航空燃油柱塞泵是航空动力装置中的核心部件之一,用于向动力装置提供具有一定压力和流量的燃油。回程机构是柱塞泵中滑靴回程的直接功能承担者。当处于高转速工况时,滑靴组件的转动惯量对回程机构产生很大影响。如果回程机构不合理,无法使滑靴始终压紧在斜盘上,就会导致泵泄漏大,容积效率低,甚至零件损坏。因此,对于高转速的航空燃油泵来说,回程机构的设计是使泵正常运转的研究重点,具有较强的理论价值和实践价值。本文以某型航空燃油泵为研究对象,在分析高转速下回程机构失效原因的基础上,对该机构进行重新设计,最后通过仿真分析和试验研究对新设计的机构进行了验证。首先,对高转速轴向柱塞泵的运动和受力进行分析,为后续滑靴受力和弹簧力计算打下基础。随后,通过对故障处的金相检测以及应力应变分析,确定回程机构失效的原因,揭示了中心弹簧回程机构在高转速工况的局限性。在此基础上,进一步提出了一种新型定间隙回程机构,并搭建了该结构的刚柔混合动力学模型,仿真验证了设计的结构具有可行性;建立了设计的燃油泵的流场模型,得到了其在不同工况下的流量压力特性。最后,加工了试验样机,搭建相应的燃油泵测试平台,通过试验验证了新型定间隙回程机构能够满足具体的工况要求。本文主要研究内容为:(1)对高转速工况下的燃油柱塞泵的运动和受力进行分析。对燃油泵中滑靴和柱塞的运动进行讨论,根据推导的运动方程,进一步分析柱塞副在压油区和吸油区的受力情况,并推导出中心弹簧回程机构下回程盘所需的弹簧预紧力,为之后对回程机构的分析打下基础。(2)对中心弹簧回程机构进行建模和仿真分析。针对某航空燃油泵样机在高转速工况下发生的故障,通过金相检测和应力应变分析确定失效原因,计算中心弹簧回程机构所需弹簧力,讨论弹簧力受高转速工况的影响,指出该样机在高转速工况下不适宜采用中心弹簧回程的型式。搭建样机的动力学仿真模型,对失效原因进行复现,同时验证所计算的弹簧力是否能满足滑靴在吸油区的回程。(3)新型定间隙回程机构的设计。提出一种新型定间隙回程机构,对设计的回程机构中的薄弱处进行静力学校核,通过Ansys生成回程盘的柔性体,导入到Adams中搭建新型定间隙回程机构下燃油柱塞泵的刚柔混合动力学仿真模型,对回程盘进行动力学分析,确定新型定间隙回程机构的可行性。(4)讨论新型定间隙回程机构下燃油泵的流量和压力特性。首先搭建样机的流场仿真模型,通过流场仿真,得到样机模型的流场情况,讨论了其在变工况下的压力和流量特性,以及配流盘上的减振槽结构对压力流量特性的影响。加工了试验样机,测试了不同转速下泵的出口压力和出口流量,以及定出口压力下的流量特性,验证了设计的定间隙回程机构能够满足额定工况的压力转速要求。