Теплообмен в зарубашечном пространстве авиационного поршневого двигателя и разработка адаптивной системы охлаждения с целью улучшения его характеристик на режиме прогрева

• Автор: Салахов, Ришат Ризович
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Оглавление
Содержание
Введение
ГЛАВА 1. Анализ литературных источников по тепловому состоянию поршневых двигателей для воздушных и наземных транспортных средств
1.1 Факторы, влияющие на тепловое состояние двигателя в процессе
его работы
1.2 Анализ влияния теплового состояния двигателя на его
энергетические характеристики
1.3 Анализ влияния теплового состояния двигателя на его
экологические характеристики
1.4 Анализ влияния теплового состояния двигателя на ресурс
1.5 Режимы работы авиационного поршневого двигателя
1.6 Направления совершенствования системы охлаждения авиационных поршневых двигателей внутреннего сгорания
1.7 Состояние вопроса и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. Моделирование и исследования теплового состояния авиационного поршневого дизельного двигателя на режиме прогрева
2.1 Математическое описание процессов, происходящих в
зарубашечном пространстве поршневого двигателя
2.2 Описание функциональной модели системы охлаждения
поршневого двигателя в программном комплексе ЬМ8 АМЕ8пп
2.3 Математическая модель системы охлаждения в программном комплексе ЬМ8 АМЕБт
2.4 Определение параметров элементов функциональной модели системы охлаждения и проведение тестовых расчетов
2.5 Модернизация функциональной модели системы охлаждения
ГЛАВА 3. Экспериментальный стенд и результаты исследования теплового состояния поршневого двигателя на режиме прогрева

3.1 Описание экспериментального стенда
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований
3.3 Оценка точности результатов исследований
3.4 Анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований
ГЛАВА 4. Разработка адаптивной системы охлаждения поршневого авиадвигателя
4.1 Численные исследования системы охлаждения с электрическим приводом водяной помпы на режиме прогрева
4.2 Описание адаптивной системы охлаждения поршневого авиационного двигателя
ГЛАВА 5. Модернизация водяной помпы для системы охлаждения поршневого авиадизеля с электрическим приводом насоса
5.1 Анализ работы штатной водяной помпы в системе охлаждения тестового двигателя
5.2 Разработка модернизированного рабочего колеса для водяного насоса поршневого двигателя
Заключение
Список сокращений
Список литературы
Введение
К настоящему времени в Российской Федерации создан ряд крупных широкопрофильных корпоративных структур, разрабатывающих и производящих мощные авиационные двигатели для военной и гражданской авиации, газотурбинные установки различного назначения. Однако в линейке этой продукции практически отсутствуют авиационные двигатели малой мощности. Крупные производители неохотно берутся за производство малоразмерных двигателей, особенно, в условиях изготовления продукции малыми партиями. В свою очередь, отсутствие авиационных двигателей малой мощности является ключевым фактором, сдерживающим развитие перспективных беспилотных комплексов гражданского и военного назначения.
Анализ рынка потребления подтверждает растущий спрос на данную продукцию. При этом Россия является чистым импортёром. Доля производства данных двигателей в отечественной промышленности в 2012 -2013 гг. составила всего 1-2%.Одним из наиболее актуальных вопросов в этой части является локализация производства двигателей в РФ.
Проведение исследований, разработка высокопроизводительной технологии многоцелевых многотопливных двигательных установок нового поколения и агрегатов, входящих в их состав, и организация производства уникальных по своим параметрам силовых установок на территории Российской Федерации позволит поднять на качественно новый уровень ряд направлений авиационной отрасли.
В последнее время в легкой и беспилотной авиации, наряду с зарубежными звездообразными двигателями, начали появляться современные рядные дизельные моторы, производство которых, несмотря на упадок отечественного поршневого двигателестроения, планируется развернуть в нашей стране. Эти моторы, имеют, как правило, жидкостную систему охлаждения.
Известно, что эффективность поршневого двигателя существенно зависит от температуры, при которой реализуются рабочие процессы в его цилиндрах.

Для создания подобных адаптивных систем охлаждения (АСО) необходимо правильно моделировать поведение двигателя и, соответственно, точно оценивать тепловое состояние двигателя. В данной работе ставится задача получения надежного и достоверного инструмента анализа существующих и новых перспективных систем охлаждения. Для верификации полученной математической модели на данном этапе были выполнены экспериментальные исследования прогрева до 80°С (температура открытия термостата).
Из всех режимов работы двигателя в данном исследовании был выбран именно режим прогрева двигателя, как наименее эффективный и неэкологичный. Несмотря на большое количество работ в области исследования системы охлаждения, режим прогрева двигателя недостаточно изучен и имеет большой потенциал оптимизации, особенно применительно к конкретным конструкциям авиационных поршневых двигателей. Поэтому решение подобной задачи актуально и в рамках представленной работы поставлены следующие задачи:
1) Разработка математической и функциональной модели системы охлаждения двигателя с учетом возникающего поверхностного кипения в рубашке охлаждения;
2) Модернизация измерительной системы моторного стенда, обеспечивающей измерение температурного состояния межклапанных перемычек ГБЦ и тепловых процессов в зарубашечном пространстве двигателя;
3) Численные и экспериментальные исследования влияния тепловых процессов в зарубашечном пространстве двигателя на его энергетические и экологические характеристики на режиме прогрева;
4) Верификация результатов численных исследований теплового состояния двигателя на режиме прогрева по данным экспериментальных исследований;
Разработка адаптивной системы охлаждения двигателя и модифицированного водяного насоса для достижения оптимальных характеристик двигателя на режиме прогрева.