بررسي عملكرد موتور اشتعال جرقه‌اي دوار وانكل در ارتفاع تحت تأثير سيستم پرخوران

The Altitude Performance Evaluation of Spark Ignition Rotary Wankel Engine Equipped by a Turbocharger

استفاده از پرخوران يكي از روش‌هاي ارتقاء سطح پروازي پرنده موجود، بدون نياز به ايجاد تغييرات اساسي در موتور آن مي­باشد. البته اين امر منوط به انتخاب صحيح پرخوران و كنترل دقيق آن است. امروزه مدل ­سازي رياضي و رايانه­ اي فرآيندهاي درون موتور به عنوان يك ابزار قوي براي تخمين عملكرد سيستم و كاهش هزينه و زمان تست مورد توجه قرار گرفته است. در تحقيق حاضر از مدل ترموديناميكي چند ناحيه­ اي براي اين منظور استفاده شده است. به‌اين‌ترتيب در گام اول كد مربوطه جهت شبيه ­سازي هندسي موتور وانكل توسعه‌يافته و پس از اطمينان از عملكرد صحيح آن، مشخصات موتور رفت و برگشتي معادل توسط كد استخراج شده است و مشخصات مستخرج به نرم ­افزار جي­ تي ­پاور داده شده و مدل رفت و برگشتي موتور توسعه‌ يافته است. در مرحله بعد مدل ايجاد شده توسط نتايج تجربي به‌دست‌ آمده از آزمون توان ­آزما در آزمايشگاه موتور صحه ­گذاري شده است و از مدل اعتبارسنجي شده جهت شبيه ­سازي شرايط ارتفاع استفاده ‌شده و ميزان افت عملكرد به‌دست آمده است. در مرحله آخر توسط تئوري­هاي انطباق، پرخوران مناسب انتخاب شده است و با سازوكار­هاي كنترلي مناسب عملكرد سيستم موتور و پرخوران در ارتفاع هدف مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج تحقيق نشان مي­دهد كه در دور كاري موتور و در حالت بار كامل پرخوراني سبب افزايش 41 درصدي توان و كاهش 5 درصدي مصرف مخصوص سوخت در ارتفاع هدف نسبت به موتور تنفس طبيعي در ارتفاع كاري معمول مي ­شود.

Turbocharging is a prevalent method for the promotion of an UAV flight level without having to make major changes in its engine. It depends on the correct selection and precise control of the turbocharger. Today, the mathematic simulation of the engine cyclic processes as a strong tool to estimate performance and reduce costs and testing time is taken into consideration. In this research multi-zones thermodynamic modeling according to the following steps is performed. At the first step, a geometrical model of the Wankel engine is developed and the geometrical characteristics of the equivalent reciprocating engine is achieved. At the second step, the equivalent reciprocating engine is simulated by GT-Power commercial software. Then, using the empirical results of dynamometer tests the developed model is vitrificated and by this means the effect of altitude conditions on the engine performance is studied. At the last step, according to the matching theories, a proper turbocharger is selected and by using appropriate control mechanisms, the performance of the turbocharged engine at the desired altitude is evaluated. Results indicate that for the operating engine speed and full load condition, turbocharging leads to 41% power increment and 5% specific fuel consumption reduction at the target altitude compared to the naturally aspirated engine at designed working altitude.