雙轉(zhuǎn)子活塞式高功率密度發(fā)動機力學特性研究結(jié)題摘要

項目首次提出并研究了氣缸動態(tài)擴容和倍頻做功的創(chuàng)新設計思想，通過改變氣缸布置形式來改善機構(gòu)的力矩轉(zhuǎn)換特性，本項目研究成果將為設計新型高功率密度發(fā)動機提供力學設計理論依據(jù)。 項目研制期間主要完成了大幅度提高發(fā)動機功率密度的方法研究，提出了一種新型的功率傳輸機構(gòu)，研究了氣缸、活塞結(jié)構(gòu)形狀與做功頻率之間的關系，研究了氣缸容積動態(tài)擴容原理以及氣缸不同布置形式的傳力特性。研究了轉(zhuǎn)子活塞結(jié)構(gòu)形式與力矩轉(zhuǎn)換特性，分別對于幾種活塞的力矩傳遞特性建立了數(shù)學模型并進行了深入的特性研究。對多種功率傳輸機構(gòu)的傳力特性作了定量分析，分別建立了凸輪式功率傳輸機構(gòu)、內(nèi)、外擺線功率傳輸機構(gòu)、周擺線功率傳輸機構(gòu)以及擺盤的功率傳輸機構(gòu)的傳力特性研究模型，研究了傳動角的大小和變化規(guī)律，為確定功率傳輸機構(gòu)的最優(yōu)選型提供依據(jù)。 建立了功率傳輸機構(gòu)運動學模型，進行了動力學特性分析，項目建立了功率傳輸機構(gòu)的運動模型，對于機構(gòu)的運動學和動力學特性進行了分析，分析了內(nèi)燃機氣缸容積變化規(guī)律與燃燒爆炸做功過程的關系，綜合考慮氣缸容積變化規(guī)律與功率傳輸機構(gòu)的運動過程的關系，分析了各構(gòu)件運動所產(chǎn)生慣性力大小和方向變化規(guī)律， 設計了新型高功率密度轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動機，研究了旋轉(zhuǎn)慣性力矩自平衡結(jié)構(gòu)形式，研究了運動構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)慣性力矩，設計了反向同步運動的結(jié)構(gòu)形式，研究了轉(zhuǎn)子活塞組件慣性力矩大小及變化規(guī)律，研究了功率傳輸機構(gòu)中各運動構(gòu)件慣性力和慣性力矩變化規(guī)律；確定了變速旋轉(zhuǎn)運動構(gòu)件反向?qū)D(zhuǎn)同步運動構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式，分析了總體慣性力系大小及變化。 完成了新型功率傳輸機構(gòu)運動原理樣機的動力特性測試及驗證。項目研制新型功率傳輸機構(gòu)運動原理樣機，搭建了動力特性測試環(huán)境，對于新型功率傳輸機構(gòu)進行了運動學以及動力學特性測試。 項目研究對于創(chuàng)新功率傳輸機構(gòu)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化部件設計以及拓展新型功率傳輸機構(gòu)構(gòu)型夯實了理論基礎。 2100433B

提高發(fā)動機能量轉(zhuǎn)換效率以及發(fā)動機的功率密度是發(fā)動機設計人員追求的永恒目標。傳統(tǒng)的基于曲柄滑塊式功率傳輸機構(gòu)的發(fā)動機，其潛力挖掘已經(jīng)接近極限，唯有創(chuàng)新設計新的功率傳輸機構(gòu)才可能取得突破。本項目組提出了一種新型環(huán)形串聯(lián)氣缸雙轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動機，圍繞該發(fā)動機的若干關鍵技術開展以下工作；大幅度提高發(fā)動機功率密度的方法研究、轉(zhuǎn)子活塞結(jié)構(gòu)形式與力矩轉(zhuǎn)換特性研究、功率傳輸機構(gòu)的傳力特性研究、功率傳輸機構(gòu)的運動學建模與動力學分析、旋轉(zhuǎn)慣性力矩自平衡結(jié)構(gòu)形式研究、新型功率傳輸機構(gòu)運動原理樣機的動力特性測試驗證等工作。本項目首次提出氣缸動態(tài)擴容和倍頻做功的創(chuàng)新設計思想，為大幅度提高發(fā)動機的功率密度指明了方向，提出的通過改變氣缸布置型式來改善機構(gòu)的力矩轉(zhuǎn)換特性，從而提高發(fā)動機能量轉(zhuǎn)換效率之目的，工程上是一種行之有效的手段。本項目研究成果將為設計新型高功率密度發(fā)動機提供力學設計理論依據(jù)，意義重大。

旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機是指燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫高壓燃氣推動活塞旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生動力的內(nèi)燃機。又叫做轉(zhuǎn)子發(fā)動機，廣泛應用于汽車領域。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機（Wankel Engine、Rotary Engine）是由德國人菲加士·汪克爾（Felix Wankel，1902-1988）所發(fā)明，他在總結(jié)前人的研究成果的基礎上，解決了一些關鍵技術問題，研制成功了第一臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機。轉(zhuǎn)子發(fā)動機采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來控制壓縮和排放，與傳統(tǒng)的往復活塞式發(fā)動機的直線運動迥然不同。