一种反三角转子发动机参数设计的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种反三角转子发动机参数设计的计算方法，计算转子实际型线和缸体实际型线；按照曲轴转角为i/2移动转子实际型线，求取转子周向工作面线长度、缸体周向接触面线长度，求取工作容积平面的面积；若i≤1440，则i＝i+1，返回上述过程；若i＞1440，则根据缸体厚度、最大摆动角和偏心距求取单缸工作容积、排量与燃烧室凹坑容积；并计算端面密封片长度、密封片总长、进排气许用端面面积、最大密封角、不同转速密封片平均速率和燃烧上止点面容比。本发明专利技术为反三角转子发动机的设计和研发提供理论依据，缩短研发周期。本发明专利技术具有计算高效精确、支持并行计算、操作方便和界面整洁等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种反三角转子发动机参数设计的计算方法


[0001]本专利技术属于内燃机仿真模拟设计领域，涉及一种反三角转子发动机参数设计的计算方法。

技术介绍

[0002]随着无人机对航空动力的需求日益增加，能量密度高、续航能力强、成本低廉的小型化航空动力装置成为无人机领域的重要研究目标之一。与传统三角转子发动机不同，该反三角转子发动机也被称为反三角转子发动机(Inverted
‑
Wankel Engine)，或称摆线转子发动机(Cycloid Rotor Engine)，是近年来新提出的一种新的转子发动机结构型式。与传统三角转子发动机相比，反三角转子发动机具有压缩比高、漏气量小的特点，可适用于火花点火和压燃点火工作方式，因而具有热效率高、结构紧凑、功重比高和可靠性高的优点。
[0003]传统的三角转子发动机设计方法比较成熟，参数设计已有相关理论，内燃机工作过程数值仿真软件中也有三角转子发动机模块，应用简便。但目前的所有内燃机工作过程数值仿真软件中尚没有反三角转子发动机模块，同时反三角转子发动机的转子和缸体型线创成理论复杂，发动机主要零部件的结构参数众多、涉及大量的理论公式计算，还有一些参数，如瞬时弧长、面积、工作容积等目前没有相应的计算公式，确定这些参数的工作十分繁杂，而转子发动机的工作过程仿真、发动机零部件强度计算等又需要这些参数才能进行，因此有必要采用计算机编程进行转子发动机诸多结构参数和运动学参数的确定，以实现反三角转子发动机的参数设计，快速完成反三角转子发动机的性能预测和优化，有效缩短研发周期。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高效精确、操作简便的基于MATLAB的反三角转子发动机设计参数计算方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0006]一种反三角转子发动机参数设计的计算方法，包括以下步骤：
[0007]1)根据反三角转子发动机的偏心距、创成半径、平移距和转子缸体距离，计算转子实际型线和缸体实际型线；
[0008]2)从i＝0开始，每循环增加1个步长，按照曲轴转角为i/2移动转子实际型线，截取二维平面内单缸转子周向工作面线L1、缸体周向接触面线L2和工作容积平面Fa；采用弧长积分求取转子周向工作面线长度L1、缸体周向接触面线长度L2，采用函数polyarea求取工作容积平面的面积；
[0009]3)若i≤1440，则i＝i+1，返回步骤2)；若i＞1440，则根据缸体厚度、最大摆动角和偏心距求取单缸工作容积、排量与燃烧室凹坑容积；
[0010]4)根据转子周向工作面线、缸体厚度以及缸体周向接触面线，求取单缸转子工作面面积和缸体接触面面积；采用MATLAB中函数polyarea求取前后端面面积；
[0011][0012]式中，L1为转子周向工作面线，B为缸体厚度，L2为缸体周向接触面线；
[0013]6)确定转子实际型线、缸体实际型线、前后端面面积、缸体接触面面积、单缸转子工作面面积以及单缸工作容积V随曲轴转角的变化规律；
[0014]7)计算端面密封片长度、密封片总长、进排气许用端面面积、最大密封角、不同转速密封片平均速率和燃烧上止点面容比。
[0015]进一步的，转子实际型线通过下式计算：
[0016][0017]式中，v表示X
r
‑
Or
‑
Y
r
坐标系下的特征转角；X
r
为X轴，Or为原点，Y
r
为Y轴；x
r
为转子实际型线上点的横坐标，y
r
为转子实际型线上点的纵坐标。
[0018]进一步的，缸体实际型线通过下式计算：
[0019][0020]式中，u表示X
‑
O
‑
Y坐标系下的特征转角；v表示Xr
‑
Or
‑
Yr坐标系下的特征转角；x为缸体实际型线上点的横坐标，y为缸体实际型线上点的纵坐标。
[0021]进一步的，X
‑
O
‑
Y坐标系下的特征转角u由下式(1
‑
3)计算：
[0022][0023]进一步的，单缸工作容积V、排量V
h
与燃烧室凹坑容积V
r
通过下式计算：
[0024][0025]式中，φ
max
为最大摆动角，K为形状参数，B为缸体厚度，为摆动角，V
max
为发动机理论最大工作容积，V
min
为发动机理论最小工作容积。
[0026]进一步的，最大摆动角通过下式计算：
[0027]φ
max
＝sin
‑1(3e/R)。
[0028]进一步的，端面密封片长度L3通过以下过程计算得到：从p＝1开始，每循环增加1个步长，通过式(1
‑
6)计算每次循环中端面密封片长度L(p)，p的阈值为1080，在循环结束后将每个循环计算所得的端面密封片长度累加，得到端面密封片长度L3；
[0029][0030]进一步的，密封片总长L
all
通过下式(1
‑
7)计算：
[0031]L
all
＝2L3+3B#(1
‑
7)。
[0032]进一步的，进排气端面许用面积F1通过下式(1
‑
8)计算：
[0033][0034]其中，最大密封角φ
max
＝sin
‑1(3e/R)；
[0035]不同转速密封片平均速率v
m
通过下式(1
‑
9)计算：
[0036][0037]进一步的，燃烧上止点面容比(S/V)
max
通过下式(1
‑
10)计算：
[0038][0039]式中，sr为燃烧室面积增量，F
min
为无量纲端面换气窗口面积最小值。
[0040]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0041](1)本专利技术通过计算转子缸体每个旋转角度下的横纵坐标，绘制出转子缸体曲线，利用polyarea函数求解前后端面面积、缸体接触面面积、单缸转子工作面面积、单缸工作容积等曲线，从而将各曲线的数学描述及方程简洁化，实际化。在计算重要参数端面密封片长度、密封片总长、进排气许用端面面积、最大密封角、不同转速密封片平均速率和燃烧上止点面容比时，通过设置参数来替代较复杂公式的表达来使代码更加简单清晰，简化繁杂的数学表达式，更加高效的获得一系列设计参数。本专利技术中能够快速计算出转子和缸体实际型线，大大缩短计算时间，节省设计时间。
[0042](2)本专利技术中能够任意选取合理的转子发动机的基本参数进行计算，从而得出不同基本参数转子发动机的转子与缸体的实际型线数学描述以及一系列转子发动机结构设计的重要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反三角转子发动机参数设计的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据反三角转子发动机的偏心距、创成半径、平移距和转子缸体距离，计算转子实际型线和缸体实际型线；2)从i＝0开始，每循环增加1个步长，按照曲轴转角为i/2移动转子实际型线，截取二维平面内单缸转子周向工作面线L1、缸体周向接触面线L2和工作容积平面Fa；采用弧长积分求取转子周向工作面线长度L1、缸体周向接触面线长度L2，采用函数polyarea求取工作容积平面的面积；3)若i≤1440，则i＝i+1，返回步骤2)；若i＞1440，则根据缸体厚度、最大摆动角和偏心距求取单缸工作容积、排量与燃烧室凹坑容积；4)根据转子周向工作面线、缸体厚度以及缸体周向接触面线，求取单缸转子工作面面积和缸体接触面面积；采用MATLAB中函数polyarea求取前后端面面积；式中，L1为转子周向工作面线，B为缸体厚度，L2为缸体周向接触面线；6)确定转子实际型线、缸体实际型线、前后端面面积、缸体接触面面积、单缸转子工作面面积以及单缸工作容积V随曲轴转角的变化规律；7)计算端面密封片长度、密封片总长、进排气许用端面面积、最大密封角、不同转速密封片平均速率和燃烧上止点面容比。2.根据权利要求1所述的一种反三角转子发动机参数设计的计算方法，其特征在于，转子实际型线通过下式计算：式中，v表示X
r
‑
Or
‑
Y
r
坐标系下的特征转角；X
r
为X轴，Or为原点，Y
r
为Y轴；x
r
为转子实际型线上点的横坐标，y
r
为转子实际型线上点的纵坐标。3.根据权利要求1所述的一种反三角转子发动机参数设计的计算方法，其特征在于，缸体实际型线通过下式计算：
式中，u表示X
‑
O
‑
Y坐标系下的特征转角；v表示Xr
‑
Or
‑
Yr坐标系下的特征转角；x为缸体实际型线上点的横坐标，y为缸体实际型线上点的纵坐标。4.根据权利要求3所述的一种反三角转子发动机参数设计的计算方法，其特征在于，X
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晨，谢翔，李德华，王锡斌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：