活塞作为发动机的关键部件,长期在严苛的环境下工作,其摩擦性能以及运行可靠性成为大家一直以来的关注重点。以某款四缸柴油机为研究对象,在Ricardo-Pisdyn软件中建立了耦合惯性参数、表面粗糙度、热变形和弹性变形等多因素的动力学模型,研究活塞主推力侧裙部设置双凸点型线(探究上凸点高度、凹腔深度等参数)对活塞摩擦磨损性能影响。计算结果表明在活塞主推力侧裙部中上部设置上凸点及凹腔特征,适当增加凹腔深度,可改善活塞主、次推力侧磨损,但增加过大会加重活塞主推力面的磨损。结合优化配缸间隙和采用双凸点型线方法,可进一步改善活塞摩擦磨损性能,优化设计后裙部累积磨损量从31.65MW/m2降低为14.64MW/m2,降约53.7%。

为探究稀薄流流域迎风凹腔的气动防热特性,采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,对稀薄流流域中航天器鼻锥迎风凹腔气动力与气动热性能进行了研究。得到了鼻锥外壁面、凹腔侧壁面以及凹腔底面的热流密度分布情况,分析了不同凹腔深宽比对鼻锥冷却效率以及凹腔腔体内气体参数的影响。以深宽比为1的凹腔为基准,研究了凹腔唇口钝化半径对航天器气动热与气动力的影响。数值结果表明,稀薄流流域中迎风凹腔能够使鼻锥外壁面的热流密度下降7%左右;当凹腔深宽比达到1之后,凹腔侧壁面热流变化趋于一致,热流密度最低点的轴向位置不随深宽比改变,且凹腔底部热流很小,仅为L/D=0.5算例的28.66%;凹腔近底部气体均由稀薄流转化为连续流,凹腔内气体压力不断振荡;唇口钝化没有明显优势,虽然可以降低鼻锥峰值热流,但是会带来严重的气动力性能下降。