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公司网站管理,seo营销推广服务公司,河南郑州建设网站制作,网站需要的栏目2 进气系统方案设计 2.1 进气系统设计流程 进气系统设计首先是要了解发动机自身特性。此次使用的Aprilia SXV 550【13】发动机是来自高性能公路摩托车阿普利亚Aprilia SXV 550的一款摩托车发动机。发动机#xff0c;离合器#xff0c;变速器为一体式结构#xff0c;变速器末…2 进气系统方案设计2.1 进气系统设计流程进气系统设计首先是要了解发动机自身特性。此次使用的Aprilia SXV 550【13】发动机是来自高性能公路摩托车阿普利亚Aprilia SXV 550的一款摩托车发动机。发动机离合器变速器为一体式结构变速器末端以链轮直接输出。其次要确定发动机的使用特性结合比赛项目和赛道特性来确定赛车常用的工况FSAE动态项目包括75m直线加速8字绕环高速避障和耐久赛。根据去年的参赛经验大多数时间赛车都处于40km/h以下的速度除直线加速赛意外赛车主要处在弯道行驶中。故对于赛车发动机而言良好的出弯加速性是我们需要的。而从驾驶风格上讲拖延进档让发动机保持合适的高转速输出有利于提高加速性能。故根据发动机功率峰值输出9000rpm为最佳性能工况。7000rpm至11000rpm为常用转速。然后确定进气方式所用材料及制造工艺部分零部件类型选择再对进气系统各部件做初步计算得到数据后使用CATIA进行三维建模。根据模型具体几何参数使用赫尔姆霍兹进气谐振原理进行验算再使用Fluent对进气系统总成做CFD分析排除备选方案。最后使用Fluent对限流阀扩散器和进气道做进一步分析及优化。最终目的就是设计出一套符合规则使用可靠进气损失小充气效率高在能够保证赛车手便于操控的前提下尽可能提高发动机动力性的进气系统。2.2 确定进气系统材料与制造工艺【14】汽车进气系统要求轻质可靠耐用抗腐蚀等特性。现代汽车发动机大多采用工程塑料为进气管的材质。由于不同于排气管需要耐高温进气管不断地在充入新鲜工质不会产生高温塑料在这种情况下是非常好的选择因为既轻质成本又低廉并且形状可塑性佳造型自由度很高且内壁容易做到很光滑有利于气体流动。然而FSAE赛车由于不是量产型车辆每一个零部件为其专门开模具成本太高故最传统且最低廉的做法就是使用铝材手工切割焊接完成整套进气歧管。尽管铝的几何造型能力远不如塑料质量也不够轻质焊接的焊缝还会导致内壁不光滑引起表面涡流造成进气损失但是成本低廉质量也相对其他金属轻是低成本的最佳选择。当然如果预算充足自然可以考虑使用塑料甚至碳纤维去制作进气歧管劳伦斯理工大学2011年使用的就是塑料进气歧管单个制造可以使用快速成型机加工并且要选择抗腐蚀性好的塑料但是了解到成本需要将近1000美元于是决定放弃。最高端的莫过于使用碳纤维制造进气歧管碳纤维的制造工艺其实基于塑料制造工艺所以它具备塑料进气歧管的几何造型优势但是相比塑料更加轻质坚硬耐用。图2.1 碳纤维进气歧管半成品2.3 节气门体类型选择节气门体根据FSAE规则限制节气门体必须位于限流阀之前必须是机械式的控制发动机负荷。常见的节气门体分为三类蝴蝶式滑阀式及滑片式。【15】图2.2 三类节气门体结构示意图4 各部件基本参数设计4.1 节气门口径节气门必须为机械控制所以选择最常见的蝴蝶阀节气门利于拉线控制。在2011赛季使用的为45mm的文氏管节气门。根据使用情况的反馈会出现一定程度上的油门迟缓现象。经过调查发现其中一个原因就是节气门口径过大使得油门反应较为迟缓。在保证足够进气量的同时还得保证较快的油门响应。最终调整的节气门口径为40mm减少了进气截面面积使得进气速度得到提高。4.2 进气总管长度进气总管中将有一段起到限流阀的作用。所以总管的结构大体为文氏管进气管截面渐缩渐扩。收缩的截面可迅速提高气流的速度同时整合通过节气门后的紊乱气流。查阅相关文献后得知较长的总管适合低转速工况较短的总管适合高转速工况。老的进气总管长度为280mm经过实践发现结构过于修长不利于整体的固定刚度有所下降长期处于振动当中容易损坏。由于必须在外框之内现将总管长度缩至150mm。如果收缩的锥角过大气流不能顺利通过将会在收缩孔产生拥堵。4.3 稳压腔体积稳压腔的体积本应与实际工况密切相关在高转速和低转速下分别对应不同的体积。但是目前我们还没能掌握这项工艺。【20】所以只能选取一个在常用转速表现良好的稳压腔体积。查阅了一篇关于稳压腔体积优化的外文文献。文中提到稳压腔体积可取2-8倍的发动机排量。然后仿真了在不同体积下发动机的外特性曲线并做了实验。在2-5倍排量时发动机动力曲线上升6-8倍时出现下降。最后选取了3L和5L作为仿真的对比对象。仿真结果证明3L的稳压腔要优于5L。稳压腔体积Vplen—稳压腔体积 Ved—发动机排量VplenVed50.549×52.745L4.4 进气歧管长度5 流场分析5.1 分析软件介绍CFD商业软件FLUENT是通用CFD软件包【21】用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。GAMBIT——专用的CFD前置处理器FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及生成网格是一具有超强组合建构模型能力之前处理器然后由Fluent进行求解。也可以用ICEM CFD进行前处理由TecPlot进行后处理。【22】5.2 模型网格划分与边界条件初定义利用前处理软件Gambit对模型进行三维网格划分对面和体做边界定义。体网格划分时选择Trid四面体网格。而根据气流的进出确定入口边界为压力进口pressure inlet出口边界为压力出口pressure outlet管壁定义为壁wall。5.2.1 进气总管分析单独建立进气总管模型分析限流阀处的空气流动状态在相同边界条件下的不同形状的模型对进气系统的影响。主要分析了不同长度的进气总管对进气系统的影响。参考变量为air flow rate、压强云图、速度云图。以下为结果。1进气总管长度为150mm图5.1 进气总管长度为150mm的压强云图6 进气系统装配由于整个进气系统存在加大的弯曲曲面其他的加工方法难以加工且又保证加工精度。所以整个进气系统将采用快速成型加工制作该方法适合单件制作且能保证加工精度特别是能保证进气系统的内壁光滑。用螺栓与发动机机体固定同时为减弱发动机振动对进气系统的影响在节气门处引出一根固定杆与车架相连。图6.1 进气系统的装配效果图1空气滤清器与限流阀开口的装配使用金属卡箍。限流阀开口限流阀限流阀扩散器由数控车床一体成型此部分尽可不使用焊接因为截面较小焊接所以引起的内壁粗糙将对进气效果产生很大影响。扩散器末端与稳压腔连接处采用焊接稳压腔与四根进气道用焊接相连进气道与发动机按照规则要求使用螺栓螺母连接为防止振动引起的松动选用尼龙防松螺母。图6.1为此次进气系统设计成品在发动机与车架上的装配效果图。图6.2 进气系统的装配效果图2