王 铮，高红霞，刘思远

(北京航空航天大学 航空科学与工程学院，北京100191)

摘要:供油系统工作性能的好坏将直接影响到发动机的工作性能与使用寿命。为了寻找解决供油压力脉动现象的途径，需模拟供油系统典型工作状态下的压力脉动情况。采用理论分析和数值仿真相结合的方法，基于AMESim仿真平台建立供油系统各部件模型，通过仿真结果与实验结果的对比，验证仿真方法的正确性。结果表明溢流阀弹簧预紧力、弹簧钢度和阀座直径均对主供油路压力值及脉动幅值产生影响。计算在溢流阀出口处增设蓄能器的情况，发现主供油路压力脉动程度明显减小，为供油系统的优化提供依据。

关键词:供油系统;溢流阀;压力脉动;蓄能器

引言

航空发动机供油系统的性能是由流量、压力和温度变化藕合而成，为了使滑油流量满足发动机齿轮、轴承等的润滑冷却要求，增压供油级需要提供适宜温度和压力的滑油，系统中设置了调压差溢流阀来控制流入整个供油系统内的滑油量。要判断滑油供油系统是否满足工作需求，主要依靠监视滑油的压力。液压供油系统主要用于给发动机各轴承腔提供油液并进行润滑和散热。在液压系统中由于泵自身结构和工作原理的原因以及系统中其他液压元件的工作，会产生压力脉动，而在稳定工作情况下，压力脉动是影响液压系统安全稳定运行的重要因素，这种供油波动或滞后现象超出使用范围时就会造成发动机运动摩擦副的无润滑或不完全润滑，严重时将影响润滑系统的润滑能力与压力分配，而这恰恰是发动机磨损的重要因素之一。

国内外现有关于液压系统压力脉动的研究主要分为2类，一类是从源头着手，通过优化液压泵结构参数来缓解压力脉动;另一类是通过在液压系统中增加调节压力装置或选择适当的液压元件来减小压力脉动程度。有学者对溢流阀的静、动态工作特性进行了分析，研究表明溢流阀的结构参数会对压力-流量特性产生影响，而系统综合表现出的压力脉动现象是所有影响因素综合呈现的结果。还有研究基于系统网络分析的特性阻抗法，对飞机液压系统进行了振动特性仿真分析，分析表明蓄压器和管路等对系统的压力脉动现象均有重要影响。因此部件性能的准确建模以及系统模型对部件之间匹配、藕合性能的良好体现，是分析和解决航空发动机润滑供油系统压力脉动现象的基础。

本研究中建立了供油泵、直动式溢流阀、油液管路、散热器、油滤等液压元件的模型，利用AMESim进行仿真，分析了液压供油系统中的压力脉动情况。

1 航空发动机供油系统模型

1.1 供油系统结构模型

在航空发动机供油系统中，滑油由供油泵增压级抽出，压力增加后经过散热器和滑油滤流入发动机内部，在发动机内部分成6路，分别进入前、中、后轴承腔，附件机匣和加力泵。本研究采用的溢流阀有2个压力反馈点，一个将后轴承腔腔压反馈至弹簧腔取压孔，另一个将系统主供油管路压力反馈至阀芯腔取压孔。当主供油管路与后轴承腔压差增大时，溢流阀打开，向主供油路提供滑油，使供油压力值在合理范围。调节溢流阀弹簧腔螺钉，可改变弹簧预紧力，从而实现溢流阀打开压力的调节。

图1 典型发动机滑油系统原理图

1.2 供油系统仿真模型

发动机供油系统仿真模型如图2所示。主要依照流体计算软件的节点压力网络算法，根据供油系统工作原理图建立仿真模型，为了验证调压差溢流阀对供油管路滑油压力脉动情况的影响，供油管路、散热器与滑油滤均采用流量习玉降匹配特性的元件。

图2 供油系统仿真模型

2 航空发动机供油系统仿真分析

2.1 主供油路测压点实验与仿真结果对比分析

设置仿真工况与实验工况一致的参数:滑油泵转速为4100r/min，进入主供油路平均流量约为72.55 L/min时，弹簧外拧6扣即弹簧预紧力为70N。

设置计算取值时间同测压时间吻合，由于供油泵为内啮合转子摆线泵，两齿轮啮合点的啮合半径与顶圆半径不相等，在啮合运转过程中，能形成几个独立的封闭空间，而体积大小会随着齿轮的转角发生周期变化，摆线泵这种瞬时流量的不均匀性导致了出口处流量的脉动。在该工况下，溢流阀出口处流量随时间发生周期性变化，流量脉动曲线如图3所示，流量在70. 2~74.9 L/min之间，流量脉动率为6.47%。

供油压力脉动仿真曲线与实验曲线的对比如图4所示。主供油路仿真压力呈规律脉动趋势，压力在0.349~0.391MPa之间脉动，平均压力为0.37 MPa脉动幅值为0.042MPa ;实验数据中压力约在0.353~0.400 MPa之间，平均压力为0.379 MPa，脉动幅值约为0.047 MPa，脉动周期为0.2s，平均压力误差为2.4%，脉动幅度误差为10.6%。仿真数据与实验数据可基本吻合，由此可以验证仿真模型的正确性。

图3 溢流阀出口流量曲线

图4 测压点实验与仿真结果对比图