航空发动机燃油热管理系统仿真及试验验证

为充分利用燃油作为热沉介质,发挥其最大效益,针对航空发动机燃油热管理系统开展了AMESim建模仿真及试验验证。结果表明,主泵出口燃油温升的仿真与试验结果误差最大为2.99℃,热回油温升的仿真与试验结果误差最大为6.81℃。发动机典型状态点下,燃油热管理系统热回油温度和喷嘴前温度的仿真与试验结果差异在5℃以内,仿真模型置信度较高。研究结果可为技术人员开展航空发动机燃油热管理系统方案设计和评估提供参考。     

涡轮冲压组合发动机燃油系统温升仿真研究

为了实现涡轮冲压组合发动机(简称组合发动机)燃油系统温升仿真计算,基于Flowmaster软件平台首次建立了组合发动机燃油系统温升仿真计算模型,为提高精度,根据试验数据自定义了航空煤油随温度压力变化的物性模块代替软件内置物性模块,基于此进行仿真计算得到不同工作模态下燃油系统温升情况。计算结果表明:涡轮模态工况下自定义物性模块计算得到的主要节点温升与软件内置物性模块相比总体偏低,且压力变化越大计算结果偏差越大;模态转换期间各子燃油系统流量迅速变化对燃油温度影响十分显著;冲压模态工况下燃油流量为2.68倍主燃烧室燃油流量时,可承受的最大发动机热负荷为400kW,最大飞行马赫数为5。实现了对发动机燃烧室入口燃油温度的预测和评估。     

基于Flowmaster的航空发动机燃油系统温度仿真及分析

采用大庆RP-3型燃油,利用Flowmaster软件对某型航空发动机燃油系统进行建模,计算定、变转速工况下燃油温升情况,开展了发动机变转速下的温度仿真,将仿真温度与实验温度值进行对比验证模型准确性。结果表明:模型精度主要受元件的性能曲线影响;某些工况下主燃烧室前的燃油温度可达145 ℃以上,影响发动机安全,必须加以控制;仿真发现向飞机回油可以降低燃油温度,但对于阶跃回油质量流量信号,温度响应具有延迟性;设计回油质量流量为0 kg/s,不同工况的离心泵效率相同,各工况的燃油温度与主燃烧室燃油质量流量的关系,质量流量增大,温度降低,质量流量稳定时,温度也会达到稳定值。该仿真主要是建立了燃油温度的求解模型,提出了燃油泵加热的计算方法,对于航空发动机系统一维仿真研究有一定的指导作用。     

新型高可靠性主燃油控制装置设计仿真研究

为了提高主燃油控制装置的可靠性,在设计方案中增加了泵转换单元和计量转换活门。泵转换单元连接燃油计量子系统和导叶作动子系统,计量转换活门连接主燃油电液伺服阀与热计量电液伺服阀,实现了泵源备份和计量控制备份功能。通过AMESim建立的主燃油控制装置的数学模型对两个新增备份转换装置及功能进行了性能仿真,重点分析了备份切换过程中压力、流量等参数的波动情况。仿真结果表明:泵备份切换和计量备份切换过程引起的燃油波动都能在较短时间内恢复,分别为0.3s和1s。主燃油控制装置在单泵源状态工作时,导叶作动子系统工作正常,对计量燃油子系统的影响极小。     

战斗机燃油系统流体网络的数值计算

论述了战斗机燃油系统自供能源式流体网络的组成及工作原理，并对流体网络中的关键部件燃油增压泵，液动涡轮泵及射流泵等数学建模，而构成自供能源式流体网络的计算模型。在此基础上，通过分析几种状态下流体网络的工作情况，提出了计算仿真流体网络中流量与压力分布的方法，并对计算结果进行了分析和总结。     

温度对飞机燃油射流泵工作特性影响

建立了射流泵数学模型,采用数值计算方法对其工作特性进行了模拟,搭建了实验台,采用RP-3燃油,通过实验数据验证了模型的正确性.在此基础上,分别选择了RP-3和JET-A两种燃油,计算了从-40℃~40℃温度下,不同操作压力对射流泵流量比的影响.结果表明:燃油温度高于0℃时,温度对射流泵工作特性影响并不明显,随着温度的降低,射流泵性能与标准温度下（20℃）偏差越来越大,且压比越高此偏差越明显.当温度高于0℃时,采用RP-3和JET-A燃油性能相差不大,RP-3燃油性能略优于JET-A燃油,但是在低温下,RP-3燃油性能远高于JET-A燃油.因此当燃油温度较低且压比较高时,必须充分考虑温度对射流泵特性的影响.      

基于燃气射流冷凝的氧路系统频率特性研究

基于热力学不平衡两流体六方程模型模拟了液氧煤油补燃循环发动机燃气射流在氧路系统泵间管路液氧流体中的冷凝过程，获得了燃气射流冷凝特征参数沿管路流向的分布规律。根据Rayleigh-Plesset方程和燃气射流特性建立了泵间管路燃气冷凝过程的传递函数模型，并与氧路管路、泵等组件模型联立求解，分析了发动机氧路系统频率特性。研究了在不同氧路入口压力和液氧温度边界条件下，泵间管路燃气射流冷凝过程对氧路系统频率特性的影响，仿真结果表明高入口压力和过冷液氧改变了射流气体的惯性和柔度，使得氧路系统特征频率增大。不同边界条件下发动机热试车结果表明，提高氧路入口压力或降低液氧温度使得氧路系统频率从8.3 Hz提高至11 Hz，与数值仿真结果一致，验证了泵间管燃气射流冷凝过程是影响氧路系统频率特性的重要环节。     

基于AMESim的涡扇发动机控制系统 综合仿真

以AMESim为平台,采用模块化的设计方法,分别建立航空发动机、传感器、燃油系统、电子控制器和执行机构数学模型.将模块封装打包建立涡扇发动机控制系统模型库,并将之组成为完整的发动机及调节器系统综合仿真平台.以主燃油控制系统为例,介绍了各仿真模块的建立过程,仿真结果表明,系统模型能反映各子系统之间的复杂集成和耦合关系,利用系统模型仿真进行组合优化能够有效提高系统性能.      

应用于低污染燃烧的1种燃油分配技术研究

针对民用航空发动机低污染排放要求日益严格的现状及低污染燃烧技术发展的需要,研究了1种应用于低污染燃烧领域的燃油分配技术.阐述了该燃油分配系统的结构,包括燃油系统和燃油分配器的结构及控制回路的结构和原理;利用AMESim软件对该系统进行了数值建模仿真,通过分析燃油分配器分级活门打开与关闭2种情况下燃烧室预燃区和主燃区燃油分配量与燃油分配器分配活门开度的关系,得出了燃烧室预燃区和主燃区燃油的分配关系曲线;根据仿真分析结果,从发动机控制回路出发,引出了燃油分配的控制逻辑.研究结果表明：该燃油分配系统能够对进入发动机燃烧室预燃区和主燃区的燃油进行精确的分配控制,满足低污染燃烧技术对燃油分配的要求.     

某型飞机供油泵失效的仿真试验研究

基于流体系统仿真软件Flowmaster平台,以某型飞机燃油系统为研究对象,建立了飞机燃油系统的重力供油仿真计算模型,计算了不同状态下飞机重力供油时低压泵进口燃油压力,并和飞行试验结果进行了对比分析。结果表明,建立的重力供油仿真模型,能很好地模拟该型飞机的重力供油特性。     

涡扇发动机燃油综合控制半实物仿真试验系统

建立了某涡扇发动机气动热力学模型和该型发动机综合电子调节器、主燃油泵调节器的实验室工作环境。发动机数学模型运行在计算机上,通过VXI总线技术,将其与控制器和执行机构实物连接,组建了某涡扇发动机燃油综合控制半实物仿真试验系统。对该半实物仿真试验系统进行试验,结果表明:该半实物仿真试验系统能有效地对该型发动机燃油进行静态和动态控制,为开展发动机的全权限数字电子控制(FADEC)系统研究和先进控制理论在发动机控制中的应用研究奠定了试验基础。     

二维燃油泵的设计与研究

提出一种新型的二维燃油泵，说明了其诸多优点。为研究其结构性流量脉动，利用仿真软件AMESIM建立了二维燃油泵的仿真模型进行理论研究，并进行了实验验证。通过齿轮泵与轴向柱塞泵的对比，说明了轴向柱塞泵在燃油系统应用中的优势。针对轴向柱塞泵中存在的一些不可避免的缺陷，提出了能避免这些缺陷的二维燃油泵。通过解释二维燃油泵的结构组成与工作原理，说明了二维燃油泵的优势，包括结构力平衡、工作效率高、无直接的滑动摩擦副和无结构性流量脉动等。为了解释无结构性流量脉动这一优点，进行了仿真分析与实验验证，验证了二维燃油泵具有无结构性流量脉动这一潜力。     

某涡轴发动机起动不成功分析

对某型发动机外场起动不成功试验数据进行分析,并通过燃油喷嘴低油压雾化试验及整机起动时的温度场测量验证,确认燃油喷嘴喷口积炭后,燃油喷嘴喷雾锥角减少,燃油雾化质量恶化,直接影响到发动机起动时火焰联焰的可靠性,对发动机起动性能产生较大影响.涡流器插入深度对涡流器出口喷雾的部件研究试验结果显示:插入深度对涡流器出口喷雾无影响;整机模拟外场使用结果表明:发动机在不大于30%功率的低状态长期使用,离心式燃油喷嘴容易出现积炭.      

航空燃油齿轮泵滑动轴承非线性瞬态性能数值分析

为研究航空燃油齿轮泵滑动轴承在复杂交变载荷扰动下的瞬态润滑行为,建立了燃油齿轮泵滑动轴承的瞬态计算模型。该模型考虑了滑动轴承油膜空化边界的质量守恒和其所处非线性动态承载环境的影响。在此基础上使用批处理技术实现了燃油齿轮泵和滑动轴承的联合仿真计算,在滑动轴承的瞬态润滑计算过程中计入了燃油泵瞬态内流场和其动态载荷的耦合作用。以此进行了恒定载荷和动态载荷工况下的轴心轨迹稳定性分析以及轴承瞬态润滑性能分析研究。研究结果表明：滑动轴承计算模型的计算结果与实验数据较为吻合,误差保持1.2%以内;燃油齿轮泵的动态载荷对轴心轨迹的影响体现在轨迹启动段偏移的增大以及静平衡位置的消失;通过不同关键参数的对比研究发现：合理的增大宽径比或减小间隙比可以获得更为理想的轴心轨迹静平衡位置,但对于轴承转子运动的稳定性,间隙比由0.2%增至0.6%时,未稳定阶段轴心位置的变化趋势由双峰变为单峰,速度稳定段曲线的波动幅值先增大后趋于不变;当宽径比由0.6增至1.2时,全周期内速度响应曲线的偏移降低,轴心运行的稳定性提高;在轴承瞬态润滑特性中对于轴承载荷变化泄露流量具有的敏感性较强而最小油膜厚度的敏感性较差。     

双螺杆固液混合燃料输送系统设计与实验研究

固液燃料混合推进是航天推进系统的重要环节,液体发动机燃料热熵低,为了提高火箭或导弹的续航能力,结合固体粉末燃料热熵高的特点,采取了固液混合燃烧的策略,进而提高发动机燃料的热熵,增加发动机的续航里程。本文根据齿轮啮合原理,对关键结构双螺杆齿形展开修形设计,建立了流道三维模型和仿真模型;在齿形设计的基础上,围绕固液混合均匀、变比例输送开展固液混输系统集成设计,完成整机的加工、装配、调试,搭建实验平台,建立液压测试系统,开展实验。结果表明,设计的两相流泵实现了固液两相物料的混合输送,实现了固液燃料变流量、变比例、变出口压力的均匀混合效果。该小型燃料泵能够实现出口流量30 ~ 600L/h、出口压力0 ~ 900kPa、固液混合比例0% ~ 10%的固液混输,且混输效果良好,研究结构可供设计变推力火箭发动机参考。     

航空齿轮泵滑动轴承接触状态流体润滑特性

针对航空齿轮泵处于高负荷状态齿轮轴-轴瓦润滑间隙的润滑问题,将CFD仿真与齿轮轴刚性模型相结合实现了基于CFD径向运动分析的瞬时润滑计算。得到了齿轮泵瞬态场影响下的齿轮轴径向微动情况,在此基础上基于轴承三维热流体润滑计算模型和微凸体接触模型实现了对润滑油膜在高偏心接触状态的特性分析。结果表明:齿轮泵CFD仿真结果与试验结果的误差小于10%,而仿真得到的内流场的瞬变性将通过改变齿轮轴所受径向载荷的波动形状从而影响到轴承的润滑特性。通过对轴承润滑模型的数值计算发现:相比于非接触状态,轴承处于高偏心接触状态时介质的高温、低黏现象加剧。     

飞机支柱式起落架落震仿真及缓冲器优化分析

主要介绍支柱式起落架缓冲器的各个参数,包括缓冲支柱的初压力、初容积、油孔面积、活塞面积、缓冲支柱行程等。介绍起落架落震时缓冲器轴向载荷的计算公式。结合具体飞机型号利用初始参数通过AD-AMS软件建立数值模型并进行仿真分析,计算结果与试验结果比较,发现两者具有较好的一致性。最后以起落架缓冲器的油孔面积作为设计参数进行优化分析,给出最优值。