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Novel design and simulation of curved blade oil scoop with high oil capture efficiency

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Chinese Journal of Aeronautics 2021年第9期34卷 94-103页

作者： Jingwen QIN Hui GUO Huiqing JIANG Fuliang WANG Weiwei MAN yaguo lyu School of Mechanical and Electrical Engineering Central South UniversityChangsha 410083China AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute Zhuzhou 412002China School of Power and Energy Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710129China

As the load and working environment temperature increasing,high efficiency oil lubrication was urgently needed for the main bearing of ***,the low oil capture efficiency of radial oil scoop affects the application of under-race lubrication structure with radial oil *** this work,a novel design of curved blade oil scoop for under-race lubrication is proposed to improve the oil capture *** of all,the principle of relative velocity optimization is proposed by analyzing the collision process between blade and oil jet for theoretical ***,the theoretical curve equations of blade inlet under three different oil jet incidence conditions are *** that,the monotonicity of the theoretical curves is *** effects of rotation speed,oil jet velocity,eccentric distance of oil jet,and include angle of curve are *** location of the collision points of proposed theoretical curves are also been ***,a transient Computational Fluid Dynamics(CFD)simulation of the novel oil scoop design was carried *** simulation results show that the capture efficiency of curved blade oil scoop can be improved by 30%comparing to the traditional design.

关键词： Bearing Capture efficiency Numerical simulation Oil scoop Under-race lubrication

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

航空发动机滑油回油管内的流型识别及含气率预测研究

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推进技术 2024年第5期45卷 125-131页

作者：李澍胡剑平谭逸朱鹏飞吕亚国西北工业大学能源与动力学院陕西西安710072

发动机润滑系统回油管内油气两相介质的流动特性直接影响系统中回油泵及散热器的工作特性。为辨别回油管内油气两相流流型和建立含气率预测关系式,本文搭建了模拟轴承腔回油管流动的实验系统,并依据涡轴发动机回油量及油气比完成了700... 详细信息

发动机润滑系统回油管内油气两相介质的流动特性直接影响系统中回油泵及散热器的工作特性。为辨别回油管内油气两相流流型和建立含气率预测关系式,本文搭建了模拟轴承腔回油管流动的实验系统,并依据涡轴发动机回油量及油气比完成了700组不同工况的实验测试。实验空气与滑油流量范围分别为10~200 SL/min与6~37 L/min。本文对实验范围内的管内流型进行了判别,并修正了含气率的预测模型。首先对两种极限工况的压力信号的时序特征、概率密度函数和傅里叶变换进行分析,判定其流型为分层流和弹状流。将流型结果与Mandhane流型图进行对比,显示Mandhane流型图并不能准确预测回油管内的油气两相流流型。其次利用含气率经验关系式进行含气率预测,发现Massena预测模型预测的含气率与实验值更接近,预测结果更准确。分层流的含气率在50%以下,而弹状流的含气率在50%以上。最后根据流型对Nicklin经验关系式进行修正,得到分层流和弹状流对应的分布系数分别为0.848和0.919。

关键词：润滑系统回油管流型识别压力特征含气率预测分布系数修正

轴心射流收油环内部油气流动特性的数值模拟研究

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推进技术 2024年第2期45卷 63-72页

作者：朱泽韬吕亚国朱鹏飞姜乐刘振侠西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129

为研究环下润滑结构内部油膜迁移及流动特性,针对轴心射流收油环采用VOF (Volume of fluid)方法开展了数值计算,获得了收油环端面油膜动态形成过程,在分析流场特征的基础上,讨论了收油环运转工况及结构参数对内部油膜形态、滑油体积分... 详细信息

为研究环下润滑结构内部油膜迁移及流动特性,针对轴心射流收油环采用VOF (Volume of fluid)方法开展了数值计算,获得了收油环端面油膜动态形成过程,在分析流场特征的基础上,讨论了收油环运转工况及结构参数对内部油膜形态、滑油体积分数、油膜速度和供油孔输油能力的影响规律。结果表明:收油环端面油膜呈圆盘状迁移,边缘破碎形成油滴、油带甩至侧壁面,在供油孔内以“月牙形”分布加速流动,收油环端面油膜厚度随主轴转速增大而减小,随喷嘴流量上升而增加;提高转速降低了供油孔内滑油含量,使孔内油膜加速流动,孔内滑油含量随喷嘴流量的上升而增大,随供油孔径的增加而下降;喷嘴流量与供油孔径的改变对孔内流速影响较小;增加孔径与提高收油环转速可加强供油孔输运能力,8 kr/min下提高喷嘴流量使无量纲输油量Cq平均降低了40.71%,提高孔径使Cq最大提高了57.14%,转速的增加使Cq平均增加25.87%。

关键词：环下润滑收油环轴心射流两相流动特性 VOF方法

高速轴承环下润滑收油叶片结构参数与工况参数间的匹配关系

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航空学报 2022年第12期43卷 553-567页

作者：吕亚国姜乐高晓果刘振侠朱鹏飞高文君西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国航空发动机集团航空发动机动力传输重点实验室沈阳110015

为了研究环下润滑收油叶片结构参数和工况参数间的匹配关系,通过理论分析和数值模拟方法研究了收油叶片半径差、滑油喷嘴喷射角度、收油环转速和滑油流速对滑油损失角和收油效率的影响。研究结果表明:调整滑油喷射角度和收油叶片半径差... 详细信息

为了研究环下润滑收油叶片结构参数和工况参数间的匹配关系,通过理论分析和数值模拟方法研究了收油叶片半径差、滑油喷嘴喷射角度、收油环转速和滑油流速对滑油损失角和收油效率的影响。研究结果表明:调整滑油喷射角度和收油叶片半径差可改变滑油射流冲击收油叶片外轮廓的冲击点位置,前者的影响较小,后者在低滑油流速下可以降低滑油射流的冲击飞溅量;在考虑风阻影响的情况下得到的滑油损失角小于对应的理论分析结果;11000 r/min转速下,增加收油叶片半径差后收油效率可提高超过3.0%,在一定转速范围内调整收油叶片的半径差可降低滑油的冲击飞溅量、提高收油效率。

关键词：径向收油环半径差喷射角度油气两相流收油效率

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轴承腔内壁与油膜换热的数值模拟与试验

航空学报 2017年第9期38卷 133-143页

作者：胡剑平任国哲易军刘振侠吕亚国赵静宇西北工业大学动力与能源学院西安710072 陆军航空装备发展办公室北京100021

航空发动机后轴承腔内壁与滑油的换热分析是轴承腔热防护结构设计的基础。对航空发动机轴承腔内壁换热模拟试验件开展试验与数值模拟研究,得到了滑油油膜对轴承腔内壁的换热影响。通过测量试验件外壁面、内壁面以及滑油油膜的温度得到... 详细信息

航空发动机后轴承腔内壁与滑油的换热分析是轴承腔热防护结构设计的基础。对航空发动机轴承腔内壁换热模拟试验件开展试验与数值模拟研究,得到了滑油油膜对轴承腔内壁的换热影响。通过测量试验件外壁面、内壁面以及滑油油膜的温度得到了试验件内壁面换热热流密度与换热系数的分布;结合CLSVOF(Coupled Level Set and Volume Of Fluid)油/气两相流以及热-流-固耦合计算方法对试验件进行了换热分析,并将内壁对滑油的局部热流量的计算结果与试验结果进行了对比,结果显示两者在各个工况下均吻合较好。通过将局部换热系数计算值与当地的滑油流动雷诺数Rel进行对比分析,结果显示内壁局部努赛尔数Nuw与Rel的0.7次方成正比关系。另外,对转速对换热的影响进行分析得到Nuw与旋转雷诺数Re_(rot)的0.345次方呈正比关系。

关键词：航空发动机后轴承腔换热滑油油膜试验研究数值模拟

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

Flexible Time Domain Averaging Technique

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2013年第5期26卷 1022-1030页

作者： ZHAO Ming LIN Jing LEI yaguo WANG Xiufeng School of Mechanical Engineering Xi’an Jiaotong University State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering Xi’an Jiaotong University Shaanxi Key Laboratory of Product Quality Assurance & Diagnosis

Time domain averaging(TDA) is essentially a comb filter,it cannot extract the specified harmonics which may be caused by some faults,such as gear ***,TDA always suffers from period cutting error(PCE) to different *** improved TDA methods have been proposed,however they cannot completely eliminate the waveform reconstruction error caused by *** order to overcome the shortcomings of conventional methods,a flexible time domain averaging(FTDA) technique is established,which adapts to the analyzed signal through adjusting each harmonic of the comb *** this technique,the explicit form of FTDA is first constructed by frequency domain ***,chirp Z-transform(CZT) is employed in the algorithm of FTDA,which can improve the calculating efficiency *** the signal is reconstructed in the continuous time domain,there is no PCE in the *** validate the effectiveness of FTDA in the signal de-noising,interpolation and harmonic reconstruction,a simulated multi-components periodic signal that corrupted by noise is processed by *** simulation results show that the FTDA is capable of recovering the periodic components from the background noise ***,it can improve the signal-to-noise ratio by 7.9 dB compared with conventional *** are also carried out on gearbox test rigs with chipped tooth and eccentricity gear,*** is shown that the FTDA can identify the direction and severity of the eccentricity gear,and further enhances the amplitudes of impulses by 35%.The proposed technique not only solves the problem of PCE,but also provides a useful tool for the fault symptom extraction of rotating machinery.

关键词： time domain averaging chirp Z-transform period cutting error de-noising interpolation

Dynamic Vision-Based Machinery Fault Diagnosis With Cross-Modality Feature Alignment

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IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica 2024年第10期11卷 2068-2081页

作者： Xiang Li Shupeng Yu yaguo Lei Naipeng Li Bin Yang Key Laboratory of Education Ministry for Modern Design and Rotor-Bearing System Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China IEEE

Intelligent machinery fault diagnosis methods have been popularly and successfully developed in the past decades,and the vibration acceleration data collected by contact accelerometers have been widely *** many industrial scenarios,contactless sensors are more *** event camera is an emerging bio-inspired technology for vision sensing,which asynchronously records per-pixel brightness change polarity with high temporal resolution and low *** offers a promising tool for contactless machine vibration sensing and fault ***,the dynamic vision-based methods suffer from variations of practical factors such as camera position,machine operating condition,***,as a new sensing technology,the labeled dynamic vision data are limited,which generally cannot cover a wide range of machine fault *** at these challenges,a novel dynamic vision-based machinery fault diagnosis method is proposed in this *** is motivated to explore the abundant vibration acceleration data for enhancing the dynamic vision-based model performance.A crossmodality feature alignment method is thus proposed with deep adversarial neural networks to achieve fault diagnosis knowledge *** event erasing method is further proposed for improving model robustness against *** proposed method can effectively identify unseen fault mode with dynamic vision *** on two rotating machine monitoring datasets are carried out for validations,and the results suggest the proposed method is promising for generalized contactless machinery fault diagnosis.

关键词： Condition monitoring domain generalization eventbased camera fault diagnosis machine vision