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航空燃油ATOS柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性
ATOS柱塞泵主要用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給與控制單元,是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分,被譽(yù)為是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟,其性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能、壽命、可靠性,進(jìn)而影響飛機(jī)的飛行安全。 針對(duì)ATOS柱塞泵現(xiàn)有設(shè)計(jì)計(jì)算方法存在的問題與不足,對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、滑靴靜壓潤(rùn)滑特性、滑靴運(yùn)動(dòng)軌跡等泵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究。 

航空燃油ATOS柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性
關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算方法,分析了航空燃油ATOS柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)現(xiàn)有計(jì)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(jì)算線性化近似計(jì)算方法,使得加速度誤差在典型工作點(diǎn)約為3%。根據(jù)ATOS柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)原理,對(duì)現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo),修正原來的計(jì)算公式,同時(shí)提出并推導(dǎo)了一種基于坐標(biāo)方法的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)新計(jì)算方法。理論推導(dǎo)與仿真對(duì)比驗(yàn)證說明修訂方法與所提出的新計(jì)算方法在理論上是一種準(zhǔn)確算法。結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算分析結(jié)論,完成了ATOS柱塞泵動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)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(yùn)動(dòng)的哥氏慣性力與相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的慣性力的計(jì)算方法。同時(shí)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(jì)算方法。在動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算中,對(duì)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(dòng)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(rùn)滑是ATOS柱塞泵設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。在ATOS柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,首先對(duì)滑靴靜壓潤(rùn)滑原理、油膜的形成與自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)理進(jìn)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(jì)算方法,并進(jìn)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(rùn)滑設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的*油膜厚度。針對(duì)此,從滑靴油膜內(nèi)速度分布、滑靴節(jié)流器效能計(jì)算、滑靴與斜盤之間靜壓潤(rùn)滑油膜引起的摩擦功率損失與泄漏功率損失計(jì)算、油膜引起的容積效率變化計(jì)算、油膜厚度對(duì)交變載荷承載的剛度計(jì)算五個(gè)方面進(jìn)行靜壓潤(rùn)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(yùn)動(dòng)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(jì)的另一個(gè)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(yùn)動(dòng)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(jì)方法的局限性,然后根據(jù)ATOS柱塞泵幾何關(guān)系與運(yùn)動(dòng)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(jì)算方法來推導(dǎo)滑靴運(yùn)動(dòng)軌跡,并進(jìn)行二維與三維軌跡仿真,同時(shí)從理論上與現(xiàn)有結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證所提出方法的正確性。 

航空燃油ATOS柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)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(jì)開發(fā)了集ATOS柱塞泵性能參數(shù)計(jì)算、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算、動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算、滑靴靜壓潤(rùn)滑與油膜厚度計(jì)算、滑靴運(yùn)動(dòng)軌跡分析與仿真等五個(gè)功能模塊的面向?qū)ο笸ㄓ糜?jì)算軟件 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(jì)提供理論依據(jù)。