[发明专利]一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统与方法

说明书

本发明公开了一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统与方法，首先由温度传感器实时将温度信号传送至ECU中，ECU读取温度信号一方面将信号转换为温度传输给上位机，另一方面以信号作为参考，根据上位机对发动机设定的转速利用预先设定好的模糊控制算法输出控制决策，加热器、风机、舵机、喷油器、点火系统、节气门等执行器执行决策，最终形成一个闭环控制系统。本发明实现了装置加热与散热一体化，且引入ECU喷油点火的共同控制；再通过引入模糊控制，可以实现缸体温度快速稳定在设定值，总体上提高发动机的性能；本热管理系统亦可模拟发动机于无人机在实际飞行时的散热风速，便于分析发动机的工作状态。

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体为一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统与方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着无人机在各行各业越来越广泛的运用，无人机的动力问题也成了研究的焦点之一。目前无人机的动力来源大致分为两种：电动和油动。电能驱动的最大优势在于动能装置与质量小，体积小，控制系统相对简单，相对应的电动无人机也趋于小微型化。由于储能装置发展的限制，目前市面上的小型电动无人机普遍存在续航时间少的问题。一方面在商业上要想长时间使用只能频繁更换电池；另一方面在诸如电力巡检、防险救灾、军事应用等对无人机续航能力需求较高的场合就不太适用了。

为此，在上述强调无人机续航能力的场合，燃油驱动变成了首选。而相对于广泛应用于汽车领域的四冲程活塞发动机来说，二冲程活塞发动机兼具费用低廉、构造简单、质量小、功率大等优点，能够很好的运用于小型的无人机上。

考虑到在航空领域燃油需选用航空煤油。所以二冲程活塞发动机在温度控制上就有了更高的要求。首先相较于以汽油作为燃料来说，相同条件下航空煤油的雾化效果会差很多；其次二冲程航空活塞发动机为了实现重量轻的效果，整个气缸外壳都采用铝材料制成，其材料的承压系数很难达到航空煤油压燃的阈值，故大多二冲程发动机都采用火花塞点燃的方式启动的。

因此对于喷油方式为进气道喷射的发动机而言，常温下是无法启动的，需要对整个发动机缸体进行加热从而提高煤油的雾化效果，最终才能顺利启动。

而在发动机启动完成后，在没有外界条件影响下，缸体温度会急剧升高。当温度升高到一定值后，由于活塞、活塞环和缸体材料不同，受热膨胀系数不同，便会出现间隙影响燃烧室的密闭性，结果会导致转速下降；当缸体温度进一步提高，缸内温度到达材料的熔点的时候，便会发生融缸的现象，最终发动机损坏。因此需要对缸体进行充分的散热。

综上所述，温度是影响发动机性能的关键因素，良好的发动机温度管理可以保障发动机实现一个极佳的工况。但现目前航空二冲程活塞发动机仍在起步阶段，热管理系统相对来说较为原始，大多采用加热与散热装置分别为两套装置且均采用手动操控的方式，且会忽略ECU 喷油点火对缸体温度的影响，无法实现控制的精度和操作的准确度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种加热散热迅速、可全程自动调节等特点的二冲程活塞发动机性能优化的热管理系统与方法，以解决在对二冲程航空活塞发动机通过温度管理实现性能优化的需求。技术方案如下：

一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统，包括ECU、风机系统、流道系统、加热系统和舵机组；

所述风机系统包括风机和变频器，风机通过变频器连接到ECU，由变频器控制风速的大小；

所述流道系统包括分别对发动机两缸进行独立温度控制的两套结构相同的流道单元；所述流道单元包括散热流道和加热流道，散热流道和加热流道上端通过一个Y型管共同连接到风机的出风口，下端通过另一个Y型管合流吹至发动机缸体；两发动机缸体上分别设有温度传感器，温度传感器连接到ECU；

所述加热系统包括设置在加热流道内的加热管，加热管通过继电器连接到ECU，根据缸体温度由继电器独立控制加热管的打开与关断；