航空
燃油与液压系统
之燃油泵
班级：080332
学号：08033214
姓名：徐杰明
老师：钟若瑛
日期：2011-7-1
燃油泵
徐杰明
（南昌航空大学，飞行器动力工程，南昌 330063）
摘要：阐述了燃油泵的种类和特点，发展现状，重点论述了离心泵的结构特点，工作原理，流量-压力特性曲线。

燃油泵在飞机上的应用，以及在使用维护中常遇到的问题和解决的途径。

关键词：燃油泵；离心泵；工作原理；结构特点
0引言
燃油泵是向发动机主燃烧室和加力燃烧室提供一定流量和一定压力燃油的油泵。

燃油在燃烧室中通过燃烧将化学能转变为热能，并将一部分热能转变为推进功。

因此，燃油泵是供给发动机能量使其产生推力的能源元件，发动机的性能与燃油泵的性能有密切关系。

例如，发动机最大推力就与燃油泵能否以一定压力向燃烧室提供所需要的最大燃油量有关。

高性能发动机需要流量大、压力高的高性能燃油泵。

正因为如此，对燃油泵的研究一直是航空发动机及其控制系统发展的关键技术之一。

1燃油泵的介绍
1.1 燃油泵组件
燃油泵组件内有一个低压燃油泵和一个高压燃油泵。

这些泵增大燃油压力输送燃油给过热交换器开动伺服系统和供油至燃油喷嘴。

低压燃油泵是一个离心式叶轮泵。

此类泵能够在低燃油进口压力下工作而且燃油可以是部分液体和以部分蒸气混合的。

此泵的低出口压力使热交换器更轻便和更有效。

高压燃油泵是一个单元件正排量齿轮泵。

此类泵产生高燃油压力。

此压力为产生强而有力的燃烧室燃油喷雾图和操作伺服系统的组成部分的致动筒所必需。

1.2燃油泵的种类
按用途来分的话燃油泵分为主燃油泵、加力燃油泵以及增压燃油泵。

按结构特点来分的话燃油泵主要有：柱塞泵、旋板泵、齿轮泵、离心泵以及汽心泵。

1.3燃油泵的设计要求
对航空发动机燃油泵的设计要求是
⑴能够为发动机主燃烧室和加力燃烧室在全工况范围内提供满足流量和压力要求的燃油；
⑵油泵供油量和供油压力便于在大范围内调节，且油泵性能稳定；
⑶油泵比质量（油泵质量与流量之比）要小，即要求油泵体积小、重量轻、结构简单、供油量大；
⑷油泵在燃油温度和环境温度大的变化范围内均能可靠地工作；
⑸油泵抗污染能力强；
⑹油泵便于加工与维修。

现代高推重比航空发动机要求大流量、高压力燃油泵，因此油泵设计成为发动机控制系统设计的关键问题，解决这一问题的途径是采用轻质材料、提高油泵转速、采用新的结构和新的设计技术。

1.4燃油泵的发展
随着航空发动机推力的增加，要求燃油泵提供更大的燃油量，例如美国F119发动机，主燃油流量为12000kg/h,加力燃油流量为40000kg/h。

随着燃油量的增加, 油泵的体积与重量大大增加, 这是高推重比发动机所不允许的。

为此，采用轻质材料，提高油泵的转速采用新的设计技术就成为燃油泵的发展方向。

用齿轮泵作为发动机主燃油泵的优点是流量大、体积小、可靠性高，齿轮泵出口压力可达到10~12MPa，最大流量为10000~15000kg/h。

但齿轮泵是由发动机带动的定排量泵，油泵出口流量取决于发动机转速，而发动机所需要的燃油流量的调节是依靠调节回油量实现的。

在高空低速飞行时，发动机仅需要很少的燃油流量，这就必须由回油阀将油泵出口的大量燃油再回流到油泵进口，这不仅是能量的耗损，而且大量回油使燃油温度迅速增加，降低了燃油冷却各部件的冷却效果。

变速变流量的齿轮泵是今后齿轮泵的发展方向，即齿轮泵不由发动机带动，而由大功率高速电动机带动，通过调节电动机转速来改变油泵转速，从而达到调节供油量的目的。

由于油泵转速独立于发动机，更便于对供油量的控制，有利于控制性能的提高，此外大功率电动机还可作为发动机的起动动力，对发动机起动也是有利的。

采用变速变流量的齿轮泵的困难在于大功率的电动机的体积与重量，它必须在可接受的范围。

采用离心泵作为主燃油泵和加力燃油泵的优点是结构简单、重量轻、油温温升小、可靠性高、流量大，其缺点是小流量时温升高、压力摆动大。

新型离心泵采用整体式燃油泵和计量装置；各转动部件和静子采用耐高温复合材料；采用新型叶轮设计和封严技术；采用无刷直流马达作为驱动器。

这些技术的应用，使离心泵能满足在全飞行包线范围内发动机从起动到最大状态的供油量和供油压力，最大燃油流量可以达到30000~4000MPa，最大出口压力为10MPa，泵的重量减少50%。

2离心泵
2.1离心泵的结构特点
离心泵具有结构简单、可靠性高、维修简便、寿命长、体积小、质量轻、转速高、压力高、流量大等优点，并可在一定汽液化两相流的进口状态下工作。

( 1 )与柱塞泵相比，离心泵的寿命更长，可靠性更高，质量功率比更小。

( 2 )与齿轮泵相比，离心泵寿命更长，燃油温升更低，流量调节范围更大。

( 3 )与旋板泵相比，离心泵转速更高，寿命更长，燃油温升更低，(变流量时) 质量功率比更小。

但是，在流量调节范围大的小流量时，离心泵的节流损失功率大，燃油温升高；在起动时，发动机转速低，离心泵出口压力小，难以满足燃油系统对喷油压力的要求。

2.2 离心泵的工作原理
如图1所示，离心泵主要由进口装置、叶轮和出口装置组成。

进口装置的作用是保证液体以最小的损失均匀地流入叶轮；出口装置的作用则是以最小的损失收集叶轮甩出的液体，并将经过叶轮后的液体的一部分动能转变为压力能。

图1离心泵工作原理
１—进口装置２—叶轮３—出口装置叶轮的轮盘上装有若干径向叶片。

起动时，叶轮和进口装置中充满液体。

叶轮旋转时，叶片通道里的液体受离心力作用，径向向外甩出。

叶轮中心部分形成低压区，从进口装置中吸入液体补充。

叶轮连续旋转、甩油，中心部分不断吸油。

形成连续的供油。

液体进入叶轮时，绝对速度较低，但在叶轮出口，由于受叶轮牵连速度的影响，液体的绝对速度很高。

液体从叶轮获得的能量，一部分为动能，一部分为静压力能。

出口装置通道的作用是使出口液体运动滞止，再把一部分动能转变为压力能。

于是在泵出口液体具有一定的压力，由于叶轮给液体以动能故离心泵又称为流体动力油泵。

2.3离心泵流量—压力特性曲线
⑴变频离心泵出口压力—流量曲线（如图2所示）
图2变频离心泵出口压力—流量曲线
⑵恒速离心泵出口压力—流量曲线（如图3所示）
图3 恒速离心泵出口压力—流量曲线2.4 组合泵
( 1 )汽心一旋板组合泵
为了提高在发动机起动时泵的供油压力，国内外都曾研制过由旋板泵和进口节流的离心泵(汽心泵) 组成的组合泵，如图4所示。

容积式旋板泵出口压力高，起动时供油，待转速增大到一定值后，在离心力作用下，随转子一起旋转的旋板克服其外侧压紧的弹簧力，脱离固定在中心的定子凸轮型面，供油则停止，改由转换活门实现离心泵供油。

图4 汽心一旋板组合泵
汽心一旋板组合泵结构紧凑，从工作机理上看，用作主燃油泵是可行的。

但由于该组合泵旋板较易磨损，在工作中弹簧压紧力小(若增大压紧力，磨损太快) ，而且，漏油量大，供油不稳定，难以达到弹簧力的公差要求，致使各旋板脱开定子的转速不一致，转速转换不灵敏。

所以，该组合泵没能得到应用。

( 2 )变流量离心一旋涡组合泵
为了满足发动机在4 ％n m, 转速时点火起动对供油压力的要求，俄美专家共同研制了一种变流量的高压离心泵和旋涡泵所组成的组合泵，如图5所示。

由于为离心泵并联的3级串联旋涡泵的出口压力是同体积离心泵的2～5倍，因此可满足发动机在 4 ％n m转速时点火起动对供油压力的要求。

该组合泵使得以离心泵用作主燃油泵的目的得以实现，充分显示了离心泵体积小、转速高( n m=2 7 0 0 0 r ／mi n ) 、质量轻的优势，已成功应用在GE90发动机上。

该泵的缺点是结构太复杂，节流损失大，使燃油温升大。

图5 变流量离心一旋涡组合泵
3 结束语
燃油泵作为飞机供油的主要部件，在整个飞机中起到了至关重要的作用，而我们今后的任务则是竟可能高的将其性能提上去，向着高性能发动机需要流量大、压力高的高性能燃油泵发展。

上面阐述了燃油泵的发展现状及今后的发展方向，将离心泵作为发动机主燃油泵的一个主要研究方向，其优越性将在今后航空发动机燃油泵的应用将愈发明显。

参考文献
1.航空发动机控制樊思齐主编西北工业大学出版社2008.06
2.航空燃油与液压系统钟若瑛主编南昌航空大学2008.10
3.离心泵用作航空发动机主燃油泵研究刘尚勤西安航空公司
4. VIRTUAL FUEL-PUMP DESIGN Jiang zuhua Yan junqi 2002.11。