试论飞机液压系统热的分析方法

摘要:本文针对飞机液压系统在高压化状态下出现发热的问题,找到其中的原因和所带来的危害,采取相应的方法使其得到处理和解决。通过几种方法的对比,找出一种新的液压系统散热分析方法,就是神经网络分析方法,并且对其进行进一步的分析,这样一来,液压系统的散热设计就会更具有可靠性。

关键词:飞机液压系统热 分析方法

中图分类号:V233.91 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0116-01

当前,在液压技术中,电子电气技术和自动控制理论等学科也已经被归纳在其中,在飞机上,液压技术的应用是尤为广泛的,飞机的操纵系统、起落架收放和机轮刹车等功能系统都是需要通过它来得以实现的,这样的话,飞机的安全和设计性能就会得到很大的保障。而高马赫数巡航是现代战机的特点,它的性能已经完全超越了机动,在飞行过程中,本身重量就很小,载荷在其中是可以承受很多的。为了可以使高性能飞机的战术需求进行满足,对液压系统就提出了更高的要求,不管是在质量上,还是在体积和功率上都必须有很大的改造和提升,而想要将这一设计要求满足,液压系统工作压力的提高起着决定性的作用。但是液压系统的高压化肯定会面临更多新的问题,而液压系统高压化造成的发热问题是其中最为严重的。

1 液压系统发热的原因及其危害

国外在发热方面已经做了大量的分析和研究,从中我们可以总结出一些经验,最主要的就是将液压系统工作压力等级在一定程度上进行提升,使其可以与飞机液压系统设计要求相符合。在液压系统中,21MPa是压力,对可能出现的各种因素进行考虑,这样的话,系统质量的28MPa是最小的压力;出现35MPa的压力对于钢或者合金钢材料的液压系统来讲是最佳状态;出现56MPa的压力对于钛合金材料的液压系统来讲是最佳的状态。液压系统的发热问题也是通过液压系统压力等级的大小来进行决定的。尽管是在高压下,节流最终产生的热量会更大。而这些热量一部分通过系统管道及系统散热器进行散热,一部分使系统工作介质的温度升高。因为在相同的系统状态下,功率损失随着压力的提高而增大,损失的功率基本上变成热量,使系统工作介质温度升高。试验统计说明,大约2MPa的压降损失将导致温升1℃。

2 液压系统稳态热分析方法

稳态热分析用于求解系统热平衡状态时的平均温度。当液压系统的发热量与系统向环境中的散热量相同,系统各部分的温度不再发生变化时,系统就处于热平衡状态。根据不同的发热方式,将液压系统中的液压附件分为泵、节流装置和混合装置三类。

稳态热分析得到的是飞机液压系统长期工作后达到的平衡温度,按照这个计算结果进行散热器的设计,往往比较保守,使散热器的体积和质量偏大。

3 液压系统瞬态热分析方法

在飞机的起飞、着陆和机动飞行过程中,液压系统的温度通常是变化的。在这种情况下,一般将环境温度、总传热系数和热容量等参数用平均值代替,将整个液压系统视为一个封闭系统。

瞬态热分析固然能够建立温度变化与时间变量的关系,但是因为关机液压系统的热力学计算是以偏微分方程为基础的,而由机飞行高度、速度和发动机功率等因素的不断变化,无法以方程的形式准确描述出液压系统的环境状态,致使传统的瞬态热分析计算结果十分粗略,甚至产生极大的误差。

4 神经网络热分析方法

实时地对飞机液压系统的环境状态作出完全、准确的描述是非常困难的,即使建立了十分精确的热力学模型,由于边界条件的不确定性,也无法使瞬态热分析计算达到合理的计算精度,只能粗略地获得系统温度变化的大致趋势。但通过实际测试,能够获得系统真实的温度变化规律,利用人工神经网络逼近任意非线性函数的能力,通过实测数据对网络进行训练,可以得到飞机液压系统关键点的瞬态温度模型,进而为飞机液压系统的散热设计提供可靠的借鉴。

人工神经网络是一门新兴交叉科学,涉及到生理学、心理学、数学和计算机科学等多种学科,应用领域极其广泛。它是由人工神经元互相连接而成,是从微观结构和功能上对人脑进行抽象和简化,是模拟人类智能的一条重要途径,反映了人脑功能的若干基本特征。其中以RBF网络最为典型,它属于局部逼近型的多层前馈网络,就是将BP网络的非线性映射作用函数的S型函数替换为径向基函数,调整学习算法,利用LMS算法进行权系数调整,进而转化成求权系数值的线性优化问题。

5 结语

飞机液压系统的热分析是一个非常复杂的过程,目前的热分析只能是在液压系统设计完成之后,以地面模拟试验和飞机试飞时的液压系统温度测试数据为基础进行。文中分析了导致飞机液压系统发热的原因及危害,确定了系统热分析的基本要素,通过对稳态热分析和瞬态热分析两种方法的比较,介绍了一种新的液压系统热分析方法即神经网络分析方法,结合实际温度测试数据初步建立起了液压系统关键点的瞬态温度神经网络模型,并进行了系统热分析计算,对系统的温度进行预测。试验验证结果表明:神经网络热分析方法是目前液压系统热分析方法中最有效的一种,其结果更能准确地反映液压系统温度的变化趋势,更能反映飞机液压系统的温升规律,为新型飞机液压系统的设计,为液压系统的材料选择和设计、散热装置的设计提供了更可靠的理论依据。

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