直升机动力装置技术特性及发展趋势研究

该文简要介绍直升机的发展史,重点阐述活塞式发动机与涡轴发动机的技术特点,并对2类动力装置进行对比。随后,重点研究直升机动力装置的选择方法及动力装置与直升机的匹配。最后,对涡轴发动机的技术发展趋势进行展望。涡轴发动机以其显著的优势在各类直升机中得到广泛应用,但其经济性及制造成本等因素依然有待改善,尚无法完全取代活塞式发动机,而后者多用于小型直升机。

基于机载模型的轴向柱塞泵动态特性参数辨识及影响分析

针对航空发动机柱塞泵动态特性解析模型复杂、阶次高、计算资源需求大、参数多且难以准确确定的问题,在忽略解析模型高阶特性得出简化的机载模型基础上,提出了基于典型环节特征参数的时域阶跃响应辨识方法,得到柱塞泵的动态参数。仿真分析和试验结果表明,简化模型精度可达95%,计算资源需求少,为柱塞泵机载模型应用奠定了基础。同时,基于动态模型分析了柱塞泵动态响应对伺服控制动态响应的影响,柱塞泵动态特性应在伺服回路动态特性4倍以上,国军标中规定的柱塞泵动态特性要求可满足航空发动机喷口控制要求。

航空活塞发动机起动过程喷油参数的模糊控制研究

航空活塞发动机起动过程的转速变化具有强非线性等特点,且飞机起动时会受诸多因素的限制,导致发动机在起动至怠速过程中转速会突降,使其起动受阻。针对上述问题,提出一种基于模糊控制的航空活塞发动机喷油方法,改善发动机从起动至怠速过程的转速变化问题。首先,利用AMESim与Simulink搭建压燃式航空活塞发动机仿真模型,实现联合仿真,将发动机喷油参数作为决策目标,发动机曲轴转速和总需求转矩作为输入变量;其次,使用模糊控制结合联合仿真不断修正控制算法,使得发动机曲轴转速在3 s左右到达1352 r/min后稳定在怠速状态。实验结果验证了在不同海拔下发动机从起动平稳地过渡到怠速状态后转速会稳定在1352 r/min附近,相比于传统MAP控制方法,模糊算法在响应时间上提高了0.5 s,起动时间缩短22%,超调量小于3%,提高了发动机怠速稳定性。

活塞式航空汽油机增压的模拟研究

为了改善活塞式航空汽油机的高空性能,基于GT-Power软件,建立了活塞式航空汽油机原机和增压机模型,对活塞式航空汽油机进行了原机、一级增压及二级增压模拟研究.研究表明,涡轮增压能有效改善活塞式航空发动机高空性能,一级增压后,该活塞式航空发动机极限工作高度达到海拔7km以上;气动二级增压后,则能达到海拔8～9km,而电控二级增压后,极限工作高度将达到海拔10～11km.

小型航空二冲程活塞发动机建模及控制器在回路仿真研究

针对某小型航空二冲程发动机,采用机理建模和试验建模相结合的方法建立了该发动机的平均值数学模型,并在MATLAB/Simulink环境下对该模型进行了仿真研究,发现发动机转速、输出扭矩以及功率等外特性数据的仿真结果与实际的发动机台架试验数据基本吻合。在VC环境下编写仿真软件,通过调用MATLAB引擎实现了模型与控制器的对接,将原控制器和开发的快速原型控制器用发动机模型进行了硬件在回路仿真试验,并进行对比分析,结果表明,快速原型控制器和原发动机ECU喷油脉宽偏差不超过0.050ms。

航空活塞发动机点火强度均衡性测试及防火研究

针对磁电机故障和点火电嘴故障会使发动机失去动力引起飞行事故,高压导线破损放电可能导致动力系统起火并引发飞机火灾等安全隐患,利用紫外探测技术和虚拟仪器技术设计了航空活塞发动机点火强度均衡性测试系统,利用该测试系统完成航空活塞发动机点火系统的安全隐患检测。以四缸活塞发动机正常点火、高压导线破损、点火电嘴积碳等三种点火系统作为测试对象,测试发动机在不同转速下各气缸点火电火花紫外辐射强度,用以表征点火能量强度。实测得到,在不同转速下点火电嘴积碳故障都会导致点火强度降低;高压导线破损漏电会同时导致点火能量损失与点火强度不均衡,并且与转速呈正相关。测试结果可为航空活塞发动机点火系统故障排除及发现可能存在的高压导线破损放电电气火灾隐患点提供技术依据。

航空发动机变几何涡轮增压性能研究

提出了一种变几何涡轮增压器用于发动机高空恢复功率的方法,并对其调节规律和相关特性进行研究。依据涡轮流动模型,分析了相同工况下不同喷嘴环开度对涡轮增压器工作的影响。在GT-POWER中建立了变几何涡轮增压发动机模型,通过全高度下不同工况的仿真分析,验证了变几何涡轮增压发动机恢复海平面功率的应用。结果表明,匹配了变几何涡轮增压器的发动机能够显著提高发动机高空可调范围,其使用升限从5 km提升到了6 km,对变几何涡轮增压器应用于恢复功率与喷嘴环开度的调节规律具有指导意义。

点火参数对煤油活塞发动机燃烧影响的数值模拟

为了了解点火参数对某2冲程航空活塞煤油发动机燃烧及温度场的影响,利用GT-Power和Fire软件对该发动机整机及燃烧室分别建立了仿真模型,选取扭矩、功率以及缸压数据验证了该模型的正确性,并对发动机在6000 r/min、全负荷工况下的燃烧和温度场分布等特性进行分析。结果表明:当点火时刻由335°CA变化至331°CA时,缸内混合气燃烧放热量增多,放热率峰值增大,放热率峰值对应曲轴转角的提前量变大,燃烧放热速率加快,混合气温度和压力上升变快,高温区范围增大;当点火能量由28.02 m J增加至46.73 m J时,双火花塞附近的温度升高,火花塞点火产生的火核尺寸增大,缸内燃烧温度与压力升高,燃烧放热速率加快,缸内高温区分布范围增大。

可远程支持的航空活塞发动机故障诊断专家系统研究

通用航空存在布局分散、企业机队小及维修技术力量薄弱等特点,使通用航空飞机排故困难;为解决这种情况,对基于故障树和神经网络的航空活塞发动机故障诊断技术进行了研究,构建了基于故障树和神经网络结合,辅以远程专家视频会诊的航空活塞发动机故障诊断专家系统,并给出了故障知识库的构建和管理方法,三种故障诊断模型的推理机制和融合方法;利用收集的航空活塞发动机故障数据对神经网络故障诊断方法进行了验证,有效地诊断出航空活塞发动机的故障。

小功率航空活塞发动机重油技术进展

小功率航空活塞发动机是微型无人机系统的主要动力型式,单一燃料的重油使用是未来无人机动力系统发展的必然趋势。结合国内外无人机发展趋势和动力系统型式选择,分析了小功率航空重油活塞发动机的应用需求特点;根据航空燃料发展的单一化趋势,指出了小功率航空活塞发动机采用重油的发展趋势和面临的技术瓶颈;整理了现阶段国内外在小功率航空重油技术方面的不同创新思路和实现型式,分析评估了不同技术路线的应用特点和技术难度。

小型航空活塞发动机二级增压方案的仿真分析

根据某小型航空活塞发动机功率恢复的需要,提出了两种不同的二级增压系统方案,即可调二级增压系统和带旁通阀的可调二级增压系统。研究结果表明,两种二级增压系统方案均能较大幅度提升发动机的运行高度;相比较,带旁通阀的可调二级增压系统在提升发动机性能方面具有更大的优越性。

航空发动机导流叶片角度调节参数变化故障分析

某型发动机低压压气机进口导流叶片角度α1,其电子调节部分执行机构电磁活门的占空比(Sα),在整个调节过程中是起关键作用的重要参数,但在台架试车过程中曾多台次出现在不同次检查时Sα数值变化的故障。通过对α1主调节系统工作原理的深入分析,确定试车中Sα变化故障是由于燃油调节机构掺混入空气所致,并得到试车验证。本研究对发动机试车中类似故障的排除具有重要的参考意义。

航空发动机燃油柱塞泵计算机辅助设计方法

针对现有航空燃油柱塞泵实验设计方法的不足,给出了一种计算机辅助设计方法。首先采用坐标互换法建立燃油柱塞泵的二元运动模型;然后使用AMESim仿真软件建立柱塞泵的模块化仿真模型;最后进行了柱塞泵的运动仿真分析和性能仿真分析。通过某型航空燃油柱塞泵的试验和仿真对比研究表明:性能仿真数据与试验数据十分吻合,能够反映柱塞泵实际工作性能。说明辅助设计方法是可行的、有效的。

航空活塞发动机高空台试验性能分析

为测试HS990航空活塞发动机的高空适用性,分别采用不同化油器对HS990发动机进行高空台试验。分析发动机装国产和进口化油器的性能数据,研究发动机高空熄火现象发生的原因及缸温变化对发动机高空性能的影响。结果表明:HS990发动机最大工作高度超过7km,在5km以上高度使用非增压油箱工作时,进气温度低于-18℃,HS990发动机的膜片式化油器会出现供油减少甚至停止的故障。对比装国产化油器和进口化油器时,发动机分别具有较好的高空功率特性和高空工作稳定性。适当的冷却空气量有利于降低汽缸头部温度,保证发动机稳定工作。

二冲程重油发动机技术现状及发展方向

小型活塞式航空发动机是军用及民用低速轻型飞行器采用的主要动力装置。概述了燃油一体化背景下二冲程航空重油发动机的技术优势及应用前景,总结了国内外小型二冲程重油发动机所采取的技术方案及研究成果。针对国内研究现状中的薄弱环节提出我国未来二冲程航空重油发动机发展的方向,并对可能的创新型式及技术难点进行了分析说明。

大陆IO-24OA&B航空活塞发动机燃油系统常见故障分析

对于航空活塞发动机而言,燃油系统工作的好坏直接影响到了发动机的使用操作性能,甚至会影响到飞机的飞行安全。本文简单介绍了TCM公司生产的IO-24OA&B航空活塞发动机所采用的连续喷射燃油系统的基本组成、基本工作,并详细介绍了此发动机燃油系统常见故障的现象、可能原因及修正措施,对保证此发动机的可靠工作、提高航空活塞发动机燃油系统的维护效率具有一定的意义。

某航空发动机活塞腐蚀深度的灰色预测

为揭示某航空发动机活塞腐蚀深度的变化规律,研究了导致活塞腐蚀的影响因素。结果表明,活塞腐蚀深度是一个随时间变化的随机量。采用灰色理论建立活塞腐蚀深度的灰色预测模型,并对预测模型精度进行试验验证。结果表明,活塞腐蚀深度的预测结果准确性高,灰色预测模型能较好地揭示活塞腐蚀深度随时间的变化规律。

航空活塞发动机电控硬件的模块化设计与实现

针对高压共轨型航空活塞发动机的电控单元硬件电路,采用模块化设计方法有助于电控硬件系统适应功能化集成芯片的发展趋势。以英飞凌32位微控制器芯片为核心,从整体到细节对3.3 V和5 V电源供电稳压、MCU晶振供电、0~5 V传感器信号调理、执行器高低边功率驱动、PCB电路板布局等进行了模块化电路设计。经过PCB印刷电路制板和电子元器件的手工焊接,在发动机台架上进行了电路硬件系统的实验验证。实验结果中重点分析了曲轴凸轮轴传感器信号调理模块的0~3.3 V电压限幅和变频方波变换、高压泵油量计量电磁阀高边MOS管满足最大5 A的功率驱动和喷油器24~48 V混合半桥MOS管驱动Peak-Hold型瞬态电流。其整体实验效果好,符合应用要求。

活塞式航空发动机高空性能提升技术现状及发展趋势

分析了活塞式航空发动机随海拔升高时性能下降规律,从进气、点火、喷油三个方面提出了活塞式航空发动机性能提升技术,如单级或多级涡轮增压技术、高能点火技术、双火花塞点火技术以及缸内直喷技术。研究表明,单级涡轮增压技术、双火花塞技术已成熟应用于航空发动机高空性能恢复,而多级增压、高能点火以及缸内直喷技术在未来必定会成为高空性能恢复技术的重要研究方向。

基于燃油调节原理的航空活塞发动机性能分析

直接喷射式燃油系统具有油气比控制精确、燃油燃烧效率较高、便于寒冷天气起动等优点,广泛应用于航空活塞发动机。基于在中国通用航空领域广泛应用的Cirrus SR20和Cessna 172R型飞机分别配装的大陆IO-360-ES和莱康明IO-360-L2A发动机的直喷式燃油调节器的结构组成和调节原理,比较分析了这2种航空活塞发动机的加速性能、高空调贫性能和慢车工作稳定性等发动机使用性能。结果表明:IO-360-ES发动机燃油经大车燃油压力和慢车燃油压力调节后进行油气混合比调节,再流至油门计量体进行燃油压力调节;IO-360-L2A发动机燃油经过人工混合比调节、慢车燃油流量和混合比调节后流至主燃油调节器。IO-360-ES发动机燃油系统的高空调贫性能和慢车稳定性能优于IO-360-L2A型发动机的,但IO-360-L2A发动机燃油系统的加速性能优于IO-360-ES发动机的。