航空燃油ATOS柱塞泵運動學(xué)與動力學(xué)特性
ATOS柱塞泵主要用作航空發(fā)動機燃油供給與控制單元,是發(fā)動機控制系統(tǒng)的重要組成部分,被譽為是發(fā)動機的心臟,其性能直接影響發(fā)動機控制系統(tǒng)的性能、壽命、可靠性,進而影響飛機的飛行安全。 針對ATOS柱塞泵現(xiàn)有設(shè)計計算方法存在的問題與不足,對其運動學(xué)、動力學(xué)、滑靴靜壓潤滑特性、滑靴運動軌跡等泵設(shè)計的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)進行分析研究。 

航空燃油ATOS柱塞泵運動學(xué)與動力學(xué)特性
關(guān)于運動學(xué)參數(shù)計算方法,分析了航空燃油ATOS柱塞泵運動學(xué)參數(shù)現(xiàn)有計算方法及其存在的不足,證明目前采用的方法是一種將非線性位移計算線性化近似計算方法,使得加速度誤差在典型工作點約為3%。根據(jù)ATOS柱塞泵運動學(xué)原理,對現(xiàn)有運動學(xué)參數(shù)計算方法進行詳細(xì)推導(dǎo),修正原來的計算公式,同時提出并推導(dǎo)了一種基于坐標(biāo)方法的運動學(xué)參數(shù)新計算方法。理論推導(dǎo)與仿真對比驗證說明修訂方法與所提出的新計算方法在理論上是一種準(zhǔn)確算法。結(jié)合運動學(xué)計算分析結(jié)論,完成了ATOS柱塞泵動力學(xué)參數(shù)計算方法分析,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、柱塞彈簧和返回盤彈簧的彈簧力、柱塞腔壁的摩擦力、柱塞牽連運動的哥氏慣性力與相對運動引起的慣性力的計算方法。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算方法。在動力學(xué)分析計算中,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ATOS柱塞泵設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。在ATOS柱塞泵運動學(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)機理進行分析,根據(jù)滑靴力平衡與流量連續(xù)原理,分析推導(dǎo)了油膜厚度計算方法,并進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*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算、油膜引起的容積效率變化計算、油膜厚度對交變載荷承載的剛度計算五個方面進行靜壓潤滑油膜的特性理論分析與仿真,并綜合給出*油膜厚度確定的依據(jù)與具體路線。ATOS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ATOS柱塞泵設(shè)計的另一個關(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動包絡(luò)線來確定。首先分析了ATOS柱塞泵返回盤滑靴安裝孔現(xiàn)有設(shè)計方法的局限性,然后根據(jù)ATOS柱塞泵幾何關(guān)系與運動學(xué)原理,采用與目前*不同的方法,提出按柱塞和斜盤共同作用的坐標(biāo)計算方法來推導(dǎo)滑靴運動軌跡,并進行二維與三維軌跡仿真,同時從理論上與現(xiàn)有結(jié)果對比,驗證所提出方法的正確性。 

航空燃油ATOS柱塞泵運動學(xué)與動力學(xué)特性
在上述研究的基礎(chǔ)上,為滿足工程需要,設(shè)計開發(fā)了集ATOS柱塞泵性能參數(shù)計算、運動學(xué)參數(shù)計算、動力學(xué)參數(shù)計算、滑靴靜壓潤滑與油膜厚度計算、滑靴運動軌跡分析與仿真等五個功能模塊的面向?qū)ο笸ㄓ糜嬎丬浖?上述研究方法與研究結(jié)果可為航空燃油ATOS柱塞泵的設(shè)計提供理論依據(jù)。