基于混合润滑理论的航空作动器密封性能分析

针对航空作动器不同压力、温度以及作动速度的工作环境,以Trelleborg公司Turcon VL密封为代表,利用混合润滑理论对其性能进行分析,揭示机载工况对航空作动器密封性能的影响规律。建立了基于混合润滑理论的宏观与微观多场耦合模型,包括:考虑空化及流动因子的Reynolds方程油膜模型、Greenwood-Williamson(G-W)的微观接触模型以及Fourier的传热模型。通过有限体积法求解,分析不同压力下宏观接触压力、微观接触压力以及油膜压力分布特点。研究结果表明:随流体压力增大,泄漏量与摩擦力都近似线性增大;在25℃时无泄漏,而温度升高至135℃时产生少许泄漏;随作动速度增大,摩擦力减小但泄漏量增大。      

低滞后刷式密封数值分析

针对低滞后刷式密封物理结构,应用计入刷丝变形影响的各向异性多孔介质模型,用阻抗力表示刷丝对流动介质的阻碍作用,并将其作为Navier-Stoke方程的源项,以有限体积法和SIMPLE算法为基础建立刷式密封低滞后计算模型.通过流场计算,得到刷式密封的压力分布、速度分布以及泄漏量等.对计算结果进行了分析研究,讨论了不同结构参数和工况参数对密封性能的影响;对低滞后模型与普通刷式密封模型密封性能的分析表明,低滞后密封结构可有效降低背板接触力,改善滞后效应,使刷丝随动自适应性增加,这对保持密封系统的工作状态是有益的。      

刷密封刷丝力学行为与密封性能

创建开发刷密封分析设计软件,模拟刷密封压力场与流场,研究刷丝动力学行为,如径向压紧等,与密封区域压场和流场相互作用,对密封性能产生影响.基于梁弯曲理论和刷丝区域压力分布,采用有限元法计算轴向与周向刷丝变形,并将相关计算结果与实验数据进行了对比,分析表明刷封出口区域在径向和轴向同时形成较大的压力梯度,使间隙趋于闭合并将丝间压紧,密封工作状态或间隙变化不大时,可保持稳定的密封性能.      

影响三瓣式高速浮环密封性能的敏感参数

针对应用在液体火箭发动机上的三瓣式高速浮环密封（TFRS）,揭示密封在复杂多变工况下的泄漏特性和磨损特性,得到影响密封特性的敏感参数,促进高速密封技术的发展。针对压力、转速和密封周向弹簧比压等关键敏感参数,数值模拟了密封的泄漏率变化规律,试验测量了密封环的泄漏率和磨损率。研究结果表明:泄漏率和磨损率都随压力增大而增大;转速对三瓣式高速浮环密封磨损率敏感,对密封泄漏率不敏感,随着转速的增加,磨损率增大较快,泄漏率减小较慢;随着密封周向弹簧比压的增大,前期密封周向弹簧比压对泄漏率敏感,此时泄漏率变化幅度较大,磨损率变化幅度较小,后期密封周向弹簧比压对磨损率敏感,此时磨损率变化幅度较大,泄漏率变化幅度较小,密封周向弹簧比压在适当范围内时,泄漏率和磨损率都较小。研究结果为液体火箭发动机三瓣式高速浮环密封的设计、实际应用和深入研究提供了基础。      

双级低滞后刷式密封级间不均衡性分析

针对一种结构参数的双级低滞后刷式密封,采用多孔介质模型进行流场计算,对刷丝安装角度以及第二级前板间隙高度和背板间隙高度与分压比的关系进行分析;基于梁弯曲理论和刷丝区域压力分布,采用有限元法计算得到刷丝的受力和变形情况,分析参数对转子所受摩擦扭矩的影响,讨论参数对双级低滞后刷式密封级间不均衡性的影响.分析表明,第一级刷丝安装角度的增大和第二级刷丝安装角的减小能在一定程度上使两级分压趋于均衡.第一级结构参数不变时,第二级的前板间隙高度变化对级间不均衡性影响不大,背板间隙高度在特定值时,两级可达到均衡状态.     

气膜密封阻尼结构的气膜稳态特性分析

针对航空发动机等高速旋转机械的气体动密封和转子系统的振动问题,提出一种新型的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构,其作用是在转静子之间建立气膜用于阻尼和封严,高弹性阻尼材料的外环用于控制气膜的动力特征.基于准静态法建立转子-气膜-金属橡胶外环三者之间的流固耦合关系,采用有限差分法求解气膜压力场,得到表征气膜密封阻尼结构稳态特性的气膜力、泄漏量和摩擦转矩随参数变化的规律.计算结果表明:弹性外环能有效地改善气膜压力场的分布.具有良好稳态性能的结构参数选取范围应结合实际工况确定.在给定的工况条件下,长径比取1.5,密封间隙取0.05mm,柔性系数在2左右为佳.      

叶片式液压摆动马达的非线性泄漏分析

摆叶马达是一种高精度的液压执行机构,内部密封结构较复杂.针对摆叶马达的密封结构特性,分析了它的泄漏组成,提出了它的非线性泄漏计算模型,并得出影响泄漏的关键因素和减小泄漏需采取的措施.在工程实际中,摆叶马达存在密封失效的问题,通过理论分析得出了密封失效的原因在于轴肩密封,轴肩密封中O形圈的预压缩量决定了密封失效的临界压力.摆叶马达泄漏量的增大不仅仅与密封压力和速度有关,而且与马达叶片转角也有关系,它的非线性模型也为液压伺服系统提供了理论依据.     

空间○型圈密封泄漏率实验研究

通过对硅橡胶材料○型圈在模拟空间环境下的泄漏率实验，研究了空间密封中○型圈的压缩率、温度、○型圈的载荷衰减和原子氧辐射对其泄漏率的影响。实验结果发现，○型圈的泄漏率随○型圈压缩率的增大而减小，在－5－100℃的温度范围内，随温度的升高而增大，而○型圈的载荷衰减和原子氧辐射都对○型圈的泄漏率有不同程度的影响。     

引气对跨声轴流压气机性能的影响

以单级跨声轴流压气机NASA Stage35为研究对象,根据影响转子和静子通道流动的主要物理现象分别设计了多种引气方案.通过数值模拟比较分析引气与不引气状态下压气机的详细流场,结合实验测量结果,研究转子机匣端壁引气位置以及静子机匣端壁引气量对压气机性能及流场的影响.结果表明:转子机匣端壁引气能够有效控制间隙泄漏流的发展,减小叶尖损失,提升压气机性能.不同的引气槽结构和轴向位置对间隙流动的影响机理不相同;静子机匣端壁引气能够有效减小静子叶排损失,提升压气机效率.      

双密封结构的泄漏理论及其应用研究

建立了双密封结构系统的数学模型 ,通过理论分析和数值计算 ,揭示了双密封结构系统正压泄漏的漏率、漏量与泄漏时间关系的规律及其影响因素的结论。这些研究结果可用于双密封结构系统的设计、检漏和泄漏安全评估 ,以理论指导实践。     

端柱面组合密封气膜稳态特性数值仿真分析

针对航空发动机等高速流体机械中流体动密封部位的工况特点,提出一种新型的端柱面组合气膜密封形式.根据气膜密封的结构特点,建立了端柱面螺旋槽组合式密封气膜的数学分析模型.采用CFD分析软件Fluent对气膜三维流场模型以湍流流动形式进行数值模拟计算.研究了密封气膜几何结构参数变化对密封稳态特性（端面承载力F_d 、柱面承载力F_c 、泄漏量Q、摩擦转矩M）的影响.几何结构参数包括端面平均膜厚、端面槽深比、柱面平均膜厚、柱面偏心率、柱面槽深比、柱面槽宽比.      

高速气膜镶装式浮环密封的开启特性

针对应用于航空发动机的高速气膜镶装式浮环密封, 探究密封在不同结构参数、启动方式、材料结合等多因素下的开启性能。建立镶装环-石墨环-跑道的固体域模型和气膜流体域模型, 得到了工作气膜厚度、气膜流场压力分布;计算密封受力, 得到了密封上浮力、闭合力和开启转速等密封开启性能参数。分析镶装环与石墨环的厚度比和宽度比、镶装环-石墨环配对材料、镶装环-跑道配对材料等因素对密封开启转速的影响。搭建浮环密封试验台和浮环位移监测系统, 通过试验验证了数值模拟结果。研究结果表明:浮环的镶装结构能有效改善升温时石墨环与跑道间隙减小而导致密封失效的问题;镶装环材料是影响密封开启性能的敏感参数, 密封开启性能随材料线膨胀系数的升高而快速降低;镶装环与跑道的材料配对情况是影响密封开启性能的重要因素, 镶装环与跑道材料相同时, 石墨环与跑道处于“恒间隙”状态, 在复杂温度工况下密封的开启性能更加稳定;不同的工作机组启动方式对密封开启性能影响较大, 发动机采用将转速增加至工况转速再增压的启动方式时密封开启性能最好;浮环密封在高转速、高压力工况下因转速、压力变化产生的密封扰动值更大, 浮环密封应避免在较高压力和转速下长时间调节工况参数。研究结果为航空发动机镶装式浮环密封的结构设计、材料选用、系统设计的研究提供了参考。      

轴流压气机内导叶/转子干涉对转子流场的影响

叶轮机械内的转静干涉现象多年来一直是一个研究的热点,然而现有的对于转 静干涉的研究多局限于对流动现象的描述,缺乏理论指导,因此无法在叶轮机械的设计体系 中包含这一非常重要的非定常流动现象,限制了叶轮机械性能的进一步提升.利用流动稳定 性及感受性理论来指导对这一问题的研究,能够找到利用这一现象提升叶轮机性能的规律. 对于一台单级低速轴流压气机内的导叶/转子干涉现象进行了实验研究.利用二维粒子图像 速度仪测量得到了导叶/转子干涉的定量流动细节,及其对于转子流场的影响.结果表明, 转子流场在定常来流条件下也表现出显著的非定常性.在引入导叶/转子干涉之后,转子流 场结构发生显著变化.动叶尾迹强度明显减弱,叶背流动分离得到抑制,叶尖泄漏涡也得到 了周期性的抑制.除了导叶尾迹对动叶流场的干涉作用以及气流角的周期性变化以外,动叶 非定常流动对于不同的导叶/动叶干涉激励频率的不同响应是引起压气机性能变化的主要原 因.      

大攻角状态压气机分离流及叶片动力响应特性

为研究大攻角状态压气机转子内部分离区的脱落和传播过程及转子叶片对其动力响应问题,对某跨声速压气机级进行了非定常数值模拟和双向迭代流固耦合数值模拟。研究结果表明,在近失速状态,转子叶片通道内会周期性地发生2次叶背分离区的脱落和传播现象。第1个分离区主要表现出轴向传播特性,其会对下游流场产生影响;第2个分离区主要表现出周向传播特性,其会作用于周向相邻的转子叶片,对转子叶排自身产生激励作用,进而影响叶片表面压力分布,引起叶片较强的动力响应,对叶片结构强度的影响不可忽略。非定常/流固耦合计算手段能够较全面地预测流场中激励源的频率、幅值与位置等,在压气机设计阶段应对此类预测工作予以重视,以期更准确地预测叶片共振及动力响应等问题。