起落架收放系统模块化建模及热力学仿真

out
h out －
in
h in
收稿日期： 2012 － 07 － 03 ； 修回日期： 2012 － 08 － 28 （ E － mail ） flzhangzhong@ 163． 作者简介： 张忠（ 1987 —） ， 男， 南京人， 空军工程大学工程学院硕士研究生， 研究方向为人机与环境系统工程动作筒仿真模型建立 通过以上对动作筒的热力学模型的建立， 利用 AMESim 的热液压设计库中的模块、 热库中的质量模 换热模块、 能量模块、 机械库中的模块以及信号 块、 库中的模块建立动作筒的热力学仿真模型如图 4 所 示。
V2 为右腔容积。 式中： h2 为动作筒的出口焓值， 对动作筒壳体， 其温度可表示为：
[
]
图3
不考虑粘性的液压管路热力学仿真模型
h12 为泄流处的焓值， 式中： h1 为动作筒的进口焓值， V1 为左腔控制体容积， q1 为动作筒进油流量， W s 为左 腔控制体对外做功。 对右腔控制体， 其温度可表示为：
dT2 1 dp2 · ″ = dt C p m2 ρq l （ h12 － h2 ） － Q1 + T2 α p V2 dt
· ·
图2
液压收放系统方块图
m 为管内油液质量， c p 为流 式中： T2 为管路出口温度， 体的定压比热。 同样的方法可得到管路壳体温度 ， 可表示为：
dT c · · 1 · = ［ Q + Q3 － Q1］ dt cp mc 2
2. 2
仿真模型建立
Q2 和 Q3 分别为管路向 式中： m c 为管路的壳体质量， 环境的对流散热和辐射散热。 1. 2 液压动作筒 根据对 动 作 筒 的 传 热 分 析 和 容 积 建 模 法 的 原 将动作筒划分为左腔、 右腔和壳体三个控制体， 理， 传热也是在左右腔油液同壳体以及外界环境之间进 ［2 6 ］ 。 行的 对于动作筒的左腔控制体， 其温度可表示为：
[
] ]
图4
单输出杆动作筒热力学仿真模型
回油控制体的温度可表示为：
dT2 1 dp2 · ″ · = dt C p m2 ρq2 （ h2 － h2 ＇） － Q1 + Q5 + T2 α p V2 dt
[
对阀壳体， 其温度可表示为：
dT c · · 1 · = ［ Q － Q2 － Q3］ dt cp mc 1
dT2 1 = [ m h － dt c p m ∑ in in ∑m
out
·
放部分由 1 个作动筒驱动， 起落架舱门由 1 个作动筒 先打开舱门， 再收前起落架； 驱动。收前起落架时， ［810 ］ 。 放前起落架时， 先打开舱门， 再放前起落架 2 。 液压收放回路的控制方案如图 所示
h out + Q1 + Q4 ]
· 38·
组合机床与自动化加工技术
第3 期
热力学仿真模型并进行封装， 如图 6 所示， 仿真模型 中以信号的形式控制电磁阀的通断以及实现起落架 和舱门的顺序动作。
2 曲线分别代表 号， 信号取值为 1 ～ － 1 ， 图 8 中的 1 ， 可 以 看 出， 收起落架 起落架和 舱 门 动 作 筒 的 位 移， 时， 先收起落架， 待起落架完全收上时再收舱门， 放 。 起落架时正好相反 说明模型实现了顺序收放起落 架和舱门的功能。
dT c · · 1 · = ［ Q － Q2 － Q3 + Fv］ dt cp mc 1
1. 3
液压电磁阀
根据对阀的传热分析和容积建模法的原理， 将 阀划分为进油、 回油和壳体三个控制体。 进油控制体 ［2 6 ］ ： 的温度可表示为
dT1 1 dp1 · · ' ' = dt C p m1 ρq1 （ h1 － h1 ） － Q1 + Q4 + T1 α p V1 dt
第3 期 2013 年 3 月
组合机床与自动化加工技术 Modular Machine Tool ＆ Automatic Manufacturing Technique
No． 3 Mar． 2013
文章编号： 1001 － 2265 （ 2013 ） 03 － 0036 － 03
起落架收放系统模块化建模及热力学仿真
张 忠， 周瑞祥， 王卓健， 贾文铜
（ 空军工程大学 工程学院， 西安 710038 ） 摘要： 起落架系统的热设计是起落架系统设计的重要组成部分 ， 收放过程中油液等温度的变化会对 。 ， 其性能产生一定的影响 为了解其热力学特性 文章建立了组成起落架收放系统的液压元件的热力 学模型， 在 AMESim 软件平台上搭建了起落架收放系统的热力学仿真模型 ， 进行了仿真试验研究， 仿 真结果表明， 所建模型可以实现对压力、 流量、 温度等多参数的联合仿真， 仿真结果能够较好地反映 起落架收放系统的热力学特性。 关键词： 起落架； 液压系统； 热力学模型 中图分类号： TH16 ； TG65 文献标识码： A Landing Gear Retraction System of Modular Modeling and Thermalhydraulic Simulation ZHANG Zhong，ZHOU Ruixiang，WANG Zhuojian，JIA Wentong （ College of Engineering，Air Force Engineering University，Xi’ an 710038 ，China） Abstract： The landing gear system in the thermal design is an important part of the the landing gear system design，and the oil temperature change w ill affect its performance． In order to undersand its thermalhydraulic characteristics，this paper established the composition of landing gear system hydraulic components of the thermalhydraulic model． The thermalhydraulic model of landing gear retraction system w as established using AM ESim soft． The models could satisfy requirement of temperature simulation of general hydraulic system． The simulation tests include hydraulic subsystem simulation and representative aircraft hydraulic system simulation． The results show that the established models can be used in variable parameters’simulation and represent the dynamic temperature characteristic of hydraulic system． Key words： landing gear； hydraulic system ； thermalhydraulic model
图9
起落架和舱门动作筒的压力（ bar） 仿真曲线
对以上所建液压系统进行仿真， 得到仿真结果 如下图所示。 图 7 中给出了收上起落架和放下起落架的信
2 曲线分别代表起落架和舱门动作 图 9 中的 1 ， 2 曲线分别代表 筒的压力变化， 图 10 和图 11 中的 1 ， 起落架和舱门动作筒的流量变化， 可以看出压力和 流量的变化与图 8 中动作筒的位移是相对应的。 图 12 中的曲线分别为起落架和舱门动作筒某 一腔的温度变化， 可以看出在收放起落架的过程中， 动作筒内油液的温度有较大幅度的变化， 这是因为 、 ， 8 温度的变化与压力 流量密切相关 在第 秒左右温 幅度达到了约 16℃ ， 此时起落 度有较大幅度的跃升， 架已收上， 动作筒的压力虽然有所减小， 但是泄漏量 ， 11 ， 突然增加 如图 所示 从而导致了温度的迅速上 （ 下转第 41 页） 升。
0
引言
1
1. 1
起落架收放系统热力学模型的建立
液压导管
起落架收放系统是飞机液压系统的一个重要组 系统的可靠性水平高低将直接影响飞机的 成部分， 着陆性能及飞行安全。 随着飞机液压系统向 起飞、 高压化、 大 功 率 方 向 的 发 展， 增加了系统的无用功 率， 提高了整个系统的工作环境温度。 油液温度的 升高对液压系统产生诸多不利的影响 。 采用仿真技术对起落架收放系统的热力学特性 ［1 ］ 对保证起落架收放系统的安全性、 进行仿真研究 ， 稳定性等具有非常重要的意义。 AMESim 软件利用 最先进的容积建模法， 可以实现对液压元件、 系统以 及环境的模块化建模， 本文利用 AMESim 仿真软件 对飞机起落架收放系统进 行 热 力 学 建 模 及 仿 真 研 取得了较好的效果。 究，
dT1 1 dp1 · · ' = dt C p m1 ρq1 （ h1 － h12 ） － Q1 － W s + T1 α p V1 dt
·
·
·
（ 1 ） 液压导管仿真模型建立 通过 以 上 对 管 路 的 热 力 学 模 型 的 建 立， 利用 AMESim 的热液压库中的换热模块和热库中的换热 模块、 能量模块以及信号库中的模块建立管路的热 ［7 ， 11 ］ 如图 3 所示。 力学仿真模型
2013 年 3 月
·
张
忠， 等： 起落架收放系统模块化建模及热力学仿真