航空燃油柱塞泵運動學與動力學特性分析研究.pdf

1、柱塞泵主要用作航空發(fā)動機燃油供給與控制單元，是發(fā)動機控制系統(tǒng)的重要組成部分，被譽為是發(fā)動機的心臟，其性能直接影響發(fā)動機控制系統(tǒng)的性能、壽命、可靠性，進而影響飛機的飛行安全。
　　 本文針對柱塞泵現(xiàn)有設計計算方法存在的問題與不足，對其運動學、動力學、滑靴靜壓潤滑特性、滑靴運動軌跡等泵設計的基礎理論與關鍵技術進行分析研究。
　　 關于運動學參數(shù)計算方法，分析了航空燃油柱塞泵運動學參數(shù)現(xiàn)有計算方法及其存在的不足，證明目前采用的

2、方法是一種將非線性位移計算線性化近似計算方法，使得加速度誤差在典型工作點約為3％。根據(jù)柱塞泵運動學原理，對現(xiàn)有運動學參數(shù)計算方法進行詳細推導，修正原來的計算公式，同時提出并推導了一種基于坐標方法的運動學參數(shù)新計算方法。理論推導與仿真對比驗證說明本文修訂方法與所提出的新計算方法在理論上是一種準確算法。
　　 結合運動學計算分析結論，完成了柱塞泵動力學參數(shù)計算方法分析，側重研究了柱塞所受的柱塞腔油壓力、轉子腔內油壓力、柱塞彈簧和返回

3、盤彈簧的彈簧力、柱塞腔壁的摩擦力、柱塞牽連運動的哥氏慣性力與相對運動引起的慣性力的計算方法。同時作為與柱塞的連接元件，分析了滑靴所受的綜合力與力矩計算方法。在動力學分析計算中，對其中柱塞與柱塞腔之間的摩擦力而引起與其它力的相互作用結果，通過非線性動態(tài)方程建模與遺傳算法求解確定。
　　 滑靴與斜盤之間的良好潤滑是柱塞泵設計的關鍵技術。在柱塞泵運動學、動力學分析的基礎上，首先對滑靴靜壓潤滑原理、油膜的形成與自適應調節(jié)機理進行分析，根

4、據(jù)滑靴力平衡與流量連續(xù)原理，分析推導了油膜厚度計算方法，并進行了油膜厚度隨滑靴結構參數(shù)與泵工作參數(shù)變化的仿真。
　　 滑靴靜壓潤滑設計的核心是如何理論上確定功率損失小、容積效率損失少、油膜承載剛度大對應的最佳油膜厚度。針對此，從滑靴油膜內速度分布、滑靴節(jié)流器效能計算、滑靴與斜盤之間靜壓潤滑油膜引起的摩擦功率損失與泄漏功率損失計算、油膜引起的容積效率變化計算、油膜厚度對交變載荷承載的剛度計算五個方面進行靜壓潤滑油膜的特性理論分析與

5、仿真，并綜合給出最佳油膜厚度確定的依據(jù)與具體路線。
　　 柱塞泵的滑靴固定在返回盤，并隨轉子同步旋轉，由于柱塞傾斜安裝、斜盤呈球面，使得滑靴運動隨斜盤轉角變化呈一族空間曲線，其中返回盤上滑靴安裝孔位置與形狀確定是柱塞泵設計的另一個關鍵技術。開孔太大容易使滑靴從滑靴孔脫落，太小可能出現(xiàn)滑靴卡死，理想的形狀是按滑靴頸運動包絡線來確定。本文首先分析了柱塞泵返回盤滑靴安裝孔現(xiàn)有設計方法的局限性，然后根據(jù)柱塞泵幾何關系與運動學原理，采用與