件慣性力矩大小及變化規律，研究了功率傳輸機構中各運動構件慣性力和慣性力矩變化規律；確定了變速旋轉運動構件反向對轉同步運動構件結構形式，分析了總體慣性力系大小及變化。 完成了新型功率傳輸機構運動原理樣機的動力特性測試及驗證。項目研製新型功率傳輸機構運動原理樣機，搭建了動力特性測試環境，對於新型功率傳輸機構進行了運動學以及動力學特性測試。 項目研究對於創新功率傳輸機構結構、最佳化部件設計以及拓展新型功率傳輸機構構型夯實了理論基礎。