Расчет авиационного поршневого двигателя (126014)

Посмотреть архив целиком

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет

им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”










Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

Авиационные двигатели”














Харьков 2008


Содержание


1. Тепловой расчет

1.1 Исходные данные

1.2 Выбор дополнительных исходных данных

1.3 Расчет процесса наполнения

1.4 Расчет процесса сжатия

1.5 Расчет процесса сгорания

1.6 Расчёт процесса расширения

1.7 Определение индикаторных параметров двигателя

1.8 Определение эффективных параметров двигателя

1.9 Определение геометрических параметров двигателя

2. Динамический расчет

2.1 Допущения

2.3 Разнос масс КШМ с прицепными шатунами

2.4 Силы инерции

2.5 Построение верхней петли индикаторной диаграммы

2.6 Суммарная сила, действующая на поршень

2.7 Силы, действующие в центральном КШМ

2.8 Суммарные радиальные и окружные силы действующие на шатунную шейку

3. Уравновешивание двигателя

4. Расчет на прочность коленчатого вала

4.1 Силы, действующие на колено коленчатого вала

4.2 Определение запаса прочности в шатунной шейке

4.3 Определение запаса прочности в коренной шейке

5. Расчет поршневого пальца

6. Расчет поршневых колец

Список использованной литературы



1. Тепловой расчет


Под тепловым расчетом поршневого двигателя внутреннего сгорания подразумевается определение параметров, характеризующих рабочие процессы двигателя, а так же величин, определяющих энергетические и экономические параметры его работы.

По данным расчета и по заданным мощности и частоте вращения коленчатого вала можно определить основные размеры проектируемого двигателя. Кроме того, по данным теплового расчета с достаточной для практики точностью можно построить индикаторную диаграмму, необходимую для определения газовых сил, действующих на поршень двигателя, на стенки и головку цилиндра, на элементы кривошипно-шатунного механизма.


1.1 Исходные данные


1) Эффективная мощность на расчетной высоте –.

2) Частота вращения коленчатого вала – .

3) Число цилиндров – .

4) Степень сжатия – .

5) Давление наддува – .

6) Расчетная высота – .

7) Прототип двигателя – АИ-26.


1.2 Выбор дополнительных исходных данных


1. Коэффициент избытка воздуха принимаем равным .

2. Топливо. Сорт применяемого топлива зависит от степени сжатия и давления наддува. В нашем случае (относительно невысокая степень сжатия) наиболее подходящим является бензин Б-91/115.

Низшую теплотворную способность топлива определим по формуле


.


Элементарный состав авиабензина Б-91/115 включает в себя: ; ; , средняя молекулярная масса – . Тогда:



3. Параметры воздуха на расчетной высоте.



1.3 Расчет процесса наполнения


Цель расчета процесса наполнения – определение давления и температуры свежего заряда в конце хода выпуска.

1. Согласно заданию давление наддува . Находим температуру воздуха в конце такта наполнения


,


где - повышение температуры воздуха в нагнетателе. Адиабатическая работа сжатия 1кг воздуха равна:


.


Адиабатический КПД центробежного нагнетателя примем равным .

Тогда:


;

.


2. Определяем коэффициент наполнения двигателя с наддувом на расчетной высоте


,


где - приведенный коэффициент наполнения.

Примем , тогда


.


3. Находим давление в конце такта наполнения.


,


где pr – давление остаточных газов в конце такта наполнения. Принимаем:


.


Степень подогрева свежей смеси в процессе наполнения условно характеризует результат суммарного теплообмена смеси со стенками цилиндра и донышком поршня, а также понижение температуры за счет испарения топлива.

При ,. Тогда:


.


После подстановки найденных и полученных величин получим


.


4. Определяем коэффициент остаточных газов


,



где - температура остаточных газов.

Примем , тогда:


.


5. Находим температуру газов в конце такта впуска


.


1.4 Расчет процесса сжатия


Цель расчета процесса сжатия – определение давления и температуры газов в конце этого процесса.

1. Давление в конце такта сжатия:

2. Температура в конце такта сжатия:


1.5 Расчет процесса сгорания


Цель расчета процесса сгорания – определение максимальных значений давления и температуры газов при сгорании топлива.

1. Температура газов определим из уравнения сгорания, полученного на основании первого принципа термодинамики:


,


где - низшая теплота сгорания топлива с учетом условий, при которых протекает процесс сгорания.


;


- коэффициент эффективного выделения теплоты. Примем ;

теоретически необходимое количество воздуха для сгорания топлива.



Действительное количество воздуха для сгорания 1кг топлива будет составлять:


.


- действительный коэффициент молекулярного изменения, где - химический коэффициент молекулярного изменения.

Для случая определяем


.


Тогда:


.


- средняя молярная теплоемкость газов в интервале температур от 0 до .



Тогда


.



Подставим все известные величины в исходное уравнение:



Решим данное уравнение с помощью программного пакета MathCAD 13.



Расчет температуры в пакете MathCAD 13

В результате получим: ,

2. Определим максимальное давление сгорания



1.6 Расчёт процесса расширения


Цель расчёта процесса расширения – определение давления и температуры в конце такта расширения.

1. Находим давление в конце такта расширения:



2.Находим температуру в конце такта расширения:



1.7 Определение индикаторных параметров двигателя


1. Индикаторное давление



,


где - коэффициент полноты (скругления) индикаторной диаграммы. Примем .


- степень повышения давления.


Тогда:



2. Определяем индикаторный КПД.



3. Удельный индикаторный расход топлива равен


.


1.8 Определение эффективных параметров двигателя


1. Среднее эффективное давление


,


где - коэффициент, оценивающий долю индикаторной мощности, затраченной на привод нагнетателя.

Эффективный КПД нагнетателя:



- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива, .

Тогда


.


Среднее давление механических потерь характеризует мощность, затраченную на преодоление сил трения, на привод вспомогательных механизмов и агрегатов и на “насосные” потери.

Для определения пользуются эмпирическими уравнениями, полученными на основании экспериментальных данных.


,


где



Среднее эффективное давление:



2. Механический КПД



3. Значение эффективного КПД



4. Удельный эффективный расход топлива



1.9 Определение геометрических параметров двигателя


1. Рабочий объем цилиндра двигателя



2. Определяем диаметр цилиндра и ход поршня . Обозначим отношение . Тогда , откуда .

Значение m принимаем по прототипу .


.


3. Ход поршня .

4. Общий рабочий объем двигателя

5. Проверяем правильность расчетов основных размеров двигателя


.



2. Динамический расчет


Цель динамического расчета состоит в построении по данным теплового расчета индикаторной диаграммы и нахождении сил, действующих на все звенья кривошипно-шатунного механизма.

Выполнение динамического расчета авиационного поршневого двигателя связано с довольно большим объемом расчетной работы, поэтому целесообразно проводить его на ЭВМ. Особенность такого расчета – учет в нем главного динамического эффекта, создаваемого прицепными механизмами, - сил второго порядка. Динамический расчет звездообразного двигателя без учета этих сил неприемлем, поскольку при этом создается ложное впечатление об уравновешенности механизма и о запасах прочности коленчатого вала, редуктора и воздушного винта.


2.1 Допущения


1. Учитываем только силы избыточного давления газов на поршень и силы инерции КШМ.

2. Индикаторные диаграммы во всех цилиндрах считаем одинаковыми. Теоретические диаграммы корректируем только в точке, соответствующей концу сгорания.

В конце сжатия и расширения диаграммы не корректируем. Считаем, что в течение насосных ходов газовые силы пренебрежимо малы по сравнению с силами инерции КШМ. Поэтому в тактах всасывания и выхлопа газовые силы считаем равными нулю.

3. Предполагаем геометрическое подобие деталей КШМ проектируемого двигателя и прототипа.

4. Для расчета сил инерции реальное распределение масс в КШМ приводим к расчетной схеме, в которой все массы считаем точечными, сосредоточенными на осях поршневых пальцев и оси шатунной шейки коленчатого вала.


Случайные файлы

Файл
132771.rtf
MAYDIP1.DOC
137895.rtf
91048.rtf
8428-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.