飛機(jī)液壓系統(tǒng)泵—管路振動(dòng)特性研究.pdf

1、液壓系統(tǒng)在飛機(jī)中廣泛應(yīng)用，其主要作用包括驅(qū)動(dòng)舵面操縱與起落架收放等。飛機(jī)液壓系統(tǒng)采用變量柱塞泵，脈動(dòng)式流量輸出產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)常使系統(tǒng)管路遭受嚴(yán)重破壞，影響正常飛行。因此研究飛機(jī)液壓系統(tǒng)泵-管路振動(dòng)特性，降低系統(tǒng)流量、壓力脈動(dòng)和噪聲，對(duì)提高國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)液壓系統(tǒng)性能具有重要意義。
　　現(xiàn)有的對(duì)輸流管路的理論分析未考慮管道彎曲造成的同一截面內(nèi)應(yīng)力不同，影響飛機(jī)液壓系統(tǒng)中大量彎曲管路振動(dòng)分析精度，論文建立了考慮管道彎曲和摩擦耦合的管路流固耦

2、合模型，與傳統(tǒng)模型相比，該模型在管壁和流體動(dòng)力學(xué)方程中添加彎曲應(yīng)力項(xiàng)和摩擦力項(xiàng)。針對(duì)一段特定的液壓系統(tǒng)管段，在時(shí)域分析中，傳統(tǒng)模型僅能得到截面內(nèi)平均應(yīng)力，誤差高達(dá)73％，該模型得到的彎曲管道截面內(nèi)應(yīng)力分布與試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差在10％以內(nèi)，可以為飛機(jī)液壓系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)提供參考;在頻域分析中，傳統(tǒng)模型不能得到管道彎曲對(duì)應(yīng)的共振頻率，而該模型分析結(jié)果顯示管道彎曲對(duì)管道應(yīng)力的頻域響應(yīng)具有決定性的影響，會(huì)改變其響應(yīng)峰值頻率，隨著彎曲半徑的增加，由管道彎曲

3、造成的共振頻率逐漸降低。飛機(jī)液壓系統(tǒng)的泵與管路振動(dòng)之間存在強(qiáng)烈的振動(dòng)傳遞，原有基于泵模型的分析中僅將管路作為簡(jiǎn)單的液阻與容腔處理，分析誤差較大，本論文首次將復(fù)雜彎曲管路振動(dòng)模型與恒壓變量柱塞泵模型結(jié)合，建立了泵-管路振動(dòng)系統(tǒng)綜合分析模型。應(yīng)用這一模型對(duì)某航空柱塞泵脈動(dòng)特性進(jìn)行分析計(jì)算，得到不同轉(zhuǎn)速泵出口壓力與試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差在0.7％～1.1％之間，精度較未考慮管路影響時(shí)最高5.4％的誤差有較大提高，可以很好的預(yù)測(cè)泵在不同工況下的輸出特性。

4、為減小航空柱塞泵流量脈動(dòng)，常在泵出口附近安裝緩沖瓶，占用很大空間，本文首次借鑒電學(xué)RC濾波器原理設(shè)計(jì)了壓力脈動(dòng)衰減器，利用泵本身液阻模擬電阻，體積隨泵出口壓力變化的活塞腔模擬電容，巧妙設(shè)計(jì)活塞和彈簧參數(shù)，滿足減振所需的油液容積和頻響要求。該衰減器內(nèi)置安裝時(shí)質(zhì)量?jī)H為46g，較常用的重250g的緩沖瓶減小82％。占用空間為31.4cm3，較體積為200cm3的緩沖瓶減小85％。試驗(yàn)測(cè)得流量為100L/min時(shí)，泵出口的壓力脈動(dòng)由3.9MPa

5、減少到0.8MPa，減小幅度達(dá)80％。這種壓力脈動(dòng)衰減器適應(yīng)飛機(jī)液壓系統(tǒng)重量輕、體積小的需要，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一章，緒論。概述了飛機(jī)液壓系統(tǒng)的組成及應(yīng)用，闡述了飛機(jī)液壓系統(tǒng)泵-管路振動(dòng)控制技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，分析了課題的研究背景及研究意義，并介紹了主要研究?jī)?nèi)容。
　　第二章，航空柱塞泵動(dòng)態(tài)特性分析。在分析航空柱塞泵工況、結(jié)構(gòu)與工作原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)機(jī)械振動(dòng)和流量脈動(dòng)問(wèn)題，建立其

6、運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)模型。討論了斜盤(pán)、柱塞、缸體、殼體等柱塞泵重要部件的運(yùn)動(dòng)狀況與受力狀態(tài)。采用ANSYS進(jìn)行了航空柱塞泵的模態(tài)仿真，得到了各運(yùn)動(dòng)組件動(dòng)力學(xué)特性。
　　第三章，航空柱塞泵流量脈動(dòng)優(yōu)化。分析了航空柱塞泵柱塞的排油過(guò)程，對(duì)主要的兩種流量脈動(dòng)來(lái)源:幾何脈動(dòng)與流量倒灌進(jìn)行了重點(diǎn)討論。采用FLUENT進(jìn)行了流場(chǎng)仿真。優(yōu)化了某航空柱塞泵配流盤(pán)預(yù)壓縮結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　第四章，航空液壓管路振動(dòng)特性分析。在傳統(tǒng)一維管道模型的基礎(chǔ)上，考慮

7、管道的彎曲和截面上的應(yīng)力分布等因素，分別在時(shí)域和頻域?qū)δ承惋w機(jī)液壓能源系統(tǒng)管路進(jìn)行優(yōu)化，開(kāi)展仿真與試驗(yàn)研究。經(jīng)分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)振動(dòng)特性受管路摩擦耦合與聯(lián)接耦合等復(fù)雜因素影響，優(yōu)化管路布局可有效減小脈動(dòng)峰值。
　　第五章，航空柱塞泵-管路綜合特性分析。在泵動(dòng)力學(xué)和流場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，探討泵內(nèi)滑靴副和配流副工作狀態(tài)。討論航空柱塞泵壓力控制機(jī)構(gòu)的特性，分析了管道和柱塞泵耦合振動(dòng)特性。以某航空柱塞泵及其出口管路為對(duì)象，通過(guò)理