高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重,传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法,通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律,以确定齿轮参数并为卸荷槽设计提供约束条件;其次基于齿轮运动规律和卸荷槽设计原则进行了某型燃油齿轮泵卸荷槽的设计,并进行了多个工况下新型卸荷槽和传统卸荷槽困油特性仿真对比;最后试制了样机并通过试验验证了卸荷槽设计的有效性。研究结果表明所设计的卸荷槽与传统矩形卸荷槽相比,同工况下最大困油压力降低63.4 MPa,流量脉动率减小33.5%,空化区域更小,工作性能更优,能够显著缓解困油带来的不利影响。采用该结构卸荷槽的齿轮泵具有高的容积效率和长时抗汽蚀能力。

燃油齿轮泵是航空发动机控制系统的核心单元,现阶段我国已掌握燃油齿轮泵自主设计能力,且全面覆盖现有发动机控制系统的基本性能指标,如何进一步提升燃油齿轮泵的寿命及可靠性是行业亟需解决的关键问题。在新一代先进航空发动机中,燃油齿轮泵长期服役在高速、高温、高压、低介质黏度极端工况中,其摩擦副润滑失效以及侧板困油空化极易引发燃油泵故障,是制约航空发动机的安全可靠服役的关键难题。本文归纳了长寿命、高可靠燃油齿轮泵设计亟需解决的关键技术,给出了燃油齿轮泵摩擦副材料、润滑机理建模与测试、困油空化及卸荷槽设计的研究进展,结合燃油齿轮泵实际设计难题和未来技术发展,剖析了上述研究中所面临的挑战及问题,为行业研究人员突破燃油齿轮泵的长寿命、高可靠设计提供了指导方向。

半转扇翼是基于半转机构的一种新型活动性叶轮扇翼,其叶轮运动原理不同于普通扇翼的固定叶轮,为使其在工作时获得较优的气动力,需要对不同结构参数与运动参数下的半转扇翼进行具体探究。本文通过数值计算方法对半转扇翼叶轮偏角、底槽相位与叶片数目的影响做了详细的计算与剖析,并对比分析了不同来流速度与转速对半转扇翼气动特性的影响。计算结果表明叶轮偏角是影响扇翼升推力的主要因素,其在20°~40°时取得较佳气动力效果;不同底槽前后缘开口角(φ,β)下扇翼的气动特性也有所差异,使用C(φ<β)型与U(φ=β)型底槽的机翼具有较好的综合气动特性优势;叶片数目亦对扇翼的气动力有所影响,叶片数目在10~14时足以达到半转扇翼的气动力需求。与固定叶轮扇翼相比,半转扇翼在同样转速与来流速度下能产生与之相近的气动力,从而明确了半转扇翼...

为了改善离心叶轮多工况的气动性能,提出了一种基于切比雪夫算子排序的改进NSGA-Ⅱ算法,结合新颖的基于计算机图形学的双Bezier曲面参数化设计方法,并利用全三维流体动力学数值计算得到最优性能的叶轮。以某一燃料电池中的离心叶轮为研究对象,对额定工况和常用工况的等熵效率进行全局多目标寻优。优化结果表明,额定工况点等熵效率提高1.13%,质量流量提高5.47%,总压比提高1.4%。常用工况点等熵效率提高1.07%,质量流量提高8.3%,总压比提高0.35%,优化效果较为明显。

为研究应用于燃气轮机余热回收系统的超临界CO2(SCO2)径流式透平整机性能,基于RANS(雷诺时均)模型,对透平整机系统内部流场进行数值模拟,获得了SCO2径流式透平整机在起动、升速、自持及额定工况下的运行情况,并针对出口压力变化分析了透平非设计工况下的性能。模拟结果表明透平起动工况下会发生运行失稳,产生“倒吸”现象且通道内出现大面积的低速区域,但随转速增加流动趋于稳定;叶顶间隙的泄漏流会对透平的性能产生不利影响,额定工况下0.5 mm的间隙使透平减少近47 kW的功率输出,等熵效率降低6%左右;轮背密封可以起到良好密封作用,密封引入气还提高了透平整机的功率和效率;在偏离设计点工况运行时,透平可以有效应对出口压力的变化;通过对比简化通道和全周通道的仿真数据,透平轴功率和等熵效率的误差均在0.5%以内,可知应用简化通道模型仿...

加工等过程中产生的几何偏差会导致涡轮叶片气动性能及工作状态发生显著变化,对该影响的准确评估与合理分析具有重要意义。本文提出了一种考虑三维型面几何偏差对气动性能影响的不确定性计算分析方法,包括随机叶型几何建模、不确定性量化计算和敏感性分析等,并结合某一单级高压涡轮进行分析。基于随机过程理论和主成分分析法,参考现有叶片加工公差标准,并结合正态性假设,完成实际叶型几何的不确定性建模。选用基于多项式混沌展开的Kriging代理模型进行不确定性计算。结果表明,几何偏差对所研究涡轮的气动性能和工作状态存在较为显著的影响相较设计值,实际等熵效率的标准差为0.33%,下3%分位值减小0.65%;实际质量流量和膨胀比的相对标准差分别为1.24%和0.19%,下3%分位值分别相对减小2.37%和0.37%,上3%分位值分别相对增加2.38%和0.36%。采用Spearm...

为了降低大子午扩张涡轮端区二次流损失和流动损失,同时降低过渡段缩短对涡轮性能的影响,对具有大子午扩张低压涡轮过渡段的紧凑过渡段设计进行气动分析,设计的紧凑型过渡段径向长度减小了30%,分析涡轮带原始过渡段和缩短后的紧凑型过渡段的气动性能和流场状态。并对涡轮静叶采用正交化设计,初步探索正交化设计对大子午扩张涡轮紧凑过渡段的流动性能的影响。研究发现,紧凑型的过渡段增加了气动损失,但涡轮静叶采用正交化设计后,整体效率提高了1.32%;正交化设计也能够改善叶片表面的压力分布,吸力面低压核心区从两个减少到一个;流道出口损失降低,涡轮整体气动性能提高。

支撑板结构直接影响燃气轮机排气扩压器的气动性能。采用求解三维RANS(ReynoldsAveraged Navier-Stokes)的方法,在考虑燃气涡轮末级叶片导致的气流预旋的条件下,探究了支撑板的数目、轴向位置、倾斜角度这三个几何参数对排气扩压器气动性能的影响,并基于正交试验原理,探究了不同几何参数对排气扩压器气动性能影响程度的差异。结果表明支撑板数目的减少和轴向位置更靠近出口可以有效提升排气扩压器在不同进气预旋下的静压恢复系数,支撑板的倾斜设计在进气预旋小于0.48时,能有效提升排气扩压器的静压恢复系数,但在进气预旋大于0.48后,则会带来不利影响。基于正交试验原理的数值计算则表明,在进气预旋为0.12时,支撑板数目、轴向位置、倾斜角度三个因素变动对排气扩压器静压恢复系数的影响相近,进气预旋为0.35时,三者对静压恢复系数影响的贡献率...

为揭示圆弧型指尖密封磨损规律,获得结构参数对其磨损特性影响规律,通过分析指尖封严的磨损过程,构建了指尖密封体积磨损量关于时间的一阶线性非齐次微分方程,求解得到指尖密封中磨损量和磨损率计算的数学计算模型,并采用所建立的数学计算模型研究了结构参数对指尖密封磨损的影响。结果表明:采用文中磨损计算结果进行泄漏特性数值计算与文献中试验结果误差小于5%,证明本文磨损计算的合理性;首次提出了磨损总量系数、磨损率系数和磨损时间系数的概念,用这三个参数表述指尖密封的磨损特性,并获得了磨损率系数、磨损时间系数随指尖片结构变化规律;指尖密封的体积磨损量和磨损率随磨损时间呈指数趋势变化;对指尖密封磨损快慢影响程度由大到小依次是:指梁厚度、指梁根圆、指梁顶圆、指梁基圆、指梁型线圆、周向角、指梁间隙。

以航空发动机两种典型石墨端面密封材料配副M234-9Cr18Mo和M234AO-9Cr18Mo为研究对象,开展干摩擦和油润滑条件下石墨端面密封材料磨损行为预测方法研究。采用Archard磨损模型并考虑材料磨损对润滑接触行为的影响,建立干摩擦、油润滑状态下石墨密封材料磨损量化模型,提出一种基于半解析的数值仿真方法,针对不同材料及工况条件下磨损行为开展数值仿真分析。结果表明:所发展的磨损模型及仿真方法具有较好计算精度,试验与仿真结果对比显示,最大磨损深度误差小于10%;材料、pv值、润滑条件对石墨端面密封材料磨损行为具有显著影响,M234比M234AO具有更好的耐磨性能,增加pv值会导致石墨密封材料的磨损更严重,油润滑比干摩擦更有利于降低石墨材料磨损深度,最大磨损深度降低约28.5%。