航空燃油转输引射泵流场分析与结构优化

发布时间：2020-07-06 07:59

【摘要】：引射泵作为一种流体输送机械以及混合反应设备,不仅具有结构简单、易于加工、便于维护等优势,更重要的是由于该装置内本身无相对运动部件,无需借助固体机械的压缩动作而能提高引射流体的压力,工作可靠性高,已经广泛应用于包含航空领域在内的国民经济各个生产部门。但是由于引射泵利用射流的紊动效应使不同压力的两股流体相互混合从而引发质量、动量交换,这一过程伴随着较大的能量损失,加之结构设计不完善,使得引射泵整体工作效率低下,也在一定程度上限制了其应用范围。有鉴于此,本文通过对航空燃油转输引射泵流场进行数值模拟和研究,揭示其流动状态和流动规律,并综合运用试验设计方法、CFD参数化计算以及优化理论对引射泵结构进行优化,主要研究内容包括以下几个方面:(1)对引射泵研究现状及其发展趋势进行论述,详细介绍了现阶段引射泵存在的问题,如多个结构参数对引射泵工作效率的综合影响;对引射泵内部流动理论以及流动涉及的相关物理现象、模型及数值计算方法进行了系统阐述和推导。(2)将计算结果与试验数据进行对比,验证了本文基于压力耦合隐式算法求解雷诺平均方程的精度和可靠性;从时均化角度对引射泵在不同工况下的流动特征进行分析,得出了引射压力比、面积比等因素的综合影响与作用机制;研究了不同工况下各关键结构设计参数对引射泵流动特征及其工作特性的影响。(3)综合运用试验设计方法、CFD参数化计算和近似模型理论,建立了引射泵工作特性评价指标的近似数学模型;将不同准则下优化拉丁超立方试验设计方法采样效果进行对比,选取基于φp准则的优化拉丁超立方试验设计方法进行试验采样;对以上近似模型的精度进行分析,随机误差分析表明,本文建立的近似模型具有较高的精度和可靠性。(4)基于引射泵工作特性评价指标的近似数学模型,采用全局寻优方法对引射泵结构参数进行优化。利用近似模型分析各设计变量对优化目标的影响规律;运用多元回归方法对优化目标的影响因素进行敏感度分析,包括线性主效应、二阶效应和交互效应,结果表明,各设计变量对优化目标的交互效应与线性主效应和二阶效应存在相似性,均对引射泵工作特性影响明显;通过MIGA全局寻优,实现了引射泵主要结构参数的高效优化,优化后的引射泵工作效率较现有模型提升了 20%以上。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V233.2
【图文】：

的就是增加机载燃油箱的数量和容积。这样一来，数量众多的燃油箱很难安装在飞机重逡逑心位置附近，尤其是重型运输机、空中加油机、大中型亚音速客机等等，其大部分燃油逡逑箱均分布在机翼等位置（如图１．１所示）距发动机、飞机重心位置较远。采用此种逡逑燃油箱分布时，不仅需要精细控制各燃油箱的油量分布，以防止由于燃油消耗而导致的逡逑飞机重心移动量过大，同时遍布各处的燃油也需要按一定顺序转输到内侧机翼油箱（即逡逑供油油箱）内，以连续、可靠的满足发动机燃油消耗需求。逡逑Ｏｙ／邋／逦Ａ逦通气油箱Ｍ逡逑加油台，中央翼盒逡逑Ｖ逦２号供油箱＾＾供油箱外油箱逡逑（ａ）邋Ｂ７３７逦（ｂ）Ａ３８０逡逑图１．１典型商用飞机燃油箱布局示例逡逑对于战斗机等军用飞机来说，虽然其机载燃油量与商用运输机相比小得多，但由于逡逑军用飞机的特殊用途，燃油供给系统与布局比商用飞机复杂的多，大量小燃油箱也需要逡逑进行燃油转输与供油，且要求更为苛刻。例如，需要更大的流量输出以进行高速突破和逡逑超声速飞行；在极端的负ｇ状态下仍维持发动机供油不被中断；部分燃油还要用于冷却逡逑大量机载航电设备和电子战斗系统设备

仅应用于燃油转输所消耗的能源就已经相当可观。以我国ＭＡ６０支线客机为例，逡逑此前，由于采用离心泵转输供油，整套系统不仅成本高昂，且由于燃油转输的中间环节逡逑较多，不便于操作与维护；当采用燃油转输引射系统（如图１．３所示）取代之前的离心逡逑泵转输供油后，可直接利用发动机增压泵来支持燃油转输引射系统的工作，无需额外能逡逑源消耗，仅此一项不仅使得该机减重３０公斤，同时每架飞机在其整个生命周期内可产生逡逑３００余万元的经济效益［４］。逡逑〔发动机＞逡逑交输供油逡逑ｍ邋１１逦勵？阀—逡逑压工作逡逑！逦Ｉ邋．邋＜－邋－邋Ｔｉ邋流体逦Ｉ逡逑１逡逑逦—＿＿逦—邋Ｉ邋—燃油转输逡逑Ａｎ—逦弓丨射ｆ逦逡逑逦Ｌ）．X翘

本文编号：2743373