表面粗糙度对航空液压作动器密封性能的影响

航空液压作动器普遍应用在飞机机翼、舱门、起落架等部位,往复密封为其典型密封形式,密封失效会严重影响飞机任务的执行和飞行安全。密封副表面粗糙度是重要的工程可控参数且对于密封性能的影响很大,因此分析表面粗糙度对作动器密封性能的影响具有重要的理论和实际意义。建立适用于往复组合密封的确定性混合润滑数值仿真模型,并与有限元分析方法结合计算膜厚值,分析密封圈表面粗糙的幅值和波长变化以及运动速度和液压油黏度变化对密封圈润滑性能和密封性能的影响。结果表明:正弦粗糙表面的幅值和波长增大,会引起油膜压力和油膜厚度波动的幅值增大,但会减小摩擦系数;正弦粗糙表面的幅值增大,有利于减小密封间隙的最小膜厚和泄漏量,但是波长变化的影响作用不大;液压油黏度和活塞运动速度增大,有利于增大密封间隙油膜厚度,但会增大泄漏量和摩擦系数。

基于ANSYS的O形密封圈磨损仿真方法研究

针对多型采用O形密封圈的产品磨损失效且无相关磨损仿真手段的现状,基于ARCHARD的摩擦磨损模型,利用ANSYS软件结构分析与热分析功能,提出了一种用于进行O形密封圈磨损仿真计算的方法。仿真过程中综合考虑了接触压力和摩擦热对摩擦磨损的影响,采用网格重构的方法解决了仿真过程中难于对材料磨损进行模拟的问题,并将仿真过程以编程的方式实现。结合工程实际,提出了判断O形密封圈磨损失效的依据。给出了应用此方法进行计算的具体算例。

基于AMESim的带自动回中功能液压系统研究

针对矢量喷管控制系统在故障状态回中的需求,在液压系统作动器设计中引入回中小孔,设计了具有自动回中功能的出口面积调节作动系统。该系统的自动回中功能不需控制系统控制,也不需提供外力即可实现作动器的自动回中。给出了自动回中功能的工作原理,并对系统的工作原理和零组件特性进行了理论分析;根据实际所应用的面积调节系统建立了液压系统的AMESim仿真模型,利用不同工作模态下转换阀和作动器等液压元件的仿真参数对模型参数进行了优化;将有回中小孔系统和无回中小孔系统的数字仿真结果进行了对比,并分析了影响回中位置的因素。仿真结果证明了引入回中小孔的有效性,并且回中后位置精度满足使用要求,运动平稳,在零位附近没有显著震荡现象;表明了回中小孔与活塞之间的开口度越大,回中时间越长,且回中位置误差越大;进油口的孔径越大,回中时间越快,但回中误差也相应变大。同时,数字仿真给出了回中小孔的具体设计参数,对工程研制具有一定的指导意义。

充气式蓄能器参数选型方法研究

容积和预充气压力是充气式蓄能器的关键参数,对其动态性能(工作状态下,其压力与流量的输出性能)有较大影响。以某型飞机舵面应急型充气式蓄能器计算选型为例,基于Hypneu仿真软件中的液压元件库,结合该型飞机液压系统的主要设计参数以及应急型蓄能器的工作原理,建立蓄能器作动仿真模型;在Hypneu中设置测试点记录仿真曲线,通过仿真曲线分析充气式蓄能器的关键参数对其动态性能的影响;结合理论计算与仿真分析,提出一套蓄能器参数选型方法,并对该选型方法进行试验验证。结果表明:蓄能器的预充气压力越大,初始蓄能器输出的有效容积越小,减少预充气压力增加有效容积的同时会降低蓄能器的输出压力,试验结果与仿真结果接近,使用该方法选型的蓄能器能够满足作动要求。

民用飞机高升力系统设计中安全性评估方案研究

民用飞机安全性评估工作是实现飞机适航性的有效方法之一。基于民用飞机系统安全性设计评估的思路和方法,以某型高升力系统为例,通过对"襟翼不对称运动过限"失效工况开展功能危害性分析及故障树分析,得到影响系统安全性设计的关键因素;通过对关键因素进行改进设计,得到系统方案,并对该方案进行初步验证。结果表明:该系统方案能够满足安全性定量要求。

机载设备随机振动疲劳寿命仿真分析

机载设备在使用过程中会承受严酷的随机振动载荷,需进行随机振动疲劳寿命的评估。以某机载设备液压驱动装置控制壳体为例,应用Miner线性累积损伤理论,结合三区间技术和有限元分析,给出了随机振动疲劳寿命分析方法并进行了计算,结果表明液压驱动装置控制壳体满足振动疲劳寿命设计要求。

基于高升力系统襟翼传动线系布局的研究

高升力系统现已成为大型军民飞机中重要的独立分系统,能够保证飞机的安全起飞和降落,能够有效改善飞机的失速特性。高升力系统隶属飞机飞控系统,由缝翼、襟翼及其驱动控制系统组成。高升力系统中襟翼在飞机的起飞、降落主要起着增升增阻的功效,能够有效地减小飞机起飞和降落的滑跑距离。大型飞机高升力系统襟翼一般由多块内、外襟翼组成,通过襟翼驱动控制系统配合飞机固定滑轨、固定铰链或四连杆机构等绕各自旋转轴线进行收放作圆柱、圆锥包络运动或固定曲线运动。襟翼驱动控制系统的执行端主要是通过襟翼传动线系及襟翼作动器配合机上运动机构完成。高效的高升力系统襟翼传动线系布局既能够有效实现所有内、外襟翼作同步收放运动,减小襟翼倾斜及卡阻的概率,又能够有效提升襟翼传动线系上各产品功重比,而且高效的襟翼传动线系布局能够适应机翼变形导致的容差,保证飞机的飞行安全。该文研究高升力系统襟翼传动线系机上布局方法、内、外襟翼同步收放运动中的误差分析以及襟翼传动线系中由于机翼变形导致的容差考虑,其关键技术均成功应用于飞机高升力系统设计中。

一种新型登机门开启限速装置的设计

登机门是民用飞机舱门中的一个重要部件,其直接影响民用客机结构、功能的完整性和安全性。根据项目研制的需要,针对MA600飞机登机门无阻尼式自由下落导致登机门转轴及舱门损坏的问题进行原因分析,设计了一种限制登机门下落速度的新型开启限速装置。在CATIA中建立了包括登机门、登机梯、开启限速装置在内的虚拟样机模型,在MSC/ADAMS中对安装和未安装开启限速装置的登机门自由坠落进行动力学仿真分析,分析了产品不同设计参数对登机门自由坠落时间的影响,确定出了最优的结构参数,仿真结果表明:所设计的限速装置能够将登机门的坠落时间限制在6 s,有效减少登机门坠落对门体结构冲击,为后续的样件产出和试验提供理论依据。

一种货舱门伺服控制器的设计与仿真

为降低某型窄体客机货舱门机电作动器(EMA)的功率需求,并有效控制未知扰动对控制器的影响,提出了一种融合速度比例积分(PI)控制器和电流滞环跟踪控制算法。首先,对EMA工作过程中的复杂载荷工况进行深入分析,从而获得货舱门在实际工作过程中的负载特性。其次,基于货舱门负载特性对控制器的运动控制过程功率需求进行了匹配设计,实现了控制器的架构和主要功能电路的设计。最后,为验证所提出控制策略的有效性,在MATLAB/Simulink软件中构建了控制器的模型,并对货舱门开关门运动过程进行仿真。仿真结果证明所提出的控制策略能够将转速波动范围控制在±120 r/min以内,有效降低了系统的功率,还显著提升了控制器对外部扰动的动态响应能力。

一种舱门限速装置行星齿轮增速器的设计

限速装置作为一种超速保护装置,广泛地应用于绞车、升降机和电梯等的超速保护中。该研究根据实际工程项目研制的需要,针对某型飞机登机门重力下放过程中超速保护的要求,设计了一种能够控制登机门下落速度的新型舱门限速装置。根据舱门限速装置的工作原理,通过对登机门的受力分析,建立了力矩平衡方程,通过理论推导获取了舱门限速装置的输入载荷。针对舱门限速装置中关键部件行星齿轮增速器研究了NGW型和NGWN型不同组合方式对其性能、轴向尺寸、零件总数及质量的影响,确定出了最优的行星齿轮增速器的结构方案。最后,采用ANSYS Workbench软件对三级2K-H行星齿轮增速器的关键零部件进行了静力学分析,得到了模型的当量应力和应变。研究结果表明,三级2K-H行星齿轮结构在减少零件总数、缩短轴向距离、静强度条件方面优于其他结构形式,为后续的实物产出和静力试验提供理论支撑。

基于人机工程学的民用飞机舱门操作面板设计

在当前民用飞机舱门操作面板设计中,人机功效和界面设计缺少统一的标准和规范,设计过程过于依赖个人经验和自身偏好,导致所设计的操作面板在使用过程中人机功效较差。为此,基于人机工程学原理讨论了民用飞机舱门操作面板显示与操作的设计原则,并提出了一种集中式舱门操作面板及区域控制面板的设计方案。首先通过问卷调查来确定舱门操作面板的信息组织、编码、显示元素和显示形式等,然后构建舱门操作面板、区域控制面板以及飞机的三维模型,最后使用人机工程仿真软件DELMIA对操作面板的布置、按键尺寸和触及域进行了动态操作仿真。仿真结果表明,所设计的舱门操作面板增强了人机功效,提高了作业的安全性和效率,减少了空乘人员的误操作和工作负荷。所设计的操作面板和区域控制面板不仅实现了整机舱门的集中监控管理与区域作动控制,还能作为人机交互设备,适用于大中型宽体飞机的客舱和货舱,应用前景十分广阔。

考虑磨损的组合密封性能分析

针对橡塑组合密封圈的磨损和密封性能仿真方法开展研究,基于有限单元法开展接触压力的求解和磨损过程的仿真分析,采用有限差分法开展流-固耦合仿真分析获得密封间隙的压力和膜厚分布,提出了一种可用于组合密封圈磨损过程仿真和密封性能预测的方法。仿真过程中考虑了摩擦热对接触压力和磨损的影响,解决了塑料材质密封圈大体积磨损仿真时网格重构的难题,实现了磨损仿真过程中强度分析和流体力学分析的迭代求解,并实现了程序化。基于材料的摩擦磨损试验对模型参数进行了修正,通过旋转密封台架试验对仿真模型进行了验证。

民用飞机襟翼电子控制装置需求及控制仿真

襟翼系统是飞机系统中的重要系统,襟翼电子控制装置是襟翼系统的核心部件,研究其需求对飞机的性能和安全具有重要影响。针对襟翼电子控制装置,介绍襟翼系统的功能需求、性能需求及接口需求等设计输入;对民用飞机襟翼系统架构及工作原理进行概述,分析系统正常工作及故障保护的控制逻辑;用Simulink的Stateflow对工作模式的转换进行仿真,通过GUI建立良好的用户界面。结果表明:襟翼电子控制装置工作模式之间的约束条件、襟翼收放的控制律、马达各阶段的加速度等设计参数符合需求,可为民用飞机襟翼控制分系统设计提供参考。

一种民用飞机液压系统自增压油箱容积计算方法

选择合适的油箱容积是保障液压系统正常工作的必要前提,为了能够合理计算民用飞机自增压油箱的容积,基于SAE AS5586飞机液压系统油箱通用设计要求,介绍并分析飞机液压系统工作中作动筒、蓄压器以及油液物理特性等所产生的变化容积的计算方法,提出一套循序渐进的油箱容积计算方法以求得油箱设计所需的各类容积值;以某型飞机液压系统油箱容积计算为例,通过对极冷极热天气条件下各飞行阶段的油量分析,并和机上油箱油量记录曲线对比,验证提出的容积计算方法的有效性。结果表明:该型飞机液压系统油箱容积在全飞行阶段均能满足要求,本文所提油箱容积计算方法可行,可用于类似液压系统油箱容积计算。

基于Fluent的某型APU进气管道的流场数值分析

APU进气管道的流场特性研究是APU进气系统设计中的关键部分,针对某型民用飞机APU进气管道外形对APU进气系统性能的影响进行了研究,为了分析APU进气管道及进气风门对进气系统总压力、压力恢复、进气畸变的影响,以某型宽体客机的APU进气管道和进气风门为例,利用CATIA软件构建了三维模型并利用Design Modeler进行流体模型填充和前处理,然后把模型导入至Fluent软件中进行流场的仿真计算,仿真过程中简化了进气管道和飞机尾椎的模型,选取了合理的边界条件,分析不同工况条件下进气管道的气动性能,仿真结果表明所设计的进气管道能够较好满足APU进气系统的需求,确定出了最优的进气管道结构尺寸,为后续的产品设计提供理论支撑。

水陆两栖飞行器汲水系统结构改进设计与仿真验证

汲水系统是飞行器灭火系统实现汲水功能的主要系统,改进汲水系统的设计可以缩短汲水时间,提高灭火效率。对某型水陆两栖飞行器的原始汲水系统进行基于计算流体力学的仿真分析,发现其出口位置设置不合理,导致两个出口流量差别过大,汲水时间过长,不满足汲水要求。为了缩短汲水时间,提出两种不同出口位置的汲水结构形式,并通过仿真分析得到出口流量差别较小的出口位置模型,在该模型基础上增加挡板并提出三种不同挡板位置模型。结果表明:当挡板距离管道中线10 mm时,两个出水口流量大致相同,汲水时间较原始汲水系统构型缩短了50%,上述结构改进对后续该型两栖飞行器汲水管路设计具有参考价值。

基于安全性需求的高升力控制系统架构设计

基于某高升力系统的安全性设计需求,设计完成的系统控制架构设计能够满足预期要求,实现襟缝翼收放控制和通讯告警等功能,高升力系统的控制余度控制和架构设计也直接影响着飞机的气动性能和飞行安全,为同类产品的研发提供了设计思路。