مطالعه پارامترهای عملکردی موتور پرخورانی شده هوایی در ارتفاع با استفاده از مدل یک ‌بعدی

نوع مقاله : گرایش پیشرانش و انتقال حرارت

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس

3 مرکز تحقیقات پیشرانش نهاب دانشگاه جامع امام حسین (ع)

چکیده

مدل­سازی یک بعدی موتورهای پیستونی هوایی، یکی از روش های مطالعه رفتار و عملکرد آنها در شرایط محیطی مختلف می­باشد. در این تحقیق به موضوع مدل­سازی یک بعدی موتور روتکس 914 به­عنوان یک موتور توربوشارژدار بنزینی هوایی و نیز پیش­بینی رفتار آن در ارتفاعات مختلف پرداخته می­شود. برای این منظور مدل یک بعدی کلیه اجزاء موتور همچون؛ فیلتر هوا، کاربراتور، منیفولد هوا، سوپاپ­های ورودی و خروجی، سیلندر و پیستون، میل‌لنگ، منیفولد دود و توربوشارژر در نرم­افزار GT-Power ایجاد می­شود. سپس با اعتبارسنجی مدل با داده­های ارائه­شده توسط شرکت سازنده و حصول اطمینان از دقت مناسب مدل، به مطالعه پارامترهای عملکردی مهم موتور و خطوط عملکردی توربوشارژر تا ارتفاع 30 هزارپایی از جنبه­های مختلف پروازی پرداخته می­شود. با مطالعه انجام شده مشاهده شد که تا ارتفاع 18 هزارپایی، توربوشارژر مانع از افت شدید پارامترهای عملکردی موتور می­شود و از آن به بعد به دلیل رسیدن کمپرسور به ناحیه سرعت بیشینه، شارژ هوای مورد نیاز و جلوگیری از افت عملکرد شدید موتور امکان­پذیر نیست. همچنین با مطالعه اثر تغییرات دمای محیط بر عملکرد موتور مشاهده شد که افزایش 40 درجه­ای دمای محیط، سبب افت 10 درصدی توان ترمزی و در نتیجه آن افت عملکرد پرنده در هنگام اوج­گیری خواهد شد. تاثیرگذاری تغییرات دمای محیط و ارتفاع بر عملکرد موتور، متفاوت است به صورتی­که تا رسیدن موتور به ناحیه سرعت بیشینه کمپرسور، اثر گذاری تغییرات دمای محیط محسوس­تر بوده و پس از آن، فاکتور ارتفاع مهمتر از دمای محیط خواهد بود.

کلیدواژه‌ها


  1. Luongo, A., Nuccio, P., and Vignoli, M. “Optimization of a Light Aircraft Spark-Ignition Engine”, SAE Technical Paper, Vol. 1, No. 3, pp.2420, 2016.##
  2. E.K. Anderson, W.P. Attard, A. Brown, P. Litke, K. Grinstead, and J. Hoke, “Experimental study of a pre-chamber jet igniter in a turbocharged Rotax 914 aircraft engine”, SAE Paper No. 1629, 2013.##
  3. J. Miller, J. Hoke, and F. Schauer, “Effect of Unsteady Flow on Intercooler Performance”, SAE Paper No. 2220, 2014.##
  4. K. Hashmi and D. Radhakrishna, “Prediction of High-Altitude Performance for UAV Engine”, SAE Paper No.  0207, 2015.##
  5. R. Amiel and L. Tartakovsky, “Effect of Flight Altitude on the Knock Tendency of SI Reciprocating Turbocharged Engines”, SAE Paper No. 0006, 2016.##
  6. J. Li, L. Zhou, Z. Zhao, X. Wang, and F. Zhang, “Research on Knocking Characteristics of Kerosene Spark-Ignition Engine for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) by Numerical Simulation”, Therm. Sci. Eng. Prog. Vol. 9, pp.1-10, 2019.##
  7. A.P. Carlucci, A. Ficarella, D. Laforgia and A. Renna, “Supercharging system behavior for high altitude operation of an aircraft 2-stroke Diesel engine”, Energ. Convers. Manage. Vol. 101, pp.470–480, 2015.##
  8. S. Lebedevas, S. Dailydka, V. Jastremskas and P. Rapalis, “The influence of locomotive diesel engine transient operating modes on energy usage”, Transp. Res. Part D Vol. 34, pp.219–229, 2015.##
  9. H. Li, L. Shi and K. Deng, “Development of turbocharging system for diesel engines of power generation application at different altitudes”, J. Energy Inst. Vol. 89, pp.755-765, 2016.##
  10. W. Seldon, J. Hamilton, J. Cromas, and D. Schimmel, “Experimental GT-POWER Correlation Techniques and Best Practices Low Frequency Acoustic Modeling of the Intake System of a Turbocharged Engine”, SAE Paper No. 1794, 2017.##
  11. W. Seldon, A. Shoeb, D. Schimmel, and J. Cromas, “Experimental GT-POWER Correlation Techniques and Best Practices Low Frequency Acoustic Modeling of the Exhaust System of a Naturally Aspirated Engine”, SAE Paper No. 1793, 2017.##
  12. H. Wu and M.F. Li, “A hardware-in-the-loop (HIL) bench test of a GT-power fast running model for rapid control prototyping (RCP) verification”, SAE Paper No. 0549, 2016.##
  13. M.R. Khodaparast, M.A.S. Mirza Bozorg, and S. Kheradmand, “Keeping twin turbocharged engine power at flight altitudes”, Aircr. Eng. Aerosp. Tec. Vol. 90, pp.906-913, 2018.##
  14. BRP-Powertrain, “Operator’s Manual for Rotax Engine Type 914 Series”, OM-914, 2010.
  15. J.B. Heywood, “Internal combustion engine fundamentals”, Mcgraw-hill, 1988.##
  16. A.K.M. Shojaefard, H. Danamanesh, “Comparison of application models friction and combustion in spark ignition engine”, J. Auto. Eng. Rel. Indust. Vol. 123, pp.30-34, 2012.##
  17. I. Gamma Technologies, “GT-Power Engine Simulation Software Manual”, 2013.##
  18. M. Yang, Y. Gu, K. Deng, Z. Yang and S. Liu, “Influence of altitude on two-stage turbocharging system in a heavy-duty diesel engine based on analysis of available flow energy”, Appl. Therm. Eng. Vol. 129, pp.12–21, 2018.##
  19. X. Wang, Y. Ge, L. Yu and X. Feng, “Effects of altitude on the thermal efficiency of a heavy-duty diesel engine”, Energy Vol. 59, pp.543-548, 2013.##
  20. P.L. Perez and A.L. Boehman, “Performance of a single-cylinder diesel engine using oxygen-enriched intake air at simulated high-altitude conditions”, Aerosp. Sci. Tec. Vol. 14, pp.83-94, 2010.##

M. Yang, Y. Gu, K. Deng, Z. Yang and Y. Zhang, “Analysis on altitude adaptability of turbocharging systems for a heavy-duty diesel engine”, Appl. Therm. Eng. Vol. 128, pp.1196–1207, 2018.##