航空燃油柱塞泵運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)特性分析研究.pdf

1、柱塞泵主要用作航空發(fā)動機(jī)燃油供給與控制單元，是發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，被譽(yù)為是發(fā)動機(jī)的心臟，其性能直接影響發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的性能、壽命、可靠性，進(jìn)而影響飛機(jī)的飛行安全。
　　 本文針對柱塞泵現(xiàn)有設(shè)計(jì)計(jì)算方法存在的問題與不足，對其運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、滑靴靜壓潤滑特性、滑靴運(yùn)動軌跡等泵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究。
　　 關(guān)于運(yùn)動學(xué)參數(shù)計(jì)算方法，分析了航空燃油柱塞泵運(yùn)動學(xué)參數(shù)現(xiàn)有計(jì)算方法及其存在的不足，證明目前采用的

2、方法是一種將非線性位移計(jì)算線性化近似計(jì)算方法，使得加速度誤差在典型工作點(diǎn)約為3％。根據(jù)柱塞泵運(yùn)動學(xué)原理，對現(xiàn)有運(yùn)動學(xué)參數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)，修正原來的計(jì)算公式，同時提出并推導(dǎo)了一種基于坐標(biāo)方法的運(yùn)動學(xué)參數(shù)新計(jì)算方法。理論推導(dǎo)與仿真對比驗(yàn)證說明本文修訂方法與所提出的新計(jì)算方法在理論上是一種準(zhǔn)確算法。
　　 結(jié)合運(yùn)動學(xué)計(jì)算分析結(jié)論，完成了柱塞泵動力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法分析，側(cè)重研究了柱塞所受的柱塞腔油壓力、轉(zhuǎn)子腔內(nèi)油壓力、柱塞彈簧和返回

3、盤彈簧的彈簧力、柱塞腔壁的摩擦力、柱塞牽連運(yùn)動的哥氏慣性力與相對運(yùn)動引起的慣性力的計(jì)算方法。同時作為與柱塞的連接元件，分析了滑靴所受的綜合力與力矩計(jì)算方法。在動力學(xué)分析計(jì)算中，對其中柱塞與柱塞腔之間的摩擦力而引起與其它力的相互作用結(jié)果，通過非線性動態(tài)方程建模與遺傳算法求解確定。
　　 滑靴與斜盤之間的良好潤滑是柱塞泵設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。在柱塞泵運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，首先對滑靴靜壓潤滑原理、油膜的形成與自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)理進(jìn)行分析，根

4、據(jù)滑靴力平衡與流量連續(xù)原理，分析推導(dǎo)了油膜厚度計(jì)算方法，并進(jìn)行了油膜厚度隨滑靴結(jié)構(gòu)參數(shù)與泵工作參數(shù)變化的仿真。
　　 滑靴靜壓潤滑設(shè)計(jì)的核心是如何理論上確定功率損失小、容積效率損失少、油膜承載剛度大對應(yīng)的最佳油膜厚度。針對此，從滑靴油膜內(nèi)速度分布、滑靴節(jié)流器效能計(jì)算、滑靴與斜盤之間靜壓潤滑油膜引起的摩擦功率損失與泄漏功率損失計(jì)算、油膜引起的容積效率變化計(jì)算、油膜厚度對交變載荷承載的剛度計(jì)算五個方面進(jìn)行靜壓潤滑油膜的特性理論分析與

5、仿真，并綜合給出最佳油膜厚度確定的依據(jù)與具體路線。
　　 柱塞泵的滑靴固定在返回盤，并隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，由于柱塞傾斜安裝、斜盤呈球面，使得滑靴運(yùn)動隨斜盤轉(zhuǎn)角變化呈一族空間曲線，其中返回盤上滑靴安裝孔位置與形狀確定是柱塞泵設(shè)計(jì)的另一個關(guān)鍵技術(shù)。開孔太大容易使滑靴從滑靴孔脫落，太小可能出現(xiàn)滑靴卡死，理想的形狀是按滑靴頸運(yùn)動包絡(luò)線來確定。本文首先分析了柱塞泵返回盤滑靴安裝孔現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法的局限性，然后根據(jù)柱塞泵幾何關(guān)系與運(yùn)動學(xué)原理，采用與