張朔，趙振峰，董雪飛，葉瑩

(1.北京理工大學(xué) 機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院，北京 100081；2.北京航天無(wú)人機(jī)系統(tǒng)工程研究所，北京 100094)

0 引言

活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)是中低空、長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的主流動(dòng)力裝置，其中二沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有功重比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便等特點(diǎn)，在中小型無(wú)人機(jī)動(dòng)力領(lǐng)域占據(jù)了重要地位[1]。但是，目前二沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)大多數(shù)采用自然吸氣，當(dāng)無(wú)人機(jī)處于高海拔環(huán)境時(shí)，由于空氣稀薄，發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)進(jìn)氣量減少、功率下降，無(wú)法滿足無(wú)人機(jī)的動(dòng)力需求。一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)處于5 000 m海拔高度時(shí)，其功率約為平原環(huán)境的0.448倍[2]，這是制約活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作升限的最主要因素之一。增壓技術(shù)是比較主流的解決方案，具有廣闊發(fā)展和應(yīng)用前景，但是對(duì)于二沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，由于其特殊的掃氣形式，增壓存在諸多難題[3-7]：1)二沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)換氣時(shí)間短，對(duì)掃氣壓差要求較高，廢氣渦輪會(huì)導(dǎo)致排氣背壓升高，影響換氣質(zhì)量；2)掃氣過(guò)程存在新鮮充量“短路”現(xiàn)象，排氣能量較低，渦輪可能無(wú)法正常工作；3)對(duì)于曲軸箱預(yù)壓縮回流掃氣二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣壓力增加會(huì)導(dǎo)致活塞下行，壓縮曲軸箱內(nèi)新鮮充量消耗的指示功增加。

二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓技術(shù)多見(jiàn)于大功率柴油機(jī)，在小功率二沖程汽油機(jī)上應(yīng)用較少[8-9]。二沖程汽油機(jī)多采用曲軸箱預(yù)壓縮回流掃氣的供氣方式，利用活塞下行壓縮曲軸箱內(nèi)的新鮮充量，一般能達(dá)到1.4～1.6的預(yù)壓縮比，但這種程度的預(yù)壓縮不能滿足高空功率恢復(fù)的需求，仍需要對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行增壓，以補(bǔ)償高空空氣密度下降導(dǎo)致的功率損失。廢氣渦輪增壓利用發(fā)動(dòng)機(jī)自身排氣能量提高進(jìn)氣壓力，增加每個(gè)循環(huán)的進(jìn)氣量，進(jìn)而改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能，但二沖程航空發(fā)動(dòng)機(jī)增壓匹配存在相當(dāng)?shù)碾y度。從目前研究來(lái)看，二沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)利用渦輪增壓實(shí)現(xiàn)高空功率恢復(fù)，必須配合缸內(nèi)直噴、廢氣旁通閥控制、排氣調(diào)諧等技術(shù)手段。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)一維仿真模型

本文通過(guò)匹配廢氣渦輪增壓器優(yōu)化排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合廢氣旁通閥控制實(shí)現(xiàn)二沖程航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高空功率恢復(fù)，基于GT-Power軟件建立了某型二沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的一維仿真模型；匹配了廢氣渦輪增壓器，根據(jù)高空環(huán)境下壓氣機(jī)的工作狀態(tài)對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行變海拔匹配，結(jié)合排氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和廢氣旁通閥增壓壓力控制，使該發(fā)動(dòng)機(jī)利用廢氣渦輪增壓達(dá)到高空功率恢復(fù)目標(biāo)。

1 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型搭建

1.1 原機(jī)仿真模型搭建與驗(yàn)證

本文的研究對(duì)象是一臺(tái)自然吸氣式水平對(duì)置兩缸二沖程航空活塞汽油機(jī)，供油方式為進(jìn)氣道電控燃油噴射，換氣方式為曲軸箱預(yù)壓縮回流掃氣。采用進(jìn)氣道燃油噴射不僅對(duì)原機(jī)的改動(dòng)較小，而且對(duì)于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，采用進(jìn)氣道噴射可以增加燃油和空氣混合時(shí)間，進(jìn)氣在曲軸箱內(nèi)經(jīng)過(guò)曲軸的攪拌，混合更均勻，使缸內(nèi)燃燒更穩(wěn)定。根據(jù)表1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)，在GT-Power軟件中建立該發(fā)動(dòng)機(jī)的一維模型，模型基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)建?；緟?shù)

為了驗(yàn)證本文所建模型的準(zhǔn)確可靠性，搭建總體布置如圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該平臺(tái)包括航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)及其控制系統(tǒng)、空氣流量計(jì)、油耗儀、燃燒數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)等。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體布置

基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行地面性能實(shí)驗(yàn)(地面溫度300 K，地面大氣壓力1 bar，節(jié)氣門(mén)全開(kāi))，一維模型性能仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖3、圖4所示。

圖3 6 000 r/min缸壓對(duì)比圖

圖4 燃油消耗率、功率對(duì)比圖

由圖4可見(jiàn)，燃油消耗率曲線在高轉(zhuǎn)速工況下出現(xiàn)了下降的情況，這是因?yàn)樵瓩C(jī)針對(duì)額定工況進(jìn)行了排氣管匹配，使得高轉(zhuǎn)速工況下缸內(nèi)捕獲率提高，油耗降低。從圖3、圖4中還可以看出，仿真計(jì)算得到的缸壓、功率、油耗3項(xiàng)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，各工況點(diǎn)數(shù)值誤差均在5%以內(nèi)，可以認(rèn)為該一維仿真模型可信，可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)增壓方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

1.2 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型搭建

基于1.1節(jié)建立的發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)模型，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的折合流量、廢氣溫度等參數(shù)為發(fā)動(dòng)機(jī)匹配增壓器，并根據(jù)增壓器特性在GT-Power中構(gòu)建渦輪和壓氣機(jī)模塊，建立增壓發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型[10-11]，進(jìn)行增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配，使二者在工作范圍內(nèi)可以正常聯(lián)合工作，且具有較高的聯(lián)合工作效率。

根據(jù)無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)剖面內(nèi)的折合流量范圍，匹配增壓器的壓氣機(jī)折合流量范圍，選擇某型增壓器并進(jìn)行建模，仿真得到發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器的壓氣機(jī)聯(lián)合運(yùn)行狀態(tài)如圖5所示。從圖5中可以看出，聯(lián)合運(yùn)行曲線處于壓氣機(jī)工作的高效率區(qū)，且沿著等效率圈法線方向，表明該型增壓器適合該發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖5 壓氣機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行曲線

根據(jù)壓氣機(jī)與渦輪的平衡關(guān)系，對(duì)渦輪特性(MAP)進(jìn)行匹配，使渦輪與壓氣機(jī)達(dá)到平衡。經(jīng)過(guò)調(diào)整，廢氣渦輪流量特性如圖6所示。

圖6 廢氣渦輪流量特性圖

對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行增壓可以使高空功率恢復(fù)，但仍需要根據(jù)無(wú)人機(jī)任務(wù)剖面對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的要求，通過(guò)增壓匹配滿足無(wú)人機(jī)隨飛行高度增加而變化的動(dòng)力需求，控制增壓器逐漸介入，達(dá)到高空功率部分補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

1.3 變海拔匹配

隨著海拔的升高，空氣的壓力、溫度、密度逐漸降低，對(duì)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能會(huì)造成影響，在特定環(huán)境下測(cè)定的壓氣機(jī)通用特性曲線也不再適用[3,12]，因此需要對(duì)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行變海拔匹配，研究變海拔環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況。

為使壓氣機(jī)的通用特性曲線可以在不同大氣環(huán)境下使用，需要利用相似理論計(jì)算壓氣機(jī)的折合流量與折合轉(zhuǎn)速，對(duì)壓氣機(jī)通用特性曲線進(jìn)行重新繪制。研究氣體流動(dòng)時(shí)，大多忽略氣體重力，主要關(guān)注壓縮性和黏性，一般認(rèn)為當(dāng)馬赫數(shù)和雷諾數(shù)相等時(shí)即可認(rèn)為流動(dòng)相似。通常情況下，只要馬赫數(shù)相同，氣體流動(dòng)就是相似的，但是由于隨海拔高度的上升，空氣密度降低，雷諾數(shù)減小，氣體黏性力作用不可忽略，因此根據(jù)馬赫數(shù)相似重新繪制出的壓氣機(jī)通用特性圖會(huì)有偏差。對(duì)此可以利用進(jìn)口雷諾數(shù)修正增壓器通用特性圖，該方法主要對(duì)折合流量、壓比以及效率進(jìn)行修正[12]，修正后的壓氣機(jī)通用特性曲線仍采用折合參數(shù)表示。

增壓器的絕熱效率ηc和雷諾數(shù)Re的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式(1)式表示，沿程阻力系數(shù)用紊流光滑區(qū)的布拉修斯公式計(jì)算為

(1)

式中：下標(biāo)0和h表示海拔高度。

當(dāng)溫度對(duì)雷諾數(shù)的影響不能忽略時(shí)，有(2)式成立：

(2)

式中：p1表示壓氣機(jī)進(jìn)口壓力；T1表示壓氣機(jī)進(jìn)口溫度。

壓氣機(jī)通用特性圖中的折合流量qmc可用(3)式、(4)式計(jì)算如下：

(3)

(4)

式中：qm為流量；pref為地面參考?jí)毫Γ籶0為壓氣機(jī)入口滯止壓力；T0為壓氣機(jī)入口滯止溫度；Tref為地面參考溫度。

在同一條折合轉(zhuǎn)速線上，壓比πc可用(5)式、(6)式、(7)式、(8)式計(jì)算如下：

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：k1為流量系數(shù)比；k2為壓頭系數(shù)比；k3為功率系數(shù)比；k為絕熱系數(shù)；φ為流量系數(shù)；ψ為壓頭系數(shù)；μc為功率系數(shù)；下角標(biāo)0和h為海拔高度。

根據(jù)上述修正公式，對(duì)壓氣機(jī)的通用特性曲線進(jìn)行修正，得到適合各海拔環(huán)境的壓氣機(jī)通用特性曲線，并據(jù)此修改仿真模型。在0～7 000 m海拔下，以1 000 m為梯度進(jìn)行無(wú)人機(jī)5個(gè)典型工況的匹配計(jì)算，典型無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)如表2所示，仿真計(jì)算得到不同海拔功率恢復(fù)情況如表3所示，表3中無(wú)數(shù)據(jù)部分表示對(duì)應(yīng)工況下排氣能量不足以驅(qū)動(dòng)增壓器進(jìn)行正常工作。仿真結(jié)果顯示，隨著海拔升高和負(fù)荷減小，增壓器能夠正常工作的工況點(diǎn)逐漸減少。海拔增加會(huì)導(dǎo)致空氣密度和壓力減小，負(fù)荷減小會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣流量減少，二者都會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣質(zhì)量減少、缸內(nèi)燃燒壓力降低，從而導(dǎo)致排氣能量降低，無(wú)法正常驅(qū)動(dòng)增壓器工作。

表2 典型無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)

表3 不同海拔功率恢復(fù)結(jié)果 Tab.3 Power recovery results at different altitudes kW

以上結(jié)果表明，廢氣渦輪增壓二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在高海拔和中小負(fù)荷工況下會(huì)出現(xiàn)排氣能量不足的現(xiàn)象，在高空環(huán)境下無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的功率恢復(fù)，如果要獲得理想的增壓效果，就需要對(duì)增壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制，拓寬增壓器的工作范圍。

2 增壓方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

增壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)從排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和廢氣旁通閥控制兩方面進(jìn)行。對(duì)排氣管尺寸進(jìn)行優(yōu)化，合理利用排氣壓力波動(dòng)提升增壓器入口處的排氣能量，可以拓寬增壓器的工作海拔范圍。本文首先通過(guò)理論計(jì)算確定能夠產(chǎn)生最佳排氣調(diào)諧的排氣管尺寸范圍，然后在尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行分組仿真、獲得最佳排氣調(diào)諧的排氣管尺寸，再針對(duì)改進(jìn)后的排氣系統(tǒng)，結(jié)合廢氣旁通閥的控制策略調(diào)整，對(duì)廢氣旁通閥開(kāi)度MAP進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以控制發(fā)動(dòng)機(jī)在各海拔下的增壓度，使整體性能趨于最優(yōu)。

2.1 排氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖7 渦前排氣部分初始方案

根據(jù)(9)式，可以得到管內(nèi)聲速a，該速度等同于該狀態(tài)下的壓力波傳播速度：

(9)

式中：R為氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。對(duì)于廢氣，氣體常數(shù)R=287.14 J/(kg·K)；k=1.4.

根據(jù)壓縮波需要在下止點(diǎn)附近時(shí)刻返回排氣口，可得到(10)式：

(10)

式中：Lp為膨脹管長(zhǎng)度；θe為排氣口開(kāi)啟持續(xù)角度；θp為排氣壓縮波波峰出現(xiàn)時(shí)刻相對(duì)排氣口開(kāi)啟時(shí)刻的延遲角度；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

根據(jù)膨脹波需要在排氣口關(guān)閉前返回排氣口，可得到(11)式：

(11)

式中：LT為排氣管總長(zhǎng)度。

(9)式、(10)式、(11)式表示的最佳壓力波諧振效應(yīng)如圖8所示。其中A表示膨脹波，B表示壓縮波。

池塘里的魚(yú)不多，離家又遠(yuǎn)。鄰居多次示意他就在附近的河溝里釣，魚(yú)多不說(shuō)，個(gè)頭也不小。他懶得理別人，還是一根筋似的往池塘邊跑。久而久之，鄰居們就罵他瓜娃子，還根據(jù)他的一根筋的爛脾氣，給他取了一個(gè)綽號(hào)叫牛黃丸。

圖8 排氣管內(nèi)壓力波最佳諧振效應(yīng)

發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大功率決定了無(wú)人機(jī)的起飛質(zhì)量，是動(dòng)力系統(tǒng)最重要的指標(biāo)，因此排氣管的幾何尺寸優(yōu)化應(yīng)優(yōu)先提升最大功率，同時(shí)保證中低轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量能夠驅(qū)動(dòng)增壓器正常工作。發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳進(jìn)行匹配后，扭矩負(fù)荷和轉(zhuǎn)速具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)為線工況工作。因此，根據(jù)最佳排氣壓力諧振效應(yīng)，以額定轉(zhuǎn)速附近的工作區(qū)間為目標(biāo)，計(jì)算得到各段管長(zhǎng)度、兩端直徑的取值范圍，并根據(jù)該范圍設(shè)置不同的算例進(jìn)行系列仿真。仿真結(jié)果表明，當(dāng)排氣管總長(zhǎng)度約1 000 mm、膨脹管最大直徑約150 mm時(shí)，能夠在提高發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的同時(shí)保證中低轉(zhuǎn)速下增壓器正常工作，且排氣背壓的波動(dòng)形式與增壓前一致。排氣背壓在掃氣過(guò)程開(kāi)始時(shí)處于較低的水平，并隨掃氣口關(guān)閉而升高，且在掃氣口關(guān)閉前令掃氣口處出現(xiàn)一定量的充量倒流現(xiàn)象，保持了對(duì)掃氣過(guò)程“短路”損失的抑制作用。

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的排氣系統(tǒng)對(duì)二沖程渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)變海拔匹配的改善效果，仿真計(jì)算了排氣系統(tǒng)優(yōu)化后，7 000 m海拔高度下發(fā)動(dòng)機(jī)在各典型工況下增壓器的匹配結(jié)果，如圖9、圖10所示。由圖9、圖10可以看出，排氣系統(tǒng)優(yōu)化后，7 000 m海拔高度下，增壓器可以正常工作的工況點(diǎn)從優(yōu)化前的1個(gè)增加到4個(gè)，且聯(lián)合運(yùn)行曲線沿著等效率圈法線方向，表明排氣系統(tǒng)優(yōu)化可以顯著改善二沖程渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高海拔環(huán)境下的工作狀況。排氣系統(tǒng)優(yōu)化前后，7 000 m海拔下各工況點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)及增壓器性能對(duì)比如表4所示。由表4可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠達(dá)到高空功率恢復(fù)的要求，表明排氣系統(tǒng)優(yōu)化能夠有效拓寬增壓器工作范圍，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)在高空環(huán)境下的功率。從工況1的對(duì)比可以看出：排氣系統(tǒng)優(yōu)化后，發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)的缸內(nèi)捕獲量從0.11 g提高到0.19 g，提高了73%；同時(shí)，進(jìn)氣量的增加使壓縮比增大，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率提高，進(jìn)氣量增加和燃燒效率提高的綜合作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高了78%，效果顯著。

在對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整后，原本的增壓器廢氣旁通閥MAP將不再適用，需要重新調(diào)整廢氣旁通閥的MAP，以保證各海拔、各工況下增壓度合適。

圖9 7 000 m海拔壓氣機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行曲線(優(yōu)化后)

圖10 7 000 m海拔發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪聯(lián)合運(yùn)行曲線(優(yōu)化后)

表4 7 000 m海拔發(fā)動(dòng)機(jī)及增壓器的性能

2.2 廢氣旁通閥控制

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作在變海拔環(huán)境下，外界環(huán)境條件經(jīng)常發(fā)生變化，若想要達(dá)到理想的增壓效果，且不出現(xiàn)過(guò)度增壓或增壓不足，則需要對(duì)增壓程度進(jìn)行控制。當(dāng)前主流的可變?cè)鰤杭夹g(shù)有可變截面渦輪增壓(VGT)和廢氣放氣渦輪增壓[12,16]。高空環(huán)境下廢氣放氣渦輪增壓的可靠性優(yōu)于可變截面渦輪增壓，而且采用電控廢氣旁通閥也可以在一定程度上提升發(fā)動(dòng)機(jī)的低速響應(yīng)性[4]，因此廢氣放氣渦輪增壓更適合。廢氣放氣渦輪增壓是在渦前排氣管上安裝一個(gè)可以調(diào)節(jié)開(kāi)度的廢氣旁通閥，通過(guò)調(diào)節(jié)廢氣旁通閥的開(kāi)度，控制部分廢氣直接排出，控制到達(dá)渦輪的廢氣量，實(shí)現(xiàn)對(duì)增壓程度的調(diào)節(jié)[17-18]。

利用GT-Power仿真模型設(shè)置不同的旁通閥開(kāi)度梯度，最終得到不同海拔環(huán)境、不同航空工況下滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高空功率恢復(fù)要求的旁通閥開(kāi)度MAP，如圖11所示。據(jù)此MAP，發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷(6 000 r/min、節(jié)氣門(mén)全開(kāi))工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)海拔特性、壓氣機(jī)海拔特性、渦輪海拔特性分別如圖12、圖13、圖14所示。

圖11 旁通閥開(kāi)度MAP圖

圖12 全負(fù)荷工況發(fā)動(dòng)機(jī)海拔特性圖

圖13 全負(fù)荷工況壓氣機(jī)海拔特性

圖14 全負(fù)荷工況渦輪海拔特性

如圖11所示，高海拔環(huán)境下排氣能量較小，要獲得更好的動(dòng)力性，需要完全關(guān)閉廢氣旁通閥，最大化利用廢氣能量進(jìn)行增壓；低海拔環(huán)境下排氣能量大，需要降低增壓程度，避免因過(guò)度增壓而損傷發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，海拔越低，負(fù)荷越大，廢氣旁通閥開(kāi)度越大，增壓度越低。根據(jù)各海拔的功率恢復(fù)目標(biāo)可以計(jì)算得到最佳廢氣旁通閥開(kāi)度；根據(jù)無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的需求，可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)高空功率恢復(fù)的目標(biāo)。從圖12中可以看出，全負(fù)荷工況下，增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)可以覆蓋功率恢復(fù)目標(biāo)，有大量功率裕度，從而給無(wú)人機(jī)帶來(lái)更好的動(dòng)力性。而且在低海拔環(huán)境下，增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)功率與非增壓功率基本相當(dāng)，不會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)超壓，沒(méi)有出現(xiàn)增壓過(guò)度現(xiàn)象。同時(shí)根據(jù)圖12的發(fā)動(dòng)機(jī)高原實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較小，仿真結(jié)果可信。從圖13、圖14可以看出，壓氣機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行曲線遠(yuǎn)離喘振線，渦輪處于高效率區(qū)。表明通過(guò)廢氣旁通閥進(jìn)行增壓壓力控制可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的變海拔動(dòng)力需求，不會(huì)出現(xiàn)增壓過(guò)度或增壓不足的情況。

3 結(jié)論

本文通過(guò)仿真建模、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型、增壓器匹配、增壓器高空修正、排氣系統(tǒng)優(yōu)化、廢氣旁通閥MAP設(shè)計(jì)等工作對(duì)二沖程航空活塞汽油機(jī)進(jìn)行了高空功率恢復(fù)研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，得出主要結(jié)論如下：

1)通過(guò)排氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理利用排氣壓力波組織有利的排氣諧振，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，增大排氣能量，拓寬增壓器的工作海拔范圍，改善高海拔環(huán)境下增壓器的工作狀況。

2)綜合利用排氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和廢氣旁通閥控制，可以拓寬增壓器的工作范圍，合理控制增壓程度，達(dá)到理想的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)高空功率恢復(fù)效果，使發(fā)動(dòng)機(jī)可以在不同海拔環(huán)境、不同飛行工況下均有良好的動(dòng)力性能。

3)合理利用排氣諧振和廢氣旁通閥控制的二沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，可以在3 000 m海拔高度保持功率不發(fā)生衰減，在7 000 m海拔高度功率達(dá)到平原功率的76%.