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Nutating发动机概念设计分析和参数计算
| 论文题名： | Nutating发动机概念设计分析和参数计算 |
| 关键词： | 摇摆式发动机;摆盘运动;燃烧热效率;概念设计;参数优化计算 |
| 摘要： | Nutating（摇摆）运动是一种类似于旋转的硬币在停止前所做的摇摆式运动。应用这种特殊运动作为主要部件运动形式的内燃机称之为“Nutating发动机”即“摇摆式发动机”。摇摆式发动机相比于传统往复活塞式发动机在诸多方面都有着潜在的优势:以摆盘的摇摆运动代替了“活塞-连杆”机构的往复运动，机体承受的往复惯性力小;其气缸内气体吞吐量大，“进气/压缩”功能与“膨胀作功/排气”功能独立分开。这些特点使得摇摆式发动机理论功率密度高，燃烧热效率高，噪声振动小，可以有效地增加其安装车辆的负载以及应用范围。因此，摇摆式发动机有着广阔的发展前景。 本文在消化国外最新专利的基础上，主要研究内容包括以下几点: 1、摇摆式发动机原型机的结构分析:根据国外最新专利，对Nutating发动机原型机进行结构分析和主要部件的运动学分析，建立了其主要部件的三维CAD模型; 2、摇摆式发动机工作过程优化:对摇摆式发动机原型机的工作过程和结构进行了优化，消除了原型机工作过程中的压缩负功的浪费，提高了循环热效率; 3、摇摆式发动机热力循环分析以及工作过程数值计算:针对平面摆盘的摇摆式发动机，分析其热力学循环的特点，建立了热力学循环方程以及工作过程的数学模型，对其进行了初步的数值仿真计算; 4、摇摆式发动机的性能预测:根据平面摆盘摇摆式发动机的数学模型，对其工作过程进行了计算，预测其理论的输出性能指标; 5、摇摆式发动机结构参数优化:根据性能计算的有关结果，分析了发动机主要结构的几何参数对于整机性能的影响，进而对其进行了优化。 究结果表明，摇摆式发动机摆盘边缘的运动轨迹是空间不规则的;其挡板与摆盘边缘的接触面为不规则弧形，以防止运动干涉;摆盘直径对于指示功率的影响类似于传统往复活塞式发动机中的活塞直径;增加摆盘摆角和推迟点火时刻可以增加指示功率;由于有效膨胀比的限制，发动机的点火时刻最迟不能超过燃烧室形成之后的150°曲轴转角，同时摆盘摆角也由于受到机械传动效率和润滑的限制，不能超过35°;较大的摆盘摆角和较早的点火时刻还可以提高发动机的热效率。此外，任何一个点火时刻都对应着一个能够实现的发动机最大压缩比（压缩比低于此值不受限制），或者说任何一个压缩比下都对应着一个最迟点火时刻（再迟则预定的发动机压缩比无法保证）;压缩比愈高，对应的最迟点火时刻愈早，发动机最大指示功率愈小，热效率愈高，这个规律符合发动机部分负荷工况的控制要求。 |
| 作者： | 杨琦 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杨海青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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