柱塞倾角对航空柱塞泵性能的影响分析

通过对柱塞泵中柱塞的运动方程和柱塞泵的瞬时供油量方程进行分析,利用AMEsim工程仿真软件,建立了某型航空发动机柱塞泵的仿真模型,通过仿真分析了柱塞倾角对柱塞行程、柱塞泵的流量脉动和压力脉动的影响,仿真结果表明柱塞倾角是影响泵流量脉动的重要因素,适当增大柱塞倾角,可以增大柱塞的行程,增加泵的供油量,还能够改善柱塞泵流量的脉动。     

惯性力平衡式二维燃油泵的设计与研究

提出了一种新型的惯性力平衡式二维燃油泵，该泵将配流机构集成在柱塞与柱塞环上，去除了传统柱塞泵独立的配流机构，简化了燃油泵的结构，并且利用柱塞与柱塞环方向相反的轴向往复运动，在体积不变的前提下增加了泵的排油行程，进一步提高了燃油泵的功率密度。该燃油泵的导轨采用等加等减速曲面，利用平衡导轨组进行与驱动导轨组加速度大小相等、方向相反的往复运动，来平衡在高转速情况下缸体受到的驱动导轨组给予的惯性力，提供了一种燃油泵高速化的可能性。结合泵的原理，分析了内泄漏、外泄漏以及油液的可压缩性对泵容积损失的影响。利用AMESIM建立惯性力平衡式二维燃油泵的仿真模型进行分析，与实验结果进行比对验证。样机试验表明，在负载压力为1 MPa时，转速从1 000 r/min提升到7 000 r/min,容积效率从90.6%提升到97.8%,理论偏差在3%左右；当转速为2 000 r/min时，负载压力从1 MPa提高到6 MPa,容积效率从94.6%降低到87.5%,理论偏差在5%左右，说明了理论分析的正确性。     

航空燃油柱塞泵滑靴油膜的多目标优化设计

以锥形转子球面斜盘轴向燃油柱塞泵为研究对象,在分析滑靴油膜设计中的摩擦功率损失、泄漏功率损失、容积效率随滑靴的机械结构参数变化的基础上,基于遗传算法对上述多变量、多目标优化问题进行计算.权重系数法优化结果表明:优化后燃油柱塞泵设计点的摩擦功率损失和泄漏功率损失减少了7%左右,容积效率略微提升,并且优化得到的机械结构参数在不同转子转角和柱塞倾角的情况下也显示出性能上的优势,从而证明了多目标遗传算法对设计航空燃油柱塞泵油膜静压润滑是一种有效的方法.     

基于AMESim的柱塞泵内泄漏故障注入研究

在AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems)中构建轴向斜盘式压力补偿柱塞泵模型,根据故障注入思想,通过分析柱塞泵内泄漏故障成因,将AMESim中的泄漏子模型BAF02的直径方向间隙作为影响柱塞泵内泄漏的主要参数。通过增大该径向间隙,模拟柱塞泵因磨损而引起的活塞与缸体间隙增大,从而给柱塞泵模型注入内泄漏故障。运行仿真后,得到不同径向间隙值对柱塞泵输出压力和输出流量的影响情况。仿真实验数据可以作为柱塞泵泄漏故障识别的数据源,研究方法为柱塞泵的故障注入探索提供了参考。     

某型飞机液压柱塞泵柱塞磨损失效分析

根据某型飞机液压柱塞泵因柱塞密封失效引起柱塞泵异常磨损的现象,对磨损柱塞进行宏观观察、微观形貌扫描及金相分析,得出柱塞滑靴端面双金属扩散焊缺陷,滑靴端面铜层在正常工作状态下剥落,引发柱塞受到轴向应力作用后失效。针对滑靴双金属扩散焊铜层剥落部分加剧滑靴端面及转子端面磨损异常等问题,进行分析给出柱塞泵修理中无损检测方法的改进及异常磨损的预防措施,为柱塞泵的修理和故障预防提供参考。     

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。     

一种液压系统脉动消除器的设计与分析

面向航空液压系统消除压力脉动、提升系统可靠性和寿命的需求，设计了一种液压系统压力脉动消除器。基于流体网络理论建立了脉动消除器及实验系统的理论模型，并考虑安装方式和负载类型的不同，分析了脉动消除器在不同工况下的滤波效果。然后通过仿真方法验证了设计方案的可行性以及理论分析的准确性，仿真过程考虑了系统负载对脉动的影响。最后实验验证了脉动消除器的滤波效果。结果表明：设计的新型结构压力脉动消除器无运动部件、布局紧凑，与飞机液压系统中常用的液压柱塞泵使用匹配度高，是消除液压系统脉动的有效部件；在300~500 Hz的压力脉动频率范围内，研究设计的脉动消除器可以消除10 dB的压力脉动，能够满足飞机液压系统消除压力脉动的需求，在航空领域中具有广泛的应用前景。     

柱塞泵转子与柱塞加工工艺分析

本文重点分析了柱塞泵及柱塞马达的一对核心部件——转子与柱塞偶件的加工工艺特点,并在工艺分析的基础上提出了改进转子柱塞零件制造工艺的措施。     

轴向柱塞泵多学科融合建模与集成优化

为了实现机液耦合条件下轴向柱塞泵的精确建模和优化设计,提出了轴向柱塞泵多学科融合建模与集成优化方法。以国产I3V2-10S型轴向柱塞泵为对象,分别建立了ADAMS机械系统模型和AMESIM液压系统模型,通过ADAMS和AMESIM之间的接口模块设计实现了柱塞泵机液耦合建模和联合仿真,并利用iSIGHT软件集成了该机液耦合模型,以该柱塞泵出口体积流量脉动率最小为目标,对配流副中吸排油节流口最大开口等效直径、吸排油闭死角、柱塞包角、吸排油预开口量等参数进行了优化设计。结果表明:在负载工况分别为10、14、18、22、26、30MPa时,优化后的泵出口流量脉动率比优化前分别降低了14.59%、18.57%、21.50%、23.44%、24.03%、25.49%,最后通过实验验证了仿真和集成优化数据的正确性。      

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。     

干活塞气体流量校准装置数值模拟

为研究干活塞气体流量校准装置内气体泄漏问题,利用FLUENT软件对干活塞气体流量校准装置的运行情况进行数值模拟,包括Ф15 mm、Ф30 mm和Ф50 mm三种模型,对各工况下活塞与缸体之间气体泄漏量进行估算。研究表明,合理控制活塞与缸体之间的间隙（〈10μm）,可保证该类气体校准装置具有良好的计量性能。     

Neck-spinning quality analysis and optimization of process parameters for plunger components: Simulation and experimental study

The plunger component is a key part of the plunger pump in the aircraft hydraulic system. Neck-spinning process is commonly used to fabricate plunger components, of which the quality of the spinning process significantly affects the performance of plunger pumps. One of the bottlenecks faced by the industry in the spinning process is to choose a suitable neck-spinning process so as to ensure the quality of plunger components. It is necessary to propose a reliable method to optimize the process parameters which affect the neck-spinning quality of plunger components. In this study, a calculable finite element analysis (FEA) model is established to simulate the three-roller neck-spinning process of the plunger component, which includes six typical slipper structures, two roller structures, and two spinning parameters. The FEA model is then validated by comparing the simulated spinning forces with the corresponding experimental results. The influence of the process conditions on the neck-spinning quality is investigated. And the orthogonal simulation results are analyzed by a combination of range method and fuzzy mathematical analysis method to recommend a reasonable slipper structure, roller structure and neck-spinning parameters. This study provides a promising method to improve the manufacturing quality of the typical plunger components.     

某航空活塞发动机机械增压器旁通阀门开启特性分析

机械增压器现已在汽车发动机上得到了广泛应用,但其在航空活塞发动机上的应用和研究较少.分析机械增压器的工作过程,在簧片阀模型的基础上,考虑旁通阀门启闭压力与涡轮增压器压比之间的线性关系并对其建模;搭建某型航空活塞发动机GT-POWER数值仿真模型并进行实验验证,在整机模型的基础上,研究不同转速下通过旁通阀门的质量流率以及不同高度下旁通阀门的通流面积.结果表明:巡航工况下,海拔2680 m时阀门关闭;起飞工况下,海拔3000 m阀门关闭,该结果可为发动机实际高空飞行提供理论支持.     

组喷孔喷嘴对双对置柴油机喷雾及燃烧的影响

针对双对置柴油机混合气形成困难的特点，采用CONVERGE CFD软件，建立双对置柴油机数值仿真模型。设计3种汇聚型组喷孔喷嘴的喷孔布置方案，研究在保持喷油压力不变的前提下，对3种方案下喷雾、混合气形成和燃烧过程进行分析。结果表明:与传统喷嘴相比，改进后的组喷孔喷嘴对喷雾贯穿距影响较小，有利于缸内湍流动能的提高，加快缸内混合气的形成速率。同时，组喷孔喷嘴使燃油分布更加均匀，分布区域也更广，有利于改善油气混合质量，提高双对置发动机气缸压力和燃烧效率，达到提升双对置发动机性能的效果。其中，第3种组喷孔布置方案下发动机指示功率可提高7.6%。      

涨圈密封挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性

为研究两端密封型挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性,建立了涨圈密封挤压油膜阻尼器三维非定常流场数值仿真模型。基于Fluent软件中的Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型数值模拟得到动态油膜压力与气相体积分数的周向分布规律。将计算得到的阻尼器油膜压力与文献中的试验数据对比,结果显示:两者具有较高的一致性。由动态油膜力导出的平均等效阻尼系数与试验采用阻抗法识别的结果相比仅有0.6%的偏差,从而验证了该数值模型与预测方法的有效性。进一步的数值计算表明增大进动半径、进动频率、涨圈密封的狭缝宽度均会使挤压油膜阻尼器流场中的空化现象加重,同时等效阻尼系数降低。      

加工航空用柱塞泵的球型铰刀结构设计

针对目前国内航空用柱塞泵产品加工中存在的柱塞孔加工质量差、效率低的问题,参照国外类似产品加工经验,提出球型铰刀铰孔的加工方式。研究利用球型定心好、受力均匀、阻力小的特点,改进铰刀的传统结构。通过在刀具形状、尺寸、材料、耐磨性等方面改进,开发出新型铰刀的设计结构。与现有加工方式进行对比,球型铰刀能够明显提高所加工孔的圆柱度和表面质量,并具有制造成本低廉、实用性强的特点。     

Coupled evolution of piston asperity and cylinder bore contour of piston/cylinder pair in axial piston pump

The wear condition of the piston/cylinder pair is crucial to the performance and reliability of the axial piston pump. The hard piston surface, the soft cylinder bore surface, and the interface oil film affects each other during the wear process. Specifically, in the mixed lubrication region, the geometry of the hard piston surface asperity directly affects the wear of soft cylinder bore surface, while the asperities may deform or even degrade when penetrating and sliding against the cylinder bore. So far, there is no suitable method to simulate their coupled evolution. This paper proposed a wear process simulation model considering the real-time interaction between the elasto-plastic deformation of the piston surface asperity, the wear contour of the cylinder bore, and the lubrication condition of the interface. An offline library of the elasto-plastic constitutive behavior of the asperity based on the finite element method (FEM) is established as a part of the simulation model to precisely analyze the deformation and degradation of the asperity and quickly invoke them in the numerical wear process simulation. The simulation and experimental results show that the piston asperity and the cylinder bore contour converge to a steady state after running-in for about 0.5 h. The distribution of the simulated asperity degradation and wear depth is also verified by the experiment.