加力燃油泵空化特性研究及结构改进

作     者：罗光钊 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王凯;刘厚林

授予年度：2021年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：加力燃油泵 空化特性 临界空化数 叶根圆弧结构 隔舌形状 

摘      要：空化广泛存在于离心泵等水力机械中,在其运转过程中会产生一系列有害现象,如空蚀破坏、压力脉动、振动噪音等,严重时甚至威胁机组的安全运行。加力燃油泵作为航空发动机加力燃油系统的主要部件,其运行稳定性至关重要。某型加力燃油泵在运行过程中由于空化导致泵性能急剧下降,同时在叶片根部及蜗壳隔舌壁面产生了空蚀破坏,对发动机稳定运行带来严重威胁。为此,本文对该加力燃油泵内部空化流场进行了数值研究,并针对叶片根部及隔舌区域的空化提出了改进措施,以期减弱或抑制空化。本文主要研究内容和成果如下:1.为揭示加力燃油泵内部空化形态及隔舌区域空化的发生工况,对其进行了非定常数值计算,并分析了不同流量下加力燃油泵内空化流场特性及压力瞬态特性。结果表明:在不同流量下,空泡首先在叶片前缘生成;随着空化数降低,空泡在叶片根部及延伸叶片背面产生;隔舌区域的空化在1.2Q工况的低空化数下发生;空化对叶片表面根部的压力载荷影响较大;叶轮流道监测点主频为叶轮轴频;隔舌监测点脉动主频为叶频,在1.2Q工况的低空化数下隔舌区域监测点压力脉动频谱上轴频倍频特征增强。2.针对加力燃油泵叶根空化提出了叶根圆弧结构改进措施,重点分析了叶根圆弧对加力燃油泵空化的影响。结果表明:0.8Q、1.0Q、1.2Q工况下,临界空化数分别比原方案减小了4.4%、6.0%、1.8%,叶根圆弧结构提升了加力燃油泵的空化性能;在相同空化数下,叶片根部空泡分布区域相比原方案有所减小;叶片根部涡核分布显著减少;空化对叶片表面压力载荷的影响有所降低;叶轮流道及隔舌区域监测点压力脉动主频幅值有所下降。3.针对加力燃油泵隔舌区域的空化,并结合其发生在1.2Q工况的特点,重点分析了改进隔舌形状对加力燃油泵空化的影响。结果表明:1.2Q工况下,配原叶轮的改进方案Y1-T2的临界空化数比原方案减小了7.4%,配改进叶轮的组合方案Y2-T2的临界空化数比原方案减小了9.3%,进一步提升了加力燃油泵的空化性能;改进隔舌有效抑制了隔舌区域空泡的生成;涡核分布区相比原方案有所减小;低空化数时蜗壳隔舌区域监测点压力脉动频谱上轴频的倍频特征明显减弱。