航空发动机燃油换热装置及方法

本发明涉及航空，尤其涉及一种航空发动机燃油换热装置及方法。

背景技术：

1、当航空发动机正常工作时，机械传动系统中各个轴承腔内和齿轮箱内由于机械部件之间的摩擦作用会产生大量的热，为保证系统的工作安全，需要使用滑油对各个轴承和齿轮进行冷却和润滑。

2、目前的航空发动机多采用闭式循环的滑油系统，工作后的高温滑油经油气分离器除气后，首先进入燃滑油换热器被燃油冷却，随后返回滑油箱，再次工作时，低温滑油被供油泵从滑油箱中抽出，经过滑油喷嘴供向各个轴承腔和齿轮箱。然而，由于发动机转速的不断提升，滑油的热载荷越来越大，同时由于机载设备功率的增加，使得进入发动机的燃油温度越来越高，导致先进发动机滑油系统的最高滑油温度已经接近滑油的使用极限。提高航空发动机滑油与燃油之间的换热效率是降低滑油工作温度的重要手段，而传统的方法主要是通过增大滑油与燃油之间的换热面积来改善换热器的性能，这会导致换热器重量的增加，同时由于目前航空发动机上采用的是先将各个轴承腔和齿轮箱返回的滑油混合后再统一与燃油进行换热的方式，这会在一定程度上造成滑油与燃油之间换热温差的损失。

3、因此，亟需一种航空发动机燃油换热装置及方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提出一种航空发动机燃油换热装置，通过让多股滑油按照温度从低到高的顺序依次与燃油进行换热后再混合，改善了滑油与燃油之间换热温差的均匀性，可以有效地提高滑油与燃油之间的换热效率。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、航空发动机燃油换热装置，包括：

4、换热器，所述换热器具有燃油通道、多个待换热滑油进口、多个滑油出口和多个互不连通的滑油通道，所述滑油通道与所述燃油通道相邻并能够传递热量，多个所述待换热滑油进口和多个所述滑油通道一一对应设置，多个所述滑油出口和多个所述滑油通道一一对应设置；

5、多个滑油集油槽，多个所述滑油集油槽与多个所述滑油通道一一对应设置，且每个所述滑油集油槽沿所述燃油通道流通方向温度呈逐渐增大的趋势。

6、作为上述航空发动机燃油换热装置的一种优选技术方案，每个所述滑油集油槽与所述换热器之间均设置有一动力结构。

7、作为上述航空发动机燃油换热装置的一种优选技术方案，还包括混合结构，所述混合结构的油进口数量与所述滑油出口数量相同，所述混合结构的油进口与所述滑油出口一一对应连接，所述混合结构的总出口连通滑油箱。

8、作为上述航空发动机燃油换热装置的一种优选技术方案，所述换热器包括主体和多个隔热板，多个所述隔热板设置于所述主体内并将所述主体分隔成多个所述滑油通道。

9、作为上述航空发动机燃油换热装置的一种优选技术方案，所述隔热板为具有低热导率的绝热材料板。

10、作为上述航空发动机燃油换热装置的一种优选技术方案，多个所述隔热板相互平行地设置于所述主体内，优化目标为使得燃油与各股滑油的总换热功率最大。

11、作为上述航空发动机燃油换热装置的一种优选技术方案，所述换热器为管壳式换热器。

12、本发明的之二在于提出一种航空发动机燃油换热方法，基于粒子群算法对各个滑油腔内滑油与燃油的换热面积进行了优化，在多股滑油与燃油的总换热面积不变的前提下，可以有效地提高滑油与燃油之间的换热效率。

13、航空发动机燃油换热方法，应用于上述任一方案所述的航空发动机燃油换热装置，包括如下步骤：

14、s101、获得优化目标、影响优化目标的优化参数和优化边界条件，设置粒子群优化的各个参数；

15、s102、通过粒子群优化算法，求解多个优化参数下的优化目标函数，并输出最优的优化参数解集；

16、所述优化目标为在多个滑油通道的总换热面积给定时，使得滑油与燃油之间的总换热功率最大；优化参数为各个滑油通道的换热面积。

17、作为上述航空发动机燃油换热方法的一种优选技术方案，所述步骤s101包括如下步骤：

18、s1011、获得换热器流入的每股滑油和燃油的来流条件，所述来流条件包括温度、流量和热物性；

19、s1012、设置粒子自变量以及优化目标函数；

20、s1013、设置粒子自变量的变化范围以及等式约束；

21、s1014、设置粒子数量和终止条件，并随机初始化粒子群位置；

22、所述终止条件为滑油与燃油之间的总换热功率已经达到粒子群变动过程中的最大值。

23、作为上述航空发动机燃油换热方法的一种优选技术方案，所述步骤s102包括如下步骤：

24、s1021、计算各个粒子的适应度；

25、s1022、找出各个粒子的个体最优值和群体最优值；

26、s1023、更新各个粒子的位置和速度；

27、s1024、当满足终止条件时，输出最大的总换热功率以及对应的各个滑油通道的最优换热面积组合。

28、本发明至少具有以下有益效果：

29、由于每个滑油集油槽沿燃油通道流通方向温度呈逐渐增大的趋势，这样在实际换热过程中，燃油沿燃油通道流向方向，燃油依次与温度逐渐升高的多股滑油进行换热，这样可改善滑油与燃油之间换热温差的均匀性，降低滑油与燃油之间换热温差的损失，提高滑油与燃油之间的换热效率。

技术特征：

1.航空发动机燃油换热装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的航空发动机燃油换热装置，其特征在于，每个所述滑油集油槽与所述换热器(1)之间均设置有一动力结构。

3.根据权利要求1所述的航空发动机燃油换热装置，其特征在于，还包括混合结构(4)，所述混合结构(4)的油进口数量与所述滑油出口数量相同，所述混合结构(4)的油进口与所述滑油出口一一对应连接，所述混合结构(4)的总出口连通滑油箱(6)。

4.根据权利要求1所述的航空发动机燃油换热装置，其特征在于，所述换热器(1)包括主体(11)和多个隔热板(12)，多个所述隔热板(12)设置于所述主体(11)内并将所述主体(11)分隔成多个所述滑油通道。

5.根据权利要求4所述的航空发动机燃油换热装置，其特征在于，所述隔热板(12)为具有低热导率的绝热材料板。

6.根据权利要求4所述的航空发动机燃油换热装置，其特征在于，多个所述隔热板(12)相互平行地设置于所述主体(11)内，且每个所述滑油通道的换热面积分配由优化算法确定，使得燃油与各股滑油之间的总换热功率最大。

7.根据权利要求1所述的航空发动机燃油换热装置，其特征在于，所述换热器(1)为管壳式换热器。

8.航空发动机燃油换热方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任一项所述的航空发动机燃油换热装置，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的航空发动机燃油换热方法，其特征在于，所述步骤s101包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的航空发动机燃油换热方法，其特征在于，所述步骤s102包括如下步骤：

技术总结本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种航空发动机燃油换热装置及方法。航空发动机燃油换热装置包括换热器和多个滑油集油槽，换热器具有燃油通道、多个待换热滑油进口、多个滑油出口和多个互不连通的滑油通道，滑油通道与燃油通道相邻并能够传递热量，多个待换热滑油进口和多个滑油通道一一对应设置，多个滑油出口和多个滑油通道一一对应设置；多个滑油集油槽与多个滑油通道一一对应设置，且每个滑油集油槽沿燃油通道流通方向温度呈逐渐增大的趋势。在实际换热过程中，燃油依次与温度逐渐升高的多股滑油进行换热，这样可改善滑油与燃油之间换热温差的均匀性，降低滑油与燃油之间换热温差的损失，提高滑油与燃油之间的换热效率。技术研发人员：杨世宇,梁新刚,徐向华,林远方受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11