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2 0 1 4年 7月 第 4 3卷 第 7期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e De s i g n a n d Ma n u f a c t u rin g E n g i n e e rin g J u 1 ． 2 0 1 4 Vo 1 ． 43 No． 7 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 55 0 9 X ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 0 5 基于 A ME S i m飞机液压能源 系统用户 可用压力仿真计算 夏鹤鸣 ， 王鸿鑫 上海飞机设计研究院 ， 上海2 1 0 2 0 1 摘要 对飞机液压能源系统中存在的压力损失进行 了理论分析， 并运用 A M E S i m软件建立了飞机 液压能源系统元件、 管路 以及用户的流量压 降模型。基 于仿真模 型对典型飞行阶段 液压 能源系 统各用户支路的压力损失进行仿真计算。该仿真分析模 型可用于飞机液压能源系统用户可用压 力计算。 关键词 液压 ； 性能； 仿真 中图分类号 V 3 7 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 4 0 7 0 0 2 0 0 4 第二次世界大战以来 ， 液压技术在飞机上得到 了广泛的应用 J ， 直至今 日液压 能源系统仍然是 飞机上最有效动力源 ， 为 飞行控制系统、 高升力系 统 、 起落架系统 以及反推力 系统等负载提供动力 ， 是飞机的二次能源之一 ， 在保证 飞机的飞行安 全上有着非常重要 的地位 J 。飞机液压用户可用 压力计算是飞机液压能源系统设计 的重要组成部 分 ， 其计算结果是飞行控制系统的重要设计输入。 A M E S i m软件是专门用 于机械液压系统建模 、 仿真及动力学分析 ， 并能够面向工程交互设计 的可 视化仿真软件 ， 其 中液压 系统 建模库 中有大量 常用 的液压元件 、 液压源和液压管路等模型。该软 件在建立液压系统数字模型的过程 中充分考虑到 液压油的物理特性和液压元件 的非线性特性 。本 文基于 A ME S i m软件建立飞机液压能源系统元件 、 管路 以及用户流量压降模型， 并进行了飞机液压能 源系统中压力损失计算 。 1 飞机液压 能源系统 的组成 为保证飞机安全可靠工作 ， 大型民用飞机液压 能源系统一般 由 3套 或 3套 以上 相互独立 的液 压能源子系统组成 ， 为飞机液压用户提供动力。每 套液压能源子 系统由液压泵、 液压油箱、 液压管路、 蓄能器 、 油滤 以及液压用户等装置组成。其中液压 泵主要包括作为主液压泵的发动机驱动泵 ， 作为应 急泵的电动泵 ； 液压用户主要包括液压作 动筒 、 液 压马达 、 液压作动器以及助力器等。 2 飞机液压 能源 系统 中的压力损失 飞机液压能源系统中的压力损失主要包括沿 程压力损失和局部压力损失。沿程压力损失是液 体流经直管中的压力损失 ， 而局部压力损失是液体 流经管径突变或管路突然弯曲等局部地方 的压力 损失 。 a ． 沿程压力损失。 液压油在管路中流动与管路 内壁发生摩擦 ， 造 成沿程压力损失 ， 而液压能源系统管路遍布整个飞 机 ， 管路长且数量多 ， 因此飞机液压能源系统管路 的沿程压力损失是液压能源 系统主要压力损失之 一 ，沿程压力损失 △ P 计算如下 ⋯2 A P ． ． 1 l i e o g 式中 R e为液体雷诺数 ； z 为管路长度 ； d为管路直 径 ； 为液体运动黏度； 为液体流速。 b ． 局部压力损失。 液压油流经管路的弯头 、 接头 、 突然变化 的截 面以及 阀口等处时 ， 流速的大小和方向将发生急剧 变化 ， 产生漩涡 ， 并发生强烈的紊动现象 ， 形成局部 压力损失 ， 而 飞机中液压能源 系统管 路管径变化 多， 走 向不规则 ， 管路弯 曲 、 弯 头以及变径接 头众 收稿 日期 2 0 1 4 0 5 2 3 作者简介 夏鹤鸣 1 9 8 3 一 ， 男 ， 江苏如皋人 ， 上海 飞机设计研 究院工程 师， 硕 士， 主要从事 民用 飞机液压能源 系统 的设计工作 。 2 0 2 0 1 4年第 4 3卷 机械设计 与制造 工程 图3某子 系统模型 图 流板展 开， 系统 流量需求 瞬间进 一步增 大， 达 到 8 3 ． 3 L ／ mi n ， 各用户可用压力快速下降 ， 右 5 扰流 板离泵源最远 ， 其可用工作压力最低 ， 为1 5 8 ． 6 b a r 。 由仿真分析结果可知 各用户在着陆阶段的可用压 力可以满足相应用户流量与压力设计需求 ， 并可以 根据计算结果的余量相应优化部分液压管路管径 以及管路布置， 提高系统使用效率， 降低系统质量。 2 2 208 2 o 6 2o4 20 2 2o 0 l 98 l 9 6 1 94 l 92 l 9 0 1 88 0 9 0 喜 嚣 4 5 o 0 表 1 着陆阶段液压用户流量需求表 液压用户 流量需求／ L rain 副翼 升降舵 方向舵 扰流板 2． 3 3 ． 4 5 ． 7 1 5． 0 V - ／ - ． ． ．J ． ． ． 。 1 ． ． ． ， 3 ． 0 4 ．0 5 ．0 6 ． 0 7 ．0 时间 ／ s 图 4 着陆阶段 泵出 口压力及 流量 曲线 2 0 1 4年第7期 夏鹤鸣 基于 A M E S i m飞机液压能源系统用户可用压力仿真计算 ．曼 日 煺 2l O 2 05 2 00 1 95 裔19 0 l 8 5 1 8 0 l 7 5 1 7 0 l 65 O 图 5 着陆阶段各液压 用户流量 需求曲线 图6 着陆阶段各液压用户入 口可用压力曲线 6结束语 本文对飞机液压能源系统中的压力损失情况 进行了分析与总结 ， 并基于 A ME S i m软件分析了典 型阶段飞机液压能源系统中压力损失 ， 计算 出液压 图7着陆阶段各液压 用户出 口回油压力曲线 能源系统用户 可用压力。用户可用压力结果表明， 目前该机型液压能源系统性能能满足液压用户的设 计需求。本文实现了运用仿真软件对飞机液压能源 系统用户的可用压力仿真计算， 仿真计算能够更全 面及时地了解 飞机液压能源系统性能状态 ， 今后拟 通过试验数据对该模型进行进一步验算与修正。 参考文献 [ 1 ] 郦正能． 基于 A M E S i m的某型飞机武器舱门液压系统设计与 仿真分析[ D] ． 南京 南京航 空航 天大学 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 王 占林． 飞机高压液压能源系统[ M] ． 北京 北 京航空航 天大 学出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 李艳军． 飞机液压传动与控制[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 9 ． [ 4] 郭军 ， 吴亚峰 ， 储 妮晟． A ME S i m仿 真技术在 飞机液 压系统 中 的应用[ J ] ． 计算机辅助工程 ， 2 0 0 6， 1 5 2 4 2 4 5 ． Th e S i mul a t i o n o f Pr e s s ur e Av a i l a b l e t o t he Us e r i n Ai r c r a f t Hy d r a ul i c Ene r g y Sy s t e m Ba s e d o n AM ESi m XI A He mi n g， W ANG Ho n g x i n S h a n g h a i A i r c r a f t D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ，S h a n g h a i ， 2 1 0 2 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I t a n a l y z e s t h e t h e o r y o f p r e s s u r e l o s s i n a i r c r a f t h y d r a u l i c p o we r s y s t e m ，b u i l d s t h e mo d e l o f t h e a i r c r a f t h y d r a u l i c u s e r s b a s e d o n AMES i m s y s t e m．Ba s e d o n t he s i mul a t i o n mo d e l s ，i t d e s c r i be s t h e t ub i ng pr e s s u r e l o s s o f e a c h u s e r i n t y p i c a l fli g h t ph a s e．The s i mu l a t i o n mo d e l s c a n be u s e d t o a n a l y z e t h e p r e s s u r e a n d pe r f o r m a n c e o f h y d r a u l i c u s e r s ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c Pe rfo r ma nc e S i mu l a t i o n 23
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