張強(qiáng)，馬朝臣

(北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院，北京100081)

隨著人們節(jié)能意識(shí)的逐漸增強(qiáng)以及制定排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)越來(lái)越受到重視。在各種增壓方式中，廢氣渦輪增壓由于利用了發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的能量，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，被人們廣泛地應(yīng)用。然而渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)存在著啟動(dòng)和加速時(shí)瞬態(tài)響應(yīng)性差以及高速、高負(fù)荷下渦輪增壓器會(huì)發(fā)生超速的缺點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)外針對(duì)這些問(wèn)題的不同解決措施中，近年來(lái)采用高速電動(dòng)/發(fā)電機(jī)來(lái)改善發(fā)動(dòng)機(jī)部分工況特性的電輔助渦輪增壓技術(shù)已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)新的技術(shù)熱點(diǎn)［1-2］。

微型燃?xì)廨啓C(jī)是一種新型的分布式能源系統(tǒng)和電源裝置，其單機(jī)功率范圍為數(shù)十至數(shù)百千瓦，發(fā)展歷史較短［3］。帶有回?zé)崞鞯母咝⑿腿細(xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組廣泛地用于分布式發(fā)電［4］、熱電冷聯(lián)供［4-5］、車輛混合動(dòng)力裝置［6-7］、軍用車載輔助電站［8-9］。它作為典型的軍民兩用高科技產(chǎn)品得到迅速發(fā)展，成為對(duì)國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重大作用的戰(zhàn)略產(chǎn)品。近年來(lái)隨著全球范圍內(nèi)的能源與動(dòng)力需求以及環(huán)境保護(hù)等要求的變化，燃?xì)廨啓C(jī)得到了美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，先后制定了先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)研究發(fā)展規(guī)劃，多家公司將多個(gè)系列的微型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品投入到國(guó)際市場(chǎng)。我國(guó)對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)的廣闊應(yīng)用前景也十分重視，已有包括國(guó)家“863”計(jì)劃在內(nèi)的多個(gè)項(xiàng)目在擬議和實(shí)施中，但迄今為止，還沒(méi)有一種型號(hào)微型燃?xì)廨啓C(jī)用于商業(yè)運(yùn)行。

微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的尺寸小，質(zhì)量輕，具有高效、節(jié)能、低噪音、低污染等優(yōu)點(diǎn)。其主要基本技術(shù)特征與車用廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子部分非常接近，都是采用離心式壓氣機(jī)、徑流或軸流式渦輪，利用單軸形式連接壓氣機(jī)和渦輪;不同之處在于微型燃?xì)廨啓C(jī)要單獨(dú)設(shè)置一個(gè)燃燒室和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)。因此技術(shù)上完全可以把車用廢氣渦輪增壓器與微型燃?xì)廨啓C(jī)一體化，以滿足軍、民用車輛功能多樣化需求日益增長(zhǎng)的需要。

本文綜述了車用渦輪增壓器和微型燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展情況，提出了將渦輪增壓系統(tǒng)與車載輔助微型燃?xì)廨啓C(jī)電站一體化的新方案，對(duì)未來(lái)需要開展的研究工作進(jìn)行了展望。

1 關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 熱力循環(huán)方式

發(fā)電用微型燃?xì)廨啓C(jī)采用簡(jiǎn)單熱力循環(huán)時(shí)，其熱效率低于大型燃?xì)廨啓C(jī)的效率?，F(xiàn)在100 kW 級(jí)的微型燃?xì)廨啓C(jī)采用回?zé)嵫h(huán)時(shí)，效率也低于同功率檔次內(nèi)燃機(jī)的效率［10］。為了提高微型燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率以及降低CO2的排放，最簡(jiǎn)單的方法是采用回?zé)嵫h(huán)來(lái)回收廢氣中的熱量［11］。目前在研的微型燃?xì)廨啓C(jī)熱效率的目標(biāo)為40%，為了達(dá)到這一目標(biāo)，許多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者在如何大幅提高渦輪進(jìn)口溫度以及采用更有效的熱力循環(huán)方面作了相關(guān)的研究工作。對(duì)于前者，解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于研發(fā)新的耐高溫材料如陶瓷材料，使燃?xì)廨啓C(jī)中受熱部件如渦輪轉(zhuǎn)子的耐熱水平顯著地提高。但是由于材料成本以及加工安裝技術(shù)水平的限制，目前陶瓷渦輪轉(zhuǎn)子還沒(méi)有得到廣泛地應(yīng)用;對(duì)于后者，當(dāng)前涌現(xiàn)出許多新的熱力循環(huán)概念［12-14］，如回?zé)嶂欣溲h(huán)、回?zé)岬蛪貉h(huán)、回?zé)崮嫜h(huán)和外燃循環(huán)等。這些新的熱力循環(huán)概念都是建立在回?zé)嵫h(huán)的基礎(chǔ)上，面向的對(duì)象絕大多數(shù)是小型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)構(gòu)上不可避免地增加一些附屬設(shè)備來(lái)適應(yīng)熱力循環(huán)的要求，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，尺寸、質(zhì)量也相應(yīng)地增大。因此對(duì)于功率水平為百千瓦以下級(jí)別的微型燃?xì)廨啓C(jī)，采用復(fù)雜的熱力循環(huán)提高效率不太可行。

微型燃?xì)廨啓C(jī)中回?zé)崞鞯膬r(jià)格比較昂貴，約占系統(tǒng)總成本的1/3［11，15］。現(xiàn)有的具有良好性能和緊湊結(jié)構(gòu)的換熱器形式大都為實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，并且成本很高，因此只少量生產(chǎn)，沒(méi)有形成量化生產(chǎn)的規(guī)模。目前新型的回?zé)崞髡谘邪l(fā)之中，并朝著降低成本，減少組件數(shù)量，且能夠適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)模式的方向發(fā)展。應(yīng)用在微型燃?xì)廨啓C(jī)中典型的回?zé)崞饔邪迨交責(zé)崞?，它能在較小溫差下，實(shí)現(xiàn)高效傳熱，已逐步得到了應(yīng)用［16］。但是這種回?zé)崞鳛榱诉_(dá)到設(shè)計(jì)要求的換熱效果，就必須增大傳熱面積，使得體積增加，不適合在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)安裝?；?zé)崞鞑捎玫牧硪环N傳熱表面為一次表面型［17］，它的特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、節(jié)省安裝空間。這種換熱器國(guó)外雖有研究，但具體性能參數(shù)并不公開報(bào)道;而且在國(guó)內(nèi)各種一次表面回?zé)崞鞯闹圃旃に囘€不成熟，因此實(shí)際應(yīng)用起來(lái)也比較困難。

1.2 壓氣機(jī)和渦輪

由于微型燃?xì)廨啓C(jī)采用簡(jiǎn)單熱力循環(huán)形式，所以設(shè)計(jì)高效率的壓氣機(jī)和渦輪對(duì)整機(jī)效率的提高有著重要的意義。目前在渦輪增壓器和微型燃?xì)廨啓C(jī)大多數(shù)研究中，主要通過(guò)優(yōu)化葉輪來(lái)提高壓氣機(jī)和渦輪的性能［18-20］。為了全面改善性能，還在擴(kuò)壓器、葉輪頂部間隙等方面作了相關(guān)研究［21-22］。

1.2.1 壓氣機(jī)

離心壓氣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)具有高速、高壓比的特點(diǎn)，受到很大的離心力作用。隨著壓比的提高，葉輪直徑的減小，如何保持較高的效率和寬廣的流量范圍成為突出的矛盾，這需要選擇合適的壓氣機(jī)葉輪葉型［23-24］。目前由于帶有后彎葉片的壓氣機(jī)效率最高而在車用渦輪增壓器和微型燃?xì)廨啓C(jī)中大量使用，但其缺點(diǎn)是不易制造，葉根對(duì)彎曲壓力敏感。

綜上分析，前傾后彎葉輪能滿足寬廣速度和流量范圍的要求，至于后彎葉輪強(qiáng)度低的問(wèn)題完全可以在設(shè)計(jì)上采取措施予以解決。另外在葉輪后加裝容易制造、抗污損和沖蝕性好的無(wú)葉擴(kuò)壓器，可以擴(kuò)大壓氣機(jī)的運(yùn)行范圍，進(jìn)一步發(fā)揮后彎葉輪的優(yōu)勢(shì)。離心壓氣機(jī)的材料可采用鑄鐵、鋁合金、鋼和鐵合金。采用多坐標(biāo)數(shù)控整體進(jìn)行銑削加工，容易控制加工精度，保證各葉道間良好的一致性和氣動(dòng)性能，提高葉輪的性能和壽命。

1.2.2 渦輪

渦輪的設(shè)計(jì)要滿足空氣動(dòng)力學(xué)性能的要求，同時(shí)又要保證葉片具有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)，還要具有外形尺寸小、質(zhì)量輕和慣性矩小的特點(diǎn)，否則會(huì)限制渦輪的安裝和響應(yīng)特性。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，渦輪除了要帶動(dòng)自身的旋轉(zhuǎn)，還要同時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)葉輪和發(fā)電/電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，因此設(shè)計(jì)時(shí)要保證渦輪具有足夠的做功能力。

渦輪的瞬態(tài)性能與各旋轉(zhuǎn)部件的慣性矩大小有關(guān)，還與渦殼本身的參數(shù)A/R 值(渦殼喉口面積/喉口截面圓心點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸的距離)有關(guān)［25］。該數(shù)值影響葉輪的轉(zhuǎn)速以及整機(jī)在部分工況時(shí)的響應(yīng)特性，需要全面考慮后確定合理的數(shù)值。車用渦輪增壓器采用的徑流式渦輪，用精密鑄造的工藝進(jìn)行整體葉輪的加工，可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，保證了低廉的成本。

1.3 燃燒室

燃燒室作為微型燃?xì)廨啓C(jī)的重要組成部分，其形式的選擇在很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的用途以及可被利用的空間，對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有著重要的影響［15］。

為了組織好燃燒過(guò)程，使燃燒室具有燃燒穩(wěn)定性好、效率高、流動(dòng)阻力小以及排氣中污染物控制得當(dāng)?shù)攘己眯阅?，就必須?duì)燃燒室的燃燒和流動(dòng)性能進(jìn)行深入的研究。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用試驗(yàn)和數(shù)值模擬等技術(shù)手段在這些方面進(jìn)行了相關(guān)的研究。隨著燃燒理論和數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)燃燒室內(nèi)部的流動(dòng)和燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬分析［26］;為了檢驗(yàn)燃燒室布置方案的合理性和部件的可靠性，用熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等試驗(yàn)研究［27］來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證;為了減少污染物(特別是NOx)的排放，進(jìn)行了貧預(yù)混—預(yù)蒸發(fā)燃燒(LPP)［28］、無(wú)焰氧化燃燒(FLOX)［29-30］等燃燒技術(shù)方面的研究，以此來(lái)解決燃燒室性能的預(yù)估和工程設(shè)計(jì)問(wèn)題。對(duì)于微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室組件，今后的目標(biāo)將主要集中在優(yōu)化噴油器的性能和燃燒室的幾何參數(shù)。

1.4 轉(zhuǎn)子軸承

軸承是渦輪增壓器和燃?xì)廨啓C(jī)的重要部件之一，也是整機(jī)結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)［24］。微型燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速一般在40 000 r/min 以上，小型渦輪增壓器普遍使用的轉(zhuǎn)速范圍也為50 000～150 000 r/min.在如此高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，選擇工作可靠又有很高機(jī)械效率的軸承非常重要。早期的增壓器和燃?xì)廨啓C(jī)支撐系統(tǒng)多采用滾珠軸承和滾柱軸承，它突出的優(yōu)點(diǎn)是摩擦損失小、效率高、增壓器轉(zhuǎn)子工作靈活，顯著改善了增壓器的加速性能。后來(lái)帶有浮環(huán)的滑動(dòng)軸承由于對(duì)轉(zhuǎn)子的不平衡敏感性較小、能勝任極高轉(zhuǎn)速下的工作以及制造容易、成本低廉而受到人們的重視。滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承均需要潤(rùn)滑系統(tǒng)。目前大力發(fā)展的軸承形式為空氣軸承，可不必在增壓器上設(shè)置進(jìn)、回油的管道，排除了經(jīng)油封漏機(jī)油和污染中冷器的可能性。隨著技術(shù)的成熟以及成本的降低，預(yù)計(jì)磁懸浮軸承也將成為下一代燃?xì)廨啓C(jī)軸承的可選形式。

許多國(guó)外商業(yè)化的微型燃?xì)廨啓C(jī)中采用了空氣軸承，到目前為止空氣軸承被證明是能夠可靠工作的，但是在壽命和耐久性方面仍需改進(jìn)［31］。我國(guó)低溫透平膨脹機(jī)制造領(lǐng)域已具備了開發(fā)靜壓空氣軸承透平膨脹機(jī)的豐富經(jīng)驗(yàn)，但迄今為止在高速透平機(jī)械領(lǐng)域尚無(wú)動(dòng)壓氣體軸承產(chǎn)品的應(yīng)用，與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在較大的差距［32］。現(xiàn)在小型渦輪增壓器普遍采用滑動(dòng)軸承而且是全浮動(dòng)軸承，文獻(xiàn)［33］介紹的一種微型燃?xì)廨啓C(jī)向心透平性能試驗(yàn)裝置與測(cè)量系統(tǒng)中也采用了液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承。因此結(jié)合實(shí)際的技術(shù)和生產(chǎn)情況，系統(tǒng)可以采用滑動(dòng)軸承。

1.5 電動(dòng)/發(fā)電機(jī)

高速電機(jī)轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)行時(shí)，其電機(jī)中轉(zhuǎn)子表面切向應(yīng)力、電機(jī)尺寸比、轉(zhuǎn)子表面線速度之間具有很強(qiáng)的約束關(guān)系。大多數(shù)高速電機(jī)采用2 極或4 極結(jié)構(gòu)，這樣可以使轉(zhuǎn)子半徑減小，保證電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子線速度不超過(guò)200～250 m/s，否則燒結(jié)而成的永磁體將無(wú)法承受轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的巨大離心力。定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率一般為1 500～2 500 Hz［34-35］，需將高頻電降至50 Hz，否則會(huì)在導(dǎo)線中產(chǎn)生電渦流損失，就需要專門設(shè)計(jì)定子繞組形式。電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)由于空氣的摩擦引起轉(zhuǎn)子溫度的上升，因此還要解決由于溫升帶來(lái)的電機(jī)效率下降問(wèn)題。據(jù)報(bào)道，博格—華納(Borg-Warner)公司在所設(shè)計(jì)的第3 代電輔助增壓器(eBooster)樣機(jī)系統(tǒng)中，采用了高速同步電機(jī)。從功率密度和效率角度來(lái)看，永磁電機(jī)的功率密度可達(dá)到8.9 kW/kg［34］，因此在微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組中可考慮選用永磁同步高速電機(jī)，但它的轉(zhuǎn)子機(jī)械特性差［36］。

總之在具體選用永磁高速電機(jī)時(shí)，要根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合其電磁和機(jī)械特性、控制方式和功率變換系統(tǒng)，進(jìn)行綜合對(duì)比研究。

2 車用集成式燃?xì)鉁u輪—增壓發(fā)電系統(tǒng)

軍用車輛往往需要裝備輔助電站，以便在主動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)的情況下為車輛用電設(shè)備供電。由于輔助電站與渦輪增壓系統(tǒng)具有相近的工作參數(shù)，為了簡(jiǎn)化裝置、減小體積，本文提出渦輪增壓系統(tǒng)與車載輔助微型燃?xì)廨啓C(jī)電站一體化的方案，稱為集成式燃?xì)鉁u輪—增壓發(fā)電系統(tǒng)(ITSGS).

2.1 ITSGS 的工作原理

ITSGS 的工作原理如圖1所示。工作時(shí)可由電控單元輸出相應(yīng)控制信號(hào)使系統(tǒng)在車用渦輪增壓器工況和燃?xì)廨啓C(jī)工況(圖1虛線區(qū)域)間切換。在車用渦輪增壓器工況，當(dāng)車輛啟動(dòng)和加速時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，快速提高進(jìn)氣壓力，增加進(jìn)入氣缸的空氣量;在高速大負(fù)荷工況時(shí)，渦輪的一部分能量通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在蓄電池中。這樣即可以使進(jìn)氣壓力在低速時(shí)完全不依靠于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，消除了增壓器響應(yīng)的滯后性，又可以在高速工況下回收廢氣的能量，取消增壓器廢氣閥的設(shè)置，替代可調(diào)渦輪的作用。在微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電工況，通過(guò)燃燒室燃燒燃料產(chǎn)生的能量推動(dòng)渦輪做功，帶動(dòng)高速電機(jī)發(fā)電。產(chǎn)生的電能經(jīng)過(guò)整流、逆變和濾波等環(huán)節(jié)進(jìn)行處理后，在電動(dòng)/發(fā)電機(jī)與能量?jī)?chǔ)存單元之間傳遞，最后供負(fù)載使用。

圖1 車用集成式燃?xì)鉁u輪—增壓發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖Fig.1 Sketch of vehicular integrated turbine supercharger generator system

2.2 ITSGS 可行性分析

為了評(píng)估ITSGS 的可行性，需要根據(jù)質(zhì)量、能量守恒原理，對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的熱力參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，判斷燃?xì)廨啓C(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)是否與渦輪增壓器的運(yùn)行參數(shù)相匹配。即按照燃?xì)廨啓C(jī)工作過(guò)程和給定的各個(gè)部件的效率(或損失系數(shù))，取一系列壓氣機(jī)增壓比和渦輪前燃?xì)鉁囟龋?jì)算燃?xì)廨啓C(jī)各截面的熱力參數(shù)(壓力、溫度、比熱、焓、熵值)和性能參數(shù)(即工質(zhì)的比功、熱效率和耗油率)，然后根據(jù)所要達(dá)到的燃?xì)廨啓C(jī)的功率確定空氣流量，或者根據(jù)給定的空氣流量計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)的功率［47］。

通過(guò)編制相應(yīng)的熱力循環(huán)計(jì)算程序，表1給出了經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的ITSGS 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的基本特性參數(shù)。從結(jié)果可以看出，只要選取合適的壓比和渦輪進(jìn)口溫度，可以使微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出相應(yīng)的功率，而且壓氣機(jī)、渦輪等參數(shù)均在渦輪增壓器工作的范圍之內(nèi)，可以保證增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)良好匹配的前提下實(shí)現(xiàn)渦輪增壓器與輔助發(fā)電的集成。

表1 車用集成式燃?xì)鉁u輪—增壓發(fā)電系統(tǒng)基本特性參數(shù)Tab.1 Main parameters of vehicular integrated turbine supercharger generator system

2.3 ITSGS 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

綜合國(guó)內(nèi)外回?zé)崞餮芯亢蜕a(chǎn)的現(xiàn)況以及車用微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用場(chǎng)合，車用ITSGS 采用簡(jiǎn)單燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)符合目前的實(shí)際技術(shù)情況。考慮到車輛廢氣渦輪增壓器的布置方式特點(diǎn)，壓氣機(jī)和渦輪葉輪均布置有渦殼體，其間還要布置軸承及潤(rùn)滑管路，且葉輪的布置方式不是采用背靠背的形式，這樣在渦輪側(cè)就不能像目前大多數(shù)微型燃?xì)廨啓C(jī)那樣留有足夠的空間布置燃燒室;另外微型燃?xì)廨啓C(jī)的噴油流量小，如果采用多管燃燒室，則各管間燃油量分配的噴油量就會(huì)更小，而與此相匹配的噴嘴在加工和運(yùn)行中存在易腐蝕和堵塞等問(wèn)題，因此車用ITSGS 考慮選用小型單管式燃燒室。這樣可以將燃燒室水平布置于渦輪機(jī)體上，另外燃燒室容積的確定也較靈活，可提高效率，也便于檢修。這種結(jié)構(gòu)會(huì)使整機(jī)的熱效率較低，但與目前車載輔助電站需要單獨(dú)的動(dòng)力源相比，ITSGS 在成本(包括設(shè)備、燃料、維護(hù)保養(yǎng)等成本)以及改善車輛部分工況的特性方面所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是明顯的。

3 車用集成式燃?xì)鉁u輪—增壓發(fā)電系統(tǒng)研究展望

ITSGS 集成技術(shù)研究中要解決增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配和優(yōu)化技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器在全工況下(尤其是啟動(dòng)、加速和低速工況)的良好匹配;在微型燃?xì)廨啓C(jī)工況下，實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換;ITSGS 的動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程直接影響到工況調(diào)節(jié)的靈活性以及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，要對(duì)工作過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究，為機(jī)組的性能優(yōu)化和運(yùn)行控制優(yōu)化提供理論依據(jù)。

在系統(tǒng)的關(guān)鍵部件中，運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)先進(jìn)技術(shù)對(duì)葉輪進(jìn)行合理的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，使其既滿足發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓進(jìn)氣流量和壓比的要求，又要使微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出額定的電功率;對(duì)燃燒室進(jìn)行流動(dòng)、傳熱和機(jī)械綜合設(shè)計(jì)方法研究，分析燃燒室內(nèi)的燃燒狀況及速度、壓力和溫度的分布情況。

不斷提高車用ITSGS 的效率和降低成本將是今后長(zhǎng)期的目標(biāo)。這一方面依靠相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)取得關(guān)鍵性突破，如高效、緊湊、低成本回?zé)崞鞯某晒ρ兄?另一方面，在現(xiàn)有技術(shù)條件下也可以考慮和其他技術(shù)相結(jié)合，以使系統(tǒng)的效率大幅度得到提高，只有這樣才能使其工程化。目前存在的主要技術(shù)障礙是小型高緊湊單管燃燒室技術(shù)、高速電動(dòng)/發(fā)電機(jī)技術(shù)以及由于渦輪轉(zhuǎn)子與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)連接而帶來(lái)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

車用ITSGS 作為能源、動(dòng)力領(lǐng)域的新概念裝置，在提高能源利用率，降低環(huán)境污染，提高工作靈活性，節(jié)省投資等方面具有很廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)軍、民用相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展有著重大意義，應(yīng)該給予重視和關(guān)注。

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