一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法技术

本发明专利技术提供一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法，方法包括以下步骤：建立螺旋引流的数学模型；选定螺旋引流结构原型，构建螺旋引流结构参数化仿真分析模型，设定初始参数；设置流体计算域，引用FLOW

【技术实现步骤摘要】
一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法


[0001]本专利技术属于直升机减速器润滑
，具体是涉及到一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法。

技术介绍

[0002]传动系统、发动机和旋翼系统是直升机的三大关键动部件。传动系统的作用是将发动机的功率和转速按一定的比例传递到旋翼、尾桨和各附件，是涡轮轴发动机动力输出必不可少的动力传输部件，也是唯一动力传递途径。因此，直升机中传动系统的可靠性要比发动机要求高，直升机性能在很大程度上取决于传动系统的性能。主减速器是直升机传动系统中的核心部件，主要起转化动力的作用。在高速重载的工作情况下，即使有良好的润滑条件，齿轮啮合过程中也会产生较大的热量，由于减速器结构紧凑，体积较小，短时间内大量热量难以快速传递散发，在这种情况下就会出现齿轮失效，包括胶合、热变形，严重的可能导致传动系统卡死故障，因此直升机主减速器润滑系统良好的可靠性与安全性是传动系统正常工作的保障。而在润滑系统中各种润滑油流体扮演着主要作用。
[0003]目前喷射润滑方式的研究较为成熟，基于CFD开展主减速器齿轮传动系统润滑流场数值仿真分析，能直观地反映润滑流体分布状态，为润滑系统性能设计研究提供依据，是国内外主流研究方式。在研究对象中，航空主减速器主要采用喷油润滑的方式对齿轮和轴承等传动装置持续提供润滑油使其充分润滑和冷却，但喷油润滑系统本身复杂且占据一定的体积，对于小型直升机的传动系统，主减速器结构需紧凑不宜太重太大。主减速器采用新型的螺旋引流飞溅润滑的方式，则可以有效减小主减速器的体积，降低润滑系统复杂性，克服较大的搅油损失，提高传动效率及可靠性。FLOW
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3D是一款高效能的计算仿真工具，用户可以应用多种数值模型来精确预测自由液面的流动，可以模拟任何可以被描述的流体流动过程。
[0004]但是，现有技术中没有前例使用FLOW
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3D软件对新型的螺旋引流飞溅润滑进行数值模拟，无法提供参考。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法。
[0006]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是，提供一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法，方法包括以下步骤：
[0007](1)建立螺旋引流的数学模型；
[0008](2)选定螺旋引流结构原型，对其元器件进行抽象及参数化，并构建螺旋引流结构参数化仿真分析模型，设定所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型的初始参数，通常以螺旋引流结构为原型，绘制螺旋引流导油器、轴承及轴承座三维模型。在三维模型绘制中，为了简化绘制步骤，通常会省略齿轮结构，简化对仿真结果影响不大的油池结构及不必要的
紧固件结构。其中，具体包括：绘制螺旋引流结构中导油器、轴承及轴承座的三维模型；
[0009]在Flow3D软件中导入螺旋引流结构的STL格式三维图档，使用重整化群理论模型的Moving Object模块设定导油器及轴承中滚动体与保持架绕轴线旋转。
[0010](3)在所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型周侧设置流体计算域，引用FLOW
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3D软件对位于所述流体计算域内的所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型进行网格划分。
[0011]具体包括，根据所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型设置流体计算域；
[0012]在FLOW
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3D软件中根据所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型划分表征所述流体计算域的第一网格区域和表征甩油孔区域的第二网格区域；
[0013]对所述第一网格区域进行总体网格区域划分，对所述第二网格区域进行加密划分。
[0014](4)在FLOW
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3D软件中根据所述数学模型设置条件参数，对所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型进行仿真分析，获取螺旋引流结构参数化仿真分析模型的润滑效果。
[0015]具体包括：在所述流体计算域内加载润滑油参数，所述第一网格区域采用对称边界条件，在所述第一网格区域的边界处应用零梯度条件以及垂直于边界的零速度条件；
[0016]所述第二网格区域采用连续边界条件，在所述第二网格区域的边界处设置零梯度条件其中，所述连续边界条件由所有量的零法向导数组成，以保证通过边界的流动的平滑延续。
[0017]还包括：设置仿真时间，在所述流体计算域内选用自由液面，流体模型采用不可压缩流体，流体项数为一项；
[0018]物理模型中激活重力模块；
[0019]激活物体的一般运动模型，流体与固体耦合计算方式采用显性计算方式；
[0020]激活湍流模型，选用重整化群理论模型。本算例设置总仿真时间2.5s，界面跟踪选用自由液面(Free surface or sharp interface)，流体模型采用不可压缩流体，流体项数为一项。相应的，在物理模型中激活重力模块，z轴负方向赋值
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9.8m/s2；同时激活物体的一般运动(general moving objects，GMO)模型，流体与固体耦合计算方式采用显性计算方式；同时激活湍流模型，选用重整化群理论(renormalized group theory，RNG)模型。
[0021](5)在螺旋引流结构参数化仿真分析模型中设置多个流量监测平面，监测多个所述流量监测平面的流体数据，以评估润滑效果。
[0022]具体的，所述设置多个流量监测平面，具体包括：
[0023]设置覆盖主减速器输入轴空腔入口的第一监测面；
[0024]设置覆盖导油器顶部开口的第二监测面；
[0025]设置覆盖轴承座底部连通孔截面处的第三监测面；
[0026]监测所述第一监测面、所述第二监测面以及所述第三监测面的流体数据，其中所述流体数据包括但不限于：流体体积分数、流体速度、压力以及流量信息。
[0027](6)更改螺旋引流结构参数化仿真分析模型的结构参数及工况因素，并依次查看各自对应的供油量，分析结构参数与工况因素对飞溅油量的影响规律。所述结构参数包括但不限于：导油器结构、油池深度、联通孔高度、联通孔直径；所述工况因素包括但不限于：转速、倾角、油位。
[0028]其中，为了监测螺旋引流飞溅润滑结构对滑油飞溅量的影响，通常导油器飞溅润
滑效果的主要量化指标即为飞溅入输入轴空腔的润滑油油量，通过对飞溅入输入轴空腔的润滑油油量进行统计即可对导油器飞溅润滑的效果进行判定，对应的，油量越大，润滑效果越好。
[0029]可选的，所述第一网格区域和所述第二网格区域所划分的网格中，在笛卡尔坐标系三个方向上的最大网格邻区大小比为1，即判定网格质量较好，可以进行计算。
[0030]可选的，所述第一网格区域为采用均匀的正六面体网格进行网格划分，所述第二网格区域为采用巢式网格对所述甩油孔区域进行加密，形成长方体区域巢式网格。
[0031]本专利技术的有益效果是，采用FLOW
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：(1)建立螺旋引流的数学模型；(2)选定螺旋引流结构原型，对其元器件进行抽象及参数化，并构建螺旋引流结构参数化仿真分析模型，设定所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型的初始参数；(3)在所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型周侧设置流体计算域，引用FLOW
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3D软件对位于所述流体计算域内的所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型进行网格划分；(4)在FLOW
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3D软件中根据所述数学模型设置条件参数，对所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型进行仿真分析，获取所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型的润滑效果；(5)在所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型中设置多个流量监测平面，监测多个所述流量监测平面的流体数据，以评估润滑效果。2.如权利要求1所述的直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法，其特征是，在步骤(3)中，具体包括：根据所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型设置流体计算域；在FLOW
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3D软件中根据所述螺旋引流结构参数化仿真分析模型划分表征所述流体计算域的第一网格区域和表征甩油孔区域的第二网格区域；对所述第一网格区域进行总体网格区域划分，对所述第二网格区域进行加密划分。3.如权利要求2所述的直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法，其特征是，所述第一网格区域和所述第二网格区域所划分的网格中，在笛卡尔坐标系三个方向上的最大网格邻区大小比为1。4.如权利要求2所述的直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法，其特征是，所述第一网格区域采用均匀的正六面体网格进行网格划分，所述第二网格区域为采用巢式网格对所述甩油孔区域进行加密形成的长方体区域巢式网格。5.如权利要求2所述的直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法，其特征是，在步骤(4)中，所述在FLOW
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴瑜，卞家能，尹美，许岚津，贾继富，钟建锋，杨端，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：