一种航空发动机轴承腔通风设计方法与流程

本发明属于航空制造设计，具体地说是一种航空发动机轴承腔通风设计方法。

背景技术：

1、航空发动机作为飞机的心脏，其性能直接关系到飞机的飞行安全和可靠性。轴承作为发动机中的重要部件，其工作环境恶劣，常受到高温、滑油积聚等复杂因素的影响。因此，轴承腔的通风设计对于保证轴承的正常运行和延长发动机寿命具有重要意义。

2、公开号为cn103366078a的一项中国专利申请公开了一种航空发动机轴承腔通风设计方法，包括：涉及节流通风航空发动机轴承腔基本假设、节流孔的压力与流量计算方法、腔压计算流程；首先得到轴承腔的边界参数，轴承腔腔压计算是空气系统和附件机匣腔压多次迭代联算得到；其次对其进行如下假设：计算仅针对发动机稳态工况；假设轴承腔稳态时的总压为滞止压力；假设气流由轴承腔通过节流孔的流动过程是绝能等墒过程；轴承腔的回油泵对腔压影响忽略；再次对节流通风航空发动机轴承腔求解。

3、上述现有技术中，通过得到在飞行包线内节流通风发动机润滑系统轴承腔腔压计算数据对通风系统进行设计，只能够解决发动机不润滑的问题，功能单一，且只通过腔压进行分析，缺少对发动机不同转速情况下产生的问题进行分析，并未根据发动机产生的问题原因进行通风设计，缺少针对性。

4、为此，本发明提供了一种航空发动机轴承腔通风设计方法。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种航空发动机轴承腔通风设计方法，包括：

3、步骤一：采集航空发动机轴承腔的三维图像，基于轴承腔的三维图像并通过气体流动学软件cfd构建轴承腔的三维模型；

4、步骤二：获取发动机轴承腔所应用的航空飞机在多次历史飞行周期内的轴承平均转速数据，基于轴承平均转速数据获得第一模拟测试转速数据、第二模拟测试转速数据以及第三模拟测试转速数据；

5、步骤三：分别将第一模拟测试转速数据、第二模拟测试转速数据以及第三模拟测试转速数据输入气体流动学软件cfd并结合轴承腔的三维模型对轴承腔先后进行三次运行模拟，得到三条轴承腔进行运行模拟时内部滑油的流动路径，并分别标记为第一流动路径、第二流动路径以及第三流动路径，在第一流动路径、第二流动路径以及第三流动路径分别设置若干个采集点，并获取采集点位置的滑油流动数据和温度数据，其中，滑油流动数据包括采集点位置的滑油流速值，温度数据包括采集点位置的温度值；

6、步骤四：基于对采集点位置的滑油流动数据和温度数据进行分析，得到滑油流动异常程度参数xh和温度异常程度参数zw，基于滑油流动异常参数xh和温度异常参数zw对第一流动路径、第二流动路径以及第三流动路径上的采集点进行分类标记，将其分类标记为滑油流动异常采集点、温度异常采集点以及综合异常采集点；

7、其中，第一流动路径、第二流动路径以及第三流动路径上的采集点的分类标记方法相同；

8、步骤五：获取滑油流动异常采集点、温度异常采集点以及综合异常采集点的三维坐标并进行分析，得到轴承腔通风口设计位置坐标组。

9、作为本发明进一步的技术方案为：所述轴承平均转速数据包括航空飞机在起飞阶段的轴承平均转速值、飞行阶段的轴承平均转速值以及降落阶段的轴承平均转速值；

10、将航空飞机在起飞阶段的轴承平均转速值、飞行阶段的轴承平均转速值以及降落阶段的轴承平均转速值分别标记为第一模拟测试转速数据、第二模拟测试转速数据以及第三模拟测试转速数据。

11、作为本发明进一步的技术方案为：所述轴承平均转速数据的获取方式为：

12、通过航空飞机的飞行存储系统，得到航空飞机在多次历史飞行周期内的轴承转速数据，其中，轴承转速数据包括起飞阶段内的轴承转速值、飞行阶段内的轴承转速值以及降落阶段内的轴承转速值；

13、将起飞阶段划分为多个连续且相等的时间子单元，获得每个时间子单元内的最大轴承转速值和最小轴承转速值，并将其求和取均值，得到时间子单元内的轴承转速均值，将所有时间子单元内的轴承转速均值进行求和取均值，得到飞行周期内起飞阶段的轴承转速均值，将所有飞行周期内起飞阶段的轴承转速均值进行求和取均值，得到起飞阶段的轴承平均转速值；

14、与起飞阶段的轴承平均转速值获得方法相同，得到飞行阶段的轴承平均转速值以及降落阶段的轴承平均转速值。

15、作为本发明进一步的技术方案为：所述起飞阶段为航空飞机开始在地面滑行，到航空飞机离开地面并达到规定的高度的时间段；

16、所述飞行阶段为航空飞机在起飞后，达到并保持巡航高度，直至开始下降准备着陆的时间段；

17、所述降落阶段为航空飞机开始从巡航高度下降准备着陆并在跑道上滑行至停止的时间段。

18、作为本发明进一步的技术方案为：基于所述滑油流动异常参数xh和温度异常参数zw对采集点进行分类标记，分类标记过程包括：

19、将采集时长划分为若干个连续且相等的时间子单元；

20、根据每个时间子单元内的滑油最大流速值和滑油最小流速值，得到时间子单元内的流速均值，将所有时间子单元内的流速均值进行求和取均值，得到采集点处的滑油流速均值；

21、基于第一流动路径上所有采集点处的滑油流速均值得到第一路径上的滑油流速均值；

22、获取每个时间子单元内的最大温度值和最小温度值，并将其求和取均值，得到时间子单元内的温度均值，将所有时间子单元内的温度均值进行求和取均值，得到采集点处的温度均值；

23、将第一流动路径上所有采集点处的温度均值进行求和取均值，得到第一流动路径上的温度均值；

24、若采集点处的滑油流速均值大于等于第一路径上的滑油流速均值且采集点处的温度均值小于等于第一流动路径上的温度均值，则不进行任何操作；

25、若采集点处的滑油流速均值小于第一路径上的滑油流速均值且采集点处的温度均值小于等于第一流动路径上的温度均值，则将采集点处的滑油流速均值与第一路径上的滑油流速均值进行差值处理，并将其差值取绝对值，得到滑油流速偏差值，将滑油流速偏差值与第一路径上的滑油流速均值进行比值处理，得到滑油流动异常程度参数xh；

26、将滑油流动异常程度参数xh与滑油流动异常程度参数阈值进行比较：

27、预设滑油流动异常程度参数阈值为xv；

28、若滑油流动异常程度参数xh≥xv，则说明滑油流动异常程度高，则将其滑油流动异常程度参数对应的采集点标记为滑油流动异常采集点；

29、若滑油流动异常程度参数xh＜xv，则说明滑油流动异常程度低，则不进行任何操作。

30、作为本发明进一步的技术方案为：分类标记过程还包括：

31、若采集点的处的滑油流速均值大于等于第一路径上的滑油流速均值且采集点的处的温度均值大于第一路径上的温度均值，则将采集点处的温度均值与第一路径上的温度均值进行差值处理，并将其差值取绝对值，得到温度偏差值，将温度偏差值与第一路径上的温度均值进行比值处理，得到温度异常程度参数zw；

32、将温度异常程度参数zw和温度异常程度参数阈值进行比较：

33、若温度异常程度参数zw≥zd，则说明温度异常程度高，则将其温度异常程度参数对应的采集点标记为温度异常采集点；

34、若温度异常程度参数zw＜zd，则说明温度异常程度低，则不进行任何操作。

35、作为本发明进一步的技术方案为：分类标记过程还包括：

36、若采集点处的滑油流速均值小于第一路径上的滑油流速均值且采集点处的温度均值大于第一流动路径上的温度均值，则同时获得滑油流动异常程度参数xh和温度异常程度参数zw；

37、将滑油流动异常程度参数xh和温度异常程度参数zw与滑油流动异常程度参数阈值xv和温度异常程度参数阈值zd同时进行对应比较：

38、若xh≥xv且zw＜zd则说明滑油流动异常程度高，则将其对应的采集点标记为滑油流动异常采集点；

39、若xh＜xv且zw≥zd则说明滑油温度异常程度高，则将其对应的采集点标记为温度异常采集点；

40、若xh＜xv且zw＜zd则说明温度异常程度和滑油流动异常程度都低，则不进行任何操作；

41、若xh≥xv且zw≥zd，则说明温度异常程度和滑油流动异常程度都高，则将其对应的采集点标记为综合异常采集点。

42、作为本发明进一步的技术方案为：基于所述滑油流动异常采集点、温度异常采集点以及综合异常采集点的三维坐标得到轴承腔通风口的设计位置坐标组，其过程包括：

43、基于x-y-z三维坐标系获取滑油流动异常采集点、温度异常采集点以及综合异常采集点的三维坐标；

44、基于综合异常采集点，将综合异常采集点的三维坐标作为轴承腔通风口的设计位置坐标；

45、基于滑油流动异常采集点和温度异常采集点，随机选取一个滑油流动异常采集点或温度异常采集点，并与其相邻最近的滑油流动异常采集点或温度异常采集点进行连接，在连接完成后，随机选取下一个滑油流动异常采集点或温度异常采集点，并再次与其相邻最近的滑油流动异常采集点或温度异常采集点进行连接，重复操作，直到所有温度异常采集点和滑油流动异常采集点连接完成；

46、基于所有的滑油流动异常采集点和温度异常采集点进行连接，得到多条连接线，若连接线对应两个滑油流动异常采集点，则将这两个滑油流动异常采集点对应的滑油流动异常程度参数分别与滑油流动异常程度参数阈值进行差值处理，并将差值取绝对值，分别得到两个滑油流动异常采集点对应的滑油流动异常程度偏差值，并将其两个滑油流动异常采集点对应的滑油流动异常程度偏差值分别与滑油流动异常程度参数阈值进行比值处理，分别得到两个滑油流动异常采集点对应的滑油流动异常程度偏差占比，将两个滑油流动异常采集点分别对应的滑油流动异常程度偏差占比进行比值处理，得到两个滑油流动异常采集点对应的滑油流动异常程度偏差比，按照两个滑油流动异常采集点对应的滑油流动异常程度偏差比对两个滑油流动异常采集点对应的连接线进行分割，并获取分割点的三维坐标，将分割点的三维坐标作为轴承腔通风口的设计位置坐标。

47、作为本发明进一步的技术方案为：基于所述滑油流动异常采集点、温度异常采集点以及综合异常采集点的三维坐标得到轴承腔通风口的设计位置坐标组，其过程还包括：

48、若连接线对应两个温度异常采集点，则将这两个温度异常采集点对应的温度异常程度参数分别与温度异常程度参数阈值进行差值处理，并将差值取绝对值，分别得到两个温度异常采集点对应的温度异常程度偏差值，并将其两个温度异常采集点对应的温度异常程度偏差值分别与温度异常程度参数阈值进行比值处理，分别得到两个温度异常采集点对应的温度异常程度偏差占比，将两个温度异常采集点分别对应的温度异常程度偏差占比进行比值处理，得到两个温度异常采集点对应的温度异常程度偏差比，按照两个温度异常采集点对应的温度异常程度偏差比对两个温度异常采集点对应的连接线进行分割，并获取分割点的三维坐标，将分割点的三维坐标作为轴承腔通风口的设计位置坐标。

49、作为本发明进一步的技术方案为：基于所述滑油流动异常采集点、温度异常采集点以及综合异常采集点的三维坐标得到轴承腔通风口的设计位置坐标组，其过程还包括：

50、若连接线对应一个温度异常采集点和一个滑油流动异常采集点，则将温度异常采集点对应的温度异常程度参数与温度异常程度参数阈值进行差值处理，并将差值取绝对值，得到温度异常采集点对应的温度异常程度偏差值，并将其温度异常采集点对应的温度异常程度偏差值与温度异常程度参数阈值进行比值处理，得到温度异常采集点对应的温度异常程度偏差占比，同理，得到滑油流动异常采集点对应的滑油流动异常程度偏差占比，将温度异常程度偏差占比与滑油流动异常程度偏差占比进行比值处理，得到温度异常程度偏差占比与滑油流动异常程度偏差占比之间的比值，按照其比值对其温度异常采集点和滑油流动异常采集点共同对应的连接线进行分割，并获取分割点的三维坐标，将分割点的三维坐标作为轴承腔通风口的设计位置坐标。

51、本发明的有益效果如下：

52、1.本发明所述的一种航空发动机轴承腔通风设计方法，采集航空发动机轴承腔的三维图像，基于轴承腔的三维图像并通过气体流动学软件cfd构建轴承腔的三维模型，获取发动机轴承腔所应用的航空飞机在多次历史飞行周期内的轴承平均转速数据，其中，轴承平均转速数据包括航空飞机在起飞阶段的轴承平均转速值、飞行阶段的轴承平均转速值以及降落阶段的轴承平均转速值，将航空飞机在起飞阶段的轴承平均转速值、飞行阶段的轴承平均转速值以及降落阶段的轴承平均转速值分别标记为第一模拟测试转速数据、第二模拟测试转速数据以及第三模拟测试转速数据，将航空飞机不同飞行阶段的轴承平均转速作为不同测试数据对轴承进行运行模拟，可以分析不同飞行阶段下轴承腔中滑油流动路径、流动状况以及轴承腔的温度状况，便于为之后的通风口设计提供依据，使其通风口的设计能够解决飞机不同飞行阶段内轴承腔的异常情况。

53、2.本发明所述的一种航空发动机轴承腔通风设计方法，基于对采集点的滑油流动数据和温度数据进行分析，得到滑油流动异常程度参数xh和温度异常程度参数zw，基于滑油流动异常参数xh和温度异常参数zw对采集点进行分类标记，将采集点分类标记为滑油流动异常采集点、温度异常采集点以及综合异常采集点，基于综合异常采集点，将综合异常采集点的三维坐标作为轴承腔通风口的设计位置坐标，综合异常采集点的三维坐标位置上会出现了温度异常和滑油流动异常的情况，将其综合异常采集点的三维坐标作为通风口设计位置坐标既可以解决温度异常的问题还能够解决滑油流动异常的问题。

54、3.本发明所述的一种航空发动机轴承腔通风设计方法，将温度异常采集点和滑油流动异常采集点之间进行就近连接，得到其连接线，结合两个采集点之间的温度异常程度和滑油流动异常程度之间的比值来进行对采集点之间的连接线进行分割，并获取分割点的位置坐标，目的在于根据分割点的位置坐标去进行通风口设计，使其通风口能够同时解决两个位置出现的温度异常或滑油流动异常，并且根据温度异常程度和滑油流动异常程度去权衡通风口所需要设计的位置坐标，将所需要进行通风口设计的位置更靠近于温度异常程度或滑油流动异常程度较大的采集点，使其通风口的设计能够更好解决异常程度较高的问题。