基于运动法的航空发动机高速燃油齿轮泵卸荷槽设计与验证

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。

航空高速齿轮服役温度预测模型研究

随着高速重载下航空传动服役温度的不断提高,齿轮胶合失效成为制约飞行器性能的关键因素。为高效预测航空齿轮服役温度,针对某航空发动机齿轮提出了一种基于顺序耦合的齿轮温度仿真分析方法,考虑固-液-气多相对流换热及不同齿面散热系数等因素,模拟了航空齿轮在不同工况下的本体温度和齿面闪温。经验证说明,该数值方法与ISO/TS 6336-20闪温法标准计算结果吻合良好,不同工况下接触温度最大偏差控制在10%以内;当传动系统输入转速为22400 r/min、转矩为119.4 N·m时,分流大齿轮的接触温度达到242.6℃,齿轮胶合安全系数为1.22,存在胶合失效风险。所提出的仿真分析方法能有效预测航空等领域高速齿轮服役温度,为评估航空齿轮胶合失效风险提供了高效可靠的方法。

航空锥齿轮阻尼环减振作用分析与试验验证

针对航空锥齿轮出现的节径型行波共振问题,通过加装阻尼环对其进行减振,并对减振效果进行仿真分析和试验验证。通过对锥齿轮进行模态分析和振动应力计算,分析附加阻尼环对齿轮行波共振的影响;试验中在齿轮上粘贴应变片,获取齿轮的振动应变。计算与试验结果对比表明,锥齿轮在转速范围内主要存在前4节径行波共振模态,共振转速计算值与试验值误差较小,在共振转速下计算的阻尼减振效果与试验数据接近,满足一定的工程预测要求,验证了该计算方法的有效性,表明附加阻尼环对于行波共振具有良好的抑制作用。

航空齿轮表面硬化层断裂性能研究

按照航空齿轮的具体工艺过程 ,对材料 1 2 Cr2 Ni4A的拉伸试样和断裂试样进行设计和加工 ,通过三点弯曲实验 ,重点研究了齿轮材料硬化层的硬度分布、硬化试样拉伸力学性能参数和断裂性能参数。实验结果表明 ,所采用试样的加工工艺方案是可行的 ,所获得的 KC基本反映我国航空硬化齿轮材料的断裂性能特征 。

喷油嘴喷射角度对航空齿轮冷却效果的影响

通过对对流换热的影响因素及高速传动齿轮喷油冷却机制的分析,从理论探讨高速重载航空齿轮喷油润滑系统喷油嘴喷射角度改变对冷却效果的影响;在搭建的试验台上,通过不同喷射角度下的冷却试验,研究喷射角度改变对高速传动齿轮冷却效果的影响规律。研究发现:喷射角度越小,齿面冷却效果越好,在允许的情况下,减小喷油嘴喷射角度能够得到更好地冷却效果。该研究结果对高速重载航空齿轮润滑系统设计具有一定的指导作用。

航空硬化齿轮材料力学性能研究

根据航空齿轮材料 (12 Cr2 Ni4A )的具体工艺过程 ,本文重点研究齿轮材料硬化层的断裂性能和裂纹扩展特性 ,并对实验技术、数据处理方法进行探讨和研究 ,该研究为航空齿轮寿命预测提供了重要的分析方法和基本数据。

航空齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命预测方法的研究

利用安定理论和有限元法 ,分析轮齿在循环接触载荷作用下接触表面层的应力应变特征 ,即弹性安定和塑性安定 ,并针对此特征 ,探讨轮齿接触疲劳裂纹萌生寿命的预测方法。研究表明 :Dang Van准则和 Coffin- Manson关系可以分别作为弹性安定和塑性安定特征下的疲劳寿命预测模型。

航空发动机附件传动齿轮振动特性分析与试验研究

为了解某型航空发动机附件传动齿轮的振动特性,采用有限元素法对其进行了振动特性计算分析。为验证分析结果的有效性,分别对附件传动齿轮进行了模态试验分析和台架旋转状态下的振动特性测试,获得了静态与实际工作状态下齿轮的振动频率和振型。试验结果表明,附件传动齿轮工作状态下的振动特性与有限元分析结果吻合性良好,其振动频率受传递扭矩的影响较小。研究为其他航空发动机附件传动齿轮的振动特性分析提供了重要参考。

某型飞机前起落架降噪试验

流经起落架的流场非常复杂,并会产生强烈的噪声。以某飞机前起落架1/6缩比模型为研究对象进行气动噪声试验,通过在扭力臂处安装翼形整流罩和防扭支架处安装圆台形整流罩的被动方法降低起落架噪声。试验采用粒子图像测速仪(PIV)对起落架不同特征截面的的流场进行观测,探究起落架降噪的机理。试验结果表明,安装整流罩可以改善起落架周围的流场,降低起落架的高频噪声;安装整流罩后,起落架的特征尺寸长度变大,导致中低频噪声增幅明显。试验结果可以用于指导起落架降噪和外形优化,并可作为进一步探索实用的起落架降噪方法的基础。

航空齿轮附加阻尼碗减振性能分析

航空齿轮轮体振动是航空齿轮结构失效的一个重要原因,利用附加阻尼碗提供外摩擦抑制轮体振动是一项有意义的尝试。利用等效线性化方法,将干摩擦作用转化为对系统特性参数的修正,通过在接触面间添加等效弹簧单元和等效阻尼单元建立附加阻尼碗组合结构等效分析模型;利用APDL编程实现动载荷在弧齿锥齿轮节锥上循环加载,应用ANSYS软件求解了组合结构等效模型的动态响应,得到了阻尼碗对结构动态响应的影响。

微损小波分解航空行星齿轮故障特征及诊断

提出基于dbN小波算子小波变换分解行星齿轮故障特征的故障检测算法,算法可以在轻微损坏时就较好地判断出齿轮故障。通过分析行星齿轮的故障成型,以及故障的冲击振动传播路径,建立其故障模型,在利用小波变换方法对其故障信号进行分析,检测方法可以较好地进行故障识别与检测,对比传统的傅里叶变换,新算法可以对微弱信号识别,能同时判断缺陷轮齿的频率和出现的时间,在排除故障时能准确分析故障位置,以及故障类型。仿真实验表明改进算法小波变换,具有弱信号检测能力强,准确判断故障出现时间,为尽早发现故障与解决故障问题提供了保障,故障检测概率提高了15%。具有较好的工程实用性。

基于AK-IS法的航空齿轮泵滑动轴承可靠性分析

为研究高转速、低介质黏度运行的航空齿轮泵滑动轴承动压润滑可靠性,通过将Reylonds润滑方程与影响矩阵耦合,建立了考虑轴瓦弹性变形的航空齿轮泵滑动轴承弹流润滑(EHL)模型。考虑滑动轴承尺寸公差和运行工况等引起的不确定性,将与滑动轴承润滑特性密切相关的动压润滑的压力峰值作为可靠性判据,采用自适应Kriging和重要抽样法相结合的AK-IS法对滑动轴承动压润滑特性进行了可靠性及灵敏度计算。研究结果表明:考虑轴瓦弹性变形的压力峰值比刚性轴瓦压力峰值降低15.04%,表明滑动轴承弹流润滑对轴承动压润滑的影响不能忽略;基于AK-IS法的航空齿轮泵滑动轴承动压润滑可靠性分析具有准确性和高效性;各不确定因素对动压润滑可靠性的影响程度不同,其中轴承的半径间隙对可靠性最敏感,转速对可靠性最不敏感。

基于Kriging响应面模型的航空发动机套齿结构装配稳健性优化设计

对发动机套齿结构装配结构稳健性优化能够有效提高航空稳定性,传统的优化设计对制造工艺、边界条件和材料特点中的不稳定因素有所忽视,从而降低了航空发动机稳健性。目前,稳健性设计越来越备受关注,并且被广泛应用到航空领域中。在航空发动机装配设计中实现稳健性的设计中,使用Kriging响应面模型,将材料的特点作为不确定因素。在稳健性优化之后,对发动机套齿结构装配的稳健性优化前后进行了对比,分析结果表示,此稳健性的设计方法具有较高的精度,通过稳健性优化之后,航空发动机套齿结构装配的稳健性有效提高。

套齿联轴器对航空发动机振动特性的影响

研究了航空发动机套齿联轴器的连接刚度,推导了套齿动态啮合力计算模型,分析了随扭矩、套齿不对中和动态相对位移变化的套齿啮合力和啮合刚度。依据航空发动机套齿连接结构,建立了含套齿联轴器的三支点转子动力学模型,分析了套齿连接刚度对系统频率响应特性的影响,在考虑转轴间角度不对中的情况下,分析了套齿连接刚度对系统不对中响应的影响规律。结果发现,动态啮合力模型能够更加真实地模拟套齿连接刚度的变化,但是,当其径向啮合刚度变化不大时,其计算结果与等效刚度模型的计算结果相同,套齿角向刚度对系统动力性能影响很大,在套齿设计、装配和使用中需要重视。

航空发动机齿轮用阻尼环的摩擦耗能和型线设计

为改善阻尼环对航空发动机传动齿轮的减振效果,提出了阻尼环在自由状态下的型线设计方法,设计了一种均压环。开展了对阻尼环的接触分析,对比计算了普通阻尼环与均压环在齿轮振动时的摩擦耗能,探究了阻尼环局部非接触对摩擦耗能的影响。结果表明,在静止安装状态下,普通阻尼环与安装槽的接触圆心角为114°56’,工作过程中,随着转速提升,接触区域将会增大,但均压环与安装槽的接触区域始终比普通阻尼环更大,且不受转速影响,从而在齿轮发生共振时能消耗更多的振动能量,有效提高阻尼环减振效能。

高压航空燃油齿轮泵的齿轮强度校核及应力仿真分析

以某型外啮合高压航空燃油齿轮泵为研究对象,推导齿轮理论强度校核计算公式及校核流程,对其齿轮进行强度校核;通过计算机CAD技术建立齿轮泵三维模型,基于ANSYS进行齿轮的动态啮合过程、静态接触应力、静态弯曲应力仿真;将3种仿真结果与理论校核结果进行对比,表明该仿真技术能够有效实现该型泵的应力仿真分析。应力分布结果表明:齿轮动态啮合过程中,最大应力发生在中心距中点位置和啮合线末端,且通过对2个位置的静态接触应力和弯曲应力仿真获取相应的齿面接触应力和齿根弯曲应力的啮合性能参数,再次验证齿轮的受力规律,对新一代航空发动机主供油泵的设计及仿真研究具有一定的工程实践意义。

基于低秩稀疏分解算法的航空锥齿轮故障诊断

锥齿轮是航空发动机传动系统改变传动方向和传递功率的核心部件,常工作于高速、重载的条件下,不可避免发生齿面损伤及疲劳断裂等故障,其故障模式复杂、背景噪声强烈,难以有效诊断。针对上述问题,研究了旋转机械特征的自相似属性,分析了观测信号中干扰信息和特征信息的奇异值分布差异性,建立了二维特征矩阵的奇异值稀疏低秩先验,并将其建模为稀疏核范数正则描述,进而构建了低秩稀疏分解模型,提出了基于广义块坐标优化理论的模型求解算法框架。将算法用于滑油附件锥齿轮的故障诊断,有效地辨识了潜在的故障,并与经典的稀疏正则和标准的谱峭度算法进行对比分析,结果证实了算法的优越性。

基于面齿轮传动的航空发动机中央传动设计分析

为系统性解决传统齿轮传动在航空发动机大功率提取传动系统中应用产生的承载能力不足、质量超限、稳定性较低等问题,设计了基于面齿轮传动的航空发动机中央传动,并进行LTCA分析,得到接触区面积比和应力等计算结果。研究结果表明,基于面齿轮传动的中央传动具有承载能力高、质量轻、运转平稳性好等优点,面齿轮传动可以为现有航空发动机传动系统提供一条可行的新型传动设计路线。

航空发动机燃油齿轮泵寿命估算方法研究

针对航空发动机燃油齿轮泵在设计阶段缺少寿命估算校验的问题,给出了一种使用修正部件法估算航空燃油齿轮泵寿命的方法。该方法首先以航空燃油齿轮泵的轴承作为寿命敏感部件,运用相对成熟的方法对轴承进行了寿命估算;其次通过分析研究选取了合理的寿命影响因子,运用修正系数对轴承的寿命进行了修正;最后通过相关分析推导得出了航空燃油齿轮泵寿命的估算公式。结果表明,该方法可在设计阶段对航空燃油齿轮泵的寿命进行估算和校验,完善了航空燃油齿轮泵寿命研制的过程。

弧齿锥齿轮参数调节状态下行波共振特性及其影响规律研究

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际使用中因行波共振造成的从动轮断裂失效问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法,研究弧齿锥齿轮参数调节状态下的行波共振特性及其影响规律。基于有限元方法对齿轮进行模态分析,讨论辐板厚度和工作温度对齿轮行波共振特性的影响;基于Hertz接触理论对啮合齿轮进行瞬态动力学分析,重点讨论行波共振状态下负载功率、工作温度及阻尼系数对齿轮应力分布的影响。仿真与试验对比结果表明:模态计算和动力学分析的仿真结果误差均在合理范围内。在满足齿轮设计有关要求前提下,调整辐板厚度可避开共振转速或共振频率。在振动应力分布的共振参数敏感性方面:当齿轮在三四节径行波共振状态下工作时,齿根处应力值最大,辐板正面应力值最小;随着齿轮负载功率、工作温度和阻尼系数变化,从动轮辐板正面应力变化较小,辐板背面和齿根处变化较大。在该齿轮改进和优化设计中,需重点针对三四节径行波共振进行处理。