螺旋角对航空燃油齿轮泵性能及流量脉动特性的影响

为研究螺旋角对航空燃油齿轮泵性能参数的影响规律，通过坐标变换推导了以圆弧-渐开线-圆弧为端面型线的7齿齿轮泵的型线方程，基于动网格技术和RNG k-ε湍流模型对该泵进行三维瞬态流场数值模拟。通过选定不同的重合度系数，计算比较了4种不同螺旋角齿轮泵的流量特性。研究结果表明：螺旋角对该齿轮泵性能有显著影响，随着螺旋角的增大，齿轮泵出口流量脉动系数呈下降趋势；随着螺旋角依次增大，其他三种角度泵的出口平均流量与螺旋角为23.74°的泵相比分别变化：+1.82%,+2.4%,+0.66%，呈先增后减趋势；经小波变换对齿轮径、轴向受力脉动频率进行分析，其脉动频率与齿轮啮合呈周期性相关；随着螺旋角的增大，齿轮相邻腔室间压力分布逐渐趋于均匀。     

面向外啮合齿轮泵困油问题的健壮性设计

针对外啮合齿轮泵困油区压力高导致噪声大、低容积效率等问题,综合齿轮泵工作过程中内部流体动态特性,提出了面向齿轮泵困油问题的健壮性设计方法.以某型号高压齿轮泵为研究对象,建立三维流体模型,利用CFD专业软件PUMPLINX,基于全空化模型对齿轮泵内部流场进行解析,分析了该齿轮泵猫眼式卸荷槽结构参数、齿轮泵转速、负载压力以及介质特性对困油区压力的影响,并借助于试验设计和响应面函数方法建立了关于困油区压力的近似模型.最后,以困油区压力模型服从正态分布且均方差最小为目标,优化了猫眼式卸荷槽尺寸参数来减少转速、负载和介质特性对困油区压力的影响,并以随机分析方法验证齿轮泵困油区压力对不可控因素随机变化的健壮性,验证结果表明:随着不可控因素的随机变化困油区压力峰值对其敏感波动从健壮性设计前的40%缩小至健壮性设计后的18%左右,从而提高了泵的稳定性和可靠性.      

航空发动机滑油泵高空性分析

从流体力学角度,对滑油泵的高空性进行了系统的理论分析:阐述了其产生原理,推导了各种影响因素之间的关系式,得出了如下结论:泵前总阻力系数、滑油密度、油泵设计流量越小,入口管径越大,越有利于保持泵的高空性;而对于转子泵,内齿轮1齿扫过的面积越小,内齿轮齿数越少,内齿轮转速越低,转子宽度越小,越有利于保持高空性;对于齿轮泵,模数和齿数越少,转速越低,转子宽度越小,越有利于保持高空性。反之,则不能保持高空性。     

二维活塞航空燃油泵容积效率分析

提出了一种二维活塞燃油泵，该泵利用二维活塞的旋转运动将配流机构集成到活塞上，去除了传统柱塞泵独立的配流机构，简化了泵的结构、提升了泵的功率密度，而且由于主要运动机构采用了滚动轴承支撑，免除了滑动摩擦副及其产生的泄漏，提高了效率。对泵的容积效率进行理论分析和实验研究。结合泵的结构原理分析了造成容积损失的内泄、外泄及油液压缩性等3种主要原因；应用层流和紊流的缝隙流动基本理论推导出泄漏解析表达式，着重分析了不同配流开口形式产生的内泄漏；综合考虑油液压缩性和泄漏获得了容积效率数学模型。理论研究表明采用负开口配流形式可以有效减小内泄漏，定量分析了泄漏流量与负开口量的关系，同时利用Fluent进行配流过程中泵腔内的流场数值模拟，结果表明可以有效减小油液倒灌。为了验证理论分析的有效性，制作二维活塞燃油泵样机，以航空煤油为介质进行台架实验。样机实验结果表明在负载压力2 MPa，转速从1 000 r/min到5 000 r/min，容积效率从93.6%提升到98.1%；当转速为2 000 r/min，负载压力从1 MPa增大到5 MPa，容积效率从97.5%降低到92.3%。以现有的齿轮泵和柱塞泵相比容积效率显著提高，理论与实验的结果偏差在4%以内，表明理论分析的有效性和正确性。     

飞机燃料电池的离心空气压缩机特性研究

本文研究了基于离心压缩机的飞机燃料电池空气管理系统。离心式空气压缩机将高速旋转的动能转化为压力,具有体积小、重量轻的优点。通过建立离心压缩机高空环境模型,研究其在高空环境下的工作特性,分析高度变化对压力、流量的影响,得出工作区间内高度、压力、流量以及转速之间的特性曲线及耦合特性。采用动态模型分析了在高度变化时,压缩机压力、流量及转速的动态特性。基于一个用于氢燃料电池的1k W高速离心式压缩机,对其进行了建模、仿真,并验证了离心空气压缩机在高空环境下的压力与流量工作特性。     

加力用扇形喷嘴雾化特性试验

根据加力燃烧室内锥凹腔点火与联焰要求,设计了扇形喷嘴并开展相应的雾化试验,研究了供油压差、扇形角度及扇形出口高度等参数对流量特性和雾化特性的影响以及加力环境下横向气流的温度、速度和供油压差对索太尔平均直径(SMD)及穿透深度的影响。采用称质量法测量流量系数,利用马尔文粒度仪和高速摄影仪对下游SMD、雾化角度及穿透深度进行测量。结果表明:①供油压差增大,流量系数先减少,后稳定;②供油压差一定,扇形出口角度越大,流量系数和雾化角度也越大;③扇形出口高度增加,雾化效果变好;④出口位置对雾化特性影响不大;⑤供油压差越大,穿透深度越大,SMD减小;⑥横向气流速度越大、温度越高,穿透深度越浅,油雾场越靠近下游;⑦横向气流温度越高, SMD越小。     

多射流喷射器的压电激励特性

采用数值模拟方法研究了多射流喷射器的压电激励特性，获得了喷射器的压力、流量和速度波动特性。研究结果表明:多射流喷射器内的压力脉动主要受壁面运动特性影响，压力振幅随激励频率增大而增大；而封闭腔内的压力脉动与壁面位移造成的容积变化有关，压力振幅不随激励频率变化，因此基于封闭腔假设的理论计算方法不能准确预测喷射器的压力脉动。在多射流喷射器内，入口和出口的流量振幅不相同；不同位置的压力振幅分布不均匀导致了不同喷孔的速度振幅存在差异，并对射流形态产生影响。      

某型航空发动机空中起动供油规律的研究

研究某型航空发动机空中起动困难问题,现有自动起动器没有考虑飞行高度对供油规律的影响,发动机在空中起动时存在富油状态.分析了影响起动供油规律的因素,在现有自动起动器结构基础上,设计了高空修正模块来补偿飞行高度对供油规律的影响.建立了自动起动器的数学模型,对改进的自动起动器进行了仿真分析和试验.仿真结果和试验验证了改进方案的可行性,与地面起动相比,空中起动的供油量随着飞行高度的增加而降低.采用改进的空中起动供油规律可补偿飞行高度对供油特性的影响,解决发动机空中起动时的富油状态问题.      

涡扇发动机高空台惯性起动的试验

某型大流量涡扇发动机在高空台完成了飞行高度为5,8,10km的惯性起动.高空台试验结果表明:惯性起动过程中模拟的进气和排气压力存在着较明显的波动,偏离真实工况;利用不同的计算方法分析惯性起动数据,得到的飞行表速相差25~70km/h.以试验分析结果为基础,推荐了一种高空台惯性起动试验性能的评估方法,即成功起动以推杆时刻为起点3s内的平均值作为试验模拟飞行状态,起动失败以转速反转为起点到转速再次下降之间的平均值作为试验模拟飞行状态.      

航空活塞发动机高空台试验性能分析

为测试HS990航空活塞发动机的高空适用性,分别采用不同化油器对HS990发动机进行高空台试验。分析发动机装国产和进口化油器的性能数据,研究发动机高空熄火现象发生的原因及缸温变化对发动机高空性能的影响。结果表明：HS990发动机最大工作高度超过7km,在5km以上高度使用非增压油箱工作时,进气温度低于-18℃,HS990发动机的膜片式化油器会出现供油减少甚至停止的故障。对比装国产化油器和进口化油器时,发动机分别具有较好的高空功率特性和高空工作稳定性。适当的冷却空气量有利于降低汽缸头部温度,保证发动机稳定工作。