题目：即用性替代燃料航空重油发动机推进系统特性研究

       随着通用航空及无人机的迅速发展，面对日益严重的石油安全及环境污染等问题，航空燃料多元化需求更加迫切，开发新型航空活塞发动机用替代燃料势在必行。本文从替代燃料的即用性认证角度出发，针对航空燃料单一化及减少环境污染需求，选用航空煤油及生物柴油两种具有即用性潜力的替代燃料，研究替代燃料对喷油特性及燃烧特性的影响，分析了其对于航空重油发动机推进系统特性的影响。

      基于所选用替代燃料，在不改变发动机结构与相关控制参数的情况下，搭建了增压中冷高压共轨压燃式发动机的替代燃料测试平台, 进行了生物柴油、航空煤油与柴油的发动机性能对比试验。

       基于Matlab/Simulink建立了高压共轨燃油供给系统数值模型，通过仿真与试验对比，验证了仿真模型对于喷油特性及系统内高压燃油非稳态流动现象模拟的准确性。结合试验与仿真分析，研究了所选用替代燃料对多次喷射液力过程的影响。结果表明，无论是生物柴油还是航空煤油，当喷射策略一致时，其高压油管内压力波动与柴油相同，电磁阀及针阀升程曲线与柴油近乎一致，替代燃料的物性差异不会影响其喷油正时与喷油持续期。但是受燃料粘度与密度差异的影响，在相同控制参数下，生物柴油循环喷油质量要高于柴油，航空煤油循环喷油质量则低于柴油。

       基于替代燃料实验平台，研究了所选用替代燃料对于发动性能及燃烧特性的影响。研究结果表明，喷油策略一致时，相比于柴油，生物柴油循环喷油量的增加并不能弥补其较低的低热值，使得发动机功率下降，比油耗升高，生物柴油有效热效率略高于柴油。但在相同空燃比条件下，由于相近的低热值与理论空燃比之比，两种燃料的发动机功率近似相等。对于航空煤油，其发动机标定功率略低于柴油，比油耗与有效热效率与柴油近似相等。在替代燃料的燃烧特性方面，研究结果表明，喷油策略一致时，相比于柴油，由于生物柴油含有10%左右的氧，其燃烧速率更快，燃烧持续期较短，50%放热率对应燃烧相位要早于柴油。当转速负荷降低，喷油压力下降，生物柴油十六烷值更高，其主预喷射着火延时明显短于柴油，受未燃的预喷射燃料影响，其主喷射燃烧放热率峰值则等于甚至高于柴油。航空煤油在大负荷工况其放热率与柴油相同，随转速负荷降低，喷油压力下降，由于较低的十六烷值，相比柴油其主预喷射着火延时更长，燃烧持续期缩短，受未燃的预喷射燃料影响，其主喷射燃烧放热率峰值明显高于柴油。

      依据各燃料的喷油特性及燃烧特性，建立了相应的着火延时模型，并通过假设放热率与当前气缸内累计燃油质量成比例关系，得到了各燃料的放热率预测模型，建立了航空重油发动机工作循环数学模型，通过模拟与试验对比，验证了仿真模型的准确性。对比着火延时模型参数差异，可以发现相比于柴油，生物柴油与航空煤油着火延时受压力影响较小。由于燃料十六烷值差异，航空煤油活化能最大，而生物柴油活化能最小。对比放热率预测模型参数差异，生物柴油由于含有10%左右的氧，燃烧速率更快，其模型比例系数大于柴油。航空煤油由于粘度较小，油滴直径更小，蒸发速率更快，其模型比例系数同样大于柴油。

       基于所建立推进系统数学模型，研究了生物柴油及航空煤油对推进系统性能及载荷谱的影响。研究结果表明，航空煤油具有较好的即用性，相比柴油其推进系统性能参数及发动机工作参数谱近似相同，不会对飞行性能及安全性造成不利影响。生物柴油即用性较差，虽然在典型飞行任务下，发动机工作参数谱相比于柴油降低，有助于改善发动机安全性。但其推进系统性能参数相比柴油出现明显下降，并且在使用定距螺旋桨时下降更为剧烈，这严重影响了飞行性能及安全性。

       基于所建立的航空重油发动机推进系统数学模型，分析了轨压变化及喷油正时误差等燃油供给系统故障对于不同燃料推进系统性能的影响。研究表明，发生上述故障时，各燃料发动机性能变化率相同，替代燃料与柴油的推进系统性能差异保持恒定，不会产生突变。