径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响研究

为了研究径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响规律,根据高速轴承内部流动特征建立了数值计算方法,针对包含输油通道、径向油孔和轴承组件的物理仿真模型开展了油气两相流动计算,对比并讨论了不同径向油孔结构下轴承内部的油气分布和黏性摩擦损失。数值模拟结果表明,径向油孔孔径增大后轴承内部的平均滑油体积分数单调增加且滑油分布更均匀。径向油孔布设在周向油槽的同侧有利于提升轴承内部的平均滑油体积分数,同时滑油沿周向分布的均匀性较好。轴承组件表面扩展参数受径向油孔结构的影响,其变化趋势与平均滑油体积分数的变化相似。全部采用经验公式预测得到的黏性摩擦损失整体偏高,且不能反映径向油孔结构参数的影响,数值模拟和经验公式相结合计算得到的黏性摩擦损失与直接采用数值模拟获得的结果表现出较好的一致性。

航空发动机滑油回油管内的流型识别及含气率预测研究

发动机润滑系统回油管内油气两相介质的流动特性直接影响系统中回油泵及散热器的工作特性。为辨别回油管内油气两相流流型和建立含气率预测关系式,本文搭建了模拟轴承腔回油管流动的实验系统,并依据涡轴发动机回油量及油气比完成了700组不同工况的实验测试。实验空气与滑油流量范围分别为10~200 SL/min与6~37 L/min。本文对实验范围内的管内流型进行了判别,并修正了含气率的预测模型。首先对两种极限工况的压力信号的时序特征、概率密度函数和傅里叶变换进行分析,判定其流型为分层流和弹状流。将流型结果与Mandhane流型图进行对比,显示Mandhane流型图并不能准确预测回油管内的油气两相流流型。其次利用含气率经验关系式进行含气率预测,发现Massena预测模型预测的含气率与实验值更接近,预测结果更准确。分层流的含气率在50%以下,而弹状流的含气率在50%以上。最后根据流型对Nicklin经验关系式进行修正,得到分层流和弹状流对应的分布系数分别为0.848和0.919。

轴心射流收油环内部油气流动特性的数值模拟研究

为研究环下润滑结构内部油膜迁移及流动特性,针对轴心射流收油环采用VOF (Volume of fluid)方法开展了数值计算,获得了收油环端面油膜动态形成过程,在分析流场特征的基础上,讨论了收油环运转工况及结构参数对内部油膜形态、滑油体积分数、油膜速度和供油孔输油能力的影响规律。结果表明:收油环端面油膜呈圆盘状迁移,边缘破碎形成油滴、油带甩至侧壁面,在供油孔内以“月牙形”分布加速流动,收油环端面油膜厚度随主轴转速增大而减小,随喷嘴流量上升而增加;提高转速降低了供油孔内滑油含量,使孔内油膜加速流动,孔内滑油含量随喷嘴流量的上升而增大,随供油孔径的增加而下降;喷嘴流量与供油孔径的改变对孔内流速影响较小;增加孔径与提高收油环转速可加强供油孔输运能力,8 kr/min下提高喷嘴流量使无量纲输油量Cq平均降低了40.71%,提高孔径使Cq最大提高了57.14%,转速的增加使Cq平均增加25.87%。

油滴与高温固体壁面碰撞的流动与传热及飞溅特性

考虑油滴(油膜)/固体壁面接触角动态变化和油液热力学特征参数受温度影响,基于流体体积法建立了油滴与高温固体壁面碰撞的三维流动与传热数值计算模型,通过试验验证了数值计算模型的正确性。基于数值计算模型,分析了油滴碰撞高温固体壁面后的流动与传热及飞溅特性,以试验和数值计算结果为基础,建立了描述油膜铺展/飞溅临界判据。结果表明:油滴碰撞高温固体壁面后的状态与碰撞条件有关,破碎、飞溅有利于油膜的铺展流动;二次油滴是油膜边缘破碎产生的油带断裂而成,大直径二次油滴分裂为小直径油滴;随油膜铺展进程,壁面平均热流密度增大,而油膜的径向热流密度则逐渐减小;增大碰撞速度、油滴直径和润滑油温度,有利于油膜的破碎与飞溅,二次油滴数量和下飞溅角均随之增大。

航空发动机主轴轴承剥落扩展试验

为探索轴承的剥落极限,开展了航空发动机主轴轴承的剥落扩展试验研究。介绍了轴承损伤的形式以及国内外关于疲劳剥落损伤的研究现状;介绍了试验轴承的初始剥落状态以及试验器的基本情况,明确了轴承的润滑条件和监测方式;按照发动机的真实工况和载荷谱制定试验方案并开展试验,定期分解监控轴承的剥落扩展趋势;对试验过程中金属屑末质量分数、轴承温度以及转子振动的监测结果进行了分析。结果表明:小面积剥落的轴承在18 h试验时间内仍能继续工作,轴承温升未发生明显改变,轴承外圈温度大部分时间内保持在150~190℃,但金属屑末质量分数及转子振动时域幅值不断增大,金属屑末累计增长约9500个,振动时域幅值已超过600g。各项参数的监测结果对发动机地面试车或飞行具有重要的参考价值。

不同形状颗粒的阻力系数实验研究

航空发动机高空冰晶粒子的阻力特性会影响冰晶的运动,为了探究不同形状冰晶对阻力系数的影响,采用高速摄像机跟踪拍摄的方法对球形颗粒和非球形颗粒(长圆柱、短圆柱和圆盘)阻力系数进行研究,根据颗粒匀速状态时的速度求得不同颗粒的雷诺数和阻力系数,并利用实验数据拟合获得不同颗粒在工况范围内适用的阻力系数计算关系式,最后利用拟合数据之外的实验数据对关系式进行验证。结果表明:在雷诺数为3961~24144范围内,四种粒子阻力系数的计算值和试验值平均相对误差在5%以内。

弹性环式挤压油膜阻尼器一体化圆柱滚子轴承保持架振动特性分析

航空发动机主轴中滚动轴承为了降低系统振动经常与弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,采用变步长积分算法建立圆柱滚子轴承与ERSFD耦合的动力学分析模型,对外圈带ERSFD的圆柱滚子轴承保持架振动特性和打滑率进行研究。研究结果表明:与未装配ERSFD的圆柱滚子轴承相比,ERSFD可以提高圆柱滚子轴承保持架的稳定性。过大或过小的弹性环凸台数量与宽度都不利于圆柱滚子轴承保持架的稳定性,需要选择合适的凸台数量和宽度。径向载荷与转速对带弹性环的圆柱滚子轴承保持架稳定性影响显著,保持架涡动频率的谐波次数随着径向载荷的增加而减少,其对应的幅值也减小;保持架涡动频率的谐波次数随着转速的增加而增加,其对应幅值也增加。

基于瞬态有限元的齿轮箱迷宫密封泄漏研究

针对某高速列车齿轮箱迷宫密封的润滑油泄漏问题,基于ANSA软件建立齿轮箱及迷宫密封结构的有限元模型,并采用FLUENT软件对其进行多相流瞬态仿真分析,研究迷宫密封结构的相对啮合深度、节流齿厚、径向间隙、回油孔直径及个数、齿与台阶距离、齿宽、密封间隙对润滑油泄漏量的影响。结果表明:当相对啮合深度大于0.5时,润滑油泄漏量与相对啮合深度呈负相关;润滑油泄漏量与节流齿厚、回油孔直径、回油孔数量呈负相关;润滑油泄漏量与径向间隙、齿宽、齿与台阶距离、密封间隙呈正相关。根据研究结果对迷宫密封结构进行改进,改进后的迷宫密封结构润滑油泄漏量降低为原始泄漏量的3.6%。

内部混合式油雾应急润滑系统引射结构几何影响因素研究

为探究结构参数对应急润滑系统引射结构性能的影响,以某型航空发动机内部混合式油雾应急润滑系统引射结构为对象,通过油气两相流数值模拟并结合试验验证,分析了空气喷嘴直径、滑油引油管直径等结构参数对滑油引射流量、引射系数的影响规律,并基于敏感性分析方法,获得了引射滑油流量关于不同结构参数的敏感性系数。结果表明,滑油引射流量的计算结果与试验结果最大误差不超过11%;存在最佳的空气进口段直径、空气喷嘴直径和混合室直径使得引射滑油流量达到最大,而滑油流量随空气喷嘴出口直径、引油管直径的增大呈现出逐渐增加的趋势;对比分析各结构参数敏感性系数,发现混合室直径、空气进口段直径、引油管直径是影响引射结构性能的三个重要参数。

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。

环下润滑高速滚动轴承径向收油装置的优化设计

以航空发动机主轴承润滑所采用的叶轮式径向收油装置为研究对象,结合FLUENT软件仿真分析润滑油损失机理,并对收油装置的结构进行优化设计:叶轮外径降低10%,叶轮内表面由弧面改为平面,叶片倾角降低50%。对优化结构的叶轮式径向收油装置进行试验验证,计算其在不同转速下的收油效率,结果表明:叶轮式径向收油装置的收油效率在不同转速下均得到显著提升,特别是在15000 r/min高速工况下的收油效率由30.91%提高到57.91%,显著增强了主轴承的润滑和冷却效果。

基于Flowmaster的发动机滑油供油系统流量压力换热特性建模与仿真

为了分析滑油从滑油泵组流经燃滑油散热器、喷嘴至轴承腔内的流动换热特性,基于Flowmaster流体系统仿真平台,以发动机滑油供油系统为研究对象,通过各支点喷嘴模型建立及仿真计算,验证喷嘴设计符合性。根据燃滑油散热器结构特点,计算流阻和换热特性,建立仿真计算模型,验证散热器流阻特性及换热性能;建立滑油供油系统模型,仿真计算轴承腔、附件机匣、转接齿轮箱等处供油流量、供油压力及供油温度,分析评估系统流量压力换热特性,支撑滑油系统正向设计。

基于FLUENT的轴承腔封严引气流动特性仿真分析及结构优化

为降低轴承腔封严引气流阻,提升滑油系统封严可靠性,以航空发动机轴承腔封严引气结构为研究对象,针对发动机典型工况点,将引气管、轴心引气等三维模型导入CFD软件平台FLUENT划分网格,采用Realizable k-ε模型对流场进行三维数值模拟,流场分析结果与实际相吻合,能够准确地反映气体流动状态。通过对2种引气管结构与3种轴心引气结构流动特性进行对比分析,得到典型工况下封严引气结构的流阻及出口流速等性能参数,最终确定多种封严引气结构对流动特性的影响,从而对引气结构进行改进设计,优化了引气流动特性,为轴承腔封严引气结构设计提供了参考。

DA20-C1飞机滑油系统常见故障处理

钻石DA20-C1飞机是一款快速且灵活的小型飞机,具有良好的操作性能及可靠性,在全球的飞行训练过程中具有极高利用率。不过在飞机运行期间,多次出现有关于滑油系统的故障,对于飞行安全及训练任务造成很大的影响。本文章主要依据飞机维护手册,结合实际排故工作经验,对飞机滑油系统的原理进行概述,对一些常见故障进行分析,找出导致故障的原因,并提出对应的排除方法及维护措施,为外场排故工作提供理论支持,保障飞机运行安全。

涡轮叶片辐照晶体测温安装方式建模及仿真

针对辐照晶体传感器测量复杂工况条件下涡轮叶片表面温度时的安装问题,仿真分析了晶体温度传感器在涡轮叶片上的2种安装方式。选取航空发动机涡轮叶片吸力面的缘板处、叶片尾缘处和气膜孔背面3个位置,模化辐照晶体传感器在涡轮叶片工况下的安装条件,采用表面粘贴和开槽封胶2种安装方式建模,导入ANSYS Workbench进行流-固耦合有限元仿真,分析高温胶和辐照晶体在复杂工况下的应力、变形和温度等特性。结果表明,表面粘贴式安装的晶体传感器温度更高,但高温胶和晶体传感器所受应力远大于开槽封胶式安装所受应力,由此可知表面粘贴式安装的测温精度更高,但其牢固性不如开槽封胶式安装。研究结果可为采用辐照晶体测量航空发动机涡轮叶片温度的试验测试提供基础支撑。

中央传动齿轮箱复杂油路性能仿真

以某航空发动机中央传动齿轮箱复杂油路结构为研究对象,分别对“双通道多喷嘴”和“单通道多喷嘴”油路模型进行三维流动仿真分析并建立压力-体积流量数学模型.计算结果表明:Realizable k-ε湍流模型能够有效捕捉“双通道多喷嘴”复杂油路结构的三维流动特性,滑油喷嘴喷孔的外部流线喷射位置和试验现象较吻合,计算精度较高;对供油压力为0.05~0.25 MPa的压力-体积流量曲线采用“外延法”方式,能够较好地预测供油压力为0.30 MPa时的体积流量,该值与仿真计算结果和设计要求均较吻合;随着油路入口供油压力增加,所有滑油喷嘴体积流量系数也增加,滑油喷嘴体积流量系数和油路内滑油雷诺数呈正相关关系;当供油压力为0.05~0.30 MPa时,“单通道多喷嘴”复杂油路模型的供油压力和体积流量呈二次函数关系.

航空发动机滑油喷嘴尺寸敏感性仿真分析

某型航空发动机滑油系统为全流量供油系统,不设置溢流流路,因此滑油喷嘴的尺寸直接影响滑油系统供油压力的高低。为了研究喷嘴尺寸公差对滑油系统压力的影响的大小,运用FLOWMASTER软件,首先建立了系统喷嘴的部件仿真模型,根据喷嘴流量检查试验压力、温度、流量的要求,仿真计算出各处喷嘴的上限和下限尺寸,喷嘴计算结果通过某台发动机试验数据校核;然后根据得到的喷嘴尺寸,建立滑油供油系统级的仿真模型,计算评估喷嘴的极限尺寸对滑油系统供油压力的影响。结果表明:喷嘴尺寸的极限尺寸公差对滑油系统供油压力的影响在慢车状态达到57 kPa,在地面最大状态可以达到130 kPa,即极限状态下不同批次发动机滑油系统的试车参数范围差异最大可达130 kPa。计算结果对于发动机滑油系统供油压力范围设定、整机试车问题处理具有指导意义。

基于支持向量机的航空发动机滑油监控分析

提出了一种基于支持向量机的航空发动机滑油金属含量预测方法。详细分析了支持向量机用于时间序列预测的理论基础,并给出了运用支持向量回归进行多步预测的一般公式,提出了用最终预报误差(FPE)准则优化选取嵌入维数。与传统的AR预测模型相比,支持向量机由于采用了新型的结构风险最小化准则表现出优秀的推广能力。经过数值仿真得出自回归(AR)模型仅适合于短期预测;支持向量机预测推广能力强、具有较强的鲁棒性和容错性,对较长区间预测仍具有较好的效果。最后,将其应用于某型发动机滑油的铁金属含量预测,取得了较好的效果。

等离子体点火器设计及其放电特性研究

基于等离子体放电理论,设计了3种不同形式的等离子体点火器:环形等离子体点火器、碟形等离子体点火器和圆柱等离子体点火器。对于不同的等离子体点火器,研究了在电源激励形式、电压、气体压力变化时的点火器放电特性,并将等离子体点火器与普通火花塞点火器的点火进行了对比分析。结果表明:设计的3种等离子体点火器能够有效地产生等离子体放电流注;随着放电环境的空气气压的逐渐升高,等离子体点火器的临界放电电压不断增大;在低气压时,击穿阈值电压随气压增加呈线性上升,基本符合帕邢定律的放电公式,在高气压时,放电阈值电压会偏离帕邢定律。

轴承钢早期胶合故障静电在线监测方法及试验

采用自制静电传感器进行润滑条件下轴承钢点接触滑动摩擦胶合故障在线监测试验研究.首先分析了磨损过程静电产生机理和静电感应原理,在此基础上设计研制了磨损区域静电传感器并进行轴承钢胶合故障试验,研究了磨损区域静电信号去噪方法,分析了载荷和转速对摩擦系数和静电信号的影响.研究结果表明:奇异值差分谱理论适用于静电信号去噪,取得了较好的效果;静电信号与摩擦系数同时监测到胶合的发生,具有一致性,并且静电在线监测技术能够在胶合故障发生前监测到异常,为视情维修提供支持;静电信号反映了4个阶段(磨合磨损,稳定磨损,早期胶合以及胶合阶段);在稳定磨损阶段,摩擦系数随载荷的增大而降低,随转速的升高而降低,静电信号均方根值随载荷的变化很小,随转速的升高而增大.