航空燃油泵作為飛機(jī)燃油系統(tǒng)中的核心動(dòng)力元件，承擔(dān)著將燃油從油箱持續(xù)、穩(wěn)定地輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的關(guān)鍵任務(wù)，其運(yùn)行可靠性與工作性能直接關(guān)系到飛機(jī)的飛行安全與作戰(zhàn)效能。隨著現(xiàn)代航空工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于燃油泵在高空、低溫、低壓等極端環(huán)境下的適應(yīng)能力提出了更為嚴(yán)苛的要求。液環(huán)-離心式航空燃油泵作為一種特殊的復(fù)合式燃油泵結(jié)構(gòu)，將離心泵與液環(huán)泵進(jìn)行串聯(lián)布置，其中液環(huán)泵位于離心泵的后方。在泵組啟動(dòng)的初始階段，液環(huán)泵利用泵腔內(nèi)留存的部分燃油作為工作介質(zhì)，通過葉輪的高速旋轉(zhuǎn)在泵腔內(nèi)形成具有一定厚度的液環(huán)，從而在泵的進(jìn)口區(qū)域建立起必要的真空度，將吸入管路及泵腔內(nèi)部存留的空氣有效抽出，最終實(shí)現(xiàn)燃油泵的自吸功能。然而需要指出的是，由于航空燃油泵長(zhǎng)期運(yùn)行于高轉(zhuǎn)速、高空的復(fù)雜工作環(huán)境條件下，泵體內(nèi)部極易誘發(fā)空化現(xiàn)象，這使得液環(huán)-離心式航空燃油泵在自吸過程中呈現(xiàn)出氣、汽、液三相耦合的復(fù)雜流動(dòng)特征。目前，學(xué)術(shù)界與工程界對(duì)于該類復(fù)合式燃油泵在自吸瞬態(tài)過程中的內(nèi)在流動(dòng)機(jī)理及其自吸特性的演化規(guī)律尚未形成系統(tǒng)深入的認(rèn)識(shí)，這在一定程度上制約了其自吸性能的進(jìn)一步優(yōu)化與提升。

一、航空離心泵研究背景與現(xiàn)狀綜述

關(guān)于離心泵自吸特性的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量卓有成效的工作。ZHANG及其研究團(tuán)隊(duì)通過數(shù)值模擬手段系統(tǒng)分析了氣液分離室容積及回流孔幾何參數(shù)對(duì)泵自吸性能的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)氣液分離室容積的最小化設(shè)計(jì)有助于泵率先完成自吸過程，而較大尺寸的回流孔則能夠顯著提升氣體的排出效率。JI等人則重點(diǎn)關(guān)注了回流孔面積變化對(duì)泵自吸性能的影響機(jī)制，其研究結(jié)果表明回流孔面積主要作用于泵在振蕩排氣階段的自吸性能表現(xiàn)，而對(duì)揚(yáng)程特性的影響相對(duì)有限。WANG等學(xué)者通過模擬不同回流孔徑向布置位置條件下的泵自吸過程，揭示了將回流孔設(shè)置于較小徑向位置能夠有效改善泵的自吸性能。李紅及其合作者針對(duì)外混式自吸泵在不同隔舌間隙條件下的自吸過程開展了系統(tǒng)的可視化試驗(yàn)研究，試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果顯示隔舌間隙尺寸的減小有助于降低進(jìn)入蝸殼擴(kuò)散段區(qū)域的氣泡直徑，從而縮短泵的自吸時(shí)間。楊迎港等研究人員對(duì)不同轉(zhuǎn)速條件下離心泵自吸過程中的流動(dòng)特征進(jìn)行了可視化試驗(yàn)分析，深入探討了轉(zhuǎn)速參數(shù)與自吸性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系。JI等人研究了泵的安裝高度對(duì)其自吸性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明隨著安裝高度的增加，自吸時(shí)間呈現(xiàn)顯著的延長(zhǎng)趨勢(shì)。WU及其研究團(tuán)隊(duì)采用高速攝像技術(shù)對(duì)離心泵自吸過程中氣泡的運(yùn)動(dòng)特性及空間分布特征進(jìn)行了精確測(cè)量，探討了轉(zhuǎn)速及回流孔位置等因素對(duì)自吸性能的影響機(jī)制。劉建瑞等學(xué)者分析了射流式自吸離心泵中射流噴嘴幾何參數(shù)對(duì)泵自吸性能的影響規(guī)律。LI等人采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的研究方法，分析了三種不同導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)方案對(duì)射流式自吸泵自吸性能的影響，研究結(jié)果顯示當(dāng)導(dǎo)葉后擋板安裝于適當(dāng)位置時(shí)，泵腔內(nèi)的氣液分離效果得到顯著提升。上述已有研究成果主要聚焦于氣液混合式自吸泵的自吸性能及其內(nèi)部流動(dòng)特性分析，這些工作為本文所開展的液環(huán)-離心式自吸泵自吸性能研究提供了重要的理論基礎(chǔ)與技術(shù)參考。

在航空燃油泵內(nèi)部流動(dòng)特性與性能優(yōu)化研究方面，熊英華等學(xué)者基于替代燃料物性參數(shù)及考慮旋轉(zhuǎn)修正的k-ε湍流模型對(duì)航空燃油泵的空化特性進(jìn)行了數(shù)值分析，研究結(jié)果表明溫度因素對(duì)泵的空化性能具有一定程度的影響，而轉(zhuǎn)速變化對(duì)空化性能的影響則更為顯著。ZHAO等人采用計(jì)算建模方法對(duì)航空燃油泵內(nèi)部的空化特性開展了系統(tǒng)研究，并基于代理模型對(duì)泵的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究結(jié)果顯示數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較好的一致性，泵內(nèi)空化區(qū)域主要分布在誘導(dǎo)輪的進(jìn)口區(qū)段，代理模型優(yōu)化結(jié)果能夠獲得更優(yōu)的空化性能表現(xiàn)。ZHOU等學(xué)者基于響應(yīng)面法與多目標(biāo)遺傳算法研究了飛行高度和流量參數(shù)對(duì)離心式航空燃油泵性能的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)給定飛行高度條件下，隨著流量的增加葉輪的增壓能力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但泵的效率得到顯著提升。李婉琦等研究人員通過數(shù)值模擬分析了不同介質(zhì)溫度和飛行高度條件下航空燃油泵的吸油特性，研究結(jié)果表明介質(zhì)溫度與工作高度對(duì)燃油泵的吸油性能具有顯著影響。王曉宇等人對(duì)液環(huán)式航空燃油離心泵內(nèi)部的流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值研究，研究發(fā)現(xiàn)液環(huán)泵是整個(gè)燃油泵能量消耗的主要部位。張嶺等學(xué)者基于混合多相流模型對(duì)液環(huán)式航空燃油離心泵的自吸過程開展了數(shù)值分析，研究表明泵的吸氣與排氣過程主要集中在自吸過程的前期和中期階段。盡管上述研究工作在航空燃油泵內(nèi)部流動(dòng)及高空適應(yīng)性特性方面取得了積極進(jìn)展，但針對(duì)液環(huán)-離心式航空燃油泵在自吸瞬態(tài)過程中的復(fù)雜流動(dòng)機(jī)理及其自吸特性演化規(guī)律的系統(tǒng)研究仍相對(duì)匱乏。

基于上述研究背景，本文以某型液環(huán)-離心式航空燃油泵為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬方法對(duì)其自吸過程中的內(nèi)部氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，深入揭示泵內(nèi)部復(fù)雜多相流動(dòng)與自吸特性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系，闡明高空環(huán)境條件對(duì)泵自吸性能的影響機(jī)理，以期為高性能液環(huán)-離心式航空燃油泵的設(shè)計(jì)優(yōu)化與工程應(yīng)用提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

二、數(shù)值模型與計(jì)算方法

2.1 幾何模型與計(jì)算域網(wǎng)格劃分

本文所介紹的研究對(duì)象為某型液環(huán)-離心式航空燃油泵，該泵采用離心泵與液環(huán)泵串聯(lián)布置的結(jié)構(gòu)形式，其中液環(huán)泵安裝于離心泵的下游位置。在燃油泵啟動(dòng)過程中，液環(huán)泵以泵腔內(nèi)殘留的燃油作為工作介質(zhì)，利用葉輪的高速旋轉(zhuǎn)作用在泵體內(nèi)部形成具有一定厚度的液環(huán)，從而在泵的進(jìn)口區(qū)域建立起必要的真空度，將燃油泵吸入管路及泵腔內(nèi)部存留的空氣逐步排出，最終實(shí)現(xiàn)燃油泵的自吸功能。為了系統(tǒng)研究該泵的自吸特性，本研究選取自吸高度hz為450 mm建立完整的系統(tǒng)分析模型。

采用Creo三維建模軟件對(duì)燃油泵系統(tǒng)的全部計(jì)算域進(jìn)行精確幾何建模。系統(tǒng)的計(jì)算域組成包括進(jìn)口管段、出口管段、離心泵主體、液環(huán)泵主體、后腔體、腔室1、腔室2以及用于連接腔室1和腔室2的連接腔通道。為了確保數(shù)值計(jì)算結(jié)果的精度與可靠性，本研究采用ICEM網(wǎng)格劃分軟件對(duì)燃油泵的整個(gè)計(jì)算域進(jìn)行高質(zhì)量的六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。經(jīng)過網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證分析，最終確定的全流場(chǎng)計(jì)算域網(wǎng)格總數(shù)約為296萬(wàn)，其中離心泵區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)量為76萬(wàn)，液環(huán)泵區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)量為68萬(wàn)，其余部件區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)量為152萬(wàn)。

2.2 數(shù)值模型及邊界條件設(shè)置

本研究中所抽送的介質(zhì)為航空煤油，其物性參數(shù)設(shè)定如下：介質(zhì)溫度為298 K，摩爾質(zhì)量為167.31 g/mol，密度為780 kg/m3，動(dòng)力黏度為0.0024 kg/(m2·s)。數(shù)值模擬工作采用ANSYS Fluent軟件平臺(tái)進(jìn)行，針對(duì)燃油泵自吸過程中的復(fù)雜氣液兩相流動(dòng)特征進(jìn)行三維瞬態(tài)數(shù)值求解。在綜合考慮計(jì)算效率與求解精度的前提下，本研究選取RNG k-ε模型作為湍流模型。相較于大渦模擬模型和分離渦模擬模型，RNG k-ε模型具有更高的計(jì)算效率，而與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型及Realizable k-ε模型相比，該模型在處理高應(yīng)變率、大曲率流動(dòng)以及強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)問題方面表現(xiàn)出更為顯著的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于氣液兩相流動(dòng)的模擬，本研究采用流體體積函數(shù)模型進(jìn)行追蹤和捕捉。該模型通過求解各相體積分?jǐn)?shù)的連續(xù)方程來(lái)確定相界面的位置與運(yùn)動(dòng)規(guī)律。泵系統(tǒng)管路進(jìn)口邊界條件設(shè)置為壓力進(jìn)口，其壓力值根據(jù)不同飛行高度條件下的大氣環(huán)境壓力進(jìn)行給定。需要說(shuō)明的是，在實(shí)際運(yùn)行過程中燃油泵出口安裝有單向閥，該閥門的開啟壓力設(shè)定為1.5 kPa。在數(shù)值計(jì)算過程中，首先將單向閥位置設(shè)置為固體壁面邊界，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該壁面的壓力值，當(dāng)監(jiān)測(cè)壓力達(dá)到1.5 kPa的開啟壓力時(shí)，將出口邊界條件切換為壓力出口，出口壓力同樣根據(jù)不同飛行高度下的大氣環(huán)境壓力進(jìn)行設(shè)定。

轉(zhuǎn)子與靜子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及相互作用采用滑移網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行處理。速度與壓力的耦合求解采用PISO算法，該算法具有良好的收斂性能與計(jì)算效率?？紤]到燃油泵停機(jī)后液體主要儲(chǔ)存于腔室2和液環(huán)泵的泵腔內(nèi)部，且液體的最高液位與腔室2的軸孔底部位置相切，因此在計(jì)算初始化過程中，以腔室2的軸孔底部位置為參考基準(zhǔn)，在腔室2及液環(huán)泵區(qū)域內(nèi)設(shè)置初始液相區(qū)域，泵系統(tǒng)的其余區(qū)域則初始化為氣相。非穩(wěn)態(tài)計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)定為8×10?? s，以保證能夠充分捕捉自吸過程中的瞬態(tài)流動(dòng)特征。需要說(shuō)明的是，本研究在計(jì)算過程中暫不考慮泵啟動(dòng)階段轉(zhuǎn)速的變化，燃油泵的轉(zhuǎn)速恒定設(shè)置為7 500 r/min。

2.3 計(jì)算方法驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本研究計(jì)算域網(wǎng)格數(shù)量選取的合理性與可靠性，本研究對(duì)不同網(wǎng)格密度條件下的泵揚(yáng)程系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析。分別對(duì)網(wǎng)格數(shù)量為52萬(wàn)、101萬(wàn)、125萬(wàn)、152萬(wàn)、235萬(wàn)及296萬(wàn)的網(wǎng)格模型進(jìn)行了揚(yáng)程系數(shù)計(jì)算，系統(tǒng)分析了揚(yáng)程系數(shù)隨網(wǎng)格數(shù)量增加的變化趨勢(shì)。計(jì)算結(jié)果表明，隨著網(wǎng)格數(shù)量的逐步增多，揚(yáng)程系數(shù)呈現(xiàn)先減小后趨于穩(wěn)定的變化特征。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量超過152萬(wàn)之后，揚(yáng)程系數(shù)的變化幅度小于1%?；谏鲜鼍W(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證分析結(jié)果，本研究最終選取的296萬(wàn)網(wǎng)格數(shù)量能夠充分滿足計(jì)算精度與計(jì)算效率的雙重要求。

為進(jìn)一步驗(yàn)證本研究數(shù)值模擬方法的合理性與準(zhǔn)確性，開展了液環(huán)-離心式航空燃油泵的試驗(yàn)研究工作。試驗(yàn)系統(tǒng)主要由燃油泵、油罐、28 V直流電源、進(jìn)出口管路、電動(dòng)閥、壓力傳感器、流量計(jì)以及控制臺(tái)等組成。其中電動(dòng)閥型號(hào)為DEDLP-16P-B，行程為16 mm；壓力傳感器型號(hào)為KYB18 G05M1P2Ci-Ⅰ，測(cè)量范圍為-0.1至0.5 MPa，測(cè)量精度為±0.25%；流量計(jì)型號(hào)為CL-10，測(cè)量范圍為138至3 000 L/h，測(cè)量精度為±1.5%。在試驗(yàn)測(cè)試過程中，通過向油罐內(nèi)充油或放油來(lái)調(diào)整罐內(nèi)液位高度，確保試驗(yàn)條件下的自吸高度與數(shù)值模擬設(shè)定值保持一致。通過調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開度來(lái)測(cè)試燃油泵在不同流量工況下穩(wěn)定排液時(shí)的功率、揚(yáng)程等外特性性能參數(shù)。

通過對(duì)燃油泵外特性參數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著流量的增大，泵的揚(yáng)程呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢(shì)，而軸功率則呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢(shì)。與試驗(yàn)結(jié)果相比較，揚(yáng)程和軸功率的計(jì)算誤差隨流量的增大而逐漸減小。揚(yáng)程的最大相對(duì)計(jì)算誤差為8.9%，最小相對(duì)誤差為3.3%；軸功率的最大相對(duì)計(jì)算誤差為11.2%，最小相對(duì)誤差為0.1%。產(chǎn)生小流量工況下計(jì)算誤差相對(duì)較大的主要原因在于，小流量條件下泵內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜多變，本研究中所采用的網(wǎng)格尺度及時(shí)間尺度尚不足以完全捕捉泵內(nèi)復(fù)雜多變的細(xì)微流動(dòng)結(jié)構(gòu)。但從泵外特性的整體變化趨勢(shì)以及計(jì)算相對(duì)誤差的數(shù)值來(lái)看，本研究采用的數(shù)值方法基本合理可行。為了更為準(zhǔn)確地反映燃油泵的自吸特性，本文選擇閥門全開狀態(tài)下燃油泵自吸特性的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后續(xù)深入分析。

三、燃油泵自吸特性分析

3.1 自吸過程的三階段劃分及其氣相體積分?jǐn)?shù)演化特征

基于地面環(huán)境條件下，即標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為101 325 Pa的燃油泵自吸過程數(shù)值計(jì)算結(jié)果，本研究對(duì)燃油泵的自吸特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。通過對(duì)燃油泵自吸過程中主要過流部件內(nèi)氣相體積分?jǐn)?shù)的變化進(jìn)行分析，根據(jù)各個(gè)過流部件內(nèi)氣相體積分?jǐn)?shù)的變化特征，將整個(gè)自吸過程劃分為前期、中期及后期三個(gè)特征階段。其中前期階段定義為泵啟動(dòng)開始至離心葉輪入口開始進(jìn)入油液的時(shí)間區(qū)間，此處以監(jiān)測(cè)離心葉輪內(nèi)氣相體積分?jǐn)?shù)等于99%作為判定基準(zhǔn)；中期階段定義為離心葉輪開始進(jìn)入油液至泵內(nèi)氣體基本被排盡的時(shí)間區(qū)間，此處以監(jiān)測(cè)離心泵出口段內(nèi)的氣相體積分?jǐn)?shù)等于1%作為判定基準(zhǔn)；后期階段定義為中期階段結(jié)束至燃油泵實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供油的時(shí)間區(qū)間。

從氣相體積分?jǐn)?shù)的變化特征來(lái)看，前期和后期階段的曲線并未出現(xiàn)明顯的波動(dòng)特征，表明這兩個(gè)階段內(nèi)的流動(dòng)相對(duì)較為穩(wěn)定。而在中期階段，腔室1、腔室2、離心泵以及出口管內(nèi)的氣相體積分?jǐn)?shù)均出現(xiàn)明顯的振蕩現(xiàn)象，其根本原因在于該階段上述過流部件內(nèi)部出現(xiàn)了復(fù)雜劇烈的氣液摻混過程。具體分析來(lái)看，在自吸前期的初始階段，即t=0至0.128 s時(shí)間范圍內(nèi)，腔室2中的氣相體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而液環(huán)泵內(nèi)的氣相體積分?jǐn)?shù)則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理在于：泵啟動(dòng)之后，在葉輪的旋轉(zhuǎn)作用下液環(huán)泵內(nèi)逐漸形成液環(huán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致泵進(jìn)口區(qū)域建立真空，將腔室2中的一部分液體抽吸進(jìn)入液環(huán)泵內(nèi)，使得液環(huán)泵內(nèi)的氣相空間被液相所占據(jù)，與此同時(shí)腔室2內(nèi)的液相減少、氣相相應(yīng)增多。

在自吸前期階段稍后的t=0.128至1.38 s時(shí)間范圍內(nèi)，液環(huán)泵內(nèi)的氣相體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。產(chǎn)生這一變化的原因在于該階段有一部分工作油液隨著被排出的氣體一起從液環(huán)泵出口排出泵外，導(dǎo)致泵內(nèi)油液產(chǎn)生一定的損失，氣相含量相應(yīng)增多。進(jìn)入自吸中期階段后的t=1.38至1.58 s時(shí)間范圍內(nèi)，隨著油液進(jìn)入離心泵內(nèi)部，除進(jìn)、出口管路之外其余各過流部件內(nèi)的氣體含量呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)，這表明進(jìn)入的油液占據(jù)了大量的氣相空間，將氣體逐步驅(qū)趕排出。在t=1.58至2.28 s時(shí)間范圍內(nèi)，氣相體積分?jǐn)?shù)曲線呈現(xiàn)明顯的振蕩下降特征，這充分表明該階段泵內(nèi)出現(xiàn)了劇烈的氣液摻混現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)間推進(jìn)至t=2.28 s之后，出口管內(nèi)的含氣率降低到1%以下，標(biāo)志著自吸過程進(jìn)入到后期階段。在這一階段內(nèi)，各過流部件內(nèi)的含氣量基本呈現(xiàn)平穩(wěn)變化趨勢(shì)，此時(shí)燃油泵已經(jīng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供油，自吸過程宣告完成。

3.2 自吸過程中軸平面內(nèi)的氣液兩相流及速度分布特征

通過對(duì)燃油泵自吸過程中軸平面內(nèi)的氣液兩相流分布及速度分布特征進(jìn)行深入分析可以發(fā)現(xiàn)，在自吸前期階段，系統(tǒng)管路及燃油泵內(nèi)部的氣液分界面較為清晰明顯，離心泵及液環(huán)泵內(nèi)并未出現(xiàn)顯著的氣液摻混現(xiàn)象。當(dāng)油液在液環(huán)泵所建立的真空作用下逐漸爬升至水平管段后，由于管內(nèi)油液的流動(dòng)速度相對(duì)較小，油液在自身重力的作用下導(dǎo)致管底部的流動(dòng)速度較管頂部更高。這一速度差異使得管底部的油液率先到達(dá)離心泵葉輪的入口區(qū)域。當(dāng)葉輪進(jìn)口逐漸被油液充滿后，油液開始沿環(huán)形流道的頂部區(qū)域進(jìn)入，這一流動(dòng)過程有效阻隔了管頂部尚未排出的氣體，從而在管路頂部形成了滯留氣團(tuán)。

進(jìn)一步分析t=1.6至1.984 s時(shí)間范圍內(nèi)的流速分布特征可以看出，在環(huán)形流道頂部油液的阻隔作用下，滯留氣團(tuán)內(nèi)部形成了明顯的旋渦結(jié)構(gòu)。隨著自吸過程的持續(xù)推進(jìn)，這些旋渦結(jié)構(gòu)逐漸與主流流動(dòng)一起被排出管路系統(tǒng)。在自吸中期t=1.6至2.008 s時(shí)間范圍內(nèi)，隨著油液逐步進(jìn)入離心葉輪區(qū)域，離心泵、液環(huán)泵及出口管路內(nèi)均出現(xiàn)了顯著的氣液摻混現(xiàn)象，流動(dòng)的非穩(wěn)態(tài)特性顯著增強(qiáng)。這一現(xiàn)象與前述自吸中期氣相體積分?jǐn)?shù)曲線的振蕩特征具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。隨著自吸時(shí)間的繼續(xù)推進(jìn)，上述流道內(nèi)的氣液摻混程度逐漸減弱，流動(dòng)趨于穩(wěn)定。

3.3 離心泵與液環(huán)泵軸垂面上的氣液兩相流分布特征

對(duì)自吸過程中燃油泵離心泵部分和液環(huán)泵部分軸垂面上的氣液兩相流分布進(jìn)行分析可知，在自吸前期即t=0至1.38 s階段，離心泵內(nèi)尚未進(jìn)入液體，而液環(huán)泵腔體內(nèi)存儲(chǔ)的油液在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)作用下呈現(xiàn)明顯的氣液分離狀態(tài)，形成了穩(wěn)定的液環(huán)結(jié)構(gòu)。隨著自吸時(shí)間的推進(jìn)，液環(huán)泵內(nèi)的液量逐漸減少，同時(shí)導(dǎo)致泵內(nèi)葉片淹沒深度a呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。這里需要指出的是，在液環(huán)泵內(nèi)液量合適的條件下，葉片淹沒深度直接決定著泵的理論吸氣流量。

對(duì)于給定的液環(huán)泵，當(dāng)幾何參數(shù)確定、轉(zhuǎn)速一定時(shí)，泵的理論吸氣流量?jī)H由葉片淹沒深度a決定，亦即由液環(huán)內(nèi)表面的徑向尺寸決定。在保證葉片具有一定淹沒深度的條件下，即滿足a大于零的條件時(shí)，當(dāng)a減小時(shí)液環(huán)內(nèi)表面的半徑相應(yīng)增大，理論吸氣流量qth隨之增大。在自吸中期t=1.58至1.92 s階段內(nèi)，油液逐漸進(jìn)入離心泵內(nèi)部，導(dǎo)致離心泵內(nèi)出現(xiàn)顯著的氣液摻混現(xiàn)象。與此同時(shí)，離心泵內(nèi)的油液在液環(huán)泵真空作用下也被抽吸進(jìn)入液環(huán)泵內(nèi)，導(dǎo)致液環(huán)泵內(nèi)部的液環(huán)厚度有所增厚。在t=2.08至2.28 s階段內(nèi)，離心泵和液環(huán)泵內(nèi)的氣體含量逐漸減少，燃油泵逐漸進(jìn)入穩(wěn)定的排液階段。

3.4 自吸過程中流量及軸功率變化特性

為了深入分析燃油泵在自吸過程中的流量及軸功率變化特性，本研究對(duì)自吸過程中離心泵葉輪進(jìn)口的氣液兩相流量以及離心泵軸功率、液環(huán)泵出口的氣液兩相流量以及液環(huán)泵軸功率的變化進(jìn)行了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。從離心泵葉輪進(jìn)口的氣液兩相流量及泵軸功率變化分析來(lái)看，在自吸前期階段離心葉輪的進(jìn)口液量及泵的軸功率變化均十分微小。在t=0至0.04 s時(shí)間階段內(nèi)，葉輪進(jìn)口氣量呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于，在此時(shí)間段內(nèi)液環(huán)泵腔體內(nèi)的油液在葉輪高速旋轉(zhuǎn)作用下形成液環(huán)，在泵進(jìn)口建立真空的同時(shí)開始抽吸前置管路內(nèi)的空氣，使得離心葉輪入口區(qū)域的氣體加速進(jìn)入，流量迅速上升。

在此之后的t=0.04至1.38 s時(shí)間范圍內(nèi)，液環(huán)泵進(jìn)入穩(wěn)定排氣階段，進(jìn)入離心葉輪進(jìn)口的氣體流量也呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。進(jìn)入自吸中期的t=1.38至1.58 s時(shí)間范圍內(nèi)，隨著油液進(jìn)入離心葉輪的進(jìn)口區(qū)域，導(dǎo)致氣體流量逐漸減小，液體流量則逐漸增大。值得特別關(guān)注的是，當(dāng)離心泵出口單向閥在t=1.58 s時(shí)刻打開后，離心葉輪進(jìn)口的液體流量和氣體流量均出現(xiàn)先明顯增大后逐漸減小的變化趨勢(shì)。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理在于：當(dāng)出口單向閥打開的瞬間，離心葉輪入口的液體和氣體由于流體慣性作用呈現(xiàn)加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致流量快速上升；當(dāng)離心泵出口流動(dòng)趨于穩(wěn)定之后，液體和氣體的流量又逐漸下降。

隨著中期階段的進(jìn)一步推進(jìn)，液體流量在快速上升的過程中于t=1.992 s時(shí)刻出現(xiàn)突然下降，而氣體流量在穩(wěn)定波動(dòng)的基礎(chǔ)上于t=2 s時(shí)刻呈現(xiàn)快速上升的趨勢(shì)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因在于管路內(nèi)滯留氣團(tuán)的影響，當(dāng)滯留氣團(tuán)開始進(jìn)入葉輪區(qū)域時(shí)，導(dǎo)致葉輪進(jìn)口的液量急劇下降而氣量急劇上升；當(dāng)滯留氣團(tuán)被完全排出之后，泵又恢復(fù)到正常的排液狀態(tài)。在自吸后期階段，離心葉輪進(jìn)口的氣體流量在0 L/s附近波動(dòng)，液體流量則在0.86 L/s附近波動(dòng)。從整個(gè)自吸過程中離心泵軸功率曲線的變化趨勢(shì)來(lái)看，離心泵軸功率與液體流量的變化趨勢(shì)基本一致，這表明在燃油泵自吸過程中離心泵的軸功率大小主要由泵內(nèi)的液體流動(dòng)所主導(dǎo)。

對(duì)燃油泵自吸過程中液環(huán)泵出口的氣液流量及其軸功率的變化分析表明，在t=0至0.04 s階段，液環(huán)泵內(nèi)液環(huán)成形，真空建立，導(dǎo)致抽送氣體出現(xiàn)慣性加速，此時(shí)間范圍內(nèi)氣量快速上升。在自吸前期t=0.04至1.12 s時(shí)間范圍內(nèi)，液環(huán)泵出口的氣量隨自吸時(shí)間呈現(xiàn)緩慢增大的趨勢(shì)，而在t=1.12至1.38 s范圍內(nèi)，氣量隨自吸時(shí)間逐漸減小。這一變化規(guī)律的成因在于：在t=0.04至1.12 s范圍內(nèi)，液環(huán)泵在排氣過程中逐漸有液體排出泵外，導(dǎo)致液環(huán)內(nèi)表面增大，泵的理論吸氣流量變大，氣量呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)；而在t=1.12至1.38 s范圍內(nèi)氣量下降的原因在于隨著泵內(nèi)的液體進(jìn)一步排出，液環(huán)泵腔體內(nèi)的液量減少，液環(huán)的密封效果變差，導(dǎo)致氣量下降。

液環(huán)泵軸功率在自吸前期階段的t=0.04至1.38 s范圍內(nèi)隨自吸時(shí)間呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)。這一現(xiàn)象的成因在于：液環(huán)泵建壓后將腔室2中留存的液體吸入泵腔內(nèi)，導(dǎo)致泵腔內(nèi)液量增大，軸功率相應(yīng)增大；隨著自吸過程的進(jìn)一步推進(jìn)，液環(huán)泵腔體內(nèi)的液體逐漸從排氣口流出，導(dǎo)致腔體內(nèi)液量減小，軸功率相應(yīng)減小。在自吸中期階段，t=1.38至1.58 s范圍內(nèi)流出液環(huán)泵出口的氣體流量急劇減小，泵的軸功率急劇增大。由于離心泵出口單向閥瞬間打開導(dǎo)致的流體加速效應(yīng)，使得液環(huán)泵排氣流量在t=1.68 s附近出現(xiàn)明顯的波動(dòng)現(xiàn)象。自t=1.68 s至排液穩(wěn)定的時(shí)間范圍內(nèi)，液環(huán)泵出口的排液量進(jìn)一步增大后呈現(xiàn)穩(wěn)定變化趨勢(shì)。而在自吸中期的t=1.68至2.28 s范圍內(nèi)，軸功率呈現(xiàn)不穩(wěn)定波動(dòng)且波動(dòng)平均值呈逐漸下降的趨勢(shì)，進(jìn)入自吸后期即t=2.28 s之后則呈現(xiàn)穩(wěn)定波動(dòng)。軸功率出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因在于：自吸中期階段液體逐漸進(jìn)入液環(huán)泵泵腔內(nèi)，在腔體內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的氣液摻混，導(dǎo)致泵內(nèi)流動(dòng)復(fù)雜，軸功率呈現(xiàn)不穩(wěn)定波動(dòng)；隨著液體的持續(xù)進(jìn)入，泵腔內(nèi)的氣體逐漸被排盡，氣液摻混程度減弱，軸功率逐漸趨于穩(wěn)定波動(dòng)。

3.5 自吸過程中內(nèi)部典型位置的壓力脈動(dòng)特征

為了進(jìn)一步研究燃油泵在自吸過程中的非穩(wěn)態(tài)特性以及離心泵與液環(huán)泵之間的耦合效應(yīng)，本研究對(duì)自吸過程中內(nèi)部典型位置的壓力脈動(dòng)進(jìn)行了深入分析。在離心泵葉輪軸向中間截面內(nèi)布置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1和P2，其中P1位于葉片間流道靠近出口的位置，P2位于離心泵蝸殼的隔舌位置。在液環(huán)泵的軸向中間截面內(nèi)布置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1和A2，其中A1位于吸氣區(qū)葉輪出口，A2位于排氣區(qū)葉輪出口。為了更為準(zhǔn)確地表達(dá)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)特征，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理。

根據(jù)燃油泵7 500 r/min的轉(zhuǎn)速可知，離心泵和液環(huán)泵的軸頻fz均為125 Hz。由于離心泵的葉片數(shù)為5枚，液環(huán)泵的葉片數(shù)為12枚，二者的葉頻存在差異，離心泵的葉頻f0為625 Hz，液環(huán)泵的葉頻f0'為1 500 Hz。通過對(duì)離心泵內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1、P2的壓力脈動(dòng)時(shí)域和頻域進(jìn)行系統(tǒng)分析可以發(fā)現(xiàn)，在自吸前期階段P1和P2的時(shí)域內(nèi)均出現(xiàn)12個(gè)波峰和波谷，二者的主頻均為液環(huán)泵的葉頻f0'，這表明在自吸前期離心泵內(nèi)部的流動(dòng)主要受液環(huán)泵內(nèi)動(dòng)靜干涉作用的支配。在自吸中期階段，由于P1位于葉輪內(nèi)隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，因此不受離心泵葉頻的影響，主要受倍軸頻3fz的影響；而P2的主要特征頻率為3fz和f0，主要受倍軸頻和離心泵葉頻的共同影響。進(jìn)入自吸后期階段，燃油泵進(jìn)入穩(wěn)定排液階段，測(cè)點(diǎn)P1的主要特征頻率為軸頻fz和液環(huán)泵葉頻f0'，而P2在離心泵葉頻f0和液環(huán)泵葉頻f0'處均出現(xiàn)明顯的激勵(lì)信號(hào)，這表明自吸后期該位置的流動(dòng)同時(shí)受到液環(huán)泵和離心泵的雙重影響。

對(duì)液環(huán)泵內(nèi)測(cè)點(diǎn)A1、A2的壓力脈動(dòng)時(shí)域和頻域分布進(jìn)行分析可知，在燃油泵自吸的前期、中期及后期三個(gè)階段內(nèi)，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)在時(shí)域內(nèi)均出現(xiàn)與葉片數(shù)相同的12個(gè)波峰及波谷。在自吸的三個(gè)階段內(nèi)，測(cè)點(diǎn)A1、A2的壓力脈動(dòng)頻域的主要特征頻率均為液環(huán)泵葉頻f0'及其倍頻，這表明在自吸過程中液環(huán)泵內(nèi)部的流動(dòng)基本不受離心泵的影響，其主要受自身內(nèi)部動(dòng)靜干涉作用的支配。

四、燃油泵高空特性分析

4.1 不同飛行高度下的自吸特性

為了系統(tǒng)研究燃油泵在不同飛行高度條件下的自吸特性，本研究分別對(duì)飛行高度為0 km、8 km、10 km和12 km工況下燃油泵的自吸過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過對(duì)比分析不同飛行高度條件下燃油泵在自吸后期不同時(shí)刻離心泵和液環(huán)泵內(nèi)的氣液兩相流分布可以看出，當(dāng)燃油泵位于地面即h=0 km時(shí)，在自吸后期離心泵和液環(huán)泵內(nèi)均未出現(xiàn)明顯的氣相分布區(qū)域。當(dāng)飛行高度為8 km時(shí)，在離心泵葉片背面的區(qū)域出現(xiàn)了較為明顯的氣相分布，但該高度條件下液環(huán)泵內(nèi)的氣相區(qū)域尚不明顯。當(dāng)飛行高度進(jìn)一步增加至10 km和12 km時(shí)，在離心泵葉片背面和液環(huán)泵吸氣口位置均出現(xiàn)了明顯的氣相分布區(qū)域，且隨著飛行高度的繼續(xù)增加，氣相分布區(qū)域逐漸擴(kuò)大。值得注意的是，在h=12 km的飛行高度條件下，燃油泵的離心泵內(nèi)出現(xiàn)了明顯的周期性排氣現(xiàn)象。據(jù)此推斷，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的根本原因在于燃油泵內(nèi)部發(fā)生了空化。

4.2 空化模型引入與對(duì)比驗(yàn)證

需要說(shuō)明的是，本研究的數(shù)值模擬工作初始并未加入空化模型。為了驗(yàn)證上述推斷的合理性，本研究在原計(jì)算模型的基礎(chǔ)上引入了Schneer-Sauer空化模型，對(duì)10 km飛行高度條件下的燃油泵自吸過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。該空化模型基于Rayleigh-Plesset單氣泡動(dòng)力學(xué)方程，通過聯(lián)立混合相連續(xù)方程與氣相體積分?jǐn)?shù)方程，建立氣相質(zhì)量變化率與氣相體積分?jǐn)?shù)變化率之間的函數(shù)關(guān)系。將計(jì)算結(jié)果與未加入空化模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

通過對(duì)比h=10 km飛行高度條件下有、無(wú)空化模型的離心泵內(nèi)氣液兩相流分布可以發(fā)現(xiàn)，盡管有、無(wú)空化模型的泵內(nèi)氣相區(qū)域大小存在一定差異，但其出現(xiàn)的位置基本一致。氣相區(qū)域大小產(chǎn)生差異的原因在于：VOF模型僅能夠捕捉泵內(nèi)空化核心區(qū)域的純氣相分布，但對(duì)空化邊界區(qū)域含有蒸汽和氣泡的氣液兩相流捕捉較為困難；而空化模型則能夠捕捉整個(gè)空化區(qū)域的氣液兩相流分布。上述對(duì)比分析表明，在不加入空化模型的情況下，VOF氣液兩相流模型對(duì)泵內(nèi)空化區(qū)域同樣具有一定的捕捉能力，但其僅適用于對(duì)泵內(nèi)空化核心區(qū)域的計(jì)算分析。

4.3 周期性排氣現(xiàn)象與進(jìn)口壓力變化的關(guān)聯(lián)關(guān)系

針對(duì)燃油泵在h=12 km飛行高度條件下離心泵內(nèi)出現(xiàn)的周期性排氣現(xiàn)象，本研究進(jìn)一步分析了該現(xiàn)象與泵進(jìn)口壓力變化之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系。分析結(jié)果表明，在離心泵的排氣階段，泵進(jìn)口壓力的脈動(dòng)平均值較大；而在非排氣階段，泵進(jìn)口壓力的脈動(dòng)平均值則相對(duì)較小。結(jié)合不同時(shí)刻的氣液兩相流分布以及進(jìn)口壓力波動(dòng)曲線可以看出，在非排氣階段離心葉輪內(nèi)的空化核心區(qū)域較為穩(wěn)定，氣液分界面處沒有出現(xiàn)明顯的空化云脫落現(xiàn)象。在該階段泵內(nèi)的液體相對(duì)較多，但葉輪進(jìn)口壓力較低，在低壓條件的誘導(dǎo)下葉輪內(nèi)液體發(fā)生空化，使得泵內(nèi)氣體增多，進(jìn)口壓力相應(yīng)升高，進(jìn)而進(jìn)入排氣階段。

當(dāng)離心泵進(jìn)入排氣階段的初期，氣液分界面處存在明顯的空化云脫落現(xiàn)象，泵殼體內(nèi)出現(xiàn)大量的氣泡分布。隨著氣體的逐漸排出，泵內(nèi)液量逐漸增多，泵的增壓能力逐漸增強(qiáng)，葉輪進(jìn)口壓力逐漸降低。上述現(xiàn)象逐次反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致離心泵呈現(xiàn)周期性排氣的特征，這種運(yùn)行狀態(tài)會(huì)增加燃油泵運(yùn)行過程中的不穩(wěn)定性，對(duì)泵的可靠工作產(chǎn)生不利影響。

4.4 不同飛行高度下燃油泵的外特性變化趨勢(shì)

對(duì)不同飛行高度條件下燃油泵的外特性變化趨勢(shì)進(jìn)行分析可知，燃油泵的自吸時(shí)間隨飛行高度的增加呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，其中在8 km飛行高度條件下自吸時(shí)間最短，達(dá)到1.83 s。燃油泵的流量以及離心泵的軸功率在0 km和8 km飛行高度條件下基本相當(dāng)，但隨著飛行高度的進(jìn)一步增大，二者呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)。在8 km飛行高度條件下，液環(huán)泵的軸功率略高于0 km條件下的對(duì)應(yīng)值。在8 km至12 km的飛行高度范圍內(nèi)，液環(huán)泵的軸功率呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)。

通過對(duì)不同飛行高度條件下燃油泵在各自吸階段的耗時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析可以看出，從自吸中期即油液開始進(jìn)入離心泵到離心泵出口單向閥打開所用的時(shí)間，以及自吸前期和中期階段的總耗時(shí)，在0 km和12 km飛行高度條件下最長(zhǎng)，而在8 km飛行高度條件下最短。特別值得注意的是，在12 km飛行高度條件下泵的建壓時(shí)間最長(zhǎng)，大約接近其他飛行高度條件下的3倍。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于該飛行高度條件下泵內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重的空化現(xiàn)象，導(dǎo)致液環(huán)泵內(nèi)液量快速減少，液體對(duì)氣體的密封作用失效。

4.5 吸入管路內(nèi)液位變化及液環(huán)泵排氣量分析

對(duì)不同飛行高度條件下燃油泵在自吸前期不同時(shí)刻吸入管路內(nèi)液位的變化進(jìn)行分析表明，在自吸前期的t=0至0.64 s時(shí)間范圍內(nèi)，8 km飛行高度條件下的相對(duì)液位高度α最大，0 km飛行高度條件下的相對(duì)液位高度α最小。在8 km和12 km飛行高度條件下，隨著自吸高度的增加相對(duì)液位高度α逐漸減小，這一變化趨勢(shì)與自吸前期的耗時(shí)具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。0 km和12 km飛行高度條件下對(duì)應(yīng)的自吸前期耗時(shí)相等，但0 km條件下的相對(duì)液位高度α略小于12 km條件下的對(duì)應(yīng)值。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因在于，在自吸前期開始的一段時(shí)間內(nèi)，0 km飛行高度條件下液環(huán)較厚，理論吸氣流量較小；而12 km飛行高度條件下泵內(nèi)液環(huán)在空化影響下較薄，理論吸氣流量較大。但隨著自吸過程的進(jìn)一步推進(jìn)，12 km飛行高度條件下液環(huán)泵內(nèi)的液環(huán)密封效果減弱，開始出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致抽氣量下降。

對(duì)燃油泵自吸前期0至0.82 s時(shí)間范圍內(nèi)不同飛行高度條件下的液環(huán)泵排氣量變化進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，飛行高度為0 km時(shí)液環(huán)泵的抽氣量小于其他三個(gè)飛行高度條件下的對(duì)應(yīng)值，且呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。在8 km、10 km和12 km飛行高度條件下，液環(huán)泵的抽氣量隨自吸時(shí)間的推進(jìn)呈現(xiàn)逐漸下降的變化趨勢(shì)，且隨著飛行高度的增加液環(huán)泵抽氣量的下降速度越來(lái)越快。在0 km飛行高度條件下，泵內(nèi)空化較弱，液量損失較少，葉片淹沒深度a較大，泵的理論吸氣量相對(duì)較小，但液環(huán)對(duì)氣體的密封效果更好，因此該高度條件下對(duì)應(yīng)的排氣量曲線較為穩(wěn)定。

在8 km、10 km和12 km飛行高度條件下自吸前期的初期階段即t=0至0.82 s范圍內(nèi)，液環(huán)泵內(nèi)的空化導(dǎo)致液量出現(xiàn)一定程度的損失，葉片淹沒深度a逐漸減小，但液環(huán)對(duì)氣體仍保持一定的密封效果，該階段內(nèi)泵的理論吸氣流量較0 km飛行高度條件下更高。隨著自吸過程的推進(jìn)，泵內(nèi)液量進(jìn)一步損失，當(dāng)葉片與液環(huán)逐漸脫離接觸時(shí)，液環(huán)對(duì)氣體的密封效果逐漸減弱，誘發(fā)葉片之間的氣體回流現(xiàn)象，泵的排氣量逐漸下降。隨著飛行高度的增加，泵內(nèi)的空化程度加劇，液量損失增加，液環(huán)更早地脫離葉片的約束而造成密封失效，進(jìn)而導(dǎo)致泵的排氣量隨飛行高度的增加衰減越快，泵的自吸時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)。飛行高度越高，空化導(dǎo)致泵內(nèi)液量損失越快，葉片對(duì)液環(huán)的約束能力減弱，造成液環(huán)的不穩(wěn)定性增強(qiáng)。

綜上所述，在一定的飛行高度條件下，液環(huán)泵葉輪流道內(nèi)早期空化所帶來(lái)的額外抽氣容積對(duì)提升泵的自吸性能起到一定的正面效應(yīng)。然而需要指出的是，空化對(duì)排氣量的正面效應(yīng)與飛行高度直接相關(guān)，隨著飛行高度的增加，這一正面效應(yīng)逐漸遞減，且泵的運(yùn)行不穩(wěn)定性相應(yīng)增加。

五、結(jié)論與展望

本文針對(duì)液環(huán)-離心式航空燃油泵自吸過程的氣液流動(dòng)機(jī)理及其高空特性開展了系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究，深入分析了泵內(nèi)部復(fù)雜多相流與自吸特性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系，揭示了飛行高度對(duì)泵自吸性能的影響機(jī)理。通過本研究的工作，獲得以下主要結(jié)論。

1，液環(huán)-離心式航空燃油泵的自吸過程可以劃分為前期、中期及后期三個(gè)特征階段。在自吸前期階段，泵系統(tǒng)內(nèi)部流動(dòng)較為穩(wěn)定，離心泵內(nèi)部的流動(dòng)主要受液環(huán)泵內(nèi)動(dòng)靜干涉作用的支配。在自吸中期階段，隨著油液進(jìn)入泵腔，泵內(nèi)部出現(xiàn)復(fù)雜的氣液摻混現(xiàn)象，誘發(fā)流動(dòng)的不穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。泵出口單向閥打開瞬間導(dǎo)致的流體慣性加速效應(yīng)以及管路內(nèi)滯留氣團(tuán)的滯后吸入，共同導(dǎo)致泵的外特性曲線出現(xiàn)顯著的波動(dòng)現(xiàn)象。在自吸后期階段，隨著泵腔內(nèi)氣體的逐步排盡，泵內(nèi)流動(dòng)趨于穩(wěn)定，該階段離心泵內(nèi)部的流動(dòng)同時(shí)受到液環(huán)泵和離心泵雙重作用的影響。

2，隨著飛行高度的增加，燃油泵的自吸時(shí)間呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，在8 km飛行高度條件下自吸時(shí)間最短，達(dá)到1.83 s。在一定飛行高度條件下，液環(huán)泵葉輪流道內(nèi)早期空化所帶來(lái)的額外抽氣容積對(duì)提升泵的自吸性能起到正面效應(yīng)，但隨著飛行高度的增加，這一正面效應(yīng)逐漸減弱。飛行高度越高，泵內(nèi)空化程度加劇，液量損失增加，導(dǎo)致液環(huán)更早地脫離葉片的約束，誘發(fā)密封失效和液環(huán)失穩(wěn)，泵的自吸建立時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)。

高空空化誘發(fā)的液環(huán)-離心式航空燃油泵內(nèi)液環(huán)不穩(wěn)定機(jī)理及其對(duì)泵自吸性能影響機(jī)制的準(zhǔn)確掌握，是實(shí)現(xiàn)該類燃油泵自吸性能優(yōu)化的理論基礎(chǔ)。未來(lái)在本研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步考慮高空低壓、低溫耦合因素對(duì)液環(huán)穩(wěn)定性的影響。為此，建議在以下幾個(gè)方面開展更加深入的研究工作。

1，綜合考慮高空低壓、低溫環(huán)境條件對(duì)泵內(nèi)空化行為的影響，對(duì)現(xiàn)有空化模型進(jìn)行修正與改進(jìn)，提升對(duì)燃油泵內(nèi)高空空化現(xiàn)象預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性與可靠性。

2，深入分析高空空化誘發(fā)燃油泵內(nèi)液環(huán)破碎的動(dòng)態(tài)行為特征及其對(duì)液環(huán)穩(wěn)定性的干擾機(jī)理，系統(tǒng)研究高空液環(huán)不穩(wěn)定對(duì)泵自吸性能的影響機(jī)制。

3，針對(duì)高空極端工況條件下燃油泵內(nèi)液環(huán)不穩(wěn)定問題，提出有效的流動(dòng)控制策略并深入研究其內(nèi)在機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)燃油泵在寬域工況范圍內(nèi)的可靠運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

湖南泰德航空技術(shù)有限公司于2012年成立，多年來(lái)持續(xù)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，成長(zhǎng)為行業(yè)內(nèi)有影響力的高新技術(shù)企業(yè)。公司聚焦高品質(zhì)航空航天流體控制元件及系統(tǒng)研發(fā)，深度布局航空航天、船舶兵器、低空經(jīng)濟(jì)等高科技領(lǐng)域，在航空航天燃/滑油泵、閥元件、流體控制系統(tǒng)及航空測(cè)試設(shè)備的研發(fā)上投入大量精力持續(xù)研發(fā)，為提升公司整體競(jìng)爭(zhēng)力提供堅(jiān)實(shí)支撐。

公司總部位于長(zhǎng)沙市雨花區(qū)同升街道匯金路877號(hào)，株洲市天元區(qū)動(dòng)力谷作為現(xiàn)代化生產(chǎn)基地，構(gòu)建起集研發(fā)、生產(chǎn)、檢測(cè)、測(cè)試于一體的全鏈條產(chǎn)業(yè)體系。經(jīng)過十余年穩(wěn)步發(fā)展，成功實(shí)現(xiàn)從貿(mào)易和航空非標(biāo)測(cè)試設(shè)備研制邁向航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、無(wú)人機(jī)、靶機(jī)、eVTOL等飛行器燃油、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)新研發(fā)轉(zhuǎn)型，不斷提升技術(shù)實(shí)力。

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