[發明專利]一種一體化航空電動燃油泵的容錯設計方法

在審

• 申請號: 202210685596.8
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN115898861A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 肖玲斐;王國強;孟祥碩;黃欣浩;葉志鋒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F04C2/14
• 分類號: F04C2/14;F04C11/00;F04C15/00;F04C14/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發明公開一種一體化航空電動燃油泵的容錯設計方法，包括以下步驟：(1)雙從動輪齒輪泵提優設計：采用雙從動輪形式的外嚙合齒輪泵，并且根據“增一齒”方法進行變位齒輪的設計，在齒輪端面的浮動側板上開卸荷槽；(2)可重構繞組五相容錯電機設計：選擇五相容錯永磁同步電機為航空電動燃油泵的驅動電機，并通過可重構繞組設計技術，實現缺相情況下帶載能力不下降，提升五相容錯永磁同步電機容錯能力；(3)一體化連接與裝配設計。本發明通過泵體提優設計獲取具有改善的供油品質的高可靠齒輪泵，通過繞組重構方法保證驅動電機的容錯性能和帶載能力，通過低結構復雜度的電機?泵一體化連接與裝配技術進一步保障電動燃油泵的可靠性。

技術領域

本發明屬于航空電動燃油泵技術領域，特別涉及一種航空電動燃油泵設計方法。

背景技術

高性能的燃油控制系統是先進航空發動機的重要組成部分,主燃油泵更是燃油控制系統的重中之重，其供油品質和可靠性決定了整個航空發動機的優劣和安全運行[1,2]。多電航空發動機是目前航空動力領域中最熱門的前沿方向之一，它在傳統航空燃氣渦輪發動機基礎上，主要以大功率整體起動/發電機、主動磁浮軸承、電力作動器、電動燃油泵為核心部件，通過先進的電氣化技術和控制技術等，實現航空發動機結構和性能的全面優化[3-6]。

航空發動機主要通過控制主燃油泵燃油流量來輸出合適的推力/功率。目前，世界各國中大型民用、軍用航空發動機中的主燃油泵普遍采用外嚙合齒輪泵[1,7]。

航空電動燃油泵是由燃油泵與電機有機組合而成的一體化燃油泵，它通常有兩種集成形式：一種是將燃油泵和電機軸向排列，然后封裝在一個殼體中；另一種是將燃油泵與電機合二為一，其融合度極高，研究難度非常大。考慮到航空發動機對可靠性和技術成熟度的要求，在可預見的較長一段時間內，由第一種方式合成的電動燃油泵將具有較好的可行性和應用前景。

為了滿足航空電動燃油泵及其控制系統的高可靠性要求，具有容錯能力的電動燃油泵本體結構是重要基礎。

就具有容錯功能的燃油泵而言，主要從結構創新和結構優化兩個方面展開。文[11]提出一種雙圓弧斜齒結構，采用正弦曲線為過渡曲線進行齒形設計，在獲得較大的有效齒高的同時，可選擇較小的壓力角，達到了增大輸出排量、減小軸向載荷的目的，從而提高了泵體在高壓下的可靠性。文[12]針對斜齒齒輪泵，開發了一種混合齒廓結構，消除了由于困油壓縮產生的高頻振動、噪聲以及徑向力，提高了泵體的穩定性。文[13]利用響應面法優化了齒輪泵的結構，通過在泵的進口和出口處創建圓角的方法削弱了泵的入口和出口處產生的雙渦現象，提高了齒輪泵的可靠性。文[14]提出一種變滑塊位置-困油區域的齒輪泵變量方式，通過調節齒輪泵困油區，實現齒輪泵排量小范圍調節。

就容錯電機而言，主要通過繞組拓撲結構的冗余或者優化來實現。文[15]針對具有故障工作能力的驅動器提出了一種新的多相可重構容錯驅動變換器拓撲結構，驅動轉換器拓撲可以隔離電源設備或開關中的開路和短路故障。文[16]提出并研究了一種新型五相無刷容錯混合勵磁電機，可以實現物理以及電路、磁場和熱的隔離，具有較高的容錯性能。文[17]針對開關磁阻電機驅動系統不同工作條件下出現的開路故障，提出了一種具有故障診斷功能的靈活容錯H橋拓撲結構。文[18]提出了一種新型的單相開路容錯拓撲結構和容錯控制策略，通過共用橋臂的方式，在單相開路故障后發生二次故障的情況下依然能夠穩定運行。