[發(fā)明專利]一種航空冷卻泵葉輪平衡孔數(shù)值優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211317111.6
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115795937A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設計）人: 王航;張嶺;梁廣輝;劉厚林;王紅超;王凱;楊興;梁雯娜;楊振超;谷沛
• 申請（專利權）人: 新鄉(xiāng)航空工業(yè)(集團)有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 俞曉祥

本發(fā)明屬于離心泵設計領域，特別指涉及一種航空冷卻泵葉輪平衡孔數(shù)值優(yōu)化方法。對于冷卻泵的性能要求越來越嚴格，其中軸向力就是一個重要考核指標，需盡可能消除或減弱軸向力。本發(fā)明采用單一因素對航空冷卻泵葉輪平衡孔參數(shù)進行數(shù)值優(yōu)化，即：逐一分析與葉輪軸心平行的平衡孔直徑、平衡孔位置、平衡孔角度，以及傾斜平衡孔直徑、傾斜平衡孔角度對泵效率和葉輪內(nèi)軸向力的影響規(guī)律，從而得到最優(yōu)的平衡孔參數(shù)。提高航空冷卻泵整體性能。

技術領域

本發(fā)明屬于離心泵設計領域，特別指涉及一種航空冷卻泵葉輪平衡孔數(shù)值優(yōu)化方法。

背景技術

航空冷卻泵主要用于飛機冷卻循環(huán)提供冷卻液，對飛機的整體性能有著重要影響，是現(xiàn)代飛機的重要部件之一。隨著現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展，對于冷卻泵的性能要求越來越嚴格，其中軸向力就是一個重要考核指標，需盡可能消除或減弱軸向力。

軸向力過大時會影響航空冷卻泵的正常運行甚至產(chǎn)生嚴重的破壞作用。目前，對于平衡離心泵軸向力，多采用在在葉輪上開平衡孔的方法，但開平衡孔可能會導致泵效率的下降。因此，對航空冷卻泵葉輪平衡孔的研究，有助于提升其整體性能，從而提高其安全性和經(jīng)濟性。然而目前離心泵平衡孔均采用的直平衡孔的方式，這種結構會影響平衡孔附近的葉輪內(nèi)流動，會產(chǎn)生一定的沖擊損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種航空冷卻泵葉輪平衡孔數(shù)值優(yōu)化方法，目的在于提高泵的效率并降低軸向力。

本發(fā)明航空冷卻泵葉輪平衡孔數(shù)值優(yōu)化方法，包括以下步驟：

S1、確定航空冷卻泵的設計參數(shù)；

S2、初始水力設計，確定葉輪和蝸殼的幾何參數(shù)；

S3、葉輪初始平衡孔結構設計，確定初始平衡孔的直徑和位置；

S4、按幾何參數(shù)加工葉輪和蝸殼，并搭建性能測試試驗臺，測試航空冷卻泵的增壓值，若不符合S1中的設計參數(shù)要求，返回步驟S2；

S5、對航空冷卻泵內(nèi)全流場計算域進行三維建模及網(wǎng)格劃分，進行網(wǎng)格無關性檢查，確定適合航空冷卻泵內(nèi)全流場非定常數(shù)值計算的最佳網(wǎng)格數(shù)；

S6、對航空冷卻泵進行全流場非定常數(shù)值計算，得到航空冷卻泵全流場數(shù)值；

S7、找出航空冷卻泵全流場數(shù)值與航空冷卻泵增壓值的測試值誤差最小的湍流模型，作為優(yōu)化計算模型；

S8、以泵效率最高、葉輪內(nèi)軸向力最小為優(yōu)化目標，采用單一因素和權重歸一化方法對航空冷卻泵葉輪平衡孔的參數(shù)進行數(shù)值優(yōu)化，得到所需平衡孔數(shù)值。

有利地，步驟S8中，建立航空冷卻泵葉輪平衡孔數(shù)值優(yōu)化的單目標函數(shù)：

式中，η_i為第i個優(yōu)化方案下泵效率；F_ai為第i個優(yōu)化方案下葉輪內(nèi)軸向力；w₁為泵效率的權重因子；w₂為葉輪軸向力的權重因子；F_a0為初始設計方案下葉輪內(nèi)軸向力。

有利地，對參數(shù)進行數(shù)值優(yōu)化時，包括以下步驟：

S8.1、固定所述初始平衡孔位置，調(diào)整所述初始平衡孔直徑，計算各方案的單目標函數(shù)，選取性能最優(yōu)組合的直平衡孔直徑；

S8.2、固定直平衡孔直徑，調(diào)整所述初始平衡孔位置，計算各方案的單目標函數(shù)，選取性能最優(yōu)組合的直平衡孔直徑和直平衡孔位置；

S8.3、固定直平衡孔直徑和直平衡孔位置，調(diào)整直平衡孔偏置角度，計算各方案的單目標函數(shù)，選取性能最優(yōu)組合的直平衡孔直徑、直平衡孔位置和直平衡孔偏置角度作為直平衡孔的優(yōu)化參數(shù)；