一种双联齿轮泵供油系统架构及双模转换方法与流程

本申请涉及航空发动机燃油与控制系统的领域，尤其是涉及一种双联齿轮泵供油系统架构及双模转换方法。

背景技术：

1、航空发动机中，燃油供油系统属于关键能源供给子系统，主要用以实现发动机燃烧所需的燃油供给功能同时保证燃油系统温升和功耗。

2、由于航空发动机在不同飞行条件下，燃油流量需求差异很大，燃油流量可调节范围较宽，采用宽范围大流量单泵供油存在燃油泵工作点总是远远偏离最佳性能点，使燃油系统温升和功耗增加，产生浪费，不利于燃/滑油系统热交换和热沉管理，给发动机带来安全隐患。

3、从航空发动机的典型飞行剖面分析，大流量燃油供油工作时间占比明显较低，大致占总飞行任务时间的1％-5％，燃油系统设计时，为了保证最大状态的燃油流量需求，往往需要把燃油泵额定状态设计在高状态点，而发动机长时工作状态为巡航状态，该状态燃油流量需求占最大流量需求的38％左右，使得燃油泵长时工作在非额定状态，效率较低，温升增加，回油量较大，造成较大功耗和能量损失。该状态如果采用小流量单泵工作在最佳性能点，将减少约50％-70％的回油，可使燃油系统温升降低，泵的功耗减少。因此，有必要对燃油系统架构形式进行优化设计，使燃油泵在满足主燃供油需求的同时始终工作在近似最佳性能点。

4、主燃系统一般采用齿轮泵，属于定量泵，在燃烧室需求流量远小于泵供油流量时，需把大量的多余燃油回流至压力较低的燃油系统进口，进而产生热量引起进口燃油温度增加，燃油泵的增压也会产生温升，进一步加剧温度上升，造成燃油系统整体平衡温度较高，长时循环将引起齿轮泵磨损加剧，严重情况下将使齿轮泵损坏。另外，燃油温度过高将降低燃油的热稳定性，在燃油中容易形成热沉，可能使发动机的过滤器堵塞，引起发动机供油系统故障，影响飞机的安全性和可靠性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种双联齿轮泵供油系统架构及双模转换方法，解决了现有技术中燃油供油系统存在的大部分工况下能量损失大、燃油温升高的问题，有效提升燃油系统热交换能力，提高飞机飞行的安全性和可靠性。

2、一方面，本申请提供的一种双联齿轮泵供油系统架构采用如下的技术方案：

3、一种双联齿轮泵供油系统架构，包括：

4、油箱，储存油源；

5、双联齿轮泵，包括第一齿轮泵和第二齿轮泵，第一齿轮泵的流量小于第二齿轮泵的流量，所述第一齿轮泵和第二齿轮泵均连接油箱的输出管，所述第一齿轮泵和第二齿轮泵相互并联；

6、计量装置，所述第一齿轮泵的出口通过第一管路连接计量装置，所述第二齿轮泵的出口通过第二管路连接计量装置，所述第二管路上设有单向阀，所述计量装置将第一齿轮泵和第二齿轮泵的燃油经汇合后根据油门杆、发动机高压转速、发动机进口温度计算燃烧室供油量，并通过执行机构驱动液压活门开度对主燃烧室进行供油，所述单向阀在第二齿轮泵出口压力不小于第一齿轮泵压力时执行导通，否则不导通。

7、可选的，所述油箱的输出管通过低压离心泵连接第一齿轮泵和第二齿轮泵，所述低压离心泵的输出管连接第一齿轮泵和第二齿轮泵的进口。

8、可选的，所述第二齿轮泵的出口设置两路输出，一路输出连通所述计量装置，另一路上设置回油阀，所述回油阀的出口连通至双联齿轮泵的进口。

9、可选的，所述计量装置上设有连通油箱输出管的第一回油管路。

10、可选的，所述油箱的输出管上和计量装置的输出管上设有温度传感器。

11、可选的，所述第一齿轮泵的出口和计量装置的进口之间的管路上设有压力传感器，测量所述第一齿轮泵出口压力。

12、另一方面，本申请提供的一种双联齿轮泵供油系统架构的双模转换方法采用如下的技术方案：

13、一种双联齿轮泵供油系统架构的双模转换方法，所述双联齿轮泵供油系统架构包括权上述的双联齿轮泵供油系统架构，双联齿轮泵供油系统架构的双模转换方法包括：

14、步骤1，建立第一齿轮泵模型，wfre＝f(n2，pf1)，其中，n2为发动机转速百分比，pf1为第一齿轮泵后压力；

15、步骤2，实时计算第一齿轮泵当前转速和压力下理论供油流量wfre(t)；

16、步骤3，实时根据控制系统计算当前时刻t的wfdem(t)与第一齿轮泵模型计算的wfre(t)之差值的相对变化量，与设定阈值w0比较，当大于w0时，输出回油阀导通的指令；

17、步骤4，根据步骤3判断结果，输出回油阀控制指令；

18、步骤5，计算燃油系统温升，设定温升阈值，当满足下式时输出回油阀打开电信号，计算公式如下：δtf＝(tf-tfin)≥tf0；

19、其中：tf为计量装置出口燃油温度，tfin为燃油系统进口温度，tf0为温升阈值；

20、根据步骤4和步骤5中得出的结论，若其中之一成立则输出回油阀打开控制指令，使双联齿轮泵供油系统工作在单泵工作模式，否则工作在双泵工作模式。

21、可选的，所述步骤2中，采用插值法实时计算第一齿轮泵当前转速和压力下理论供油流量wfre(t)。

22、可选的，所述步骤3中，当前时刻t的wfdem(t)与第一齿轮泵模型计算的wfre(t)之差值的相对变化量小于等于设定阈值w0减去0.03时转换为双泵工作模式。

23、综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

24、双联齿轮泵供油系统架构及双模转换方法能够根据发动机燃油流量需求调整双联齿轮泵的工作模式，与机械液压调节相比可操作性明显提高，自适应能力增强。

25、经试验验证，单泵工作模式下(第一齿轮泵独立供油)，双联齿轮泵功耗最高达14kw，燃油系统温升16℃(无燃/滑油散热器)，相对宽范围大流量齿轮泵单独供油的功耗35kw和温升52℃有明显降低；双泵工作模式下(双联齿轮泵并联供油)双联齿轮泵功耗和温升优势不明显。针对发动机整个生命周期单泵工作模式使用率占比达95％之高，保证了绝大部分工作时间内的功耗和温升降低，在系统重量不增加的情况下(采用一体化的双联齿轮泵重量并未增加)本申请内容具有较大优势。

26、双联齿轮泵供油系统架构可靠性更高。在其中一个泵故障情况下，另一个泵仍然可以保证发动机低工况下运行，提高了燃油系统可靠性，保证了飞行安全。

技术特征：

1.一种双联齿轮泵供油系统架构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双联齿轮泵供油系统架构，其特征在于，所述油箱的输出管通过低压离心泵连接第一齿轮泵和第二齿轮泵，所述低压离心泵的输出管连接第一齿轮泵和第二齿轮泵的进口。

3.根据权利要求1所述的双联齿轮泵供油系统架构，其特征在于，所述第二齿轮泵的出口设置两路输出，一路输出连通所述计量装置，另一路上设置回油阀，所述回油阀的出口连通至双联齿轮泵的进口。

4.根据权利要求1所述的双联齿轮泵供油系统架构，其特征在于，所述计量装置上设有连通油箱输出管的第一回油管路。

5.根据权利要求1所述的双联齿轮泵供油系统架构，其特征在于，所述油箱的输出管上和计量装置的输出管上设有温度传感器。

6.根据权利要求1所述的双联齿轮泵供油系统架构，其特征在于，所述第一齿轮泵的出口和计量装置的进口之间的管路上设有压力传感器，测量所述第一齿轮泵出口压力。

7.一种双联齿轮泵供油系统架构的双模转换方法，其特征在于，所述双联齿轮泵供油系统架构包括权利要求1-6中任一项的双联齿轮泵供油系统架构，双联齿轮泵供油系统架构的双模转换方法包括：

8.根据权利要求7所述的双联齿轮泵供油系统架构的双模转换方法，其特征在于，所述步骤2中，采用插值法实时计算第一齿轮泵当前转速和压力下理论供油流量wfre(t)。

9.根据权利要求7所述的双联齿轮泵供油系统架构的双模转换方法，其特征在于，所述步骤3中，当前时刻t的wfdem(t)与第一齿轮泵模型计算的wfre(t)之差值的相对变化量小于等于设定阈值w0减去0.03时转换为双泵工作模式。

技术总结
本申请提供了一种双联齿轮泵供油系统架构及双模转换方法，属于航空发动机燃油与控制系统技术领域，具体包括油箱、低压离心泵、双联齿轮泵、单向阀、回油阀、计量装置、传感器和管路等，具备双路回油功能，第一回油管路设置在计量装置与油箱之间导通,使计量后多余燃油回到油箱；第二回油管路设置在第二齿轮泵进口和出口间，管路中间设电控回油阀。本系统具有两种供油工作模式：第一种是小流量的第一齿轮泵独立供油，大流量的第二齿轮泵空载工作；第二种为第一齿轮泵和第二同时并联供油，第二回油管路关闭。本发明提出的两种供油工作模式转换采用基于小齿轮泵特性模型的控制方法,有效实现发动机95％以上飞行使用时间处于第一种供油工作模式。

技术研发人员：王波,王永明,魏世杰,唐世建,于兵,彭茜
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11