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基于Kriging的燃油离心泵智能优化设计方法研究

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推进技术 2023年第9期44卷 213-224页

作者：李斌李嘉李萍邹学奇陈璇长安大学工程机械学院陕西西安710064 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412023

为了快速化、智能化地实现燃油离心泵设计,提出一种改善期望准则下的Kriging智能优化方法。对离心泵的性能参数、轴面投影控制参数等进行分析,确定优化变量及优化目标。利用Python脚本调用实现对离心泵一维设计、三维建模、内流场仿真... 详细信息

为了快速化、智能化地实现燃油离心泵设计,提出一种改善期望准则下的Kriging智能优化方法。对离心泵的性能参数、轴面投影控制参数等进行分析,确定优化变量及优化目标。利用Python脚本调用实现对离心泵一维设计、三维建模、内流场仿真及智能优化设计等联合参数化仿真,完成叶轮型线实时修改及效率全局优化。其中,重点给出Kriging建模及遗传算法优化加点相结合的智能优化方法。算例验证表明:相比多项式响应面及径向基函数,所提出的优化方法对常规数学算例具有更好的效果;同时,仿真预测的优化泵效率为82.52%,与优化方法理论计算的效率(82.56%)高度一致,表明该方法能够实现离心泵的优化设计。此外,对比了优化前后离心泵的性能,在相同流量工况下优化泵的扬程和效率均高于原型泵,小流量工况的效率提高幅度较小,设计流量工况最大,提高了2.65%。且优化泵内部流动更为均匀,不利流动得到了一定改善。

关键词：燃油离心泵参数化仿真代理模型智能优化流体仿真

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高压燃油离心泵压力脉动及非定常流动分析

西北工业大学学报 2022年第1期40卷 199-205页

作者：李嘉李华聪张伟王玥李柯柯王淑红长安大学工程机械学院陕西西安710064 西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 陕西空天动力研究院有限公司陕西西安710000 中国航发西安动力控制科技有限公司陕西西安710077

为了掌握全工作包线内高压燃油离心泵的非定常流动特性,对高压航空燃油离心泵进行了数值模拟并分析其内部的压力脉动及非定常流动变化。将仿真预测结果与泵的性能试验结果进行对比,验证了所采用的仿真方法的有效性;对泵内关键位置的压... 详细信息

为了掌握全工作包线内高压燃油离心泵的非定常流动特性,对高压航空燃油离心泵进行了数值模拟并分析其内部的压力脉动及非定常流动变化。将仿真预测结果与泵的性能试验结果进行对比,验证了所采用的仿真方法的有效性;对泵内关键位置的压力进行监测,并利用快速傅里叶变化完成压力脉动的时频特性分析;重点以相对速度、湍动能等为指标,分析泵内非定常流动结构的变化。结果表明:设计流量工况下叶轮流道内压力脉动主频为转频f_(n),蜗壳流道内压力脉动主频为叶频f_(b),不同的监测点均呈现出相似的脉动变化规律。设计流量工况下泵内整体流动相对平稳,但小流量工况下叶轮流道内出现了一定的漩涡流动,主要存在于靠近隔舌区域的叶轮流道出口位置。此外,叶轮出口及隔舌区域的湍动能分布范围较大且变化强烈,此处存在一定的水力损失。

关键词：燃油离心泵非定常特性压力脉动流动结构湍动能

复合叶片对小流量工况下燃油离心泵非定常特性的影响

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推进技术 2022年第7期43卷 355-362页

作者：王玥李华聪王淑红李嘉西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 中国航发西安动力控制科技有限公司陕西西安710077 长安大学工程机械学院陕西西安710064

为了研究长中短复合叶片对小流量工况下燃油离心泵非定常特性的影响规律,基于CFD技术对某型燃油离心泵进行了非定常数值模拟。首先,分别建立原型方案和带有长中短复合叶片的优化方案的离心泵三维模型和网格模型。其次,基于RNG k-ε湍流... 详细信息

为了研究长中短复合叶片对小流量工况下燃油离心泵非定常特性的影响规律,基于CFD技术对某型燃油离心泵进行了非定常数值模拟。首先,分别建立原型方案和带有长中短复合叶片的优化方案的离心泵三维模型和网格模型。其次,基于RNG k-ε湍流模型,对两个方案中泵内流动非定常特性进行数值计算。仿真结果表明:长中短复合叶片减弱了叶轮流道内的大尺度漩涡,降低了叶轮的出口滑移,使得压力分布更加均匀。同时,叶轮与隔舌的动静干涉造成了蜗壳内一定程度的压力脉动产生,且长中短复合叶片的压力脉动幅值相对较低。另一方面,小流量工况下,优化方案中离心泵的增压值为12.9MPa,效率为26.9%,比原型方案中离心泵的增压值和效率分别提高了3.5%和2.6%。

关键词：燃油离心泵复合叶片非定常特性小流量数值计算

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燃油离心泵的非定常大涡模拟与试验研究

液压与气动 2020年第4期44卷 130-135页

作者：晁文雄陈万强李祥阳徐轩宋姗姗冯涛江学兵李重伯西安航空学院陕西西安710077 中国航发西安动力控制科技有限公司陕西西安710077

采用大涡模拟亚格子尺度模型与滑移网格技术,对多工况下的带诱导轮的燃油增压泵进行了非定常数值模拟分析,得到了燃油增压泵内部流动特性,同时对实物泵进行特性试验。结果表明:由于蜗壳存在不对称性,造成叶轮涡量和压力分布存在不对称流... 详细信息

采用大涡模拟亚格子尺度模型与滑移网格技术,对多工况下的带诱导轮的燃油增压泵进行了非定常数值模拟分析,得到了燃油增压泵内部流动特性,同时对实物泵进行特性试验。结果表明:由于蜗壳存在不对称性,造成叶轮涡量和压力分布存在不对称流动;随流量的增加,流道内的涡量和压力大小分布规律相同,在小流量时变化明显,大流量时变化均匀,并且涡产生的位置和形式都发生了变化。通过试验曲线的形状看出,该泵在低转速、小流量时的变化较为明显,存在不稳定性。在大流量和高转速时性能稳定,而且在超过额定转速的1.08倍处工作状态良好,为后续提高该离心泵工作压力提高依据。

关键词：燃油离心泵大涡模拟特性试验多工况曲线

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燃油离心泵内流特性分析

工程机械 2023年第12期54卷 88-96+10页

作者：刘荣升张岭李一鸣王凯河南工学院智能工程学院新乡航空工业(集团)有限公司江苏大学流体机械工程技术研究中心

燃油离心泵作为航空发动机的重要部件，对飞机的稳定性和可靠性有至关重要的影响。基于RNG k-ε湍流模型和ZGB空化模型对燃油离心泵进行非定常数值计算，分析不同工况下燃油离心泵叶轮内流场流动特性。研究表明：叶轮内压力脉动主频为... 详细信息

燃油离心泵作为航空发动机的重要部件，对飞机的稳定性和可靠性有至关重要的影响。基于RNG k-ε湍流模型和ZGB空化模型对燃油离心泵进行非定常数值计算，分析不同工况下燃油离心泵叶轮内流场流动特性。研究表明：叶轮内压力脉动主频为轴频，隔舌及出口延长段的主频为叶频，其中隔舌处的压力脉动幅值最大；高熵产区主要分布在叶片附近，随着流量的增加，高熵产区域面积逐渐增大；涡量分布与熵产分布规律相似，主要分布在叶片进口与出口位置处，在大流量工况下涡核面积最大；空泡最先出现在叶片前缘位置；在同一流量工况下，随着空化数的降低，空泡不断增大；在同一空化系数，随着流量的增大，空泡体积分数不断增大。

关键词：燃油离心泵压力脉动熵产涡量空化

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基于燃油离心泵叶轮轴向力测试技术的研究

应用力学学报 2024年第3期41卷 509-515页

作者：邹品文马高长严社斌杨栋柱王德钊潘鹤中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司贵阳550009

燃油离心泵的叶轮轴向力平衡设计是提升产品性能、寿命、可靠性等技术指标的重要途径,随着航空发动机技术的发展,对燃油离心泵叶轮轴向力平衡设计提出了更为苛刻的要求;现有设计技术、仿真技术、测试技术难以准确指导叶轮轴向力平衡设计... 详细信息

燃油离心泵的叶轮轴向力平衡设计是提升产品性能、寿命、可靠性等技术指标的重要途径,随着航空发动机技术的发展,对燃油离心泵叶轮轴向力平衡设计提出了更为苛刻的要求;现有设计技术、仿真技术、测试技术难以准确指导叶轮轴向力平衡设计,造成燃油离心泵异常磨损等故障频发。通过对燃油离心泵结构特征、工作原理进行分析,设计了一种燃油离心泵工作过程中测试叶轮轴向力的新技术,该技术将燃油离心泵工作过程中承载的轴向力传递给作动筒活塞,再使用闭环控制原理,控制作动筒两腔液压力保证在叶轮轴向力作用下作动筒活塞位置保持不变,通过作动筒两腔液压力和液压作用面积即可算出叶轮轴向力的大小;本研究的测试技术可以有效指导燃油离心泵叶轮轴向力平衡设计,优化产品结构从而提高产品可靠性。

关键词：燃油离心泵叶轮轴向力平衡设计新技术测试难题

耦合双层参数更新的改进PCE模型在燃油离心泵不确定性分析中的应用

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航空学报 2024年

作者：符江锋仲世杰刘显为魏鹏飞黄瀚霆西北工业大学先进动力研究院西北工业大学动力与能源学院

叶片加工和航空发动机的极端多变工况带来的不确定性因素，是影响燃油离心泵性能和流场变异性大的关键因素。为此本文提出了一种基于CFD机理建模与代理模型的同步分析方法。首先基于Karhuben-Loève(KL)变换理论进行了离心泵三维叶片的... 详细信息

叶片加工和航空发动机的极端多变工况带来的不确定性因素，是影响燃油离心泵性能和流场变异性大的关键因素。为此本文提出了一种基于CFD机理建模与代理模型的同步分析方法。首先基于Karhuben-Loève(KL)变换理论进行了离心泵三维叶片的轮廓度偏差不确定性建模；其次嵌套最小角回归(Least Angle Regression, LAR)算法，对混沌多项式展开(Polynomial Chaos Expansion, PCE)模型进行双层参数更新，构建了高精度的代理模型；最后以某型燃油离心泵为研究对象，基于CFD仿真及试验验证和PCE代理模型完成了离心泵的不确定性分析。研究结果表明：KL变换能够仅通过9个输入参数描述三维叶片轮廓度偏差不确定性；耦合双层参数更新的改进PCE模型在多个离心泵工况下，其准确度指标较未改进之前平均提高了27.6%；离心泵叶片轮廓度加工偏差范围控制在-0.3mm～0.3mm内即可保证离心泵性能不确定性大幅减小；轮毂处叶片轮廓度偏差，对流场的不确定性影响较轮缘和中间截面叶片轮廓度大，而转速是工况中影响燃油泵流场不确定性的核心工况参数。

关键词：航空发动机燃油离心泵 KL变换耦合双层参数更新的改进PCE模型性能不确定性流场不确定性

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航空燃油离心泵高空吸油特性数值研究

推进技术 2024年

作者：李婉琦黎义斌汪波张生福陈静波李锦越兰州万里航空机电有限责任公司兰州理工大学能源与动力工程学院兰州理工大学特种泵阀及流控系统教育部重点实验室

为研究不同工作高度下航空煤油特性对燃油离心泵内部流场的影响程度，引入替代模型。基于修正的SST k-ω 湍流模型和Zwart空化模型，对比分析燃油泵吸油特性在不同介质温度和工作高度下的压力分布、速度流场、气体体积分数、涡量、熵产... 详细信息

为研究不同工作高度下航空煤油特性对燃油离心泵内部流场的影响程度，引入替代模型。基于修正的SST k-ω 湍流模型和Zwart空化模型，对比分析燃油泵吸油特性在不同介质温度和工作高度下的压力分布、速度流场、气体体积分数、涡量、熵产和压力脉动分布情况。研究结果表明，工作高度在0～8 km条件下介质温度对燃油泵吸油性能影响很小。大于8 km时，同一工作高度下，随着介质温度升高，燃油泵吸油能力减弱，导致内部机械能耗散效应增强。叶轮内部集中连贯的高强度涡量团破裂成为分散涡量片，叶轮前盖板区高熵产率分布面积变大。通过对蜗壳域进行压力脉动分析，叶轮对隔舌的干涉作用强度与介质温度呈正相关。当工作高度大于16 km时，空泡堵塞叶轮流道，导致燃油泵输出功率骤降。该研究验证了介质温度和工作高度对燃油泵吸油性能具有显著影响。

关键词：燃油离心泵高空性能涡量熵产压力脉动

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基于燃油离心泵叶轮轴向力测试技术的研究

应用力学学报 2023年

作者：邹品文马高长严社斌杨栋柱王德钊潘鹤中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司

燃油离心泵的叶轮轴向力平衡设计是提升产品性能、寿命、可靠性等技术指标的重要途径，随着航空发动机技术的发展，对燃油离心泵叶轮轴向力平衡设计提出更为苛刻要求；现有设计技术、仿真技术、测试技术难以准确指导叶轮轴向力平衡设计... 详细信息

燃油离心泵的叶轮轴向力平衡设计是提升产品性能、寿命、可靠性等技术指标的重要途径，随着航空发动机技术的发展，对燃油离心泵叶轮轴向力平衡设计提出更为苛刻要求；现有设计技术、仿真技术、测试技术难以准确指导叶轮轴向力平衡设计，造成燃油离心泵异常磨损等故障频发；本文通过对燃油离心泵结构特征、工作原理进行分析，设计了一种燃油离心泵工作过程中测试叶轮轴向力的新技术，该技术将燃油离心泵工作过程中承载的轴向力传递给作动筒活塞，再使用闭环控制原理，控制作动筒两腔液压力保证在叶轮轴向力作用下作动筒活塞位置保持不变，通过作动筒两腔液压力和液压作用面积即可算出叶轮轴向力的大小；本文研究的测试技术解决了燃油离心泵工作过程中叶轮轴向力测试难题，可以有效指导燃油离心泵叶轮轴向力平衡设计，优化产品结构从而提高产品可靠性，为燃油离心泵设计研究技术提供新的测试技术，推动燃油离心泵设计技术的发展。

关键词：燃油离心泵叶轮轴向力平衡设计新技术测试难题