CN110987450A - 小型活塞发动机的功率测算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型活塞发动机的功率测算方法，包括如下步骤：步骤S1,选取多个转速进行发动机台架试验，获得在设定转速下，发动机功率随油门开度的变化曲线；步骤S2,将发动机台架试验数据转化为发动机标准状态数据；步骤S3,将标准状态数据转化为使用的非标准状态数据，利用上述测算方法，从而计算出使用时无人直升机的发动机功率，以保障无人直升机的飞行性能。

Description

小型活塞发动机的功率测算方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种小型活塞发动机的功率测算方法。
背景技术
发动机是直升机的“心脏”，它对直升机的各种特性，特别是对飞行性能有极大的影响。在有人直升机上，绝大多数直升机安装的是涡轮轴发动机，发动机厂家给出在不同高度、温度下发动机的功率、耗油率特性曲线，包括有“放气”情况下的特性曲线，而且是最低保证性能，直升机设计人员可放心去使用，不必为发动机发出多少功率而担心。
现在，绝大多数无人直升机安装的是小型活塞发动机，这些小型活塞式发动机，厂家一般只给出三条曲线，即发动机功率、扭矩、耗油率随转速变化的曲线，这些曲线是在100％油门、标准情况下得到的。对于无人直升机，这些曲线不适用，也不够用。因为直升机不是在标准转速、标准条件下工作，而且发动机也不是在100％油门下运转。此外，发动机安装在直升机上，其工作条件也与试验台不同，如进气、排气系统也不像试验台那样通畅，因此，厂家所给数据不准确，影响无人直升机的使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型活塞发动机的功率测算方法，以以保证无人直升机的飞行性能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种小型活塞发动机的功率测算方法，包括如下步骤：
步骤S1,选取多个转速进行发动机台架试验，获得在设定转速下，发动机功率随油门开度的变化曲线；
步骤S2,将发动机台架试验数据转化为发动机标准状态数据；
步骤S3,将标准状态数据转化为使用的非标准状态数据。
进一步的，步骤S1中，至少进行5个油门开度的测算，5个所述油门开度分别为25％、50％、75％、90％和100％。
进一步的，步骤S2中，发动机标准状态数据包括标准状态下的有效功率Nfa·r；
Nfa·r＝K·Nfa·X；
其中K为校正系数，Nfa·X为实测有效功率。
进一步的，所述校正系数K的计算方法如下：
设定活塞发动机的标准进气状态下，大气压力为100KPa，水蒸气压力为1KPa，进气绝对温度为298°；
Figure BDA0002319565510000021
其中，pr为标准进气状态下的大气压力，Φr为标准进气状态下的相对湿度，psr为标准进气状态下的饱和水蒸气分压力，px为实测进气状态下的大气压力，Φx为实测进气状态下的相对湿度,psx为实测进气状态下的饱和水蒸气分压力,Tx为实测进气状态下的进气温度,Tr为标准进气状态下的进气温度。
进一步的，所述步骤S3中，使用的非标准状态数据包括非标准状态下的有效功率Nfa:
Nfa＝Nfa·r/K。
进一步的，所述小型活塞发动机用于无人直升机。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
本发明提供的一种小型活塞发动机的功率测算方法，首先，选取多个转速进行发动机台架试验，给出在某个转速下，发动机功率随油门开度的变化曲线；然后，将发动机台架试验数据转化为发动机标准状态数据；最后,将标准状态数据转化为使用的非标准状态数据，从而计算出使用时无人直升机需要的发动机功率，以保障无人直升机的飞行性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图；
图2为进气温度TX和相对湿度φx与水蒸气分压力Psx的对照表；
图3为大气压力PXX随高度的变化表。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，某些指示的方位或位置关系的词语，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
现有技术中，小型活塞发动机一般是指功率小于200kw的发动机。厂家通常只给出三条曲线图，上述的三条曲线分别为：功率随转速的变化曲线图，扭矩随转速的变化曲线图，以及耗油量随转速的变化曲线图。
对于无人直升机，通常在定转速下工作，如型号为LE110的无人直升机，选取6300r/min为工作转速，为此，应在此转速进行台架试验，给出功率Nfa随油门的变化曲线和耗油率随功率Nfa变化的曲线。
参照图1所示，本申请提供的小型活塞发动机的功率测算方法，包括如下步骤：
步骤S1,选取多个转速进行发动机台架试验，获得在某个设定转速下，发动机功率随油门开度的变化曲线；
步骤S2,将发动机台架试验数据转化为发动机标准状态数据；
步骤S3,将标准状态数据转化为使用的非标准状态数据。
上述的步骤S1中，因为无人直升机从启动到发动机使用转速，中间要经过怠速、慢车、巡航等状态，应在这些状态的转速下，实测发动机功率随油门的变化，尤其是使用转速下发动机功率随油门的变化。
一个实施方案中，选取的油门个数至少应包括25％、50％、75％、90％、100％的油门开度。因为当油门开度大于80％时，功率随油门的增大而功率增速变小，所以要增加90％的油门开度。如果发动机功率随油门开度的变化曲线不够光滑，还可增加实测油门个数。
使用转速是无人直升机工作转速，应根据发动机厂家给的发动机功率(100％油门)随转速的变化曲线，选取最大功率附近所对应的转速，在此转速附近，转速变化时功率不应有较大变化。因为实际的转速控制常有约1％脉动，此脉动不应引起功率大的变化。
发动机作台架试验是在一定的温度、大气压力、湿度下进行的，一般是在非标准进气状态下试验，应将测量的有效功率、扭矩换算到标准状态下的有效功率和有效扭矩，以便与厂家数据进行对比(趋势和量级)和后续计算。
活塞发动机的标准进气状态下，大气压力为100KPa，水蒸气压力为1KPa，进气绝对温度为298°；非标准进气状态和标准状态之间的换算是通过校正系数K完成的。
所述校正系数K的计算方法如下：
设定活塞发动机的标准进气状态下，大气压力为100KPa，水蒸气压力为1KPa，进气温度为298°；
Figure BDA0002319565510000061
式中，pr为标准进气状态下的大气压力，Φr为标准进气状态下的相对湿度，psr为标准进气状态下的饱和水蒸气分压力，px为实测进气状态下的大气压力，Φx为实测进气状态下的相对湿度,psx为实测进气状态下的饱和水蒸气分压力,Tx为实测进气状态下的进气温度,Tr为标准进气状态下的进气温度。
其中，标准进气状态下的饱和水蒸气分压力可通过查图2中的参数表获得。大气压力P随高度的变化通过查阅图3获得。
图3中，PXX为大气压力；
Figure BDA0002319565510000062
式中：HP为无人机的飞行高度。
步骤S2中，发动机标准状态数据包括标准状态下的有效功率Nfa·r；
Nfa·r＝K·Nfa·X；
其中K为上述校正系数，Nfa·X为实测有效功率。
步骤S3中，将标准状态转换为真实使用状态(非标准状态)时：
将要计算的大气状态：进气压力，温度，湿度输入到校正系数K的计算公式中，得出校正系数K，然后再计算非标准状态下的有效功率Nfa：
Nfa＝Nfa·r/K
通过上述方法可以得到n条在不同转速、非标准状态下发动机有效功率Nfa随油门开度变化的曲线。如果求任意转速下的发动机功率，可通过插值求得。
本申请提供的小型活塞发动机的功率测算方法，可以计算出使用时无人直升机需要的发动机功率，从而保障无人直升机的飞行性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种小型活塞发动机的功率测算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1,选取多个转速进行发动机台架试验，获得在设定转速下，发动机功率随油门开度的变化曲线；
步骤S2,将发动机台架试验数据转化为发动机标准状态数据；
步骤S3,将标准状态数据转化为使用的非标准状态数据。
2.如权利要求1所述的小型活塞发动机的功率测算方法，其特征在于，步骤S1中，至少进行5个油门开度的测算，5个所述油门开度分别为25％、50％、75％、90％和100％。
3.如权利要求1所述的小型活塞发动机的功率测算方法，其特征在于，步骤S2中，发动机标准状态数据包括标准状态下的有效功率Nfa·r；
Nfa·r＝K·Nfa·X；
其中K为校正系数，Nfa·X为实测有效功率。
4.如权利要求3所述的小型活塞发动机的功率测算方法，其特征在于，所述校正系数K的计算方法如下：
设定活塞发动机的标准进气状态下，大气压力为100KPa，水蒸气压力为1KPa，进气绝对温度为298°；
Figure FDA0002319565500000011
其中，pr为标准进气状态下的大气压力，Φr为标准进气状态下的相对湿度，psr为标准进气状态下的饱和水蒸气分压力，px为实测进气状态下的大气压力，Φx为实测进气状态下的相对湿度,psx为实测进气状态下的饱和水蒸气分压力,Tx为实测进气状态下的进气温度,Tr为标准进气状态下的进气温度。
5.如权利要求4所述的小型活塞发动机的功率测算方法，其特征在于，所述步骤S3中，使用的非标准状态数据包括非标准状态下的有效功率Nfa；
Nfa＝Nfa·r/k。
6.如权利要求1-5中任一项所述的小型活塞发动机的功率测算方法，其特征在于，所述小型活塞发动机用于无人直升机。
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