Details

Данная выпускная квалификационная работа посвящена исследованию термомеханической надежности блока цилиндров малоразмерного двигателя внутреннего сгорания для беспилотного летательного аппарата с применением перспективных функционально-градиентных материалов. В процессе выполнения работы были определены параметры термогазодинамического цикла, рассчитан рабочий процесс и процесс газообмена двигателя, построена многослойная конечно-элементная модель цилиндра, а также произведены прочностные и тепловые расчеты традиционной конструкции с прессовой посадкой и ФГМ-конструкции блока. На основании расчетов проведен сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния, локальных концентраторов эквивалентных напряжений и коэффициентов запаса прочности исследуемых вариантов. В результате исследования была обоснована структура и закон распределения фаз функционально-градиентной стенки цилиндра двигателя БПЛА (на базе прототипа Mado MD-550), доказана ее эффективность в ликвидации межфазных скачков напряжений на границах раздела сред при полном сохранении глобальной жесткости узла, а также разработаны рекомендации по дальнейшей геометрической оптимизации камеры сгорания.

This masters thesis is devoted to the investigation of the thermomechanical reliability of a cylinder block for a small-scale internal combustion engine used in unmanned aerial vehicles (UAVs) using advanced functionally graded materials (FGMs). In the course of the work, the parameters of the thermogasdynamic cycle were determined, the working process and gas exchange of the engine were calculated, the kinematics of the gas distribution port flow areas were analyzed, a multi-layer finite element model of the cylinder was constructed, and structural and thermal calculations of both the traditional interference fit design and the FGM cylinder block design were performed. Based on the calculations, a comparative analysis of the stress-strain state, local equivalent stress concentrators, and safety factors of the investigated variants was carried out. As a result of the study, the structure and phase distribution law of the functionally graded wall of the UAV engine cylinder (based on the Mado MD-550 prototype) were justified. Its high efficiency in eliminating interfacial stress jumps at the boundaries of different media while fully maintaining the global stiffness of the assembly was proven, and recommendations for further geometric optimization of the combustion chamber were developed.