柱塞式燃油泵多目标结构优化
发布时间：2020-08-25 22:26
【摘要】： 多目标优化问题一直是科学和工程研究领域的难点和热点问题,国内外学者在简单遗传算法的基础上,发展了多种多目标优化遗传算法,本文将目前较为先进的一种多目标遗传算法NSGAⅡ运用于航空柱塞式燃油泵的结构优化,主要做了以下内容: 首先基于广泛应用的航空发动机燃油柱塞泵的工作原理,应用相关动力学理论推导并建立了该泵的主体结构几何算法,提出了五个重要的特征性能的目标函数。在设计过程中这些目标函数通常是相互竞争甚至是相互矛盾的。 然后系统地介绍了遗传算法的一般流程和基本理论,分析了遗传算法的各项基本操作。阐述了多目标问题的本质,重点介绍了NSGAⅡ的操作流程和其中重点算法的实现,并以Deb设计的经典测试函数验证了NSGAⅡ程序的正确性 论文最后运用多目标遗传算法同时对油泵的转子体积、受力状况、供油量脉动等多个目标函数进行优化,通过优化后的性能指标与优化前的性能指标的比较,证明了NSGAⅡ多目标遗传优化的有效性,验证了某型航空发动机设计尺寸的理论合理性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH322
【图文】：
图 2.1 带滑靴柱塞的柱塞式航空燃油泵空用柱塞式燃油泵与民用柱塞泵在结构上有所不同，它的转子是一个的圆锥体，使用这样的设计主要是因为：1).柱塞倾斜，使其行程变大，排量增加，流量增加。2).由于缸体吸排腔型孔分布半径变小，使泵在同等压力下有更高的允使流量进一步加大。3).柱塞运动方程发生了显著的变化，进而引起流量特性的变化，斜柱动轨迹为空间椭圆曲线[43]。转子锥体上沿圆周方向均匀分布有若干个柱塞孔，柱塞安装在转子的，随转子旋转。斜盘是一块具有球形或锥形工作面的圆盘，它可以绕子轴线的斜盘转轴转动一定的角度。斜盘的倾斜角度一般由调节活塞配流盘工作面上开有两个月牙形窗孔，两窗孔分别与吸油道和排油道别称为吸油窗和排油窗。配流盘通过定位销安装在泵的壳体中[3]。
2.1.2 柱塞式燃油泵的工作原理柱塞泵工作时，在弹簧力及油压力的作用下，使柱塞始终顶在斜盘的工作面上，同时使转子小端面和配流盘工作表面紧密贴合。转子旋转时，柱塞随之转动。若斜盘有一倾角φ ，则柱塞在旋转运动中将受到斜盘工作面的约束，从而产生相对转子在柱塞腔内的直线往复运动。当柱塞向转子外移动，柱塞腔的容积不断增大，从而使柱塞腔孔刚好和配流盘吸油窗相通，便将燃油吸进柱塞腔；当柱塞反向移动时，柱塞腔的容积不断减小，此时使柱塞腔孔和配流盘排油窗相通，燃油就被挤往出口处。由于转子中的全部柱塞都在同时工作，因此在转子连续运转中，泵的出口将形成连续的油流。由上述的工作原理可见，柱塞泵之所以能连续地吸、供油，是由于转子转动时柱塞相对转子作往复直线运动，造成柱塞腔工作容积的周期性变化[3]。
状况都与柱塞相对转子的运动密切相关。本文以斜盘具有球形工作面、柱塞带有滑靴结构的航空柱塞式燃油泵为例，建立起柱塞泵的运动学数学模型。在图2.3中，规定通过柱塞轴线和转子轴线的平面为柱塞平面W；柱塞处于下死点时的那个柱塞平面为起始平面；沿转子转动方向任意位置的柱塞平面与起始平面的夹角α 为转子转角[3]。这样以来，柱塞处于下死点时的转子转角α =0°，柱塞处于上死点时的转子转角α =180°。转子转一圈，α 从0°到360°。现取柱塞泵运动分析的坐标系如图2.3所示。图2.3 柱塞泵运动分析的坐标系在该坐标系中：原点O 柱塞轴线和转子轴线的交点；Z坐标轴 转子轴线，指向斜盘方向为正；X坐标轴 在起始平面上，过原点O垂直于Z轴，朝向下死点一侧为正；Y坐标轴 过原点O垂直于Z轴和X轴
本文编号：2804284
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH322
【图文】：
图 2.1 带滑靴柱塞的柱塞式航空燃油泵空用柱塞式燃油泵与民用柱塞泵在结构上有所不同，它的转子是一个的圆锥体，使用这样的设计主要是因为：1).柱塞倾斜，使其行程变大，排量增加，流量增加。2).由于缸体吸排腔型孔分布半径变小，使泵在同等压力下有更高的允使流量进一步加大。3).柱塞运动方程发生了显著的变化，进而引起流量特性的变化，斜柱动轨迹为空间椭圆曲线[43]。转子锥体上沿圆周方向均匀分布有若干个柱塞孔，柱塞安装在转子的，随转子旋转。斜盘是一块具有球形或锥形工作面的圆盘，它可以绕子轴线的斜盘转轴转动一定的角度。斜盘的倾斜角度一般由调节活塞配流盘工作面上开有两个月牙形窗孔，两窗孔分别与吸油道和排油道别称为吸油窗和排油窗。配流盘通过定位销安装在泵的壳体中[3]。
2.1.2 柱塞式燃油泵的工作原理柱塞泵工作时，在弹簧力及油压力的作用下，使柱塞始终顶在斜盘的工作面上，同时使转子小端面和配流盘工作表面紧密贴合。转子旋转时，柱塞随之转动。若斜盘有一倾角φ ，则柱塞在旋转运动中将受到斜盘工作面的约束，从而产生相对转子在柱塞腔内的直线往复运动。当柱塞向转子外移动，柱塞腔的容积不断增大，从而使柱塞腔孔刚好和配流盘吸油窗相通，便将燃油吸进柱塞腔；当柱塞反向移动时，柱塞腔的容积不断减小，此时使柱塞腔孔和配流盘排油窗相通，燃油就被挤往出口处。由于转子中的全部柱塞都在同时工作，因此在转子连续运转中，泵的出口将形成连续的油流。由上述的工作原理可见，柱塞泵之所以能连续地吸、供油，是由于转子转动时柱塞相对转子作往复直线运动，造成柱塞腔工作容积的周期性变化[3]。
状况都与柱塞相对转子的运动密切相关。本文以斜盘具有球形工作面、柱塞带有滑靴结构的航空柱塞式燃油泵为例，建立起柱塞泵的运动学数学模型。在图2.3中，规定通过柱塞轴线和转子轴线的平面为柱塞平面W；柱塞处于下死点时的那个柱塞平面为起始平面；沿转子转动方向任意位置的柱塞平面与起始平面的夹角α 为转子转角[3]。这样以来，柱塞处于下死点时的转子转角α =0°，柱塞处于上死点时的转子转角α =180°。转子转一圈，α 从0°到360°。现取柱塞泵运动分析的坐标系如图2.3所示。图2.3 柱塞泵运动分析的坐标系在该坐标系中：原点O 柱塞轴线和转子轴线的交点；Z坐标轴 转子轴线，指向斜盘方向为正；X坐标轴 在起始平面上，过原点O垂直于Z轴，朝向下死点一侧为正；Y坐标轴 过原点O垂直于Z轴和X轴
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 李新凯;气液混输泵优化设计及其数值模拟[D];兰州理工大学;2012年
本文编号：2804284
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