【摘 要】
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轴承腔是由主轴承、腔内壁、滚轴以及密封装置等部件构成的复杂腔体结构。近年来,随着科技水平的不断提升,航空发动机设备持续更新换代,系统运行工况参数也在不断优化提升,尤其是运行压力、温度以及主轴的转速。轴承腔受到高温燃烧室所带来的热量输入的同时,高速转动的主轴自身也会产生较大的热量,这可能导致超温并影响轴承腔的工作性能。煤油进入轴承腔后,由于受到高转速主轴以及其他复杂部件的影响,流动状态会发生很大的改
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轴承腔是由主轴承、腔内壁、滚轴以及密封装置等部件构成的复杂腔体结构。近年来,随着科技水平的不断提升,航空发动机设备持续更新换代,系统运行工况参数也在不断优化提升,尤其是运行压力、温度以及主轴的转速。轴承腔受到高温燃烧室所带来的热量输入的同时,高速转动的主轴自身也会产生较大的热量,这可能导致超温并影响轴承腔的工作性能。煤油进入轴承腔后,由于受到高转速主轴以及其他复杂部件的影响,流动状态会发生很大的改变。这种变化对腔内温度分布,甚至轴承腔的工作性能有很大影响。本文主要针对高转速条件下,某航空发动机复杂结构轴承腔内流动传热特性开展数值研究。首先,详细分析总结了国内外航空发动机轴承腔内流动传热特性研究现状,基于此提出了研究内容和研究目标。其次,以某型号航空发动机的轴承腔为研究对象,构建复杂数值分析网格,并主要对腔内的流场特性开展数值分析。再次,基于流动复杂程度和是否包含复杂零部件,将轴承腔整体结构划分成若干独立计算区域,开展分区计算。通过分析轴承腔入口输油管段内的流动传热特性,得到如下结果:由于若干弯头的存在,煤油从入口流至轴承腔内的过程中会产生一定的压降;煤油入口质量流量大,在管内流动速度快,所以流动时间短,煤油受热时间短,进出口温升小。通过分析滚轴区域煤油的流动特性,得到如下结果:因为滚轴区域流动截面的变化以及滚珠的存在,煤油流过该区域会产生一定的压降;绘制出不同工况下该区域进出口压降与速度平方项的拟合关系曲线,并计算出了滚珠区域阻力系数K。最后,基于前文研究内容,对轴承腔整体结构进行合理简化,并开展全流域流动传热特性数值研究,得到如下结果:全流域整体压力随转速的增大而增大,压力在窄流道区域分布较为稳定;由于出口处端盖叶片对煤油的作用力以及该区域流动截面积的变化,全流域压力最大值分布在端盖叶片顶端;在窄流道区域,主轴承转速增加,动压随之增大。煤油在窄流道区域内流动时周向动压很大,轴向动压很小,即轴向速度非常小。说明主轴转速对煤油在该区域流动的促进作用非常小。
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