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高速球轴承喷油润滑与环下润滑的数值模拟

高速球轴承喷油润滑与环下润滑的数值模拟

作者：鲁勇帅哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

滚动轴承因其摩擦系数低、启动力矩小等优点,广泛应用于各种机械设备中。作为重要的支撑传动部件,其工作性能的好坏往往决定着整个机械系统的动力特性与可靠性。现代先进燃气涡轮发动机正朝着高推重比、低油耗、高可靠性和长寿命的方向... 详细信息

滚动轴承因其摩擦系数低、启动力矩小等优点,广泛应用于各种机械设备中。作为重要的支撑传动部件,其工作性能的好坏往往决定着整个机械系统的动力特性与可靠性。现代先进燃气涡轮发动机正朝着高推重比、低油耗、高可靠性和长寿命的方向发展,作为关键零部件的滚动轴承,对其性能的要求日益苛刻,这同时也对轴承的润滑系统提出了更高的挑战。针对高速球轴承的润滑问题,本文对不同工况下喷油润滑和环下润滑球轴承内部油气两相流场和内外环温度场进行了数值模拟。分别建立了SKF7210角接触球轴承在两种不同润滑方式下,轴承内部流场的计算模型和包含主轴、轴承座和内外环等固体域的耦合传热模型;引入Palmgren摩擦力矩计算公式得到不同工况下轴承的生热量,并添加到壁面条件中;使用MRF方法模拟壁面之间的相对运动;湍流模型采用RNG k-ε模型;计算得到了转速、供油量和轴向载荷对轴承内部油气两相流场和内外环温度场的影响规律,并对计算结果进行了对比分析,为高速球轴承润滑系统的设计和优化提供参考依据。计算结果表明:喷油润滑轴承内部油气两相呈不均匀分布,润滑油多集中于外环附近,且沿轴承旋转方向逐渐减少;油体积分数较大时内外环温度较低,由于热传导的作用,油体积分数最大处与外环温度最低处并不重合;环下润滑轴承内部油气分布较喷油润滑更为均匀,环下孔处的油体积分数为轴承内部周向油体积分数的极大值;当转速和载荷相对较低时,可使用结构较为简单的喷油润滑,必要时可以增加喷嘴数量,当转速和载荷相对较高时,提高供油量对喷油润滑轴承内部含油量的改善较为有限,此时需使用环下润滑,但应保证供油量维持在较高水平。

关键词：高速球轴承喷油润滑环下润滑数值模拟

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润滑方式对球轴承润滑性能影响的数值研究

推进技术 2019年第4期40卷 892-901页

作者：朱卫兵张小彬鲁勇帅王冬兰哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001 北京动力机械研究所北京100074

为合理选择高速球轴承润滑方案,优化润滑系统参数,针对SKF7210角接触球轴承建立了喷油润滑与环下润滑计算模型,基于VOF数值方法,研究了两种润滑方式下轴承内油气两相流场和内外环温度场。研究结果表明:相同工况下,环下润滑轴承内油气分... 详细信息

为合理选择高速球轴承润滑方案,优化润滑系统参数,针对SKF7210角接触球轴承建立了喷油润滑与环下润滑计算模型,基于VOF数值方法,研究了两种润滑方式下轴承内油气两相流场和内外环温度场。研究结果表明:相同工况下,环下润滑轴承内油气分布较喷油润滑更为均匀;转速增加两种润滑方式润滑效果均下降,但对环下润滑影响更大,当转速超过18kr/min时(Q=3L/min,F=5kN),环下润滑轴承内油体积分数将低于喷射润滑;供油量增加可改善润滑效果,尤其对环下润滑,当转速大于10kr/min时,环下润滑轴承内油体积分数相对喷油润滑将大幅提高;载荷增加会使轴承内油体积分数减小。结论:当转速和载荷较低时,可使用结构简单的喷油润滑;当转速和载荷较高时,使用环下润滑较为有利,但需保证供油量维持在较高水平。

关键词：球轴承喷油润滑环下润滑两相流场数值模拟

带分散式进气道SRM喷管扩张段补充燃烧研究

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兵器装备工程学报 2019年第7期40卷 64-69页

作者：张琦鲁勇帅王革中国飞行试验研究院西安710089 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001

基于Fluent平台,采用有限速率/涡破碎燃烧模型和组分输运模型对分布式进气道补充燃烧装置进行了数值仿真,研究了不同飞行攻角下发动机推力的变化,以及关闭进气道进行推力矢量控制的方法。结果表明,随着飞行攻角的增大,推力和进气道阻力... 详细信息

基于Fluent平台,采用有限速率/涡破碎燃烧模型和组分输运模型对分布式进气道补充燃烧装置进行了数值仿真,研究了不同飞行攻角下发动机推力的变化,以及关闭进气道进行推力矢量控制的方法。结果表明,随着飞行攻角的增大,推力和进气道阻力先增大后减小,实际推力略大于标准推力且先增大后减小;关闭某个进气道后,该进气道出口下游二次燃烧区域消失,在喷管壁面上产生压力分布不均,产生侧向力。

关键词：固体火箭发动机喷管补充燃烧矢量控制数值模拟

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某型民机油量异常故障分析与排除

航空维修与工程 2019年第12期 85-88页

作者：牛嘉伟鲁勇帅中国飞行试验研究院

某型民机在飞行过程中多次发生右翼燃油箱油量异常变化的情况,导致左右翼燃油量差值超过警戒值,影响飞机平衡。结合系统分析、数据分析、排故试验,最终将故障定位并解决,再次进行地面试验,结果表明故障已排除。

关键词：燃油系统油量异常故障分析

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飞机燃油温度的影响因素分析

工程与试验 2019年第3期59卷 18-20页

作者：郝毓雅鲁勇帅中国飞行试验研究院发动机所

本文以左机翼油箱为例,采用传热学基本原理,建立油箱内燃油的传热学方程,分析了起飞前的地面温度、飞行高度以及飞行速度等因素对飞机油箱内燃油温度的影响,对飞机燃油系统的飞行试验具有指导意义,对飞机燃油系统的设计和数值模拟具有... 详细信息

本文以左机翼油箱为例,采用传热学基本原理,建立油箱内燃油的传热学方程,分析了起飞前的地面温度、飞行高度以及飞行速度等因素对飞机油箱内燃油温度的影响,对飞机燃油系统的飞行试验具有指导意义,对飞机燃油系统的设计和数值模拟具有参考意义。

关键词：飞机燃油系统燃油温度热模型飞行试验

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基于量纲分析的叶轮式通风器阻力特性研究

现代机械 2019年第6期 68-72页

作者：鲁勇帅张琦张利霞中国飞行试验研究院陕西西安710000 空军工程大学基础部陕西西安710000

为了研究工况因素对叶轮式通风器阻力特性的影响,建立通风器试验台,得到了不同实验工况下通风器的阻力值,结合所得实验数据,采用量纲分析法建立通风器阻力预测模型。模型计算值和实验值的平均绝对百分误差为3.69%,在此基础上讨论了转速... 详细信息

为了研究工况因素对叶轮式通风器阻力特性的影响,建立通风器试验台,得到了不同实验工况下通风器的阻力值,结合所得实验数据,采用量纲分析法建立通风器阻力预测模型。模型计算值和实验值的平均绝对百分误差为3.69%,在此基础上讨论了转速、雷诺数和油气比对通风器阻力的影响。结果表明:阻力随雷诺数、转速和油气比的增加而增加;其中雷诺数为主要影响因素,转速和油气比对阻力的影响相对较小。

关键词：叶轮式通风器量纲分析法预测模型阻力特性

滚珠自转对高速球轴承环下润滑内部流动的影响

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推进技术 2022年第9期43卷 314-322页

作者：王赵蕊佳张小彬鲁勇帅朱卫兵中国飞行试验研究院发动机所陕西西安710000 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150000

高速球轴承正常工作时,处于高速旋转状态,此时油相和气相因重力和离心力的作用在轴承环间剧烈运动。为了更准确地分析轴承环间的两相流动,采取VOF模型进行内部流场的模拟,采用多重旋转坐标系描述部件运动。建立球轴承环下润滑计算模型,... 详细信息

高速球轴承正常工作时,处于高速旋转状态,此时油相和气相因重力和离心力的作用在轴承环间剧烈运动。为了更准确地分析轴承环间的两相流动,采取VOF模型进行内部流场的模拟,采用多重旋转坐标系描述部件运动。建立球轴承环下润滑计算模型,分析了考虑滚珠自转因素下轴承内部的流动,并在此基础上探究了转速及供油量对轴承工作状态的影响。结果表明,对比整体模型与滚珠自转模型,发现滚珠自转使得轴承内部油体积分数增大,同时也使得滑油穿透间隙达到外环的能力增加;在考虑滚珠自转情况下,转速的不断增大,使得轴承内部的油相体积分数不断减小,在低转速情况下滚珠自转对流体运动影响较为明显,在高转速情况下公转速度对流体运动起到主导作用,滚珠自转对流体运动影响减弱;供油量不断的增大,使得滚珠自转模型内部的油相体积分数也在不断增大,而且滚珠自转运动会加强滑油在轴承内部的分布。

关键词：高速球轴承环下润滑滚珠自转计算流体力学油气两相流

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弓形波效应影响下的空中加油对接策略研究

兵器装备工程学报 2021年第S2期42卷 97-100页

作者：刘旭张志强王鑫鲁勇帅中国飞行试验研究院西安710089

为找到弓形波效应的影响规律,采用数值模拟方法,对不同高度、速度条件下的受油机弓形波效应进行模拟,结果表明:随飞行速度的增加弓形波效应增强,随飞行高度的增加弓形波效应无明显变化,模型受油机弓形波效应的影响范围在探管前6~7 m,影... 详细信息

为找到弓形波效应的影响规律,采用数值模拟方法,对不同高度、速度条件下的受油机弓形波效应进行模拟,结果表明:随飞行速度的增加弓形波效应增强,随飞行高度的增加弓形波效应无明显变化,模型受油机弓形波效应的影响范围在探管前6~7 m,影响较剧烈区域在探管前0~2 m,对接过程锥套有向上向外的运动趋势。为缓解软式空中加油对接操作难度,对空中加油对接过程进行分析,结合数值模拟结果,给出了弓形波效应影响下的空中加油对策略。

关键词：空中加油弓形波效应受油机数值模拟

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某型号伺服排油管动力学特性研究

装备环境工程 2019年第7期16卷 105-108页

作者：于韶明赵帅帅朱仪凡陈迪奎鲁勇北京强度环境研究所

目的通过对某型号伺服排油管动力学特性研究,为管路设计方案的确定提供依据。方法对三种设计方案的伺服排油管进行振动试验,测量其关键位置的应变响应,并结合有限元计算进行结果分析。结果该伺服排油管的谐振频率在180 Hz附近,当振动环... 详细信息

目的通过对某型号伺服排油管动力学特性研究,为管路设计方案的确定提供依据。方法对三种设计方案的伺服排油管进行振动试验,测量其关键位置的应变响应,并结合有限元计算进行结果分析。结果该伺服排油管的谐振频率在180 Hz附近,当振动环境在180 Hz附近有峰值时,会发生耦合共振,管路应变很大。结论管路设计时谐振频率应避开环境的危险频率,无法避开时需要对管路进行加强。

关键词：伺服排油管动力学特性有限元仿真