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航空发动机主轴轴承高效润滑冷却技术研究进展

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航空工程进展 2024年

作者：刘振侠朱泽韬姜乐吕亚国覃经文西北工业大学动力与能源学院中国航发四川燃气涡轮研究院中国航发湖南动力机械研究所

滚动轴承作为航空发动机的关键部件，必须依靠高效润滑冷却技术以保障其在高速、高温和重载的严苛工作环境下稳定运转。与传统喷射润滑相比，环下润滑技术具有诸多优势，并已成为现代发动机主轴轴承的主流润滑方式。本文围绕航空发动机... 详细信息

滚动轴承作为航空发动机的关键部件，必须依靠高效润滑冷却技术以保障其在高速、高温和重载的严苛工作环境下稳定运转。与传统喷射润滑相比，环下润滑技术具有诸多优势，并已成为现代发动机主轴轴承的主流润滑方式。本文围绕航空发动机主轴轴承的高效润滑冷却技术，对比了典型润滑方式，系统梳理并总结了环下润滑技术的发展现状，讨论了环下润滑轴承的润滑冷却效果，对航空发动机主轴高速轴承润滑冷却技术的未来发展趋势进行了展望，为航空轴承高效润滑冷却和精细化热管理提供参考。

关键词：航空发动机主轴轴承喷射润滑环下润滑两相流润滑与冷却

双支点对转轴承腔两相流动及换热特性的数值研究

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推进技术 2024年第7期45卷 171-181页

作者：曹逸韬吕亚国朱泽韬李宛蓉刘振侠西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中小型航空发动机联合研究中心湖南株洲412002 北京动力机械研究所北京100074

为探究双支点对转轴承腔两相流动及换热特性,利用耦合的CLSVOF两相流方法开展数值研究,对比高低压轴同转、对转形式下的轴承腔流动及换热特征,重点探讨对转条件下,高低压轴转速及双侧供油流量对轴承腔壁面油气分布特征与换热特性的影响... 详细信息

为探究双支点对转轴承腔两相流动及换热特性,利用耦合的CLSVOF两相流方法开展数值研究,对比高低压轴同转、对转形式下的轴承腔流动及换热特征,重点探讨对转条件下,高低压轴转速及双侧供油流量对轴承腔壁面油气分布特征与换热特性的影响。结果表明:不同转向下轴承腔壁面油膜形成过程类似,滑油在壁面以油滴、油矢、油带形式分布;同转形式下壁面流线旋向相同,对转形式下壁面流线旋向则相反,对转提高了轴承腔壁面剪切力及湍流强度,平均换热系数相对提升了16.47%;对转转速越大或转速比越高时,壁面滑油体积分数增大而油膜厚度降低,油膜流速平均增加72.95%,双侧供油量或供油流量比越大时,壁面滑油体积分数与油膜厚度均上升,油膜流速平均增加31.02%;增加转速与供油流量均可提高壁面热流密度,增大换热系数,采用双支点对转形式布局能够一定程度提高轴承腔换热性能,有利于保障发动机的安全可靠运转。

关键词：双支点轴承腔对转两相流动及换热换热系数 CLSVOF方法

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

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推进技术 2024年第1期45卷 201-211页

作者：朱鹏飞姜乐吕亚国公平刘振侠西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500

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... 详细信息

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。

关键词：高速轴承环下润滑径向油孔油气两相流流体黏性摩擦

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自由液体射流冲击高速旋转圆盘的耦合换热

航空动力学报 2023年第2期38卷 288-297页

作者：姜乐刘振侠吕亚国西北工业大学动力与能源学院西安710129

为了研究自由液体射流冲击均匀加热高速旋转圆盘的耦合换热特性,采用数值模拟方法对比分析了固体和流体材料参数对流动及换热的影响。结果表明:不同固体材料参数对应的努塞尔数分布规律相似,同一半径位置处的努塞尔数最大相对偏差不大于... 详细信息

为了研究自由液体射流冲击均匀加热高速旋转圆盘的耦合换热特性,采用数值模拟方法对比分析了固体和流体材料参数对流动及换热的影响。结果表明:不同固体材料参数对应的努塞尔数分布规律相似,同一半径位置处的努塞尔数最大相对偏差不大于10%。与径向温度分布相比,轴向温度差受固体材料导热系数变化的影响更大,铜和泡沫砖的径向最大温差仅相差3倍,而与导热系数近似呈反比的最大轴向温差相差达3471倍。圆盘表面液膜平均径向流速和换热性能随流体黏度的增加而下降。黏度较小的氨和水对应的二次峰值换热强度较一次峰值的增加量超过了15%,黏度较高油类的二次峰值换热强度仅为一次峰值的50%~60%。射流介质采用黏度较小的水和氨时,盘面温度几乎保持不变,最大温差比小于7.86×10^(-4);黏度较大的油类作为射流介质时在驻点附近的温度变化剧烈,当R/d超过2.5后,温度分布仅有小幅的波动。

关键词：射流冲击旋转圆盘高速旋转两相流动对流传热

一种多点喷射单管燃烧室燃烧性能数值模拟研究

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西北工业大学学报 2022年第3期40卷 592-601页

作者：朱鹏飞索建秦刘振侠西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

针对五点贫油直接喷射单管燃烧室燃烧性能开展数值模拟研究,研究副模旋流强度对慢车和起飞工况下燃烧室燃烧性能的影响。计算结果表明:慢车工况下燃烧室热态中心回流区径向尺寸较冷态工况增大,起飞工况下冷热态中心回流区结构形态接近;... 详细信息

针对五点贫油直接喷射单管燃烧室燃烧性能开展数值模拟研究,研究副模旋流强度对慢车和起飞工况下燃烧室燃烧性能的影响。计算结果表明:慢车工况下燃烧室热态中心回流区径向尺寸较冷态工况增大,起飞工况下冷热态中心回流区结构形态接近;随着副模旋流强度增大,燃烧室中心回流区径向尺寸也增大,并且由于主副模流动之间的相互影响,不同副模旋流强度下燃烧室内温度分布存在差异;燃烧室中心截面NO_(x)分布与温度场分布相同,燃烧室内NO_(x)热力学生成机理占主要地位;随着副模旋流强度增强,燃烧室出口NO_(x)排放也增大。

关键词：贫油直接喷射 NO_(x)排放燃烧室流场旋流强度

环下润滑结构内部流动分析和收油叶片结构优化研究

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推进技术 2022年第1期43卷 129-137页

作者：姜乐刘振侠吕亚国高晓果西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国航空发动机集团航空发动机动力传输重点实验室辽宁沈阳110015

为了研究环下润滑结构内部流动并优化收油叶片结构,根据环下润滑结构内部高转速、强旋流的流动特点建立了数值计算模型,分析了原始结构内部的油气两相流动并总结了滑油的损失机理,在此基础上提出收油叶片的优化改进结构,详细讨论了不同... 详细信息

为了研究环下润滑结构内部流动并优化收油叶片结构,根据环下润滑结构内部高转速、强旋流的流动特点建立了数值计算模型,分析了原始结构内部的油气两相流动并总结了滑油的损失机理,在此基础上提出收油叶片的优化改进结构,详细讨论了不同收油叶片结构对环下润滑内部流动和收油效率的影响规律。研究结果表明,原始结构中滑油冲击主轴产生的碰撞飞溅和在离心作用下沿收油叶片被向外甩出均是引起收油效率下降的原因;优化收油叶片结构后的气流速度在叶尖附近的最大增加幅度不超过4m/s;收油叶片叶根拐角处采用圆弧过渡且叶根延伸后的收油效率仅在低转速范围内略高于原始结构的收油效率,收油效率最大提升了1.03%;在此基础上增加阶梯结构并进一步延伸叶根后可在全部转速范围内提升收油效率,相对原始结构的收油效率最大可提升接近5.0%。

关键词：环下润滑径向收油环计算流体力学油气两相流收油效率

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刷式篦齿组合密封性能试验研究

推进技术 2022年第7期43卷 348-354页

作者：王晓燕刘振侠力宁胡廷勋周坤潘君西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

与传统篦齿密封相比,刷式密封作为一种新型密封装置,密封性能改善明显。但在高压差条件下,刷式密封的封严性能提升效果不明显。为满足航空发动机高压差高性能需求,本文设计一种刷式篦齿组合密封来提升刷式密封的综合封严性能。刷式密封... 详细信息

与传统篦齿密封相比,刷式密封作为一种新型密封装置,密封性能改善明显。但在高压差条件下,刷式密封的封严性能提升效果不明显。为满足航空发动机高压差高性能需求,本文设计一种刷式篦齿组合密封来提升刷式密封的综合封严性能。刷式密封和刷式篦齿组合密封泄漏特性的仿真分析及对比试验结果表明,同工况条件下,刷式篦齿组合密封相比刷式密封,其泄漏量可减小34.7%~68.5%,封严性能更优异。因而,刷式篦齿组合密封为航空发动机高压差密封提供新的低成本途径,且结构紧凑、泄漏量低。

关键词：刷式密封篦齿密封组合密封泄漏特性试验研究

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线接触弹流润滑最小油膜厚度综合对比分析

推进技术 2023年第3期44卷 36-44页

作者：侯岩锟刘振刚刘振侠王秋菊胡敦珂邢彬西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国航空发动机集团航空发动机动力传输重点实验室辽宁沈阳110015

针对航空发动机中某直齿轮节圆位置,考虑弹流润滑中的热效应,研究了速度参数(u),载荷参数(w)与材料参数(g)对等温解与热解的影响。并对目前广泛用于计算等温条件下最小油膜厚度的三种经验公式进行了对比分析。发现在本文研究的工况范围... 详细信息

针对航空发动机中某直齿轮节圆位置,考虑弹流润滑中的热效应,研究了速度参数(u),载荷参数(w)与材料参数(g)对等温解与热解的影响。并对目前广泛用于计算等温条件下最小油膜厚度的三种经验公式进行了对比分析。发现在本文研究的工况范围内采用Грубин与Dowson公式计算得到的弹流润滑等温解与热解误差较大。而Yang公式在速度参数较低或载荷参数适中的情况下等温解与热解误差较小,在部分工况中可以直接采用该公式对线接触最小油膜厚度进行预测。三种等温经验公式均将载荷参数的影响估计过高。同时以相对误差10%作为量化等温解与热解的界限给出了各无量纲参数的参考范围,若满足以下条件之一,则不可忽略弹流润滑中热效应的影响,等温解不再适用:(1)u>10^-(10);(2)w5×10^(-11);(3)w>3×11^(-4)。

关键词：航空发动机线接触油膜厚度弹流润滑热效应

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存储参数对适航用冰雹力学性能的影响

航空动力学报 2023年

作者：刘业伟张丽芬葛鑫刘振侠中航工业第一飞机设计研究院质量适航安全部西北工业大学动力与能源学院

人工冰雹多用于飞行器外壳及发动机测试中，其力学性能对测试结果有直接影响。考虑人工冰雹在制作完成后的存储问题，借助实验研究的方法，探究了存储参数（存储温度、存储时间）对人工冰雹力学性能的影响。在存储温度方面，结果表明在... 详细信息

人工冰雹多用于飞行器外壳及发动机测试中，其力学性能对测试结果有直接影响。考虑人工冰雹在制作完成后的存储问题，借助实验研究的方法，探究了存储参数（存储温度、存储时间）对人工冰雹力学性能的影响。在存储温度方面，结果表明在-10、-15℃和-25℃三种存储温度下，纯冰冰雹和含棉冰雹的最大抗压强度值均有一定程度的增大，最大增加量分别为73%和80%。在存储时间方面，结果表明在-20℃条件下分别存储5h、10h和20h后，纯冰冰雹和含棉冰雹的最大抗压强度值均呈现先减小后增大的趋势，并在存储20小时条件下取得最大值，相比未进行存储的冰雹分别增大了113%和54%。因此，存储参数对于冰雹力学性能的影响不可忽视，需在适航测试过程中加以考虑。

关键词：人工冰雹最大抗压强度适航测试存储参数力学性能