高速航空齿轮泵间隙对效率影响研究

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.014

摘要/Abstract

摘要：

针对高速航空齿轮泵间隙对效率影响的问题，建立流场仿真并结合理论模型分析，研究了不同径向与端面间隙对内泄漏及效率的影响，探究不同转速下的最佳径向与端面间隙，同时建立了多组正交试验进行验证。研究结果表明：转速增大，最佳端面间隙尺寸也增大，并且伴随转速的提高，间隙尺寸变化对燃油齿轮泵效率的影响变小。

关键词: 航空发动机, 燃油泵, 高速齿轮泵, 优化, 间隙, 效率

Abstract:

In order to solve the problems of the effect of high-speed aviation gear pump clearances on the efficiency， a flow field simulation was established and combined with theoretical model analysis to study the effects of different radial and end face clearances on internal leakage and efficiency， as well as to explore the optimal radial and end face clearances at different speeds， and establish multiple groups of orthogonal experiments for verification. The results show that as the speed increases， the optimal end face clearance sizes also increase， and as the speed increases， the effect of the clearance sizes changes on the efficiency of the fuel gear pumps decrease.

Key words: aircraft engine, fuel pump, high-speed gear pump, optimization, clearance, efficiency

中图分类号:

V233.2

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图/表 20

图1 高速航空油泵结构

Fig.1 Structure of high-speed aviation oil pump

表1 高速航空油泵齿轮参数

Tab.1 Gear parameters of high-speed aviation oil pump

模数m/mm	0.5
齿数Z	12
齿宽B/mm	5.5
齿顶圆半径R_a/mm	3.5
齿轮轴半径R_z/mm	1.0
齿尖宽l_a/mm	0.19
中心距a/mm	6.0
工作转速n/（r·min $- 1$ ）	15 000

表1 高速航空油泵齿轮参数

Tab.1 Gear parameters of high-speed aviation oil pump

模数m/mm	0.5
齿数Z	12
齿宽B/mm	5.5
齿顶圆半径R_a/mm	3.5
齿轮轴半径R_z/mm	1.0
齿尖宽l_a/mm	0.19
中心距a/mm	6.0
工作转速n/（r·min $- 1$ ）	15 000

表2 RP-3煤油参数及油泵工作状况

Tab.2 Parameters of RP-3 oil and working condition

油液密度ρ/（kg·m $- 3$ ）	780
25 ℃下黏度μ/（Pa·s）	0.000 96
出口输入压差Δp/MPa	0.6

表2 RP-3煤油参数及油泵工作状况

Tab.2 Parameters of RP-3 oil and working condition

油液密度ρ/（kg·m $- 3$ ）	780
25 ℃下黏度μ/（Pa·s）	0.000 96
出口输入压差Δp/MPa	0.6

图2 油液流动及内泄漏示意图

Fig.2 Oil flow and internal leakage

图3 齿轮泵间隙示意图

Fig.3 Gear pump clearance diagram

图4 径向间隙处流体状态

Fig.4 Fluid state at the radial clearance

图5 端面间隙处流体状态

Fig.5 Fluid state at end face clearance

图6 流场域及网格划分

Fig.6 Flow field domain and mesh

图7 网格无关性验证

Fig.7 Cell independence verification

图8 不同端面间隙压力分布

Fig.8 Different end face clearance pressure distribution

图9 齿槽压力追踪

Fig.9 Cogging pressure capture

图10 不同间隙输出流量

Fig.10 Output flow caused by different clearances

图11 不同间隙的效率曲线

Fig.11 Efficiency caused by different clearances

图12 不同径向间隙、转速的仿真结果

Fig.12 Simulation of different radial clearances and rotational speeds

图13 不同端面间隙、转速的仿真结果

Fig.13 Simulation of different end face clearances and rotational speed

图14 航空齿轮油泵实验流程简图1.不同厚度齿轮 2.油泵电机驱动及采集装置 3.油泵4.可调截流器 5.压力监测仪 6.可调电源 7.上位机

Fig.14 Schematic diagram of the experimental flow of aviation gear oil pump

图15 航空齿轮油泵结构图示

Fig.15 Structure diagram of aviation gear oil pump

表3 实验齿轮数据 (mm)

Tab.3 Experimental gear data

目标齿轮厚度	实际厚度	实际齿顶圆直径	实际端面间隙	实际径向间隙
5.500	5.502	6.994	0.005	0.022
5.490	5.491	6.995	0.0105	0.0215
5.480	5.480	6.994	0.0155	0.022
5.470	5.471	6.996	0.0205	0.021
5.460	5.462	6.995	0.030	0.0215

图16 不同端面间隙、不同转速下的实验结果

Fig.16 Experimental of different end clearances and different speeds

图17 不同转速、端面间隙下的输入转矩

Fig.17 Input torque at different speeds and radial clearance

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