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航空发动机滑油泵高空性分析
作者:管理员    发布于:2018-03-09 14:04:40    文字:【】【】【

  通常将滑油泵在高空时的性能称为滑油泵的高空性。

  滑油泵是航空发动机润滑系统的重要部件。当飞机的飞行高度上升时,对于自由通风的滑油系统,滑油泵的入口压力随大气压力的降低而降低(滑油泵入口真空度随大气压力的降低而升高),性能(流量池就随之下降。

  本文从流体力学的角度,对航空发动机滑油泵的高空性进行了系统的理论分析,阐述了滑油泵高空性产生的原理,推导出了影响高空性的各种因素东北工学院,获硕士学位从事航空发动机润滑系统设计,曾获中航一集团科技进步二等奖1次关系式,为今后航空发动机滑油泵设计提供了理论基础。

  2高空性产生原理简单地说,航空发动机滑油泵的功能就是将滑油从油箱(或油池)抽出,并送到各润滑点(或油箱)。航空发动机的滑油泵一般都是容积式的,常用的有齿轮泵和转子泵。容积式泵的特点是泵前抽真空,泵后将流体强制送出;当进口条件相同时,泵的出口性能(流量)基本保持不变,泵后压力取决于泵后阻力。滑油泵的性能不但与滑油泵本身有关,还与其所处的系统有关,因此,需将滑油泵放在系统中来研究。滑油泵及其所处系统的简化模型如所示。

  当泵转动时,泵进口的滑油或空气被抽至出口,泵前形成负压;在压力作用下,油箱(或油池)内的滑油被送至泵的入口处,再经泵挤压至出口,形成泵送过程。当发动机随飞机上升时,发动机所在当地为5(包括沿程阻力系数和局部阻力系数。对于沿程阻力C=AL/DX为沿程阻力系数,L为入口管长,D为入口管径;对于局部阻力5=+ Ui~乞为各处局部阻力损失系数,n+c)。

  设滑油泵设计流量为Q油池至泵前的流速为V滑油密度为P则油池至泵前压差所以有大气压会随高度的升高而降低,而在滑油系统中,滑油箱或油池都是经通风器与大气相通的(节流通风及轴心通风系统除外),当地大气压降低,会导致油箱或油池内的压力降低,即P降低。由于P的极限值为QP的降低会导致压差P―P降低,进口管内的流速也降低;当流速降低到不足以充填泵的泵送能力时,滑油泵的性能就会急剧下降。

  典型的航空发动机滑油泵高空特性曲线如所示。其中,P所在的真空度位置就是滑油泵高空性急剧下降的点。这可以解释为:在泵前真空度由Q到P之间时,泵的流量以直线形式微微减小,这是由泵前压力下降导致的泵后与泵前的压力差加大,泵后滑油通过泵的间隙回流;但当泵前真空度达到P后,油泵充填不足,直接导致流量急剧减小。

  泵前真空度P这个点称为滑油泵高空性下降的拐点。下降拐点是滑油泵高空性的重要指标,其大小决定了滑油泵高空性的优劣。为此,找出了影响滑油泵高空性下降拐点的因素,也就是找到了滑油泵高空性的影响因素。

  因此,管内流动的流量当Q>Q时,说明油池至泵前压差所形成的管内流动足以填充油泵的进口容积,滑油泵出口流量变化不大,流量大小取决于泵的输送能力和容积效率,如中泵前真空度由Q到P之间;而当Q  当Q=Q时,充填的大能力与泵送能力达到平衡;此点成为滑油泵高空性曲线的下降临界点,即下降拐点。在下降拐点,有由可以假设泵的进口处为真空,如所示,设油池至泵前的流体总阻力系数数;内齿轮转速;b为转子宽度;n为容积效率。

  带入缓,通道前扰流柱对层板内部起到了整流作用。

  542型层板进、出口总压差与流阻分析4中斜率大的1条曲线,也就是层板总压损失大的,是141型层板的试验数据;斜率小的,则是161型层板的试验数据。定义:k= 141为总压降损失减小率;将曲线拟合之后,以Re为自变量,总压损失k为变量,Re=4000~30000k平均为1581即161型层板较141型层板,总压损失平均值减小了中间2条曲线,分别为计算模拟得出的141型层板和161型层板。试验结果和计算结果吻合较好;将所有曲线拟合之后(处理方法同上)平均误差小于5.从5可以看出,161型层板较141型层板,流阻系数也有一定减小,平均减小699层板结构的流阻主要包括:进气冲击流动;层板内部流动阻力住要存在于入口冲击区)扰流柱前缘冲击流动;出气孔节流流动。

  相对于141型层板,通道前扰流柱的加入使得161型层板内通道空间缩小,气流在内腔的扩张程度降低,从而减小了层板腔内流阻。

  相对于141型层板,161型层板增加了通道口扰流柱,相当于增加了流阻元件,但由于由扰流柱表面引起的流阻占层板总流阻的比例较小,而改善了层板内的流动状况,组织了气流流动,避免了进入相邻进气孔的气流的对冲,收到了减小流阻的效果。

  (上接第47页)4结论航空发动机滑油泵高空性与泵前总阻力系数5滑油密度P和油泵设计流量Q及入口管径D有关,且5pQ越小,D越大,越有利于推迟高空性下降拐点的出现,也就是说越有利于保持泵的高空性;反之,则不利于保持泵的高空性。高空性下降拐点处的油池内真空度见式(6)。

  对于转子泵,内齿轮1齿扫过的面积S越大,内齿轮齿数z越多、内齿轮转速n越高、转子宽度t越大,越对泵的高空性不利;反之,则有利于保持泵的高空性。高空性下降拐点处的油池内真空度见式(7)。

  对于齿轮泵,模数m和齿数Z越多,转速n越高,转子宽度t越大,越对泵的高空性不利;反之,则有利于保持泵的高空性。高空性下降拐点处的油池内真空度见式(8)。

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