Комп’ютерна модель синхронізації валів роторно-лопатевого двигуна за фізичних обмежень електропривода

Анотація

Розроблено зв’язану обчислювальну модель синхронізації валів роторно-лопатевого двигуна внутрішнього згоряння, що враховує електричні обмеження керувальних електричних машин. У наявних моделях таких двигунів електричні машини подають як ідеальні джерела моменту, здатні миттєво й без обмежень сформувати будь-який потрібний момент, тому ці моделі не дають змоги оцінити, чи утримає синхронізацію реальна апаратура. Запропонована модель поєднує механічну динаміку двох валів, змінний газовий момент робочих камер, втрату маси робочого тіла крізь ущільнення лопатей і фізично обмежений електропривод на основі синхронного двигуна з постійними магнітами із векторним керуванням. Виконавчі машини розглядаються як приводи, момент яких формується через динаміку струму обмоток і обмежений доступними струмом і напругою апаратури, а також протиелектрорушійною силою, що зростає зі швидкістю обертання. Над електричним рівнем працює алгоритм синхронізації, який після кожного робочого ходу оновлює заданий середній момент за зміною кінетичної енергії валів. Модель реалізовано як браузерний симулятор. Чисельні експерименти показують, що допустимий масштаб двигуна визначає насамперед запас за моментом привода ‒ відношення максимального моменту, який привод здатен віддати, до середнього газового моменту циклу. Синхронізація втрачається, коли цей запас наближається до одиниці. Той самий критерій описує межу для двох робочих середовищ: за того самого привода допустимий об’єм камери на стисненому повітрі більш ніж на порядок перевищує допустимий об’єм за згоряння, і цю різницю повністю пояснює відношення середнього газового моменту на одиницю об’єму камери. Режим на стисненому повітрі запропоновано як основу першого лабораторного стенда, тому що він дає змогу використати помітно більшу геометрію двигуна за тієї самої апаратури.