Введение к работе
Актуальность работы
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) уже более двухсот лет является неотъем-мой частью производственной и повседневной деятельности человека. Потребность в ЗС делает чрезвычайно актуальной задачу его модернизации, совершенствования, здания альтернативных источников механической энергии. Одним из актуальных правлений в совершенствовании ДВС является устранение необходимости преобра-вания поступательного движения поршней во вращательное движение вала. Такую зможность дают роторные двигатели внутреннего сгорания, наиболее известным едставителем таковых является РПД Ванкеля. Однако РПД Ванкеля имеет ряд прин-пиальных (неустранимых) недостатков, связанных с конструктивными особенностя-і двигателя, которые приводят к низкому моторесурсу, повышенному расходу топли-, токсичности отработанных газов.
Решить проблемы экологичности, топливной экономичности, надежности, мото-
есурса теоретически позволяет двухблочный роторный двигатель внутреннего сгора-
ия новой конструкции (далее РД, пат. №2242624, РФ F01C19/02, 2004, автор О.Г.
айц). При этом новый РД теоретически имеет значительный потенциал для дальней-
его совершенствования. Однако оценить технические характеристики не представля-
ся возможным в силу отсутствия физической и математической модели, учитываю-
дей конструктивные особенности и новизну исследуемого РД. Поэтому неизученность
Д как новой сложной технической системы выявляет потребность в проведении его
омплексного исследования.
Наряду с существующими методами в последнее время активно развивается омпьютерное моделирование для построения моделей исследуемого объекта. По-кольку постановка физических экспериментов над принципиально новым РД является орогостоящим процессом, особое внимание уделено созданию математической моде-и, описывающей основные процессы и свойства исследуемого двигателя. Математи-еское моделирование позволит на этапе первичного (предварительного) изучения оп-еделиться с основными техническими параметрами, выявить их влияние друг на друга на выходные параметры проектируемого РД.
Таким образом, возникает проблема диссертационного исследования - прове-ение комплексного исследования двухблочного роторного двигателя внутреннего горания новой конструкции с применением современных технологий математическо-"> моделирования и вычислительного эксперимента с целью проведения аналитиче-
л методом оценочного расчета основных технических параметров принципиально зго РД. Потребность в данной математической модели связана с особенностями ..овационного цикла развития технических систем и необходимостью разработки эс-лзного проекта РД.
Цель работы и задачи исследования
Цель диссертационной работы - исследовать научно-техническую проблему по озданию РД новой конструкции, разработать алгоритм определения основных техни-еских параметров РД и осуществить программную реализацию новой математической юдели по определению основных технических параметров исследуемого РД. Матема-ическая модель должна обладать возможностью выявления области допустимых зна-ений при проектировании нового двигателя.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие за-ачи:
-
Разработать информационную модель РД.
-
Разработать новую математическую модель (включающую тепловую, геометрическую, силовую, прочностную модели) для определения основных технических параметров РД:
а) геометрических (рабочий объем, габариты двигателя...);
б) энергетических (мощность, эффективный крутящий момент, удельный
расход топлива...);
в) прочностных (напряжений, возникающих в наиболее напряженных эле
ментах РД - зубчатая планетарная передача, неподвижный вал).
3) Реализовать разработанные алгоритмы в объектно-ориентированном про
граммном комплексе.
4) Провести численный эксперимент по определению основных технических па
раметров РД.
Объект исследования - двухблочный роторный двигатель внутреннего сгорания
новой конструкции.
Предмет исследования - математическая модель определения основных технических параметров двухблочного роторного двигателя внутреннего сгорания новой конструкции.
Методической базой для решения поставленных задач является теория ДВС, системный анализ, формализация, декомпозиция, математическое моделирование, планирование численного эксперимента, объектно-ориентированное программирование, имитация.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) Предложена новая математическая модель определения основных технических
параметров РД. Данная модель отличается тем, что учитывает конструктивные особен
ности и новизну изучаемого двигателя:
статор, в сечении имеющий форму окружности;
два двухвершинных ротора;
пара двухкамерных блоков (блок - «впуск-сжатие», блок - «рабочий ход-выпуск»).
поворотные подпружиненные радиальные уплотняющие элементы, обеспечивающие касание соприкасающихся поверхностей (статор-ротор) по окружности одинакового радиуса; ^
2) Предложен алгоритм проведения численного расчета технических параметре
РД- \
Практическая значимость и ценность диссертационной работы:
-
Проведен эмпирический анализ области рациональных значений технических параметров, определяющих возможность конструктивного исполнения РД;
-
Создан программный комплекс «RD-1.0» для расчета математической модели РД, который позволит вычислять технические параметры РД и автоматизировать процесс работы с созданной математической моделью.
-
На основе результатов представлены эскизные конструкторские решения двухблочного роторного двигателя внутреннего сгорания новой конструкции, которые позволяют перейти к реализации данного РД.
5 І Основные положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель основных технических параметров двухблочного ровного двигателя внутреннего сгорания новой конструкции;
-
Объектно-ориентированный программный комплекс расчета созданной мате-ітической модели РД.
Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на минарах кафедры «КТС» и «ДВС» (БГТУ), «ЭиАПП» (БГИТА), а также на междуна-ідной научно-технической конференции «Вклад ученых и специалистов в националь-'ю экономику» (Брянск, 2007), международной научно-практической конференции їсследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» Іанкт-Петербург, 2009), международной научно-технической конференции «Инфор-атизация процессов формирования открытых систем на основе САПР, АСНИ, СУБД систем искусственного интеллекта» (ИНФОС-2009)» (Вологда, 2009).
Публикации
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 статьях, 1 из оторых в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации
