乏油条件下直升机传动系统弧齿锥齿轮的瞬态温度场

基于传热学及摩擦学原理,建立了弹流润滑和边界润滑有机结合的啮合齿面摩擦热的数学模型以及乏油润滑条件下瞬态温度场的计算方法。给出了瞬态温度场分布云图以及温度时间变化曲线,并分析功率、转速对瞬态温度场的影响。结果表明：在5 min的乏油润滑过程中,主动轮在功率从866 kW增至2 000 kW时,其最大温度升高了657 ℃,而在转速从5 000 r/min增至20 000 r/min时其最大温度降低了8502 ℃。该研究结果为无油润滑条件下直升机主减速器弧齿锥齿轮的最佳侧隙设计奠定了基础。     

某航空活塞发动机进气系统优化设计

针对某型航空活塞发动机在节气门100%开度、5 000 r/min工况下各缸排温差异较大的现象,分别建立一维性能仿真模型和三维CFD模型,通过联合仿真分析进气系统内部流动特点,并找出导致排温差异的原因。提出了一种进气系统,计算结果表明:采用改进后的进气系统,在5 000 r/min、节气门100%开度下发动机整机进气不均匀性由原来的20% 降低 6%;当转速高于5 000 r/min时,相比于原机,采用该进气系统后各缸进气量均有所增加,在发动机转速5 500 r/min,外特性工况下平均循环进气量增加19%,单缸循环进气量最大增加34.1%,最小增加12.9%。      

分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机转子损耗

针对损耗模型很难准确地计算转子损耗且三维有限元方法占用大量时间的问题,基于二维运动瞬态有限元法,研究了1台36槽42极单层分数槽集中绕组永磁同步电机在恒转矩区和弱磁区以最大转矩运行时的转子损耗,并且研究了高速工况下永磁体轴向分段数量、槽口宽度以及气隙厚度对永磁体损耗的影响。研究发现,在整个转速区间永磁体损耗占转子总损耗的90%以上;转速低于1 500 r/min时,转子铁心磁滞损耗高于涡流损耗,高于1 500 r/min时涡流损耗明显高于磁滞损耗。永磁体分段能明显降低永磁体涡流损耗;负载工况下改变槽口宽度,永磁体涡流损耗几乎没有变化;增大气隙厚度虽然能降低永磁体损耗,但是效果并不明显;同时,更改槽口和气隙厚度会使电感发生变化,并进而影响电机的运行性能。     

高速频繁起停球轴承设计与试验

为解决涡轮起动机用轴承在高速、频繁起停工况下易失效的问题,结合轴承设计准则,进行涡轮起动机用轴承结构参数设计和材料选取。基于轴承动力学理论,建立了动力学模型并进行了仿真分析,研究高速、频繁起停工况下的轴承动力学行为。在自主研发的试验机上进行轴承试验,试验过程中监测轴承温升及振动加速度值,轴承频繁起停、最高转速达12 000 r/min时,试验轴承温度低于130 ℃,振动加速度低于3.0g,试验后轴承无异常,验证了轴承设计和材料选取合理。通过优化设计和试验验证结果表明:轴承转速可达12 000 r/min,起动时间仅需60 s,停止时间仅需40 s,轴承能够完成连续频繁起停3 000次以上。      

节流孔数对空间热泵径向气体轴承承载特性影响分析

针对应用于空间热泵系统的径向气体轴承承载力偏小的问题,采用数值模拟的方法对不同节流孔数的径向气体轴承进行了建模仿真,分别得到了不同工质以及不同工作状态下径向气体轴承的承载性能。结果表明:低转速(n80 000 r/min)工况下,单排节流孔数大,径向气体轴承的承载性能更好;在高转速(n≥80 000 r/min)工况下,单排节流孔数小,径向气体轴承的承载性能更好;增加单排节流孔数,会增加气体轴承所需的质量流量。     

高速轻载圆柱滚子轴承打滑特性试验与分析

针对航空发动机圆柱滚子轴承在高速轻载条件下的打滑问题，开展试验与理论研究。基于滚动轴承打滑试验，探究内圈转速、径向载荷对轴承打滑特性的影响。同时考虑轴承工作径向游隙变化，求解滚子受力情况与轴承总力矩，并结合试验结果进行分析。研究表明，轴承内圈转速低于10 000 r/min时，径向载荷增大使轴承工作径向游隙增大，同时加剧轴承打滑程度。随着内圈转速升高，轴承工作径向游隙逐渐减小；存在内圈临界转速，此时轴承打滑率最大。不同径向载荷下内圈临界转速有所差别，本次试验所得内圈临界转速在7 000～8 000 r/min之间。轴承整体滚子的总力矩直接影响轴承打滑程度。     

超临界二氧化碳涡轮发电机振动试验

搭建20 kW超临界二氧化碳涡轮发电试验系统,开展涡轮发电机轴系临界转速数值仿真研究,对比分析空心轴与实心轴的前4阶临界转速与振型,并计算涡轮的前4阶模态频率。开展转速与负载对轴系振动特性影响的试验研究,采用频谱图分析转速0~48 000 r/min、负载0~20 kW下涡轮端与自由端壳体加速度振动响应。计算与试验结果表明:文中空心转子的临界转速高于实心转子的临界转速,有涡轮转子的临界转速低于无涡轮转子的临界转速。随着负荷从0 kW增加到15 kW,转子工频振动逐渐减小,但出现幅值较低的倍频振动;在转速区域11 000~40 000 r/min,不同功率下驱动端的振动响应低于自由端的振动响应,在转速48 000 r/min时,不同功率下驱动端的振动响应均高于自由端的振动响应。      

航空发动机离心通风器性能试验

为获取某型发动机离心通风器性能,通过试验模拟通风器的油雾工作环境,综合运用测质量法与光学测量方法,获取分离效率、粒径分布与压降数据。试验结果显示,分离效率随转速增加呈现先线性上升后平缓的规律。转速从静态增加到1 000 r/min,分离效率增加10%,油雾平均直径从1.8 μm降低至1.3 μm,粒径2.0~3.0 μm基本被分离;转速增加至2 500 r/min,平均粒径基本不变,未分离油雾粒径集中在2.1 μm以下。空气质量流量基本不影响粒度分布,对分离效率影响小;压降随质量流量、转速增加而增加。      

高速永磁电机综合设计与分析

高速非晶合金永磁电机设计受电磁、机械、温升的制约,因此高速非晶合金永磁电机的设计是一个多物理场综合设计的过程。针对高速非晶合金永磁电机设计受多物理场制约的问题,基于多物理场的分析方法,分析了非晶合金材料对高速永磁电机电磁性能的影响;研究了内置式永磁转子在高速运行状态下的应力分布,并分析了轴承支撑刚度对转子系统临界转速的影响;针对高速非晶合金永磁电机损耗分布特点研究了其温度场的分布。基于提出的多物理场综合设计方法,设计并制造了一台额定功率15 kW、最高转速30 000 r/min的高速内置式非晶合金永磁电机,并对样机进行了试验,验证了仿真分析与设计方法的可行性,为高速非晶合金永磁电机的设计提供参考。     

高速轴承环下润滑收油叶片结构参数与工况参数间的匹配关系

为了研究环下润滑收油叶片结构参数和工况参数间的匹配关系,通过理论分析和数值模拟方法研究了收油叶片半径差、滑油喷嘴喷射角度、收油环转速和滑油流速对滑油损失角和收油效率的影响。研究结果表明：调整滑油喷射角度和收油叶片半径差可改变滑油射流冲击收油叶片外轮廓的冲击点位置,前者的影响较小,后者在低滑油流速下可以降低滑油射流的冲击飞溅量;在考虑风阻影响的情况下得到的滑油损失角小于对应的理论分析结果;11 000 r/min转速下,增加收油叶片半径差后收油效率可提高超过3.0%,在一定转速范围内调整收油叶片的半径差可降低滑油的冲击飞溅量、提高收油效率。     

某轴流式血液泵的实验与改进设计

原型血液泵LAP-00的数值模拟及实验结果表明,在设计转速9000r/min下,最大效率点对应的设计点流量为11L/min,远大于临床所需38L/min的流量,致使血液泵在实际应用时效率偏低;而静子区域存在的流动分离与回流,极易造成血流停滞进而引发血栓.改进后的血液泵LAP-23,将设计转速从9000r/min降低至8000r/min,减小了转子叶尖切应力对血细胞的破坏;设计点流量降低至6L/min,并消除了静子区域内的分离和回流.      

静压推力轴承各工况下的热油携带及油膜温升特性

针对静压推力轴承运行过程中油膜温度骤升问题,从轴承摩擦副润滑机理出发,阐述斜面式双矩形油垫静压轴承油膜热油携带现象,定义油膜热油携带因子,建立油膜温升数学模型.采用有限体积法,对外载荷工况0～30t及转速工况4～100r/min进行理论计算及ANSYS-FLUENT软件流体仿真分析,得出油膜温度分布及热油携带发生规律,...     

高速无轴承永磁电机设计与分析

高速电机具有高功率密度、能够减小设备体积与重量,可以直接驱动负载、提高传动效率,在航空航天、新能源、精密制造等领域具有广阔的应用前景。将无轴承永磁电机应用于高速驱动系统,在推导无轴承永磁电机数学模型基础上,提出了高速无轴承永磁电机设计方法。通过对一台额定功率2 300 W、额定转速8 000 r/min、调速范围0~60 000 r/min的高速无轴承永磁电机进行电磁和机械一体化设计,并采用有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。仿真试验结果验证了所采用的设计方法的正确性。     

超高速干气密封扰流效应及抑扰机制

干气密封在高速时优异的动压性能使其应用范围从传统的压缩机、离心机等中高速设备逐渐扩大到航空发动机、（微型）燃气轮机等超高速设备中。基于实际超高速工况特点,对转速范围为10 000~120 000 r/min时的干气密封性能进行了系统性仿真计算,结果发现：在一定几何参数和工况参数下,类似于气浮轴承的微振动现象,干气密封会出现疑似受气体压力波动流影响的开启力、泄漏量与转速非正相关变化的扰流现象,尤其在高压、大膜厚、小槽深时的扰流效应愈加显著;在转速持续增大过程中,干气密封微尺度流场会出现二次拐点现象,且一次拐点发生转速与设计参数有关,而二次拐点发生转速基本约为90 000 r/min。同时结合导流织构的设计思路,进一步研究了超高速下干气密封槽底导流织构的驱动导流效应,结果表明：加设导流织构后,承载效果明显提高,拐点发生工况延后且压力波动区域被压缩。表明导流织构具有良好的抑制扰流、维持开启力与转速持续正相关的作用,在此基础上,进一步阐释了导流织构的抑扰机制,以期为突破干气密封在超高速工况下的应用壁垒提供新思路。     

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。     

航空活塞二冲程发动机的可变排气阀换气过程

航空活塞二冲程发动机的换气过程直接影响发动机的性能,采用可变排气阀可以改善发动机的动力性能。通过GT-Power软件搭建发动机一维整机模型,进行可变排气阀的仿真研究,分析了发动机在不同转速、不同排气阀状态下的换气过程及排气阀状态对换气过程的影响。在此基础上,还对定速巡航工况下(6500r/min转速、50%节气门开度)的排气阀状态进行了优化。结果表明:不同的排气阀状态可以改变发动机排气过程压力波动的相位,从而影响发动机的换气品质及燃烧过程;在定速巡航工况下,排气阀为中等开度时(初级阀关闭、次级阀开启),其发动机动力性能达到最优。     

搅拌头转速对6061和7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

为发挥异种铝合金不同的性能优势、提高航空材料性能,选用6061-T6铝合金和7075铝合金进行搅拌摩擦焊试验。在预热时间为20 s、倾角为2.5°、下压量为0.1 mm、焊接速度为100 mm/min的焊接参数下,对转速值为800、1 000、1 200、1 500 r/min的焊接接头的焊缝成型、力学性能、显微组织进行检测。结果表明：当转速为1 200 r/min时,焊缝表面成型最好,拉伸性能最佳为255 MPa,达到了母材6061-T6铝合金的89.5%;同时,前进侧产生的热量高于后退侧,将熔点高的金属置于前进侧较为合适。通过本文的试验参数可以得到较好的6061-T6和7075异种铝合金焊接接头性能。     

基于飞发一体化的滑油系统热性能仿真

航空发动机滑油系统与飞机、发动机的关联参数有限。为准确表达变工况滑油系统的热性能,通过研究发动机轴承腔热性能与转子转速及主流路温度参数的拟合关系,将主机温度、燃滑油参数作为输入,对发动机滑油系统在飞行剖面上典型飞行状态点的热性能参数进行了迭代计算;针对管壳式燃滑油散热器结构及运行特性,计算了散热器换热性能。建立轴承腔和散热器的数学模型;基于系统流动仿真平台,利用内部的二次开发环境编写出C#语言代码,开发出了适用于发动机的轴承生热模型和散热器模型,实现发动机滑油系统与发动机燃油系统及飞机热管理系统的联合计算;在航空发动机、飞机变工况输入条件下,进行滑油系统、发动机整机及飞发一体化的变工况热性能迭代计算,并与试验数据进行对比。结果表明：该计算方法误差小于5%,可较准确地反映变工况条件下的热管理相关参数,为飞发一体化热管理联合仿真分析提供可靠的数据来源。     

圆柱滚子轴承V形兜孔形面的磨损性能

为研究高速轻载工况下兜孔形面几何参数对V形兜孔圆柱滚子轴承保持架磨损性能的影响,建立了考虑兜孔处润滑影响的轴承动力学模型。以基于Masjedi磨损模型的时间平均磨损率作为磨损性能的评价标准,研究了兜孔形面几何参数对V形兜孔保持架磨损性能的影响规律,分析了在不同转速下兜孔壁倾角均为15°的V形兜孔保持架的磨损性能及打滑特性。结果表明：兜孔形面几何参数对保持架的磨损性能影响显著,通过对其优化可有效提升保持架的磨损性能;保持架的时间平均磨损率随内圈转速的增加而上升;在内圈转速的范围为5 000～20 000 r/min时,兜孔壁倾角均为15°的V形兜孔保持架的时间平均磨损率和打滑率均低于普通直兜孔轴承。     

基于满意PID控制的MCMS10试验机电控系统研究

为揭示高压轴向柱塞泵滑靴副摩擦磨损性能,需提供1台高精度、高性能以及主轴转速恒定可靠的滑靴副摩擦磨损试验机。但在测试滑靴副时,试验机主轴的速度调控和位移的精确控制非常难以把握。当试验机主轴转速在3 000 r/min的基础上升高时,试验机油温急剧升高,会对滑靴副性能测试的精度产生极大的影响。针对MCMS10试验机的电控系统,设计出硬件图,采用满意PID算法控制其主轴转速和位移两个参数。最后通过组态软件设计实时监控画面并开展试验分析。结果表明:将满意PID算法运用到MCMS10试验机电控系统中,不但精度非常高,而且在主轴转速约为3 200 r/min时,油温始终保持在65 ℃左右。