航空发动机主轴承热分析边界条件处理方法
苏
壮，李国权
（中航工业沈阳发动机设计研究所航空发动机动力传输航空科技重点实验室，沈阳110015）
航空发动机
Aeroengine
摘要：为了提高航空发动机主推力球轴承热分析的计算精度，对轴承的摩擦发热和对流换热边界条件进行了分类及研究。
应用ANSYS 有限元分析软件，采用将摩擦热按体积生热率处理和将摩擦热按热流密度处理的2种不同方式，对边界条件进行了加载，分别对试验器状态的发动机主轴承进行了热分析计算，并与试验测量结果进行了对比。
计算结果表明：采用表面效应单元加载热流密度的方式得到的轴承温度分布更理想，内部热点温度更集中，热点温度比按体积生热率加载的高。
2种边界条件处理方法均已应用到航空发动机润滑系统热分析中，提高了航空发动机润滑系统热分析的准确性。
关键词：主轴承；热分析；边界条件；摩擦发热；对流换热；航空发动机中图分类号：V233.4
文献标识码：A
doi ：10.13477/ki.aeroengine.2015.03.014
Boundary Condition Processing Method of Aeroengine Main Bearing Thermoanalysis
SU Zhuang ,LI Guo-quan
(Key Laboratory of Power Transmission Technology for Aeroengine ,AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute ,Shenyang
110015,China )
Abstract:In order to improve the thermoanalysis calculation accuracy of the aeroengine main thrust ball bearing,the friction heat and convection heat transfer boundary condition of the aeroengine main bearing were classified and researched.By using ANSYS,two different methods were applied in managing the frictional heat with volumetric heat generation rate and with the heat flux ,those two boundary
conditions were loaded onto the main bearing.The results of calculation indicate that the bearing tem-perature distribution which obtained by loading heat flux on the surface effect element is better,the internal hot spots of temperature is more concentrate,and the temperature of
internal hot spots is higher than that with loading heat generation on volume.Two methods were applied in the thermoanalysis of the aeroengine lubrication system,and the thermoanalysis accuracy of the aeroengine lubrication system was increased.
Key words:main bearing ;thermoanalysis ;boundary condition ;frictional heat ;convection heat transfer ;aeroengine
收稿日期：2014-04-06基金项目：航空动力基础研究项目资助
作者简介：苏壮（1975），男，高级工程师，主要从事航空发动机润滑系统设计工作；E-mail ：happysm427@ 。
引用格式：
第41卷第3期Vol.41No.3Jun.2015
0引言
滑油系统是航空发动机的重要组成部分[1]，而热分析是航空发动机滑油系统设计的基础[2]。
通过滑油系统热分析计算，可以初步确定发动机滑油系统在整个飞行包线内滑油的温度水平、主轴承的工作温度及轴承腔温度场，并最终确定系统循环量、系统冷却方案及轴承腔的冷却隔热措施[3]。
对航空发动机主轴承的热分析是滑油系统热分析中的重要环节，轴承腔内由轴承旋转产生的摩擦热以及密封装置的摩擦热是主要的生热热源[4]，
航空发动机主轴承是滑油系统进行冷却和润滑的关键部件，由于主轴承自身的发热量较高，其
换热边界条件的准确确定和加载决定了主轴承热分析的精度。
准确计算主轴承的工作温度对提高滑油系统热分析精度具有重要的理论意义和工程价值。
本文对航空发动机主轴承的边界条件进行了分类及研究。
1航空发动机主轴承热分析概述
航空发动机主轴承热分析主要包括以下几个方面：
（1）轴承内部生热的计算。
轴承内部的生热主要由摩擦热引起，需要计算由摩擦力矩引起的摩擦热的大小。