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中国航班材料与工艺
石峰 马洪英 孙义真 杨佳奇 李璋|沈阳广播电视大学资源研发中心
发动机密封摘要：随着无人机和滞空巡飞平台的发展，航空用转子发动机由于功重比高、振动小和结构简单展现出了巨大的潜力。在工作状态下，小型转子发动机中径向密封片的运动、受力以及与气缸之间的接触和摩擦状态复杂，本文针对小型转子发动机中径向密封片和气缸之间摩擦特性进行了研究。关键词：航空；转子发动机；密封片；
摩擦
1 引言随着便携设备和无人机飞行器的迅速发展，小型能源动力系统的需求越来越大[1,2]。与电池相比，内燃机动力装置的能量密度大，且内燃机动力装置所用的燃料污染小且便于携带，因此内燃机仍具有较大的应用潜力。转子发动机小型化后，一些问题开始逐渐凸显。小型转子发动机的燃烧室狭长且小，燃烧不易组织[3-7]。小型转子发动机比表面积大，导致大量热量以散热的形式损失掉，此时可通过降低转子发动机摩
擦损失功率以提高转子发动机的效率。
小型转子发动机总摩擦损失功率是由
多个部件引起的摩擦损失功率组成的，其
中径向密封片和气缸之间的摩擦损失是小
型转子发动机总摩擦损失的重要组成部
分，因此有必要对径向密封片和气缸之间
的摩擦损失展开研究。
2 混合润滑下摩擦损失特性本文分析了转速一定时，密封片和气缸之间摩擦损失功率随曲轴转角的变化情况，进而理论分析转速对密封片和气缸之
间的摩擦损失功率的影响。
径向密封片和气缸之间的接触和摩擦状的
重要参数。径向密封片和气缸之间的油膜
厚度随曲轴转角的分布如图1所示。随着
曲轴转角从0°开始增大，油膜厚度会逐
渐上升，这与密封片所受的径向压作用力
的下降有关。当曲轴转角为270°时，径
向压作用力取得第一个局部极小值1.97N，
油膜厚度取得第一个局部极大值0.84mm。随着曲轴转角的继续增大，径向压作用力开始上升，油膜厚度随着径向压作用力的上升而逐渐下降，密封片的滑动速度也开始上升。3 转速对油膜厚度的影响当小型转子发动机工作在不同转速时，径向密封片和气缸之间的接触状态会发生较大变化，不同转速下径向密封片和气缸之间的油膜厚度的分布如图2所示。随着转速的增大，油膜厚度的变化趋势在0-540°和810-880°区间发生了明显的变化。而上述曲轴转角范围之外的油膜厚度随转速的变化较小。转速增大有利于增大油膜的动压效应进而增大油膜厚度。但是在0-200°和300-560°区间，油膜厚度却随着转速的增大而明显降低。此外径向压作用力取得局部最大值的位置附近，其值随转速的增大而增大，但是油膜厚度却没有发生明显变化。这是因为在上述位置油膜厚度较小，油膜具有较大的刚度，径向压作用力的增大并不导致油膜厚度明显下降。4 结论（1）在混合润滑状态下，径向压作用力由油膜力和微凸体接触载荷共同平衡。在一个循环中油膜力和微凸体接触载荷随着曲轴转角的变化而改变。（2）转速不变时，在一个循环中，油膜力和微凸体接触载荷大小交替变化，但是微凸体引起的摩擦损
失功率要远大于油膜引起的摩擦损失功率。（3）转速变化时，径向密封片和气缸之间的径向压作用力随着转速的增大而增大。微凸体接触载荷随转速的升高增大，但是增幅较小，油膜力随着转速的升高增大，且增幅较大。参考文献[1]潘剑锋，黄俊，刘久斌，等.微型发动机的若干发展动态及分析[J].小型内燃机与车辆技术,2006,35(6):46-50.[2]胡晓煜.国外微型无人机推进技术的发展[J].国际航空,2004(1):52.[3]李立君，唐狄毅，范静.直接喷射分层燃烧转子发动机性能模拟研究[J].内燃机学报,2003,21(3):227-232.[4]李立君，唐狄毅，范静，等.直接喷射分层燃烧转子发动机工作过程的模拟[J].航空动力学报,2003,18(3):363-366.[5]范宝伟，潘剑锋，陈瑞，等.点火提前角对天然气转子发动机燃烧过程的影响[J].兵工学报,2014,35(1):1-17.[6]潘剑锋，陈瑞，范宝伟，等.LPG 转子发动机燃烧过程的数值模拟[J].热科学与技术,2013,12(3):242-248.[7]潘剑锋，范宝伟，陈瑞，等.点火位置对天然气转子发动机燃烧的影响[J].内燃机工程
,2013,34(1):1-7.图1
油膜厚度和径向压作用力随曲轴转角的分布
图2 不同转速下油膜厚度随曲轴转角的分布
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