【正文】 I 河 北 工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 作 者： 李銀寶 學(xué) 號(hào)： 110316 學(xué) 院： 機(jī)械學(xué)院 系 (專(zhuān)業(yè) )： 車(chē)輛工程 題 目： 微型轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與分析 指導(dǎo)者： 石維佳 教授 評(píng)閱者： 年 月 日 II 微型轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與分析 摘要 微 小 型 機(jī)電 系統(tǒng)概念的提出 為 微型動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展 奠定了良好基礎(chǔ) ，體積 微小 、儲(chǔ)能 較 高、功率輸出范圍寬且 性能 穩(wěn)定的特點(diǎn) ， 使微小型動(dòng)力機(jī)械 具有良好的發(fā)展前景 及應(yīng)用市場(chǎng) ， 但目前該 領(lǐng)域的發(fā)展 還 不成熟。 基于此 ，本文提出一種微小型 隔離扇 柔性轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其 中隔離扇 轉(zhuǎn)子的 柔性特點(diǎn)使其具有 諸多 獨(dú)特優(yōu)勢(shì) 。 本文 針對(duì)其性能 和 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性 展開(kāi) 研究工作 ， 具體研究?jī)?nèi)容 如下 ： 1． 依據(jù) 發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理 對(duì) 整機(jī)結(jié)構(gòu) 和 各子系 統(tǒng) 進(jìn)行 設(shè)計(jì)，建立了工作過(guò)程的 熱力學(xué)模型 、 燃燒過(guò)程 的 三維數(shù)值模擬 ， 校核了放熱模型。 以上述模型 計(jì)算燃燒室 的 性能指標(biāo)，討論了 對(duì) 燃燒室性能 有 影響 的諸多 因素 ， 明確了 具體的 影響規(guī)律。結(jié)果表明，燃燒室排量為 cm ，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下燃燒室 的 指示熱效率為 %28 ，考慮 全部 損失 時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī) 的 最大輸出功率為 W69 ，有效效率為 % 。 2． 燃燒室流動(dòng) 和 燃燒過(guò)程 的 三維數(shù)值模擬。通過(guò) 對(duì) 燃燒過(guò)程 的 數(shù)值模擬計(jì)算分析 了 燃燒室 氣流 流動(dòng) 和 燃燒性能。此基礎(chǔ)上， 又展開(kāi)了對(duì) 燃燒室尺寸 和工作條件 對(duì) 其 性能影響規(guī)律 的研究 。 3．針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 工作 過(guò)程中 隔離扇 轉(zhuǎn)子剛 柔耦合特性 以及 隔離扇 的幾何非線(xiàn)性彈性變形，為考察 隔離扇 的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 和 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)特性，建立了大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)的 隔離扇 轉(zhuǎn)子剛 柔耦合非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)理論模型，為準(zhǔn)確計(jì)算其動(dòng)力學(xué)特性奠定基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞： 隔離扇 柔性轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒室 性能 幾何非線(xiàn)性 數(shù)值模擬 微小型機(jī)械 III Design of Micropower Engine’ s Structure and its Analyses Abstract： The proposal of the concept of micro electromechanical system promotes the development of micropower system, whose smaller size, higher energy storage and a wider range of power output and applying stable, which makes it a wide range of application market and bright prospects for its development. While now this field is not mature. Based on this background, this article presents a micro isolatedwing flexible rotary engine, whose flexible characteristics make it a unique advantage. Based on the concept prototype and to understand its performance and structural dynamics, the main contents of this article are as below: 1. According to the principle of the engine, the whole structure and subsystems were designed, and thermodynamic model of the engine ,bustion heat release model revised based on the threedimensional numerical simulation process was established in the article. On this basis, the article calculated the bustion performance and discussed the influence of the bustion performance factors and pointed out the rules of its impact on performance. The results show that the displacement of bustion chamber of the engine is cm , and the indicated thermal efficiency under the design speed conditions is %28 and taking into account the mechanical loss the engine maximum output power reaches W69 and the effective efficiency is % . 2. This article built bustion heat release model revised based on the chamber fuel gas flow process and the threedimensional numerical simulation process. On this basis, the article discussed the influence of the bustion size and working conditions on performance. 3. Against the isolated wingrotor rigidflexible coupling characteristics and isolatedwing geometry nonlinear elastic deformation du IV ring its working process, in order to examine the structural dynamic strength of the isolatedwing and the engine dynamics, the nonlinear dynamics theory model of isolated wingrotor rigidflexible system with wide range rotation was established, which laid the foundation on accurately calculating the dynamic characteristic. Key Words: isolatedwing flexible rotary engine。 chamber property。 geometric nonlinear。 numerical simulation。 micro machine V 目錄 第 1 章 緒論 ............................................. 1 研究背景 ........................................................ 1 微小型動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展概述 .......................................... 2 微型燃?xì)廨啓C(jī) ............................................. 2 微型三 角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī) ....................................... 3 微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī) ........................................... 3 微型對(duì)置自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī) ................................... 4 微型發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) ..................................... 5 微尺度燃燒研究現(xiàn)狀 .............................................. 5 微尺度流動(dòng)、燃燒面臨的問(wèn)題 ............................... 5 微尺度空間燃燒可行性的研究 ............................... 6 簧片柔性轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 .................................... 7 研究目的及研究?jī)?nèi)容 .............................................. 9 研究目的及意義 ........................................... 9 研究?jī)?nèi)容 ................................................. 9 第 2 章 隔離扇柔性轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程數(shù)值模擬 ............. 11 燃燒模型綜述 ................................................... 11 發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................. 11 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................ 12 燃燒室密封設(shè)計(jì) .......................................... 13 燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................... 13 燃燒空間容積計(jì)算 ........................................ 14 隔離扇柔性轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)模型 ................................. 16 燃燒室工作性能數(shù)值模擬 ......................................... 17 工作性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 .............................. 17 初始條件及模型驗(yàn)證 ...................................... 18 理想工況性能模擬 ........................................ 18 VI 燃燒室工 作性能影響因素分析 ..................................... 20 傳熱損失因素 ............................................ 20 漏氣損失因素 ............................................ 21 點(diǎn)火時(shí)刻因素 ............................................ 22 燃燒持續(xù)時(shí)間因素 ........................................ 24 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失模型 ............................................. 24 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失 .......................................... 25 機(jī)械損失模型 ............................................ 25 機(jī)械損失結(jié)果 ............................................ 25 隔離扇柔性轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)輸出性能計(jì)算 ............................... 26 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出性能評(píng)價(jià)指標(biāo) .................................. 26 發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性 .......................................... 27 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性 .......................................... 28 本章小結(jié) .................................