摘要
航空发动机管路是航空发动机重要的附属装置，飞行器的故障中由发动机引起的占多数，而管路的破坏又是导致航空发动机故障的主要原因。因此，对航空发动机管路的振动分析变得尤为重要。目前，对航空发动机管道振动的研究主要集中在燃油泵工作时的脉动压力和其他部件带来的外部冲击，而对管路系统中的燃油泵、压力泵会将工作中的空气卷入到燃油管路中，使燃油管路中成为气液共存的两相流研究较少。气液两相流因各相密度和速度差异，导致各处流动形态不完全相同，当压力和速度发生瞬变时，会对管道产生强烈的冲击，从而导致管道破坏。针对这种情况，本文采用基于VOF多相流CFD模型模拟含气泡管道内燃油流动。采用FEM模拟管道结构振动特性，通过流体和管道之间压力和位移的传递，建立了含气泡燃油管路的双向流固耦合振动分析方法。针对不同工况，对两相流状态下的管路振动进行了研究。本文的主要研究内容如下： （1）建立了燃油直管的流固耦合模型，研究了气泡存在对燃油直管振动的影响。以不含气泡燃油直管流动特性为对照，发现含气泡管道的气泡区域涡量较大，有较大涡流存在。振动特性中，含气泡燃油管路的振动远大于不含气泡的振动位移。通过流体特性和结构特性的对比，说明气泡的存在对燃油管路振动存在较大影响。 （2）建立了燃油弯管的流固耦合模型，研究了不同流速下，燃油弯管的流体特性和结构特性。研究表明，流速0.5m/s时，燃油弯管弯曲部分会形成气塞气泡，会导致管道的非定常振动；流速3m/s时，管道内的气体被燃油裹挟着流出了管道，不会形成气塞气泡。管道的振动主要由初始时刻的水锤效应引起，因此，流速越大，管道振动越强烈，而流速0.5m/s的气塞气泡对管道振动存在Z方向的影响。对管道不同位置节点位移进行比较，弯管区域的节点振动位移最大，建立燃油弯管添加固定支承的流固耦合模型，发现通过对弯曲添加固定约束能够有效降低管道振动。 （3）通过燃油直管的流固耦合模型，研究了冲击载荷下，空管、充满空气、不同气泡位置、气泡大小燃油管路振动影响。结果表明，空气对管道流固耦合作用较小；不同气泡位置管道的频率几乎不变；气泡增大，会使燃油频率增加。
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