泛摆线泵油槽结构对流量特性影响分析及优化

为了使航空发动机用泛摆线泵在各飞行高度下，保持良好的容积效率的基础上，有效降低流量脉动。本文利用CFD方法，分不同工作高度，对不同油槽结构的摆线泵内流场进行仿真。发现对于高转速单级泵，可以通过沟通进油槽或同时沟通进、出油槽的方式，有效降低流量脉动。为了更好地减小压力脉动，本文对进、出油槽同时沟通的情况进行了进一步分析，发现随着沟通面积的增大及油槽间距的缩短，实际流量呈先上升再下降的趋势，流量脉动呈先急速下降再缓慢上升的趋势。证明合理的选择沟通面积及油槽间距能保证流量，同时有效降低流量脉动。对于多级泵，通过对内转子齿数为4的两级泛摆线泵进行仿真，结果证明错相位法能够大幅降低多级泵的流量脉动。

滑油泵作为航空发动机滑油系统的重要组成部件，主要用于发动机轴承和传动齿轮部分润滑油的输送和回收。由于泛摆线油泵具有结构紧凑、体积小、重量轻、填充性好、压力脉动小等特点。在经过国内外众多学者对其成型方式，工作特性及容积效率等方面研究的基础上。目前，我国和欧美一些发达国家的航空发动机上已经开始广泛应用泛摆线油泵。

提高泛摆线滑油泵的转速，可以减小转子的几何尺寸，使油泵的体积减小，在同样的转子配合间隙下，内转子转速的提高会因节流作用的加强而使泄漏减弱，有利于容积效率的提高[1]。由于航空发动机滑油泵一般是由发动机主轴或附件机匣传动[2]，提高转速，能有效减少变速结构重量，从而达到减轻发动机重量的效果。

研究结果表明在保证各种间隙不变的条件下，随着转速的增加，流量脉动也会显著增大。而泵的流量脉动和压力脉动，造成泵构建的振动产生噪声。转速增加对噪声的影响一般比压力增加还要大[3]。在实际应用中发现，由流量脉动引起的压力脉动会产生较大冲击。有人通过设计一种储油槽，来降低摆线泵工作过程中产生的脉动， 但是效果并不明显。

工程应用中常采用在出口处添加稳压阀、定压阀的方式， 在泵限压范围内随时根据泵内压力的高低来调节泵出油口处的空间大小，从而达到稳压的效果。通过实验发现，增加稳压阀后，泵的脉动频幅不及原来的1/3,从而大为降低了由此产生的噪声和振动[4]。这样做无疑增加了发动机重量。

为推动航空发动机用泛摆线滑油泵向高转速化方向发展，降低流量脉动，本文拟开展流体结构耦合研究。分单级泵和多级泵分别对进、出油槽结构进行优化，并对其流量特性进行仿真分析，为以后航空滑油泵的设计提供依据。

2. 泛摆线泵流量特性计算 摆线泵受其结构影响，只能采用轴向进、出油方式。随着容积腔容积的不断变化，完成进油和排油工作。