模式选择阀门可调机构运动仿真分析

                                    周淼，肖双强

                                         (中国燃气涡轮研究院，四川 成都)

利用几何方法建立了基于曲柄滑块构型的模式选择阀门可调机构的滑块位移输入与阀门角度输出的关系，并对其进行了运动分析及精度分析。应用多体动力学仿真软件ADAMS建立了模式选择阀门可调机构的仿真模型，对其进行了刚体仿真，仿真结果与理论分析结果几乎一致，互相验证了数学模型与仿真模型的正确性。另外，当联动环为柔性时对其可调机构进行了柔性体仿真，分析了联动环在不同刚性下对各阀门输出同步性的影响，仿真结果表明，提高联动环的刚性能够提高各阀门输出的同步性。

    未来作战飞机将向着多用途、宽包线方向发展，具有更高的飞行高度，更大的巡航马赫数，同时兼顾亚声速巡航的燃油经济性，具有更大的作战半径和更长的滞空时间。这就要求飞机的动力装置在飞机高速、高机动飞行时，具有大的单位推力；在低速巡航飞行时，具有高的推进效率、低的燃油消耗率。对于持续高马赫数巡航飞行时，应选择大单位推力的涡喷发动机；而对于低马赫数、长航时飞行时，应选择低油耗率的涡扇发动机。单一的涡扇和涡喷发动机难以胜任超声速和亚声速混合飞行的任务，于是结合涡扇和涡喷发动机两者优点的变循环发动机（Variable Cycle Engine，VCE）应运而生。变循环发动机是通过改变发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置来改变热力循环的燃气涡轮发动机［1-2］。变循环发动机能够在涡扇和涡喷不同模式下工作，而为了实现模式的转化，需要借助其重要的可变部件——模式选择阀门。目前，国内外对模式选择阀门的研究主要见于有关专利［3-6］，但只倾向于模式选择阀门方案的介绍，对于其可调机构的运动分析较少。

   
    本文提出了基于曲柄滑块构型的模式选择阀门方案，对其可调机构进行了运动及精度分析，并进行了运动仿真，利用仿真结果对阀门输出的同步性进行了分析研究。

1曲柄滑块机构运动分析

    图1为变循环发动机基于曲柄滑块构型的模式选择阀门可调机构三维模型的部分示意图，其主要由密封框架、阀门、连杆、联动环、主动杆、机匣等组成。在建立模式选择阀门数学模型前，首先对模型进行简化处理，便于模型的建立及相关分析工作的开展。模型简化及假定如下：

       a.假定各阀门连杆彼此独立、主动杆输入同步且力大小一致，故可以将互相耦合的空间机构转化为平面机构。

        b.运动副中不存在间隙，忽略运动副中的摩擦。

        c.各构件为刚体，不存在弹性变形。

    图1模式选择阀门可调机构三维模型

    在上述假设下，模式选择阀门可调机构的运动.......

作者简介：周淼（1987—）,男，浙江余姚人，中国燃气涡轮研究院助理工程师，主要研究方向为航空发动机总体设计与优化。

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