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基于摩擦热效应刷式密封摩擦副匹配性实验研究

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中国机械工程 2024年

作者：杨艺潇孙丹兰可心赵欢冯毓钟张杰一沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空宇航推进系统先进测试技术重点实验室中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所中国航发贵州黎阳航空动力有限公司

刷式密封刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响其封严性能和使用寿命。本文分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论，设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置，设计加工了六种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验... 详细信息

刷式密封刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响其封严性能和使用寿命。本文分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论，设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置，设计加工了六种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和四种不同涂层材料摩擦转盘，实验研究了工况参数、结构参数以及不同摩擦副材料对刷式密封摩擦热效应的影响，通过对比分析刷式密封最高温度以及磨损前后摩擦副的磨损形貌及磨损量，获取了刷丝与转子涂层材料匹配性关系。研究结果表明：刷式密封最高温度会随着摩擦时长的增加先迅速升高后趋于稳定，随着干涉量的增加而升高，干涉量由0.3mm增加至0.4mm，刷丝平均最高温升达39.96℃；最高温度随着刷丝束厚度的增加而增大，随着后挡板保护高度的增大而减小。当刷丝材料为钴基高温合金GH605时，最佳转子涂层材料为WC；当刷丝材料为镍基高温合金GH4169时，最佳转子涂层材料为ZrO2，此两种匹配材料能够在相同工况下产生较低的摩擦热量，且耐磨性能高于其他匹配材料。

关键词：刷式密封摩擦热效应摩擦副匹配性干涉量

三级高速轴流压气机变转速导静联调特性及流动机理研究

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 418-426页

作者：花雨李聪琚亚平张楚华西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 中国航空发动机集团沈阳发动机研究所沈阳110015

变转速及变导静叶片角度是实现轴流压气机扩稳增效的两个最有效性能调节方法,对航机、燃机、工业压缩系统的高效宽工况运行具有重要影响。本文针对多级高速轴流压气机易出现低转速下裕度不够的问题,对某3.5级高速轴流压气机在100%~70%... 详细信息

变转速及变导静叶片角度是实现轴流压气机扩稳增效的两个最有效性能调节方法,对航机、燃机、工业压缩系统的高效宽工况运行具有重要影响。本文针对多级高速轴流压气机易出现低转速下裕度不够的问题,对某3.5级高速轴流压气机在100%~70%设计转速范围内四种转速下的内部流动进行了全三维定常数值模拟,重点分析了低转速下的失速特性及其流动失稳机理。结果表明:100%、90%设计转速下失速裕度为16.58%、32.22%;在80%、70%设计转速下失速裕度分别为0.22%、0.34%,性能曲线表现出突变失速的不连续性。分析流动机理后发现80%转速下流动失稳现象为R1叶尖部分叶高失速,该失速无法通过增大流量解除;70%转速下流动失稳现象为S2角区分离引起S3双开型角区分离失速,该失速可通过增大流量解除。研究工作对完善多级高速轴流压气机导静叶调节扩稳设计具有指导价值。

关键词：多级高速轴流压气机变转速导静叶联调突变失速数值模拟

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高速高压燃油齿轮泵典型卸荷槽对比分析

航空学报 2024年第5期45卷 336-351页

作者：齐国宁吴宝海符江锋中国航发西安动力控制科技有限公司西安710077 西北工业大学航空发动机高性能制造工信部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072 西北工业大学动力与能源学院西安710072

卸荷槽是缓解齿轮泵困油的有效措施,其设计合理与否直接影响齿轮泵的工作效率和寿命。本文给出了一种基于计算流体力学(CFD)的卸荷槽性能分析方法,重点开展了多种不同结构形式卸荷槽的性能对比研究,从困油压力、气体体积分数、出口流量... 详细信息

卸荷槽是缓解齿轮泵困油的有效措施,其设计合理与否直接影响齿轮泵的工作效率和寿命。本文给出了一种基于计算流体力学(CFD)的卸荷槽性能分析方法,重点开展了多种不同结构形式卸荷槽的性能对比研究,从困油压力、气体体积分数、出口流量、流量不均匀系数等多个技术指标评估对比了不同结构卸荷槽的工作性能。研究对比结果表明,卸荷槽F的结构形式与矩形、圆形及卸荷槽E相比综合性能最优,流量不均匀度仅为5.25%,困油压力峰值为18 MPa,具有困油压力小,容积效率高,流量品质高等优点,适用于高速、高压燃油齿轮泵方案设计;此外,在卸荷槽设计时,通过增大低压腔卸荷槽面积以及卸荷槽向低压腔偏移,有助于空化的抑制,并且能缓解困油,降低流量脉动,在新型卸荷槽F的结构设计时考虑该因素,可进一步提升卸荷槽的综合性能。

关键词：航空发动机燃油齿轮泵卸荷槽困油空化

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航空发动机篦齿⁃橡胶涂层机匣碰摩实验

航空学报 2024年第4期45卷 78-89页

作者：马瑞贤王鑫王开明李斌廖明夫王四季西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国航发集团商用航空发动机有限责任公司上海200241

为了探明航空发动机增压级篦齿与橡胶涂层机匣碰摩引起的转静子振动特征,设计了转静局部碰摩实验器,测量和分析了不同转速碰摩过程中的转子振动位移、机匣与支座振动加速度、机匣与弹性支承应变、机匣温度等信号的时频域变化规律。结果... 详细信息

为了探明航空发动机增压级篦齿与橡胶涂层机匣碰摩引起的转静子振动特征,设计了转静局部碰摩实验器,测量和分析了不同转速碰摩过程中的转子振动位移、机匣与支座振动加速度、机匣与弹性支承应变、机匣温度等信号的时频域变化规律。结果表明,橡胶涂层的可磨损性和可熔化性对转静碰摩振动特征影响较大,碰摩过程中转静接触状态动态变化,碰摩呈现出能量高、突变性强、短时自脱离的特点,碰摩过程测量信号经过突变后可快速恢复原状态,碰摩激起转静子耦合振动,产生转子、静子固有频率共振,同时存在机匣固有频率与转频的调制振动。

关键词：航空发动机振动特征局部碰摩橡胶涂层组合频率

对转轴间碳纤维刷式密封泄漏流动特性数值研究

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航空动力学报 2024年

作者：许焕泽孙丹胡广阳张杰一慕伟王铭章李玉沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空宇航推进系统先进测试技术重点实验室沈阳市透平机械先进密封技术重点实验室中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室

航空发动机对转轴间部位对密封结构的封严性能有着更高要求。提出了对转轴间碳纤维旋转刷式密封结构，基于刷丝离心效应力学理论和多孔介质理论，采用刷丝形变量修正孔隙率和阻力系数方法，建立了对转轴间碳纤维旋转刷式密封泄漏流动特... 详细信息

航空发动机对转轴间部位对密封结构的封严性能有着更高要求。提出了对转轴间碳纤维旋转刷式密封结构，基于刷丝离心效应力学理论和多孔介质理论，采用刷丝形变量修正孔隙率和阻力系数方法，建立了对转轴间碳纤维旋转刷式密封泄漏流动特性求解模型。分析了刷丝安装角、刷丝直径、转速对碳纤维刷丝力学变形特性的影响，研究了对转轴间刷式密封的泄漏流动特性。研究结果表明：提高内转子转速、减小刷丝直径、增大刷丝安装角，刷丝的形变量和转角将增大。考虑刷丝受离心效应作用，内转子转速3230r/min时，在转子径向方向的T650碳纤维刷丝形变量为Haynes25刷丝形变量的16.43%；内转子转速10000r/min时，将刷丝安装角从30°增至45°，刷丝在转子径向形变量增加104.02%；相同工况下，细直径刷丝密封效果更好，当刷丝与外转子接触间隙为0mm时，刷丝直径从0.07mm减小到0.05mm，泄漏量减少12.42%。

关键词：对转轴间碳纤维旋转刷式密封离心效应多孔介质模型泄漏流动

弹性环式挤压油膜阻尼器一体化圆柱滚子轴承保持架振动特性分析

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振动与冲击 2024年第5期43卷 302-314页

作者：王树涵杨海生唐瑞罗斌杨小民邓四二河南科技大学机电工程学院洛阳471003 中国航空发动机集团有限公司四川燃气涡轮研究院成都610500

航空发动机主轴中滚动轴承为了降低系统振动经常与弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,采用变步长积分算法建立圆柱滚子轴承与ERSFD耦合的动力学分... 详细信息

航空发动机主轴中滚动轴承为了降低系统振动经常与弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,采用变步长积分算法建立圆柱滚子轴承与ERSFD耦合的动力学分析模型,对外圈带ERSFD的圆柱滚子轴承保持架振动特性和打滑率进行研究。研究结果表明:与未装配ERSFD的圆柱滚子轴承相比,ERSFD可以提高圆柱滚子轴承保持架的稳定性。过大或过小的弹性环凸台数量与宽度都不利于圆柱滚子轴承保持架的稳定性,需要选择合适的凸台数量和宽度。径向载荷与转速对带弹性环的圆柱滚子轴承保持架稳定性影响显著,保持架涡动频率的谐波次数随着径向载荷的增加而减少,其对应的幅值也减小;保持架涡动频率的谐波次数随着转速的增加而增加,其对应幅值也增加。

关键词：圆柱滚子轴承弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD) 轴承动力学保持架振动特性保持架打滑率

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两级均压刷式密封泄漏流动特性数值研究

航空动力学报 2024年

作者：张静涵孙丹赵欢徐文峰慕伟张杰一沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空宇航推进系统先进测试技术重点实验室中国航发沈阳发动机研究所中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室

多级刷式密封存在各级级间压降分配不均衡导致提前失效的问题，提出下游级后挡板开孔的两级均压刷式密封结构，建立三维实体两级均压刷式密封数值计算模型，在验证数值模型准确性基础上，数值分析两级均压刷式密封的泄漏流动特性，研究... 详细信息

多级刷式密封存在各级级间压降分配不均衡导致提前失效的问题，提出下游级后挡板开孔的两级均压刷式密封结构，建立三维实体两级均压刷式密封数值计算模型，在验证数值模型准确性基础上，数值分析两级均压刷式密封的泄漏流动特性，研究均压孔结构参数对改进型结构泄漏特性和级间压降均衡性的影响规律。研究结果表明：设有均压孔的两级均压刷式密封较传统结构提高了压降均衡性，且降低了刷式密封摩擦热效应；传统两级刷式密封的压降均衡性系数明显大于两级均压刷式密封，改进型结构的压降均衡性系数较传统结构改善了45.6%～67.9%；均压孔直径从0.2mm增大至0.8mm、均压孔高度从3.55mm增大至8.35mm与均压孔排数设置为3排时压降均衡性系数分别减小38.5%、7.7%和25.1%；改进型结构泄漏量相比于传统结构略有增大，且泄漏量随均压孔直径的增大而增加，随均压孔高度的提高无明显变化，随均压孔排数的增加而增大。

关键词：两级均压刷式密封级间压降均衡性三维实体模型压降均衡性系数泄漏流动特性

一型逆时针主旋翼的双发直升机进气流场数值仿真分析

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航空动力学报 2024年第6期39卷 207-215页

作者：杨柳刘雨中国航空工业集团有限公司中国飞行试验研究院西安710089

通过数值仿真方法模拟了一型逆时针主旋翼的双发直升机在稳定前飞、侧飞、悬停状态下的流场,获取了不同飞行状态下的进气总压损失和进气温升。结果显示:稳定前飞时发动机进气面平均总压损失随飞行速度增大而增大,最大约为1.61%;侧飞时... 详细信息

通过数值仿真方法模拟了一型逆时针主旋翼的双发直升机在稳定前飞、侧飞、悬停状态下的流场,获取了不同飞行状态下的进气总压损失和进气温升。结果显示:稳定前飞时发动机进气面平均总压损失随飞行速度增大而增大,最大约为1.61%;侧飞时下游发动机进气道外侧区域存在较大的进气总压损失,且下游发动机进气存在较大温升;同速度下右侧飞时下游发动机进气温升幅度更高,对发动机工作性能影响更大;悬停状态下发动机进气面平均总压损失最大约为1.14%。通过与该型直升机飞行数据对比,验证了数值仿真结果的有效性。研究结果可以为国内同类型直升机试飞科目规划和发动机安装损失评估提供参考。

关键词：直升机稳定前飞侧飞悬停进气总压损失

某型航空发动机主燃油控制系统燃油压力脉动研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：杨艺琨马静杨军杰西北工业大学动力与能源学院中国航发西安动力控制科技有限公司

针对某型航空发动机主燃油控制系统出口压力脉动现象，系统分析了液压系统脉动原因，并列出某型航空发动机主燃油控制系统压力脉动故障树，完成了故障定位。通过流场仿真手段重点研究了故障工况下不规则开口回油活门的稳态液动力及相关... 详细信息

针对某型航空发动机主燃油控制系统出口压力脉动现象，系统分析了液压系统脉动原因，并列出某型航空发动机主燃油控制系统压力脉动故障树，完成了故障定位。通过流场仿真手段重点研究了故障工况下不规则开口回油活门的稳态液动力及相关参数，指出理论公式对不规则开口活门稳态液动力计算的不适用性及出口射流角的变化；在稳态点采用小偏离线性化建立了等压差模块的传递函数和Simulink仿真模型，对其固有频率和主要影响因素进行了研究。研究结果表明：燃油压力脉动是由于回油活门在外部激励作用下产生了共振，而影响回油活门固有频率的关键因素为阀芯所受稳态液动力，通过对活门不规则开口形状进行研究，据此给出了故障改进措施，为系统的优化设计提供了理论支持。

关键词：主燃油控制系统压力脉动流场仿真固有频率故障改进