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为了应对来自能源与环境的压力,传统的内燃机汽车的发展受到一定程度的制约。人们意识到清洁能源研究与开发已是当务之急,在这方面气动发动机相比于其他类型的发动机具有无可比拟的优势。气动发动机以压缩空气为工质,将高压空气直接输入到气缸膨胀以推动活塞做功,实现了将高压空气的压力能转化为机械能输出,由于其无燃烧、零排放,是真正意义上的绿色动力汽车。
本文在对气动发动机工作过程详细分析的基础上,建立了气动发动机工作过程的数学模型。利用 MATLAB/Simulink 建立了气动发动机的仿真模型,并对气动发动机各项性能指标进行了计算和分析,找出了影响其性能的因素,进而为后面的优化设计做理论依据。主要研究内容如下:
(1)运用热力学理论及力学理论系统分析气动发动机的工作原理及缸内工作过程,建立气动发动机工作过程的数学模型,为仿真计算奠定了基础。
(2)利用 MATLAB/Simulink软件建立单级膨胀气动发动机工作过程的仿真模型,得到了主要性能参数的变化曲线,并且其主要变化趋势均符合发动机的基本理论。通过分析缸内工作过程的特点,找出影响气动发动机性能的因素,并针对重点因素,找出其对气动发动机性能影响的变化规律,进而有针对性的进行优化分析。
(3)在单级膨胀气动发动机研究的基础上,建立两级膨胀气动发动机的仿真模型,对比两级膨胀气动发动机与单级膨胀气动发动机的性能差异,最后针对重点环节进行两级膨胀气动发动机的模拟计算。分析计算仿真结果,对结果进行评价,找出优化后的最佳参数。
(4)对优化后的发动机进行结构设计,利用Pro/E画出发动机的实体模型。