【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机燃油齿轮泵，特别涉及一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法。
技术介绍
1、外啮合齿轮泵为容积式油泵，常被用于航空发动机的主燃油泵，其工作性能与稳定性是影响着航空发动机性能的关键因素。国内对于外啮合齿轮泵的研究集中于流量压力特性、空化现象、困油现象等这几个方面，大多采用基于分布参数思想的cfd模型对齿轮泵进行性能特性分析，集中参数模型方面的研究不够丰富。
2、由于燃油齿轮泵内部几何关系和部件运动关系较为复杂，包含物理现象种类繁多，采用分布参数思想对齿轮泵整体建模的难度较大；基于分布参数思想的的齿轮泵仿真模型多借助fluent及pumplinx等商业软件，采用动网格技术对外啮合齿轮泵的内流场进行数值模拟，分析其内流场的压力分布、流量变化等性能特性；该方法对于齿轮泵整体流域的仿真建模而言，其建模较为繁琐，所需网格数量较多，对边界条件依赖大，求解复杂。
技术实现思路
1、为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，考虑齿轮泵几何结构和内部油液流通关系以及泄漏的影响因素，研究齿轮泵齿腔压力特性及齿轮泵流量特性，建立齿轮泵动力学数学模型；基于amesim建模软件及ug几何建模软件搭建齿轮泵集中参数性能模型，以此预测齿轮泵的内部流量压力特性及输出压力流量特性。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，包括以下步骤；
4、步骤一
5、步骤二：结合齿轮泵内部压力、流量特性及齿轮泵的几何结构特点，建立齿轮泵动力学数学模型，用于在amesim元件库中选择合适的元件及子模型，对其压力、流量特性进行仿真模拟；
6、步骤三：基于ug建立齿轮泵3d模型并测量相关数据，将数据以1d表格保存，作为齿轮泵amesim集中参数模型的输入，模拟齿腔体积及各节流通道面积随齿轮泵转动的变化关系；
7、步骤四：基于amesim建立齿轮泵集中参数性能模型，根据油液特性及齿轮泵3d模型输入数据，设置相应参数，进行齿轮泵多工况性能仿真，分析预测齿轮泵在不同工况下的压力特性及流量特性。
8、所述步骤一具体为：
9、外啮合齿轮泵为容积式油泵，依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压，结合集中参数思想，将齿轮泵内部分为多个控制体积，来描述其内部流域特征，齿轮泵的内部被分为四个控制体积(cv)：高压区hp、低压区lp、主动齿腔v1,j、从动齿腔v2,j；控制体积内油液的密度、压力被认为是一致的属性，只随时间的变化而变化，即只随齿轮泵的转动而变化；
10、各个控制体积间都存在着油液的相互流动，其中齿腔与高压区、低压区存在轴向和径向节流；齿腔与前后齿腔vi,j+1、vi,j-1由于顶隙泄漏和端面泄漏存在着油液流动；啮合区中主动齿腔与从动齿腔存在着油液流动。
11、所述步骤二具体为：
12、齿轮泵动力学数学模型包括齿腔压力特性方程及流量特性方程：
13、1.齿腔压力特性分析
14、关于齿腔内压力特性的分析，其主要受油液的体积弹性模量k影响，体积模量的表达式为：
15、
16、在齿腔控制体积内对体积模量k的定义有以下两种：
17、(1)齿腔控制体积内部与外界无质量交换，即无流体的流入流出，内部流量质量保持不变，控制体积发生变化，此时有：
18、
19、(2)齿腔控制体积不发生变化，控制体积内部与外界有质量交换，即存在流体的流入流出，内部流量发生变化σmin-σmout，此时有：
20、
21、对于主动齿腔v1,j、从动齿腔v2,j这两种控制体积，在齿轮转动的过程中均存在着和其他控制体积的流量流入和流出，并且由于齿轮的啮合，控制体积的体积也发生着变化，即上述两种对于体积模量的定义的情况均存在于齿腔控制体积之中，故齿腔内的压力特性描述为：
22、
23、公式(4)中等式右边第一项表示控制体积内油液与其他控制体积流入流出所产生的流量质量变化，第二项表示控制体积内油液的可压缩性引起的体积变化；
24、其中k可以表示为结合公式(4)可得单个齿腔容积内的压力变化特征方程可以表示为：
25、
26、式中：pi为齿腔容积内部的瞬时压力，ρi为齿腔容积内部的油液密度，v0为齿腔容积的初始体积，vi为齿间容积的瞬时体积，σmin为单位时间内流入齿间容积的流体质量，σmout为单位时间内流出齿间容积的流体质量。
27、单个齿腔容积的压力特性特征方程即公式(5)，描述了齿腔容积内部随齿轮泵的转动，齿腔控制容积与其他控制容积的流量质量交换及齿轮啮合带来的体积变化导致的压力变化关系；
28、2.齿轮泵流量特性分析
29、由于控制体积之间的油液流动通道类型不同，相应的流量特征方程也不同。关于间隙流动，即端面间隙流动和顶隙流动，由于间隙特别小，油膜厚度、油膜长度宽带比忽略不计，故可将其中油液流动看作层流，则其流量计算公式可以表示为：
30、
31、式中：b为油膜宽度，h为油膜厚度，l为油膜长度，δp为压差，η为油液的动力粘度，u为间隙的油膜剪切速度，齿腔与高低压区、啮合区的流动区域的油液流动为湍流，流量以节流方程来计算：
32、
33、式中，cd为流量系数，a为节流面积，ρ为油液密度.
34、所述步骤三具体为：
35、利用ug软件对齿轮泵进行3d建模，通过布尔运算将齿轮泵与壳体做相减运算，得到齿轮泵流场域，利用“测量”命令对齿轮泵齿腔体积、各节流通道面积进行测量，当有关数据测量完成后，通过ug中的“移动”命令对主动齿轮、从动齿轮进行转动，每次转动1°后再次测量齿腔体积、各节流通道面积等数据，直至将主、从动齿轮旋转一周，将测量所得数据以1d表格保存，作为齿轮泵集中参数性能模型的输入；
36、所述步骤四具体为：
37、运用amesim的液压库、机械库、信号库元件搭建了齿轮泵集中参数性能模型，主要流程为：
38、1.高、低压区控制体积模型
39、齿轮泵低压吸油区与高压排油区的控制体amesim模型，tk000元件是一个液压油箱，提供恒定压力来模拟进、排油口压力；
40、hydorf0元件为对称孔口，作为节流口用来模拟吸、排油阻力的同时，还能对元件相关参数进行设置，为低、高压区提供进、排油口尺寸、形状的边界条件。
41、2.齿腔控制体积模型
42、齿腔控制体由两部分组成：齿腔体积压力变化模型及齿腔节流通道模型，为齿腔体积压力变化模型，用来模拟齿腔体积随齿轮泵转动的变化，用bhc11本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，其特征在于，所述步骤一具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，其特征在于，所述步骤二具体为：
4.根据权利要求1所述的一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，其特征在于，所述步骤三具体为：
5.根据权利要求1所述的一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，其特征在于，所述步骤四具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预测方法，其特征在于，所述步骤一具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于集中参数的航空燃油齿轮泵性能预...
【专利技术属性】
技术研发人员：符江锋，简宇豪，刘显为，陆明明，赵志杰，
申请(专利权)人：四川天府新区西工大先进动力研究院，
类型：发明
国别省市：
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