[发明专利]基于功率匹配的电动燃油组合泵效率优化方法

说明书

本发明涉及一种基于功率匹配的电动燃油组合泵效率优化方法，包括在所述齿轮泵进口压力确定的条件下，根据齿轮泵齿轮齿根处不发生空化的最大转速的计算公式变换得到所述齿轮泵初步最小进口压力subgt;；/subgt;采用流体力学计算软件，对所述齿轮泵初步最小进口压力进行修正，获得所述齿轮泵最优进口压力；根据离心泵的出口压力与齿轮泵的进口压力相等原则，并为了保证所述离心泵具有足够的增压能力，通过所述齿轮泵最优进口压力计算得到工况对应的离心泵最优出口压力，避免离心泵设计时出口压力过高造成功率浪费，从而实现了组合泵效率的提高。本发明使电动机输入的功率以最大的程度转化为离心泵和齿轮泵的有效功率，从而使得电动燃油组合的效率最优。

技术领域

本发明涉及航空发动机燃油泵设计技术领域，尤其涉及提高组合泵效率的功率匹配计算方法。

背景技术

航空燃油泵作为一种能量转换装置，可将机械能转化为液压能，从而获得具有一定流量和压力的燃油。其设计不仅要为燃烧室在全工况范围内提供满足一定流量与压力要求的燃油，还大范围内调节其供油量和供油压力，并且能在燃油温度和环境温度大的变化范围内可靠地进行工作。

在航空燃油泵领域中，离心泵由于其结构简单、抗污染能力强和寿命长等优点常作为前级增压泵使用，而外啮合齿轮泵因其效率高等优点常被用作主燃油泵。随着航空发动机向着高性能方向发展，对燃油泵提出了高性能、长寿命、轻重量等更高要求，因此国内外研究人员在努力挖掘两种油泵潜力的同时，也在对新型燃油泵进行研究。

目前国际已经提出了一种航空燃油泵的设计结构，即将前级增压离心泵和主燃油齿轮泵同轴传动设计成为一体式离心齿轮组合泵，该结构可显著降低整泵的体积重量，并且有利于简化机匣设计进一步降低重量。同时，应用至中小推力发动机时可采用电动机代替发动机附件机匣驱动燃油泵，通过控制电动机转速实时调节燃油流量，实现按需精确供油的同时避免了传统附件机匣传动造成的大量回油温升问题。

效率是燃油泵设计的关键指标之一，常规的方法是独立设计高效的离心泵和齿轮泵，进而组合形成离心齿轮组合泵，以提高电动燃油组合泵的整体效率，尽管该方法是一种可行方案，但其并未从系统角度考虑离心泵和齿轮泵间的功率分配与匹配，由于离心泵和齿轮泵的工作效率差异较大，未进行合理的功率分配则无法实现组合泵效率最优的目标。

现有技术强调从局部单泵出发，即通过优化设计寻找离心泵和齿轮泵各自最优效率的设计点，并未从全局出发，考虑两级泵之间的功率匹配关系对组合泵效率的影响。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种能够匹配离心泵与齿轮泵两级组合泵的功率，提高组合泵的工作效率的基于功率匹配的电动燃油组合泵的效率优化方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于功率匹配的电动燃油组合泵效率优化方法，所述的电动燃油组合泵是由同轴传动的离心泵和齿轮泵组成，所述离心泵为齿轮泵前增压级，即所述离心泵的燃油出口压力以所述齿轮泵的进口压力进入齿轮泵级，该组合泵的效率优化方法包括以下步骤：

步骤一、在所述齿轮泵进口压力确定的条件下，根据齿轮泵齿轮齿根处不发生空化的最大转速的计算公式变换得到所述齿轮泵初步最小进口压力p_{gi_min}的计算公式为：

其中，r_a、r_f为齿轮泵齿轮的齿顶圆半径和齿根圆半径；p_b为航空燃油的饱和蒸汽压，n为齿轮泵转速；

步骤二、采用流体力学计算软件，设置齿轮泵进口压力为所述的齿轮泵初步最小进口压力p_{gi_min}，对所述齿轮泵在转速n、温度T和出口压力p_go工况下的内流场进行仿真模拟，对所述齿轮泵初步最小进口压力p_{gi_min}进行修正，进而获得所述齿轮泵最优进口压力p_gim；