CN116451341B - 一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法 - Google Patents

一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116451341B
CN116451341B CN202310248749.7A CN202310248749A CN116451341B CN 116451341 B CN116451341 B CN 116451341B CN 202310248749 A CN202310248749 A CN 202310248749A CN 116451341 B CN116451341 B CN 116451341B
Authority
CN
China
Prior art keywords
spiral drainage
fluid
flow
model
oil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310248749.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116451341A (zh
Inventor
戴瑜
卞家能
尹美
许岚津
贾继富
钟建锋
杨端
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Original Assignee
Central South University
Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University, Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC filed Critical Central South University
Priority to CN202310248749.7A priority Critical patent/CN116451341B/zh
Publication of CN116451341A publication Critical patent/CN116451341A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116451341B publication Critical patent/CN116451341B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
    • G06T17/205—Re-meshing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明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‑3D软件对位于流体计算域内的模型进行网格划分；在FLOW‑3D软件中根据数学模型设置条件参数，对螺旋引流结构参数化仿真分析模型进行仿真分析，获取润滑效果；设置多个流量监测平面，监测多个流量监测平面的流体数据，评估润滑效果。本申请能够通过FLOW‑3D软件中对直升机减速器润滑的效果进行研究，为后期引流飞溅润滑小型实验提供技术指导，同时为飞溅润滑方向在FLOW‑3D软件中实现数值模拟研究提供参考。

Description

一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法
技术领域
本发明属于直升机减速器润滑技术领域，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。
背景技术
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。
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-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。
但是，现有技术中没有前例使用FLOW-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。
发明内容
本发明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。
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：
(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，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；
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。
(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-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。
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-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。
(4)在FLOW-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。
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；
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。
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；
物理模型中激活重力模块；
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；
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-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。
(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。
具体的，所述设置多个流量监测平面，具体包括：
设置覆盖主减速器输入轴空腔入口的第一监测面；
设置覆盖导油器顶部开口的第二监测面；
设置覆盖轴承座底部连通孔截面处的第三监测面；
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。
(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。
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。
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。
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。
本发明的有益效果是，采用FLOW-3D软件中对直升机减速器润滑的效果进行研究，通过数值模拟来对应调整直升机减速器的结构参数和工况因素，从而可以对比分析不同工况下的润滑仿真模拟结果，从而得到结构参数与工况因素对飞溅润滑的影响规律，可以指导该新型的螺旋引流结构及参数的改进和应用，为后期引流飞溅润滑小型实验提供技术指导，同时为飞溅润滑方向研究学者在FLOW-3D软件中实现更加复杂和贴近实际工况的数值模拟研究提供参考。
附图说明
图1为本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法的流程示意图；
图2为本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法中减速器的结构示意图；
图3为本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法中减速器的简化三维模型结构示意图；
图4为本发明本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法的网格划分示意图；
图5为本发明本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法的步骤(3)中使用FAVOR视验的效果图；
图6为本发明本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法中初始条件和边界条件的设定示意图；
图7为本发明本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法中第一监测面的示意图；
图8为本发明本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法中第二监测面的示意图；
图9为本发明本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法中第三监测面的示意图；
图10为本发明本发明提供的一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法中导油器的计算模型示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或维护工具不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或维护工具固有的其它步骤或单元。
如附图1-10所示，本发明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：(1)建立螺旋引流的数学模型。
在流体分析计算中，需要考虑到流体粒子可能受到的力。其中，这种力通常包括：重力和电磁力等体积力、压力、粘性力和旋转运动产生的力。通常的力学定律，包括质量守恒和牛顿运动定律，可以应用于流体分析计算。为此，其产生的公式也提供了流体流动建模和发展的理解和洞察流体流动现象的数学基础在本申请中，首先需要建立给定流动模型所需的Navier-Stokes方程和连续性方程。由于本申请中的研究对象为直升机减速器，在减速器中的润滑油流体通常是随着减速器转动而旋转的。为此，相应的，对于旋转流动的流体，在选用控制流动的所有边界条件时都将用旋转坐标系来表示，同时需要进一步修改运动方程，使其适用于旋转坐标系。可以理解的是，单个转子在固定的壳体中旋转情况下，从固定在旋转部件上的坐标系观察流动是更合适的。这相当于使得旋转流动变为相对于旋转部件的相对稳定的流动，但缺点是旋转系统的坐标系不是惯性的。为此，为了将牛顿第二定律应用于旋转系统，必须考虑附加加速度，包括科氏力加速度和离心加速度。
具体的，在以恒定角速度旋转的参考系中，对于以角速度Ω围绕z轴旋转的系统，对于柱极坐标(r，φ′，z)，其中φ′＝φ-Ωt，动量方程可以用分量形式表示为：
式中：μ为流体应力与应变的关系系数，Ω是系统的角速度，r是从旋转原点到关注点的位置矢量，ρ是流体密度，相对速度矢量的分量是u、v和w，体积力由F表示。
旋转参考系中的连续性方程由下式给出，其形式与静止参考系相似，若流动是不可压缩的，在分量形式下连续性方程可写成：
其中，r是从旋转原点到关注点的位置矢量，ρ是流体密度，相对速度矢量的分量是u、v和w。
(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，设定螺旋引流结构参数化仿真分析模型的初始参数。
具体的，在本申请实施例中，选用某型号小型直升机主减速器为例进行说明。在主减速器中采用特殊设计的螺旋引流飞溅润滑系统，该系统结构为某新型直升机主减速器预研原型结构设计方案，如图2所示。其中，在主减速器箱体中，输入轴1及旋翼轴2均为空心轴，旋翼轴2中安装有导油器3，导油器3內部由两个锥形面构成，导油器3顶部周围旋翼轴2壁面上由若干甩油孔4。在油池5中有没过一定高度的润滑油，在输入轴1转动时，油池5內部的润滑油受旋翼轴2转动影响，润滑油被导油器3带动旋转流动，形成类似受迫涡形式的复杂涡流流场，油液延导油器3上半壁面向上爬升，到达甩油孔4附近，由于离心力作用从甩油孔4甩出，油液飞溅至啮合副6、花键7、输入轴轴承8等区域，对摩擦副进行润滑，同时，油液飞溅至输入轴1内空腔内，沿着输入轴1空腔壁面流动至输入轴润滑孔(图中未示出)，进而流动至输入轴1轴承及斜撑离合器(图中未示出)摩擦副内，达到飞溅润滑供油效果。
为此，根据步骤(2)，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。
另外，在螺旋引流结构参数化仿真分析模型中，示例性的，导油器3上部倒锥面锥角为35°，下部锥面锥角90°，通过轴承9连接安装在轴承座上，几何模型如图3所示。其工作环境通常设置为在密度0.97g/cm3，动力粘度0.0075的润滑油中以530rpm的转速旋转，从而带动润滑油向上流动并甩出导油器。
为此，设定螺旋引流结构参数化仿真分析模型的初始参数具体包括，在Flow-3D中导入算例螺旋引流结构的STL格式三维图档，使用物体的一般运动模型(general movingobjects，GMO，以下以GMO模型作为简称说明)，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，且导油器转速保持530rpm，假设滚动体与内外圈之间没有滑动，经过计算，轴承滚动体及保持架设置转速245rpm。
(3)设置流体计算域，引用FLOW-3D软件对位于流体计算域内的螺旋引流结构参数化仿真分析模型进行网格划分。
其中，具体包括：根据螺旋引流结构参数化仿真分析模型设置流体计算域，在本申请中是通过FLOW-3D软件中使用FAVOR算法根据螺旋引流结构参数化仿真分析模型划分表征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；对第一网格区域进行总体网格区域划分，对第二网格区域进行加密划分。
具体的，在FLOW-3D中，通常使用FAVOR算法，采用均匀的正六面体网格进行网格划分。如图4中标记所示，为了模拟油池，在FLOW-3D中设置长200mm、宽200mm、高170mm的流体计算域C，同时为了计算资源的高效运用，排除一些不必要区域，可以选取高度-40mm至130mm间的区域为第一网格区域(Block 1)来进行总体网格区域划分，在第一网格区域(Block 1)内设定8000000网格数量。另外，在进行网格区域划分时，由于减速器的旋翼轴上甩油孔尺寸为直径3mm，结构细节较小，直接采用第一网格区域(Block 1)对其进行划分会导致计算不精确。为此，在本申请中，在甩油孔区域形成有第二网格区域(Block 2)，其中第二网格区域(Block 2)采用巢式网格对甩油孔区域加密，形成长80mm、宽80mm，高度为116.5-121mm的长方体区域巢式网格。对应的，在Block 2中设置网格数量500000，如图4中位于减速器旋翼轴上的长条形网格区域。
在本实施例中，使用Automesh得到FAVOR算法划分后的网格，使用FAVOR视验，可以观察到较好的表达出导油器及轴承的几何特征。如图5为流域网格划分图和FAVOR检视效果。检视效果显示，该网格方案下导油器、轴承以及轴承座结构细节已经得到完整描述。
相应的，该网格划分方案下，流体域内总网格数量为8483447，其中Block 1网格数量7969259，巢式网格Block 2网格数量514188，在笛卡尔坐标系三个方向上，最大网格邻区大小比(maximum adjacent cell size ratio)均为1，即可判定网格质量较好，可以进行计算。
(4)在FLOW-3D软件中根据数学模型设置条件参数，对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。
其中，具体包括：在流体计算域C内加载润滑油A参数，第一网格区域采用对称边界条件，在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；第二网格区域采用连续边界条件，在第二网格区域的边界处设置零梯度条件。可以理解的是，在第一网格区域形成的6个面设置为对称边界，在对称边界的边界处应用零梯度条件以及垂直于对称边界的零速度条件；第二网格区域形成的6个面设置为连续边界，在连续边界的边界处设置零梯度条件。
示例性的，在初始条件中加载导油器内液面高度为55mm的润滑油A，设置滑油密度0.97g/cm3，动力粘度0.0075。相应的，边界条件设置中，在FLOW-3D中可以在网格面上设置十种不同的边界条件，本文研究对象数值建模过程中使用了其中两种边界条件，分别为对称边界(Symmetry)与连续边界(Continuative)。对称边界条件通常在边界处应用零梯度条件以及垂直于边界的零速度条件，常用于模拟粘性流动中的滑移璧面，从而可以使用该边界条件作为流域边界条件。相应的，连续边界条件通常是在边界处设置零梯度条件。其中，连续边界条件由所有量的零法向导数组成，连续边界条件旨在表示通过边界的流动的平滑延续，从而可以很好计算出在通过边界处的流体流动参数。在本申请中，使用连续边界条件作为巢式网格的边界条件，从而可以保证网格加密区域与其他流体域的数据传输。为此，在Block 1流域的六个面均设置为对称边界，在Block 2的六个面设置为连续边界。
相应的，在FLOW-3D软件中设置条件参数，还包括：设置仿真时间，在流体计算域C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；物理模型中激活重力模块；激活GMO模型，流体与固体耦合计算方式采用显性计算方式；激活湍流模型，选用重整化群理论模型(renormalized group theory，RNG，以下以RNG模型为代替进行说明)。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-9.8m/s2；同时激活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RNG模型。
(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，监测多个流量监测平面的流体数据，以评估润滑效果。
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。为此，在本申请中，在螺旋引流结构参数化仿真分析模型中设置了三个流量监测平面，用于监测指定区域流量，从而对润滑仿真效果做出分析及评价。所设置三个流量监测平面位置参数如下表所示。
表1监测平面位置参数
由于FLOW-3D特性，在六面体网格区域内设置的监测平面只能为矩形，设置覆盖主减速器输入轴空腔入口的第一监测面α；设置覆盖导油器顶部开口的第二监测面β；设置覆盖轴承座底部连通孔截面处的第三监测面γ。其中，第一监测面α所处位置为主减速器输入轴空腔入口位置，入口直径30mm，因此设置第一监测面α为边长为30mm的正方形，如图7所示；第二监测面β所处位置为导油器顶部平面，由于导油器顶部开口直径为62mm，设置第二监测面β为边长66mm的正方形，如图8所示；第三监测面γ所处平面在轴承座底部连通孔截面处，边长16mm的正方形监测面将连通孔流通面覆盖。具体位置如图9所示。
为了得到较为直观的计算结果，本算例输出设置中采用基于时间的输出，设置restart data interval为0.1秒，使计算步重启时间及数据输出间隔均为0.1秒。Flow-3D输出设置中默认输出流体体积分数、流体速度和压力等数据，额外的，在输出设置中勾选Fluid tracers，获得监测平面流量信息。压力求解器设置采用隐性求解，求解器采用GMRES求解器，从而获得较快求解速度和较高的求解精度，VOF(Volume FluentModel)模型设置选择Automatics。
其中，润滑仿真的效果通常从流域流态分布、啮合区域流量和体积分数分布三个方面来进行判定计算。
为了进一步实现通过螺旋引流结构参数化仿真分析模型探究分析结构参数与工况因素对飞溅油量的影响规律，可选的，还包括步骤：(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。
具体的，在需要分析结构参数与工况因素对飞溅油量的影响规律时，需要对应对结构参数和工况因素进行更改，对更改后的润滑效果进行检测，并与原有的结构参数和工况因素所实现的润滑效果进行对比，从而得出结构参数与工况因素对飞溅油量的影响规律。其中，更改三维模型和求解器设定中的结构参数及工况因素包括：导油器结构；油池深度、联通孔高度、联通孔直径等结构参数；转速、倾角、油位等工况因素，通过依次或随机更改各结构参数和工况因素来分析不同影响因素对螺旋引流飞溅润滑系统润滑效果的影响。
示例性的，采用设计原型导油器模型A开展流场数值模拟，同时设计了两种不同下端结构的导油器B、C与原型导油器A进行对比，导油器上倒锥体锥角均为35°，顶部开口最大内径为62.5mm。导油器A如图10所示。为了比较，建立了另外两种不同结构的模型进行仿真。B模型为整个内壁锥角35°的导油器；另一个是一个上壁锥角35°，下半部为直径32mm圆柱面的导油器，如图10所示，在C模型导油器底部没有设置法兰。将这三种模型在相同的工作条件、网格方法和求解器设置下进行仿真，而后监测各部分流场及出口监测流量情况则可知引流飞溅润滑得影响因素。通过该方案最终我们可以利用不同区域流场情况及监测面流量情况来得知螺旋引流飞溅润滑的效果，用此方式来分析不同影响因素对螺旋引流飞溅润滑系统润滑效果的影响，通过依次试验对比，即可选出最有利的结构及设定参数，得到更好的优化效果。
本发明的有益效果在于，为了实现结构参数和工况因素对直升机主减速器的影响效果的研究领域，现使用Flow-3D软件进行了模型的开发和数值模拟。本发明创新之处在于，可以通过调整不同导油器结构参数、工况因素，通过监测不同区域流场情况及监测面流量情况来得知螺旋引流飞溅润滑的效果，从而得到结构参数与工况因素对飞溅润滑的影响规律，可以指导该新型的螺旋引流结构及参数的改进和应用，为后期引流飞溅润滑小型实验提供技术指导，同时为飞溅润滑方向研究学者在FLOW-3D软件中实现更加复杂和贴近实际工况的数值模拟研究提供参考。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的保护范围限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入本申请的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

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-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-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；
所述在步骤(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-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。
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，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。
3.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，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。
4.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(4)中，所述在FLOW-3D软件中设置条件参数，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；
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。
5.如权利要求4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。
6.如权利要求4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-3D软件中设置条件参数，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；
物理模型中激活重力模块；
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；
激活湍流模型，选用重整化群理论模型。
7.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(5)中，所述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，具体包括：
设置覆盖主减速器输入轴空腔入口的第一监测面；
设置覆盖导油器顶部开口的第二监测面；
设置覆盖轴承座底部连通孔截面处的第三监测面；
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。
8.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，所述方法还包括：
(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。
9.如权利要求8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(6)中，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。
CN202310248749.7A 2023-03-13 2023-03-13 一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法 Active CN116451341B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310248749.7A CN116451341B (zh) 2023-03-13 2023-03-13 一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310248749.7A CN116451341B (zh) 2023-03-13 2023-03-13 一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116451341A CN116451341A (zh) 2023-07-18
CN116451341B true CN116451341B (zh) 2023-11-21

Family

ID=87121115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310248749.7A Active CN116451341B (zh) 2023-03-13 2023-03-13 一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116451341B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102043877A (zh) * 2009-10-22 2011-05-04 通用汽车环球科技运作公司 用于预测淬火期间的传热系数的系统和方法
BRPI1001516A2 (pt) * 2010-05-26 2012-02-28 Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul Equipamento tribômetro com controle de temperatura e processo de produção
CN106682346A (zh) * 2017-01-05 2017-05-17 中南大学 一种基于cfd软件对复杂构件气淬系统的优化方法
CN108319737A (zh) * 2017-01-17 2018-07-24 沈阳工业大学 高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法
CN110987429A (zh) * 2019-12-09 2020-04-10 西安工业大学 低速直升机轴承试验装置
CN112100938A (zh) * 2020-09-11 2020-12-18 南京航空航天大学 一种飞溅润滑锥齿轮温度的数值计算方法及系统
CN113378422A (zh) * 2021-04-06 2021-09-10 华北水利水电大学 一种水位波动计算方法
DE102020216302A1 (de) * 2020-12-18 2022-06-23 Dana Belgium N.V. Verfahren und Einrichtung zum Steuern einer Schmiermittel-Durchflussmenge
CN114925472A (zh) * 2022-05-27 2022-08-19 重庆长安汽车股份有限公司 一种基于仿真软件预测浇注卷气体积的方法及存储介质

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140149097A1 (en) * 2012-11-29 2014-05-29 The Procter & Gamble Company Method to determine lotion effectiveness of a virtual absorbent article
US11806784B2 (en) * 2020-05-21 2023-11-07 The Johns Hopkins University Rapid material development process for additive manufactured materials

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102043877A (zh) * 2009-10-22 2011-05-04 通用汽车环球科技运作公司 用于预测淬火期间的传热系数的系统和方法
BRPI1001516A2 (pt) * 2010-05-26 2012-02-28 Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul Equipamento tribômetro com controle de temperatura e processo de produção
CN106682346A (zh) * 2017-01-05 2017-05-17 中南大学 一种基于cfd软件对复杂构件气淬系统的优化方法
CN108319737A (zh) * 2017-01-17 2018-07-24 沈阳工业大学 高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法
CN110987429A (zh) * 2019-12-09 2020-04-10 西安工业大学 低速直升机轴承试验装置
CN112100938A (zh) * 2020-09-11 2020-12-18 南京航空航天大学 一种飞溅润滑锥齿轮温度的数值计算方法及系统
DE102020216302A1 (de) * 2020-12-18 2022-06-23 Dana Belgium N.V. Verfahren und Einrichtung zum Steuern einer Schmiermittel-Durchflussmenge
CN113378422A (zh) * 2021-04-06 2021-09-10 华北水利水电大学 一种水位波动计算方法
CN114925472A (zh) * 2022-05-27 2022-08-19 重庆长安汽车股份有限公司 一种基于仿真软件预测浇注卷气体积的方法及存储介质

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《CFD Investigation into Flow Characteristics of a Special Splash Lubrication in Light Helicopters》;Yu Dai;MDPI;全文 *
柴油液滴冲击液膜润湿壁面实验和数值模拟;李大树;仇性启;于磊;郑志伟;马培勇;祁风雷;;农业机械学报(12);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116451341A (zh) 2023-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hu et al. Churning power losses of a gearbox with spiral bevel geared transmission
Mastrone et al. Oil distribution and churning losses of gearboxes: Experimental and numerical analysis
Liu et al. Determination of oil distribution and churning power loss of gearboxes by finite volume CFD method
Peng et al. Numerical and experimental investigation of splashing oil flow in a hypoid gearbox
Hu et al. Influence of dynamic attitudes on oil supply for bearings and churning power losses in a splash lubricated spiral bevel gearbox
Jiang et al. Influences of an oil guide device on splash lubrication performance in a spiral bevel gearbox
Dai et al. Numerical simulation and optimization of oil jet lubrication for rotorcraft meshing gears
Deng et al. Lubrication mechanism in gearbox of high-speed railway trains
Qian Dynamic simulation of cylindrical roller bearings
Guo et al. Numerical modeling of churning power loss of gear system based on moving particle method
Liu et al. Efficient CFD simulation model for a planetary gearbox
Zhou et al. Injection lubrication for high-speed helical gears using the overset mesh method and experimental verification
Fondelli et al. Volume of fluid (VOF) analysis of oil-jet lubrication for high-speed spur gears using an adaptive meshing approach
Saegusa et al. CFD analysis of lubricant fluid flow in automotive transmission
Li et al. Investigation on the lubrication heat transfer mechanism of the multilevel gearbox by the lattice boltzmann method
Prasad et al. Prediction of gas turbine oil scoop capture efficiency
Zhu et al. Development of an analytical model to predict the churning power losses of an orthogonal face gear
Korsukova et al. Computational fluid dynamics study of oil behavior in a scoop, and factors affecting scoop capture efficiency
Dai et al. Impulse power loss in orthogonal face gear–numerical and experimental results
CN116451341B (zh) 一种直升机减速器螺旋引流飞溅润滑数值模拟方法
Qian et al. Strategy of directional oil transport for splash lubrication systems
Mastrone et al. Numerical Modeling of Fluid’s Aeration: Analysis of the Power‎ Losses and Lubricant Distribution in Gearboxes
Mohapatra et al. A 3-D CFD Study of the Lubricating Oil Flow Path in a Hybrid Vehicle Transmission System
Atencio et al. Experiments and Lattice-Boltzmann Simulation of Flow in a Vertically Aligned Gearbox
Lu et al. Oil film deposition characteristics and judgment of lubrication effect of splash lubricated gears

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant