Анализ и синтез свободнопоршневых механизмов энергоустановок летательных аппаратов

• Автор: Герасимов, Денис Викторович
• Шифр специальности: 05.07.05, 05.02.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 122 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР СВОБОДНОПОРШНЕВЫХ МЕХАНИЗМОВ И РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ВЕКТОРНЫХ МОДУЛЕЙ

2.1. Структурный анализ свободнопоршневых механизмов

2.1.1. Структурноконструктивные схемы механизмов

2.1.2. Совмещнные подвижные соединения звеньев

2.1.2.1. Условия образования совмещнных подвижных соединений

2.1.2.2. Совмещнные осевые подвижные соединения

2.1.2.3. Совмещнные радиальные подвижные соединения

2.1.2.4. Совмещнные смешанные подвижные соединения
2.1.3. Обращение совмещнного подвижного соединения в свободноноршневые механизмы
2.1.3.1. Выбор стойки
2.1.3.2. Введение дополнительных связей звеньев
2.2. Развитие теории векторных модулей
2.2.1. Анализ применимости элементарных модулей в
моделях свободнопоршневых механизмов
2.2.2. Применение метода обращения для модулей Прб и Пр
2.2.3. Применение метода отображения на плоскости
3. РАЗРАБОТКА ОСНОВ МЕТОДИКИ КОМПОЗИЦИИ СВОБОДНОПОРШНЕВЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК
3.1. Обобщнное описание свободнопоршнсвой энергоустановки
3.2. Обобщнное описание свободнопоршневого механизма
3.3. Аналитическое описание межконтурных связей
3.4. Выбор динамической модели свободнопоршиевой энергоустановки
4. КОМПОЗИЦИЯ СВОБОДНОПОРШНЕВЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ
4.1. Особенности работы свободнопоршневого ДВС
4.2. Особенность работы линейного электрогенератора
4.3. Поисковые возможности метода композиции
4.4. Требования к микропроцессорной системе управления
4.5. Поиск принципиальных схем линейных ДВС с однонаправленным 1 вращением выходного вала
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Наиболее широкое применение в современном двигателе-строении получил кривошипно-ползунный механизм [6, ]. Имеется объективная причина поиска принципиально новых механизмов двигателей силовых установок. Механизм обеспечивает возможность реализации далеко не идеального термодинамического процесса при постоянно изменяющемся рабочем объеме. Механизм не обеспечивает возможность преобразования максимальной нагрузки на поршень в крутящий момент на валу при нулевом эффективном плече. Механизм одноцилиндрового двигателя кинематически неработоспособен, необходимо применение лишней массивной детали - маховика. Нафузка поршня на цилиндр существенно офаничиваег работоспособность и ресурс двигателя. Быстротекущие процессы расширения-сжатия определяют политропный процесс преобразования тепловой энергии, существенно отличающийся от идеального. Повышение частоты вращения и степени сжатия, как способ увеличения литровой мощности двигателя, приводит к снижению его термодинамического совершенства. Любой современный поршневой двигатель по экологическим и экономическим критериям можно считать однорежимным: минимум расхода топлива при допустимом качестве его сгорания обеспечивается в узком диапазоне частот вращения выходного вала. Сложные системы смесеобразования, газораспределения, воспламенения рабочей смеси и нейтрализации выхлопных газов создаю гея для компенсации этого недостатка. Ограничение возможности регулирования крутящего момента на выходном валу в широком диапазоне частот его вращения определяет необходимость создания силовой установки летательного аппарата (транспортного средства), в котором вал двигателя связан с коробкой передач или вариатором. Нулевая величина эффективного плеча при максимальном давлении газов на поршень и максимальная - при существенном снижении последнего приводит к тому, что десятки процентов энергии топлива тратятся на деформацию деталей и подшипников, без передачи её на выходной вал. Увеличение числа цилиндров двигателя, преподносимое как техническое достижение, чаще всего является вынужденной мерой борьбы с кинематической неработоспособностью кривошипно-ползунного механизма. Установка на летательный аппарат двух и более двигателей определяется прежде всего стремлением повысить безопасность полёта в случае отказа одного из них, а не желанием повысить общую мощность энергоустановки. Нагрузки поршня на цилиндр в традиционном поршневом ДВС исключить невозможно. Известно множество технических предложений, снижающих или полностью исключающих эту нагрузку, но они основаны на добавлении звеньев в традиционную кинематическую схему. ДВС при неограниченной свободе усложнения всех прочих механических систем силового агрегата летательного аппарата. Эти обстоятельства определяют актуальность поискового конструирования механизмов силовых установок. Известны оригинальные двигатели "Виг1е1" и С. С. Баландина, Ф. Ванкеля, Р. Сарича, А. Курочкина и многих других авторов, создавших работоспособные конструкции ДВС оригинальных схем. Математические модели механизмов различных двигателей внутреннего сгорания можно компоновать из элементарных плоских и пространственных стандартных векторных контуров (модулей), отображая звенья механизмов векторами []. Однако, до настоящего времени не все пространственные элементарные модули имеют отлаженное аналитическое обеспечение, что затрудняет их применение для исследования некоторых перспективных механизмов авиационных двигателей. Достижение болсс благоприятных условий для организации термодинамического процесса. Повышение экономических и экологических характеристик. Достижение возможности регулирования крутящего момента в широком диапазоне частот вращения выходного вала. Минимизация веса и габаритов. При поиске перспективных схем механизмов необходимо учитывать требования массового производства и перспективные технологии, а также традиционное отношение к многозвенности кинематических схем основных механизмов двигателей. На протяжении многих лет продолжается поиск различных механизмов машин объёмного вытеснения. Наиболее полно многообразие направлений этих поисков отображает раздел ?