航空发动机燃油控制装置可靠性研究综述

航空发动机燃油控制装置是航空发动机的核心控制单元,长期服役在高温、高压、强振的恶劣环境,在航空发动机外场使用中故障率占比高,产品的寿命及可靠性是当前制约我国装备能力提升的短板。本文总结了当前燃油控制装置的典型故障类型,对比分析了国内外在燃油控制装置可靠性设计与分析技术、可靠性优化技术、寿命试验技术及可靠性评估技术方面的研究进展;剖析了我国燃油控制装置可靠性技术研究及应用方面的不足及原因,同时结合航空发动机正向研发体系建设需要,指出了航空发动机自主创新设计中燃油控制装置性能及可靠性一体化设计所面临的技术难点和挑战,并立足于现有国内设计水平及工业基础,给出了夯实我国航空燃油控制装置设计能力需开展的基础性研究建议。

高速重载齿轮泵壳体热流固耦合仿真

新一代高性能发动机所采用的高速重载燃油齿轮泵工作条件愈加恶劣,使得燃油齿轮泵壳体在泵内部高压流体载荷和高温热变形下工作失效问题突出。综合考虑了热流固三种因素,基于有限元数值模拟方法进行了齿轮泵壳体在极限工况下与热流固单向耦合条件下的工作强度仿真分析。首先,基于传热原理进行了壳体稳态温度场的分布规律研究,通过对壳体在热载荷和压力载荷共同作用下的静态响应进行了求解;其次,进行了齿轮泵壳体在极限工况下的内流场仿真分析,计算得到了齿轮泵内部油液压力载荷和轴承支反力载荷对至壳体对应区域的流固仿真边界;最后,在校核壳体在极端工况下的强度基础上,分别开展了考虑与不考虑热载荷下的壳体流固热单向耦合仿真分析。仿真结果表明:考虑热载荷后的壳体变形增大了约30%,应力增加了6%,热载荷对壳体结构的强度影响突出,是影响壳体刚度的关键因素。

高集成度节流嘴流动特性研究

针对飞机液压控制系统用节流嘴尺寸较小,常规试验手段难以获得节流嘴内部流场的流动参数的情况,以航空煤油为工质,对两种构型的节流嘴进行了阻力-流量特性的数值仿真,并对模型进行了试验验证,获得了Ⅰ型节流嘴在流量为1.25 L/min和2.22 L/min,温度为80℃和20℃条件下的内部流场,以及Ⅱ型节流嘴在流量为0.37 L/min和0.56 L/min,温度为80℃和20℃条件下的内部流场。结果表明:航空煤油在直管内和安全滤网内流动时,压力基本不变,压降主要在节流孔和安全网滤孔处产生,且节流孔处的压降为安全网滤孔处压降的2倍以上;不同流量下的节流嘴通道流场分布相似,只是压力、速度、湍动能等流动参数的数值大小有差异;节流孔和滤孔处的湍动能较大,原因为该处的流体质点之间剧烈掺混,速度脉动大;保持航空煤油的温度和出口压力不变,航空煤油的流量越大,节流嘴出入口的压降越大;温度变化导致航空煤油的密度变化,相同质量流量下,温度越低,节流嘴出入口压降越小。研究结果可为飞机液压控制系统用节流嘴的设计提供理论指导。

高速重载燃油泵齿轮副疲劳寿命预测方法研究

本文针对高速重载航空燃油齿轮泵的齿轮疲劳失效问题,开展了齿轮副的疲劳寿命预测研究。首先,采用赫兹接触模型理论和悬臂梁等效模型等解析法和有限元法,分析了齿轮的许用安全系数及啮合接触应力;其次,进行了齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的有限元计算;最后,采用有限元法进行了3种典型工况下的齿轮疲劳寿命预测。研究结果表明,齿轮接触及弯曲强度安全系数和接触应力均满足材料强度要求,齿轮齿面可靠性不低于99.97%,预测疲劳寿命为5027h,达到了该型齿轮泵设计寿命要求。