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- 航空燃油泵空化性能分析及优化
- 作者： 熊英华 来源： 北京理工大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空燃油泵 RP 3航空燃油 燃料替代 湍流模型 空化特性 代理模型 优化分析
- 描述： 航空燃油泵是飞机燃油系统中重要的组成部件,其性能对飞机的动力性及机动性有直接的影响,随着航空技术的不断提高,燃油泵逐渐向高转速、大功率等方向发展,由此带来的空化以及空化产生的旋转失速、噪音、效率下降等一系列问题成为阻碍燃油泵性能提高的主要因素之一。研究燃油泵空化性能具有重要的工程应用价值。本文采用数值计算方法对燃油泵空化性能进行了研究,并基于代理模型的方法对燃油泵结构参数进行优化,主要研究内容及结论如下:采用燃油数值替代的方法对RP-3航空燃油的物质属性进行了研究。通过分析得到,由摩尔比为45%的正十二烷、25%的正十烷、5%的辛烷、5%的甲基环己烷和20%的甲苯组成的替代模型能较准确地模拟RP-3航空燃油的物质属性。湍流模型采用基于涡旋运动修正的k-ε湍流模型,修正后的k-ε湍流模型避免了标准k-ε湍流模型对于流场湍流黏性系数的过度预测,提高了燃油泵内部湍流流场的预测精度。计算了不同工况下的燃油泵内部流场,基于数值计算结果对燃油泵空化特性进行了研究,并分析了燃油温度和泵转速对燃油泵空化性能的影响。与普通离心泵的变化趋势不同,燃油泵扬程曲线未出现驼峰区,效率曲线呈现较宽的高效率区;随着有效空化余量NPSHa的减小,燃油泵空化特性曲线呈先不变后增大再减小的变化趋势;在计算的温度范围内,温度对燃油泵空化性能影响较小,不同温度工况下燃油泵的必须空化余量NPSHr值相差较小,泵的空化性能基本不变;转速对燃油泵空化性能影响较大,不同转速工况下燃油泵的NPSHr差距较大,转速越高燃油泵的空化发展速度越快,泵的空化性能也就越差。采用代理模型优化方法,对燃油泵的结构参数进行了优化,数值预测结果表明优化后燃油泵的空化性能得到大幅度改善。燃油泵的空化性能主要受诱导轮出口安放角和叶轮进口安放角的影响,其中后者占主导因素;随叶轮进口安放角的增大,燃油泵空化性能呈先减小后增大的变化趋势;优化后的燃油泵诱导轮出口安放角增大了4.4°,叶轮进口安放角增大了3.2°;优化后燃油泵空化性能较原燃油泵提高了18%左右。
- 基于代理模型的航空燃油泵空化性能分析
- 作者： 熊英华 刘影 赵兴安 孙华伟 王国玉 高德明 来源： 航空学报 年份： 2016 文献类型 ： 期刊 关键词： 燃油泵 代理模型 湍流模型 空化性能 优化分析
- 描述： 基于代理模型的整体敏感度分析方法,对影响燃油泵空化性能的结构参数(即诱导轮出口安放角和叶轮进口安放角)进行了分析,得到影响泵空化性能的主要因素,并对燃油泵的结构参数进行了优化。研究中,采用基于旋转修正的k-ε湍流模型及Zwart空化模型对优化前后的燃油泵空化流场进行了计算。结果表明:在一定变化范围内,叶片安放角对燃油泵的外特性影响较小,对燃油泵空化特性影响较大;其中,叶轮进口安放角对燃油泵空化性能有较大影响,随叶轮进口安放角的增大,燃油泵空化性能呈先下降后上升的变化趋势;优化后诱导轮出口安放角和叶轮进口安放角分别增大了4.4°和3.2°,满足Pareto最优解,燃油泵的空化性能较优化前提高了18%左右。