高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重,传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法,通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律,以确定齿轮参数并为卸荷槽设计提供约束条件;其次基于齿轮运动规律和卸荷槽设计原则进行了某型燃油齿轮泵卸荷槽的设计,并进行了多个工况下新型卸荷槽和传统卸荷槽困油特性仿真对比;最后试制了样机并通过试验验证了卸荷槽设计的有效性。研究结果表明所设计的卸荷槽与传统矩形卸荷槽相比,同工况下最大困油压力降低63.4 MPa,流量脉动率减小33.5%,空化区域更小,工作性能更优,能够显著缓解困油带来的不利影响。采用该结构卸荷槽的齿轮泵具有高的容积效率和长时抗汽蚀能力。

燃油齿轮泵是航空发动机控制系统的核心单元,现阶段我国已掌握燃油齿轮泵自主设计能力,且全面覆盖现有发动机控制系统的基本性能指标,如何进一步提升燃油齿轮泵的寿命及可靠性是行业亟需解决的关键问题。在新一代先进航空发动机中,燃油齿轮泵长期服役在高速、高温、高压、低介质黏度极端工况中,其摩擦副润滑失效以及侧板困油空化极易引发燃油泵故障,是制约航空发动机的安全可靠服役的关键难题。本文归纳了长寿命、高可靠燃油齿轮泵设计亟需解决的关键技术,给出了燃油齿轮泵摩擦副材料、润滑机理建模与测试、困油空化及卸荷槽设计的研究进展,结合燃油齿轮泵实际设计难题和未来技术发展,剖析了上述研究中所面临的挑战及问题,为行业研究人员突破燃油齿轮泵的长寿命、高可靠设计提供了指导方向。

针对液压机械伺服系统正向设计的难点,提出了液压机械伺服系统可控流路的基本概念和理论。通过建立状态空间模型,采用闭环系统分析法及液压机械伺服系统可控流路概念,提出了单腔和串联式双腔两种基本结构的可控流路设计方法;在此基础上,以燃油伺服等压差控制系统的正向设计为典型算例,应用提出的可控流路设计方法进行了系统性设计。仿真结果表明,燃油伺服等压差控制系统静态误差为0,动态调节时间不大于0.01 s,超调量不大于10%,相角裕度大于45°,正弦波动输入信号的干扰下具有鲁棒抗干扰性能。

针对液压机械式压差伺服系统正向设计的难点,提出压差伺服系统的差分进化H∞优化设计方法。通过建立状态空间模型,并设计差分进化H_∞频域优化指标,提出一种压差伺服系统的动态设计方法;在此基础上,完成了压差伺服系统镇定、伺服控制规律的优化设计,并进行系统级仿真。仿真结果表明,压差伺服系统稳态特性满足0.92±0.01 MPa,静态误差小于1%,动态调节时间小于0.01 s,超调量小于10%,相角裕度大于70°,20 Hz正弦波动输入信号的干扰下具有鲁棒抗干扰性能。

为了验证多级轴流压气机出口级性能,开展四级重复级低速模拟气动设计,并坚持以二维设计为主,三维数值验证为辅。利用相同的设计系统,建立了高低速压气机之间相似的二维流场和叶表无量速度分布。随后,低速与高速压气机三维数值计算结果对比表明,压升系数特性吻合,流场相似,且叶表无量纲速度由设计点到失速点保持一致的变化趋势,进一步验证了二维设计的可行性;利用相同的系统设计高、低速压气机,有利于形成高速-低速-高速的良性循环,有利于完善基于通流程序的设计体系,积累设计经验。

为发展一型适用于高空低雷诺数流动的风扇/增压级部件,解决高空长航时无人机动力对部件的技术需求,针对高空低雷诺数下的风扇/增压级进行了气动设计,设计过程包含了一维热力计算、S2通流设计、叶片造型设计和三维数值计算分析。经过多轮设计迭代后,得到了适用于高空低雷诺数条件下的最优叶型。三维数值计算结果表明:风扇/增压级的内、外涵性能都达到了设计指标的要求,且在高空低雷诺数下有较高的稳定裕度。与现有发动机风扇部件性能进行对比得出:新设计的风扇/增压级具有较好的高空工作能力,可以满足总体对风扇/增压级的性能需求。

为揭示圆弧型指尖密封磨损规律,获得结构参数对其磨损特性影响规律,通过分析指尖封严的磨损过程,构建了指尖密封体积磨损量关于时间的一阶线性非齐次微分方程,求解得到指尖密封中磨损量和磨损率计算的数学计算模型,并采用所建立的数学计算模型研究了结构参数对指尖密封磨损的影响。结果表明:采用文中磨损计算结果进行泄漏特性数值计算与文献中试验结果误差小于5%,证明本文磨损计算的合理性;首次提出了磨损总量系数、磨损率系数和磨损时间系数的概念,用这三个参数表述指尖密封的磨损特性,并获得了磨损率系数、磨损时间系数随指尖片结构变化规律;指尖密封的体积磨损量和磨损率随磨损时间呈指数趋势变化;对指尖密封磨损快慢影响程度由大到小依次是:指梁厚度、指梁根圆、指梁顶圆、指梁基圆、指梁型线圆、周向角、指梁间隙。

为了准确预测离心泵双密封环平衡系统的泄漏特性,通过分析该平衡系统的几何特征和液体流动特点,对其主要过流部件进行简化,将泵腔液体流动简化为由圆周剪切流和径向压差流叠加而成的轴对称二维粘性层流运动,同时将密封环间隙液体流动简化为两平行平板间的定常不可压缩粘性流体层流运动。然后,利用N-S方程分别建立了泵腔和密封环间隙的液体流动模型,并通过泄漏量相等建立了双密封环平衡系统泄漏量预测模型。为了验证该预测模型的可靠性,以IS80-50-315型离心泵为模型,对不同工况下的双密封环平衡系统泄漏特性进行实验测量,并与预测结果进行比较。结果显示,在不同平衡孔直径和密封环间隙条件下,预测结果与实验数据的相对误差在设计工况下均小于3%,在非设计工况下均小于10%。研究表明,不仅在设计工况下,而且在非设计工况下,本文提出的预...

普通接触式环瓣浮环密封高速下不开启易造成磨损失效,动压式环瓣浮环一定转速下径向开启并保持无摩擦无磨损稳定运行,具有较好的应用前景。建立动压式环瓣浮环密封固体域及流场数值计算模型,计算开启阻力、开启力、泄漏率及温升,分析动压槽结构参数对密封开启的影响,讨论密封性能随槽型参数的变化趋势。基于数值分析优化参数,试验验证开槽前后密封的泄漏率及温升,讨论不同开启情况下密封的磨损特性。结果表明:优化的动压槽能明显改变主密封间隙中的压力分布,提高流体动压力,实现开启,使密封高速下稳定无摩擦运转并保持较低的泄漏率,大幅度降低摩擦温升,改善密封的摩擦磨损。动压槽最佳深度宜为3~5μm,密封具有较大的开启力;槽宽增大开启力先增大后变缓,过大的槽宽对提高开启力不明显;工作压力增加,密封开启难度增加,可通过增加槽...

为了研究含裂纹航空液压直管的振动响应特性,防止液压管路系统出现灾难性失效,针对液压直管可能出现的斜裂纹故障,考虑剪切力以及剪切系数的影响,推导出斜裂纹液压直管的局部柔度系数表达式,从而建立斜裂纹液压直管流固耦合有限元模型。利用Newmark-β积分法求解了液压直管的振动响应,将数值计算结果与试验测试结果对比分析,验证了有限元模型的正确性。利用本文模型分析了裂纹夹角和柱塞泵转速对液压直管系统振动响应特性的影响,结果表明:裂纹夹角的变化会影响液压直管的振动响应,当裂纹夹角趋于0°时,液压直管的振动响应幅值最小,随着裂纹夹角的增加,裂纹对液压直管振动响应的影响更显著;在不同的转速下,横向裂纹液压直管的振动响应幅值均大于斜裂纹液压直管。