一種航空渦輪增壓內(nèi)燃機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航空渦輪增壓內(nèi)燃機。
【背景技術(shù)】
[0002]高空長航時無人機由于續(xù)航時間長，工作高度高，可執(zhí)行偵查、地質(zhì)勘測、偵查巡邏和通訊中繼等任務(wù)，可收集比較完整的情報信息，可以提供比衛(wèi)星更為詳細的情況而且飛行軌跡比衛(wèi)星系統(tǒng)要靈活得多，是無人機發(fā)展的重要方向。
[0003]高空長航時無人機的研宄重點是與高空飛行的有關(guān)技術(shù)，特別是推進系統(tǒng)技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，高空長航時無人機采用的推進裝置主要是渦輪發(fā)動機或內(nèi)燃機。與渦輪發(fā)動機相比，以螺旋槳為推進裝置的內(nèi)燃機在低速情況下具有更高的推進效率，發(fā)動機油耗更低，且成本很低。只要為這些內(nèi)燃機配上先進的高增壓渦輪增壓系統(tǒng)就能提高發(fā)動機工作高度，為高升限無人機提供動力。高增壓比的渦輪增壓組合發(fā)動機是高空長航時無人機的理想動力裝置。
[0004]與車用發(fā)動機增壓方式不同，高空動力在地面增壓度很低(約1.2)，甚至可以不增壓，增壓系統(tǒng)工況很低。隨著高度的不斷增加，環(huán)境壓力降低，增壓系統(tǒng)不斷提高工況，逐漸達到最高增壓比，以保持發(fā)動機進氣壓力達到海平面的水平，發(fā)動機高空輸出功率不衰減。因此增壓系統(tǒng)與發(fā)動機的匹配必須在高空條件下進行。而目前，常用的渦輪增壓內(nèi)燃機無法適應(yīng)高空長航時無人機的高空飛行任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何設(shè)計一種適應(yīng)高空長航時無人機的高空飛行任務(wù)的渦輪增壓內(nèi)燃機。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種航空渦輪增壓內(nèi)燃機，包括發(fā)動機本體、渦輪增壓器、中冷器和渦輪增壓控制器。
[0009]所述渦輪增壓器用于對待進入發(fā)動機本體的空氣進行壓縮，并將壓縮后的空氣傳送至中冷器；還用于利用自于發(fā)動機本體的廢氣進行做功；
[0010]所述中冷器用于對來自渦輪增壓器的空氣進行冷卻后，傳送給發(fā)動機本體；
[0011]所述發(fā)動機本體用于對來自中冷器的空氣進行處理，形成油氣混合物燃燒后，推動活塞做功，并將氣缸內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的廢氣通過排氣管路排出發(fā)送給渦輪增壓器；
[0012]所述渦輪增壓控制器用于調(diào)節(jié)渦輪增壓器的工作狀態(tài)，得到預(yù)期的發(fā)動機空氣盒壓力，從而得到所需的發(fā)動機功率。
[0013]優(yōu)選地，所述發(fā)動機本體為R0TAX914F。
[0014]優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機還包括空濾器，用于對外界空氣進行過濾后發(fā)送給渦輪增壓器。
[0015]優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機還包括消音器，用于將發(fā)動機本體排出的廢氣經(jīng)過渦輪增壓器后排到空氣中，并在工作過程中實現(xiàn)消音功能。
[0016]優(yōu)選地，所述發(fā)動機本體與渦輪增壓器滿足以下匹配目標(biāo):通過內(nèi)燃機仿真軟件建立發(fā)動機本體匹配渦輪增壓器的數(shù)學(xué)仿真模型，調(diào)整渦輪增壓器與發(fā)動機本體的匹配工作性能，使得驅(qū)動渦輪增壓器中的渦輪所需要的能量與發(fā)動機本體排氣可提供的能量相平衡，且渦輪增壓器中的壓氣機流量特性與各工況下發(fā)動機本體所需的流量相一致。
[0017]優(yōu)選地，通過以下結(jié)構(gòu)設(shè)計達到發(fā)動機本體匹配渦輪增壓器的目的:所述渦輪增壓器的壓氣機設(shè)計為彎掠葉型，且對壓氣機的機匣做抽吸環(huán)槽處理，使得泄漏渦被抽吸環(huán)槽吸取走，泄漏流動的通道被阻斷，其泄漏渦渦線在抽吸環(huán)槽處消失，從而實現(xiàn)發(fā)動機本體在小流量工況下擴穩(wěn)。
[0018]優(yōu)選地，通過以下結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)中冷器與發(fā)動機本體的匹配設(shè)計:所述中冷器包括封頭體I和芯體3，所述封頭體I焊接在芯體3上，用于對熱流進行導(dǎo)流；所述芯體3由多組冷邊翅片、多組熱邊翅片、多個隔板、兩個側(cè)板，多個冷邊封條，以及多個熱邊封條組成；所述冷邊翅片和熱邊翅片均為三角形平直翅片，且冷邊翅片與熱邊翅片交叉放置實現(xiàn)叉流換熱，相鄰的兩個翅片之間設(shè)有隔板；其中一側(cè)板設(shè)置于頂端翅片的上側(cè)，另一側(cè)板設(shè)置于底端翅片的下側(cè)；冷邊封條設(shè)置于冷邊翅片的側(cè)面，熱邊封條設(shè)置于熱邊翅片的側(cè)面，每個冷邊翅片或熱邊翅片包括多個重復(fù)單元，每個重復(fù)單元稱為一節(jié)，每一節(jié)的縱截面為三角形；在中冷器外廓尺寸為326X247.5X90mm、熱邊、冷邊翅片，熱邊、冷邊封條和隔板材料為3A21，以及封頭體I材料為5A06的條件下，計算芯體3，熱邊、冷邊翅片，隔板，熱邊、冷邊封條以及側(cè)板的尺寸，使得冷熱邊流比為1.1時，設(shè)計點效率達到多0.51，熱邊阻力達到(3.0kPa，冷邊阻力達到彡1.5kPa。
[0019]優(yōu)選地，通過以下方式實現(xiàn)渦輪增壓控制器與發(fā)動機本體的匹配設(shè)計:所述渦輪增壓控制器按照預(yù)設(shè)的控制規(guī)律，根據(jù)環(huán)境參數(shù)、發(fā)動機的工作狀態(tài)以及空氣盒參數(shù)的信號變化，通過調(diào)節(jié)尾氣門舵機的位置，進而調(diào)節(jié)渦輪增壓器的工作狀態(tài)，得到預(yù)期的空氣盒壓力，從而得到所需的發(fā)動機功率，以滿足不同飛行器及各飛行工況的性能要求。
[0020]優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的控制規(guī)律為包括以下控制步驟:
[0021]S1、上電后，控制系統(tǒng)進行初始化；
[0022]S2、控制系統(tǒng)進行自檢，包括尾氣門舵機自檢和告警燈控制；
[0023]S3、控制系統(tǒng)根據(jù)采樣值進行空氣盒壓力給定值計算；
[0024]S4、控制系統(tǒng)將空氣盒壓力給定值與空氣盒壓力實際值比較作差，得到尾氣門舵機位置的修正值；
[0025]S5、控制系統(tǒng)根據(jù)空氣盒溫度、大氣壓力和空氣盒壓力給定值查表得到尾氣門舵機位置的基準值，根據(jù)尾氣門舵機位置的修正值和尾氣門舵機位置的基準值計算得到尾氣門舵機位置的給定值；
[0026]S6、控制系統(tǒng)將尾氣門舵機位置的給定值與尾氣門舵機的實際位置比較作差，根據(jù)作差結(jié)果控制尾氣門舵機向指令位置旋轉(zhuǎn)；
[0027]S7、根據(jù)空氣盒壓力的限幅濾波值控制電磁閥。
[0028](三)有益效果
[0029]本發(fā)明航空渦輪增壓內(nèi)燃機基于R0TAX914F發(fā)動機本體(簡稱原機)進行改進，保持原機基本結(jié)構(gòu)形式和最大功率不變，通過與渦輪增壓器、渦輪增壓控制器以及中冷器的優(yōu)化匹配，提高了發(fā)動機本體的高空功率，從而使得渦輪增壓內(nèi)燃機整體能夠適應(yīng)高空長航時無人機的高空飛行任務(wù)。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的航空渦輪增壓內(nèi)燃機原理圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的中冷器結(jié)構(gòu)平面示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明的中冷器中芯體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4為渦輪增壓控制器原理框圖；
[0034]圖5為高空試驗驗證數(shù)據(jù)曲線圖。
【具體實施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0036]為了使得渦輪增壓內(nèi)燃機整體能夠適應(yīng)高空長航時無人機的高空飛行任務(wù)，本發(fā)明的內(nèi)燃機需要在以下約束條件下進行設(shè)計:首先，由于無人機主要執(zhí)行偵察、勘測等任務(wù)，故其載重能力成為衡量其優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。這就要求發(fā)動機在保證高水平功率輸出的同時，發(fā)動機整機結(jié)構(gòu)須實現(xiàn)緊湊、小型和輕量化的目標(biāo)。其次，為了使無人機能夠應(yīng)用于高原地區(qū)，飛行升限須達到8200m，起飛高度須達到4300m以上，故發(fā)動機整機須同時兼顧平原與高原工作性能，滿足發(fā)動機高空功率指標(biāo)要求。因此為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明設(shè)計了一種全新結(jié)構(gòu)的航空渦輪增壓內(nèi)燃機，并進行了總體匹配設(shè)計。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種航空渦輪增壓內(nèi)燃機，包括發(fā)動機本體、渦輪增壓器、中冷器和渦輪增壓控制器。所述渦輪增壓器用于對待進入發(fā)動機本體的空氣進行壓縮，并將壓縮后的空氣傳送至中冷器