某型航空发动机主燃油泵调节器泵后压力保持装置设计仿真研究

某型航空发动机主燃油泵调节器泵后压力保持装置设计仿真研究
发表时间：2020-06-12T07:34:09.467Z 来源：《防护工程》2020年6期作者：苏志善杨军杰杨瑞[导读] 根据某型航空发动机停车状态下保持主燃油泵调节器泵后压力（2.5～4.0MPa）的要求，通过方案论证、结构设计、仿真分析等手段自主设计了一套泵后压力保持装置。

并通过实际产品验证，证明泵后压力保持装置能够圆满实现停车状态下保持泵后最小压力的要求。

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摘要：根据某型航空发动机停车状态下保持主燃油泵调节器泵后压力（2.5～4.0MPa）的要求，通过方案论证、结构设计、仿真分析等手段自主设计了一套泵后压力保持装置。

并通过实际产品验证，证明泵后压力保持装置能够圆满实现停车状态下保持泵后最小压力的要求。

关键词：航空发动机、主燃油泵调节器、压力保持装置、设计仿真、AMESim
1 引言
某型发动机及衍生型号都是利用齿轮泵作为主燃烧室供油装置。

这些型号发动机在消喘停车关闭主燃油出口油路时，大量燃油通过回油活门回到齿轮泵前，进而导致主燃油泵泵后压力过小，无法正常提供用于风扇和压气机导叶控制的高压油源（大于2.2MPa）。

如何保证停车消喘过程中泵后压力大于2.2 MPa是某型IPE发动机主燃油调节器研制的关键问题。

2 某型主燃油泵调节器简介
某型发动机是适应空军未来面临的作战环境和转型要求，在总结我国航空发动机事业几十年来发展经验的基础上自行研发设计的推力增大型加力式涡轮风扇发动机。

发动机采用了具有第四代战斗机动力特征的矢量推力技术和全权限数字式电子控制系统（FADEC）,将大幅度提高飞机的机动性、可操作性、可靠性和维修性，使飞机的整体作战效能大大提高。

某型主燃油泵调节器是该型发动机主燃油控制系统的配套产品，它和电子控制器一同工作完成以下功能：
1) 齿轮泵对低压燃油系统来油进行增压、供给主燃油计量活门、a1和a2 控制电液伺服阀；
2) 按照数字电子控制器信号计量供给主燃烧室的燃油；
3) 按照数字电子控制器信号调节风扇导叶角度；
4) 按照电子控制器信号调节压气机导叶角度；
5) 按照数字电子控制器的信号实现消喘和停车功能、并在消喘和停车过程中保证齿轮泵后压力在一定范围内（2.5～4.0MPa）。

其中消喘停车装置的原理图见图1。

当发动机数控系统给消喘停车电磁阀发出消喘停车指令时，消喘停车电磁阀打开，将定压油引到停车活门下端，停车活门上移沟通了泵后油和关断活门弹簧腔的油路，关断活门下移，关闭主燃油出口。

同时停车活门上移也沟通回油活门弹簧腔的回油路，回油活门左移，开度大大增加，导致泵后油压降低，无法正常提供定压控制油。

3.2设计计算
最小压力活门共有2路油路，分别为:来自经过停车活门的回油活门弹簧腔燃油油路1；流向回油腔的油路2。

其结构原理图见图3。

图4 无最小压力保持装置的AMESim模型
其中：红色为无最小压力活门系统绿色为有最小压力活门系统
3）当齿轮泵转速n=5917r/min时，计量开关全开，在5秒钟处给出停车信号，停车前后泵后压力P泵后如图10所示、定压油如图11所示。

无最小压力活门系统停车后泵后压力由11.76MPa降至2.43MPa，定压油由2.2MPa降至2.16MPa。

能满足系统对定压油的要求。

有最小压力活
门系统停车后泵后压力由11.76MPa降至3.1MPa，定压油由2.2MPa左右稳定至2.17MPa，完全满足系统对定压油的要求。

由表1可知停车后，有最小压力活门的系统在600r /min（10%）转速正常供油情况下，泵后压力只能达到2.1MPa左右，但是停车后，在最小压力活门的作用下泵后压力被憋到2.7MPa左右，圆满实现了憋压的功能。

当转速大于2959r /min （40%）后，正常供油情况下泵后压力均大于3MPa，但是停车后，在最小压力活门的作用下泵后压力被保持在3MPa左右，圆满实现停车状态下泵后最小压力保持功能。

6 结论
经过以上结构设计、仿真分析和实际产品验证，得出以下结论：
1）无泵后压力保持装置的仿真系统，各个状态停车后泵后压均力降至2.5MPa以下，无法满足某型发动机对主燃油泵调节器的要求。

2）有泵后压力保持装置的仿真系统，在小转速（600r /min）时，泵后压力保持装置能起到憋压的效果，使泵后压力能够达到3MPa，当转速为2959r /min和n=5917r/min时，停车后泵后压均力达到3MPa，满足某型发动机对主燃油泵调节器的要求泵后压力被保持在3MPa左右，圆满实现停车状态下泵后最小压力保持功能。

3）实际生产的两台主燃油泵调节器圆满实现了某型发动机停车过程中泵后压力保持在2.5～4MPa的要求。

参考文献
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