（飞行器设计专业论文）飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析.pdf

西北工业大学硕士学位论文 摘要 以往，在主要是人工计算的传统飞机液压系统设汁中、由于计算手 段的限制，要完成一个飞机机型的设计任务，往往需要很多的人力、物 力和很长的时间周期。 采用计算机进行飞机液压系统辅助设计计算，能在飞机制造出来之 前，方便地对设计方案和系统参数进行修改，可以观察到关键参数之问 的关系，并能很快地对系统设计作出评价和指出设计中存在的问题，因 此，越来越广泛地被推广使用。 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析，是研究飞机液压系统 在不同的外载工怍条件下，系统中各点的压力和各管路流量的关系，通 过建立反映这些压力、流量等参数之间函数关系的数学模型，然后用计 算机计算出结果。 本文论述了飞机液压系统采用计算机进行稳态分析计算重要意义和 方法，系统地介绍了飞机液压系统稳态特性计算的基本概念、基础理论。 提出了飞机液压系统典型元件建模方法以及相关参数的确定方法。论文 研究了采用节点法来编制计算多回路飞机液压系统软件的方法，并结合 某机型液压系统用该软件进行了实例分析计算，同时，在全尺寸的地面 模拟试验台上对实际飞机液压系统进行了试验测试，通过计算结果与试 验结果的比较，表明了该软件具有一定的实用价值。 关键词 液压系统，稳态特性，计算机辅助设计，飞机 西北工! 大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ep a s t ，i nt r a d i t i o n a la i r c r a f t h y d r a u l i cs y s t e md e s i g nw i t hm a i n m a n u a i c a l c u l a t i o n ，d u e t o1 i m i t a t i o no fc a l c u l a t i o nm e a n s a l o to f m a n p o w e r a n dm a t e r i a lr e s o u r c e sa n d l o n g t i m e p e r i o d a r e f r e q u e n t l y r e q u i r e dt oc o m p l e t et h ed e s i g nt a s ko fo n ea i r c r a f tm o d e l w h e na d o p t i n gt h ec o m p u t e rf o ra i r c r a f th y d r a u l i cs y s t e ma i d e dd e s i g n c o m p u t a t i o n ，t h ed e s i g np r o p o s a la n ds y s t e mp a r a m e t e r sa r ee a s i l yr e v i s e d b e f o r e m a n u f a c t u r i n g t h e a i r c r a f t ，t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e k e y p a r a m e t e r sc a n b eo b s e r v e d ，t h es y s t e md e s i g nc a nb eq u i c k l ye v a l u a t e da n d t h ep r o b l e me x i s t e di nt h ed e s i g nc a nb ep o i n t e do u t ，s ot h a ti s w i d e l y s p r e a df o ru s e t h ea i r c r a f t h y d r a u l i cs y s t e m a i d e d s t e a d y s t a t e c h a r a c t e r i s t i c s c o m p u t a t i o na n a l y s i si s t o s t u d yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np r e s s u r ea te a c h p o i n ta n df l o wr a t e a te a c hp i p e l i n ei nt h ea i r c r a f th y d r a u l i cs y s t e mu n d e r d i f f e r e n te x t e r n a ll o a do p e r a t i o nc o n d i t i o n sa n dt h e nc o m p u t e r i z et h er e s u l t t h r o u g he s t a b l i s h i n g t h em a t h e m a t i c a lm o d e l r e f l e c t i n g t h ef u n c t i o n a l r e l a t i o n s h i pb e t w e e np a r a m e t e r ss u c ha sp r e s s u r e ，f l o wr a t e ，e t c t h i st h e s i sd e s c r i b e st h em e t h o dt o a n a l y z e t h e s t e a d y s t a t e c h a r a c t e r i s t i c so fa i r c r a f th y d r a u l i cs y s t e mb yt h eu s eo fc o m p u t e ra n dt h e s i g n i f i c a n c eo f t h i sm e t h o di sa l s oa d d r e s s e dt h eb a s i cc o n c e p ta n dt h e o r y a r ei n t r o d u c e d s y s t e m a t i c a l l y t h e n t h e a p p r o a c h e s t om o d e l t y p i c a l c o m p o n e n t so fa i r c r a f th y d r a u l i cs y s t e ma n dm e t h o dt od e t e r m i n er e l e v a n t p a r a m e t e r s a r ep r o p o s e d n o d em e t h o dt oc a l c u l a t e da n dm u l t i c i r c u i t s h y d r a u l i cs y s t e m o fa i r c r a f ti s i n v e s t i g a t e d a n dt h e c o r r e s p o n d i n g c o m p u t i n gp r o g r a mi sd e v e l o p e da n dv e r i f i e db yc a l c u l a t i n gt h eh y d r a u l i c s y s t e mo f ac e r t a i nt y p eo fa i r c r a f tu s i n gt h i sp r o g r a m a tt h es a m et i m e ，w e t e s tt h ea c t u a la i r c r a f th y d r a u l i cs y s t e mo nt h ea l l s i z e g r o u n ds i m u l a t i n g t e s t t a b l e c o m p a r i s o n b e t w e e n c a l c u l a t i n ga n dt e s tr e s u l t si sp e r f o r m e da n d i ts h o w st h ef e a s i b i l i t yo ft h ep r o p o s e dm e t h o d t h ec a l c u l a t i n gp r o g r a m d e v e l o p e d i nt h i st h e s i sc a nb eu s e dt o a n a l y z e t h e s t e a d y s t a t e c h a r a c t e r i s t i c so fa i r c r a f th y d r a u l i cs y s t e m k e yw o r d sh y d r a u l i cs y s t e ms t e a d y - s t a t ec h a r a c t e r i s t i c sc o m p u t e r a i d e d d e s i g n a i r c r a f t 1 1 飞机液压系统计算枫辅助穗态特性 卡算分析 第一章绪论 1 1 飞机液压系统简介 飞机液压系统是飞机的重辱系统之一。它的主要作用是在飞机的飞 行和起飞着箍迂缓孛对飞瓿翡各令豢级和唆效都俘进行控割，如起落絮 的收放、襟翼收放、减速板收放、舱门的收放、逑气道操纵、辕助进气 道操纵、发动机尾喷口调节、刹车操纵、前轮转弯操纵、主操纵面操纵、 蓊缘襟翼揉缀、交后掠祝构潦缀及菇翼裸级等。 任每液压控裁系统均由以下几个部分组成： a ) 执行部分即作动筒或旋转式液压马达 b ) 控秘部分其中包话： 控制液流方向螅元件，如单晦阉、电磁阀、应急话f 1 。 控制压力的元件，如减压阀、安全阀等。 控制流量的元件，如节流闽等。 e ) 能源部分翠供压部分，液压泵、蓄压器等。 d ) 辅助装置油箱、导管；油滤等。 g ) 传动介质窜工作液，知液压涵。 如图1 1 ) 是某飞机的起落架牧放系统。 液压系统与机械、气压、电气系统比较主要有以下优点： a ，动作迅速、换向快( 时间常数很小) 据统计，疫压传参与饲服装置鲍对阉常数( t y ) 与毫力撬动装置的 时间常数( t d ) 如下： l r yo ：l 10 1 秒 l t d o 。5 1 0 。移| b ) 重量轻、尺寸小 搬统计，同等功率的液压泵或液压马达的重量通常只有电机1 2 一 l 5 。 c ) 运棼平稳，不勇受外界受载毂影喷，印机械特性稳定。 d ) 调速范围大，也可无级调遣。 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 o 图1 1 某飞机的起落架收放系统 1 电磁阀2 应急转换活门3 主起落架收放作动筒4 限流接头 5 液压阀6 开锁作动筒7 护板作动筒8 单向限流活门 9 协调活门10 单向活门1 1 前起落架收放作动筒 12 应急电磁阔 e ) 具有很大的功率放大系数，其值可达l 0 ”。 f ) 效率高，容积调速系统其效率可高达0 7 0 8 。 由于液压系统存在上述优点，随着航空技术的发展，液压系统在新 一代飞机中将占有越来越重要的位置。 1 2 飞机液压系统计算技术的发展 飞机液压系统的设计，通常是经过从事飞机液压系统的设计人员根 据飞机的总体性能以及对飞机液压系统的具体要求，确定液压系统方案， 拟定液压系统原理图，计算和选择液压元件，和进行液压系统性能计算 分析等步骤来完成的。在实际设计过程中，这些步骤是相互联系，相互 影响的，并且常常要经反复多次，设计人员对每一部分的工作都要付出 一 一 一 jr 。0i一， 一 0 l拳，_ 、司；， 1挈，一鹰， 1 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 巨大的劳动。因此，在主要是人工计算和绘图的传统设计中，要完成一 个飞机机型的设计任务，往往需要很多的人力和很长的周期。有时为了 节省人力和缩短设计周期，对一一些费时的分析计算，常常只能呆用精度 较差的近似计算、作图) 去或类比定值等粗糙的方法来进行，从而影响了 设计质量。随着航空技术的飞速发展，各种飞机对其液压系统的要求越 来越高，传统经验设计需代之以理论设计，近似设计计算需代之以精确 设计计算等。设计计算工作量也随之大大增加。这样，传统的人工计算 和设计方法越来越显得适应不了发展的需要。 二次世界大战以来，随着微电子学和计算机技术的迅猛发展，一种 崭新的设计工具一计算机辅助设计即c a d ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ) 技术已经出现，并先后应用于飞机、汽车和集成电路设计。现 在c a d 技术的踪迹已经遍及机械、造船、建筑和轻纺等各行各业，其发 展前景实难估量。飞机液压系统采用c a d 技术，能使飞机的设计周期更 短，而且能使设计，计算做得更精确。 - 飞机液压系统设计工作的流程可以大致表示为如图( 1 2 ) 。图中表 明，设计一个飞机液压系统，其工作量是相当大的，特别是其中有些属于 例行的重复性劳动。另外，在进行飞机液压系统静、动态分析时，即使 对于一个很简单的液压系统，其静、动态数学模型也是相当复杂的，因 此求解模型的工作也非常艰难。如果用人工计算，则常常需要较多的时 间，有时甚至无法完成，如果能用计算机来做，则所需时问就很短。 采用计算机进行辅助设计计算，能有效地修改系统的设计参数，可 以观察到关键参数之闽的关系，并能很快地对系统设计作出评价和指出 设计中存在的问题，由于用计算机能方便地作大量的不同参数条件下的 仿真计算，因而可获得对液压系统的优化设计参数。对飞机液压系统优 化设计而言，具有两方面的积极意义，一方面在设计阶段，几乎可以对 所有设计参数进行优化选择，如：液压泵、各种阀、管路设置及布局进 行最优化参数组合，使飞机液压系统性能最佳。另一方面是对已有的飞 机液压系统应用优化技术进行综合评定、分析，如各工作部位的速度、 压力及平稳性评定，液压泵工作点及其发出功率，泵与系统合理性评估， 飞机液压系统计算机辅助穗态特性计算分析 飞机总体性能要求 ! 一 卸步确定液压系统方案，拟定液压原理固 - j 计算和选择液压元件 ；液压系统验算 穗忠特性计算 满足 编制技术文件 结束! 否 修改 j l ： 图1 2 各附件的流阻特性，管路特性及其布局的合理性评定，系统全域分布参 数( 各压力点、各支流流量随作动筒行程的变化曲线) ，液压油温、液压 油的粘度，飞机发动机工作状况对系统工作性能的影响，如此等等。同 时还可以进行应急情况下的性能分析、可靠性评定，从而对飞机液压系 统提出改进措施。 液压系统计算机辅助设计是在控制系统计算机辅助设计之后发展起 来的。在7 0 年代，麦道飞机公司( m c d o n n e l d o u g l a sa i r c r a f t c o ) 率 先开发了用于飞机液压系统计算机辅助设计计算的程序包a f s s ( 。4 d v a n c e df l u i d s y s t e ms i m u i a t i o n ) 该程序包包括了四大程序： 稳态流量分析程序( s s f a n ) 瞬态流量分析程序( h y t r a n ) 4 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分耩 液压系统频率嗨应分析程序( h s f r ) 液压瞬态流量分析程序( h y t t t t a ) 这些程序包后来经过c d c 公司( c o n t r o ld a t a c o r p o r a t i o n ) 和毽薅尼 蒡达大学修改补充归井到c d c 一1 c e l v l 软件包中成了通用的液压c 4 d 软 件。目前，还有不少同类液压系统c a d 软件，例如：德国亚琛业大学的 d s h 软件包，荚西己斯大学( u n s i v e r s l t yo f b a t h ) 的h a s p 程序 包，瑞典凌可乎大学的t t o p s a n 软件包，美国饿宠拉荷马州大学流体动 力研究中心的p e r s i m 软件包等等。 国内从7 0 年代束开始研究液压系统的计算机辅助设计。最初多集中 于对某一个具体终液压系统或元件进行静、动态仿真。8 0 年代末我国l 进了a f s s 程序包和d s h 程序包。一些院校与研究- 所也自行研制出一些 程序包。如能绘出液压传统豫理图的系统设计软件，能绘出插装阉零停 蹬的播装阀c 疆d 摆序，以及一些液压元件的仿真程序等等，并逐步应用 于飞机液压系统设计工怍。 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 第二章液压系统稳态特性计算的基本概念和方法 传统缝液压系绫设计方法是凭经验选惩和设诗瞻饽，等到黪箨生产 出来之后再组成液压系统在地面运行试验，通过运行试验发现不合理或 错误之处再作修改。这种修改也许要进行好几个反复。因而，这一阶段 卡分费时、费工叉费钱。这种传统方法已经证明是手舍适麴了。 耪的飞机液压系统的设计方法要求在制造出样机之前，就要作出系 统在各种工作状态下静、动态的详尽分析，以便系统在地面试验时改动 尽可髓少。圜毙，这裁必须采耀诗算撬冠液压系统懂畿遗孬分析、诗算。 对于简单的液压系统，例如简单管路回路，我们可以列出有关方程， 然后用解析法求解，得出要求变量的数学表达式，应用这些数学表达武 静胃餐窭杰不潺鼹工作条侍下弼路鹭静态特性蛰线，及薅对其遂_ ；亍分羲， 但是，实际应用的液压系统远比简单管路铡路复杂，其数学模型也复杂 得多，往往难以用解析的方法把要求的变量用一个数学式表达出来，这 是疆为液压元件鼗数学模型常常不是线淫方程的缘敌，解决这一问题器 最有效的办法是采用计算机这一有力工具，这样不但计算速度快，而且 准确，特别是当我们对一般的系统建立了通用计算机程序以后，只要输 入已每参数或已知条静，很快靛畿褥窭结莱。 采用计算枧遗行液压系统稳态计算分析一方面它缒极方便地改动 液压系统中很多系统参数，如系统中液压导管的直径、长度、工作温度、 节流藐大，l 、等，大大蘧凝高了设诗王律效率。舅一方螽，可殴观察虱关 键参数之间的关系并很快地评价设计概念和设计中存在的问题。在设计 过程中可不断对所定的设计方案进行系统性能预测，可提供给设计人员 以定簧的计算参数，跃褥判断其方案更改魏效果如何。西两，可获得侥讫 的设计。 液压系统的计算机辅助稳态计算是研究液压系统在不同的外载工作 条件下，系统中各点静压力和各管路昀流量，逶适建立反欧流量、压力 莓参数之间函数关系的数学模型，然后用计算机计算如结果。假如盼裁 值变了，与之平衡的压力以及流量随之而变。随时间缓慢变化的外载， 可以看成各小分较时闻上外裁近偿恒定昀。所以，在缓慢交他的外载下， 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 系统中各点的压力和流量也随之缓慢变化，这称为准瞬态性能仿真。它是 稳态计算一部分，因而，它可用以计算收放运动时间这一类问题。 液压系统计算机辅助稳态特性计算技术归纳起来可以用于以下几个 方： 1 ) 帮助液压系统设计者选择合适的液压元件。因为通过计算机可以显 示出液压元件的特性，并且可以预选不同规格尺寸的液压元件，把这些 元件的参数分别代入系统模型中，然后比较其结果从而合适地选用液压 元件。 2 ) 检查液压系统的设计情况。在整个液压系统的样机制成以前，可以 显示系统或元件的工作情况和特性。从而大大地节省了实验费用，避免 了由于设计不合理在样机制造出来后而返工造成的巨大的。加快了设计 周期。 3 ) 研究、校核计算已有的液压系统。对已有的液压系统可以用液压系 统计算机辅助稳态特性计算技术，验算其是否满足设计的性能要求，如 果不满足要求，根据计算结果，可以找出改进方向。 2 1 建立液压系统稳态分析数学模型的基本理论 构成液压系统的元件不外乎几类，在稳态情况下表现为压力和流量 的关系。 一根管路或一根包括某些液压元件的支路，在两端有压力和流量的 情况下，流体流过的支路就会有能量损失，损失包括摩擦损失、局部损 失和节流损失。假如与外界没有能量交换，支路两端的压力就等于支路 的损失，若有了能量损失，支路两端的压力就不等于支路损失，它还包 括压力增益在内。对于简单的支路两端截面l 和2 列出伯努利方程 ”等诌+ 等+ p f 一卸 ( 2 1 ) 其中p ，一为支路压力损失， p 一一为支路的压力增益( 正值为压力增加，负值为压力减少) 。 假如支路管径不变，那么v = h 。支路中压力损失与流量成正比，r 为液阻，去= g 为液导， 那么 鼻= r q = 罟 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 显然r 与g 不是常数，而是随液体的流态与损失的种类而变的q 的 非线性函数。 我们可将式( 2 1 ) 改写成 ( p l p ：) + 卸：p l ：二q q = g ( p ，一p ：) + 卸g 所以 g ( p i p 2 ) + 卸g q = 0 ( 2 2 ) 式( 2 2 ) 就是简单管路的一般方程。也称简单管路液压系统的数 学模型。 2 2 用节点法建立复杂管路液压系统的数学模型 2 2 1 节点法 液压系统有许多管路和元件，有的几根管路汇合于元件，有的汇交 于三通或四通，我们把管路汇交点定义为节点，在节点处进、出流量之 差应为零，即进、出流量应平衡。我们对液压系统的每个节点都可以建 立其流量平衡方程，所得到的方程组就是用节点法建立的液压系统数学 模型。解这个方程组就可以得到各节点的压力和各支路的流量。 2 2 2复杂管路液压系统的数学模型 对于复杂的液压系统，可采用节点法来建立系统的方程，为了说明 节点法的使用方法，我们用几个简化了的系统组合图来举例，图( 2 1 ) 为系统中的三通支路，其中i 点为三通中的节点，j 一，一应，一上分 别为三条支路，根据式( 2 2 ) 列出方程 g 。妒t p i 、+ g i l 婶i p l 、g _ 廿l ! g n 世m q f = 0 叱，、峨 ：为1 一j 支路或i - l 支路上的压力增益 q ，。 ：为，一k 支路上的固定流量 g g 。 ：为支路，一j 或i - l 的液导。 k l 图2 1 图( 2 2 ) 为一较复杂的管路系统，1 点和4 点为固定压力点，在2 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 占、有固定流量q 一 ( 1 )2 jf qk ( 4 ) 一 - 幽2 2 那么，用节点法我们可以写出以下方程组： 在1 点一g 1 e + g i 最= 0 在2 点一g e + ( g + g ：+ g ，) 只一( g ：+ g ，地= q 在3 点 一( g ：+ g ，l p 2 + ( g 。+ g ，+ g ，) p 3 一g 。只= 0 在4 点一g 。只+ g ；只= 0 由于露为泵的额定压力、只为泵的回油压力是常量，设为3 0 0 0p s i 和5 0 p s i ，可将第1 和第4 方程改写，可得 写成一般形式 g l i9 1 2 9 2 19 2 2 g mg 。2 g i 。 g2 。 g 。 00 一( g ：+ g ，) 0 g 2 + g 3 + g 4 一g 4 0l 鼻 最 ： 马 b 2 ： b 。 只 曼 只 只 3 0 0 0 q j 0 5 0 式( 2 3 ) 就是系统的数学模型，解这个方程组就可得各压力点的压 力值。 g 。】矩阵就称为液导矩阵。再按q 。= 一e 蝎，) g 。求出备支 9 她鳓 。坞阶。 q 一 ，g o 0 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 路的流量。由于波导与支路流量有关，即与流态有关，这就需要一个反 复迭代修正的过程。耋募矛有支路蓠君两次甘算的结果稳羞为0 00 1 f ，m i n 或相对误差为1 o 时，一般就认为达到了精度，计算即告结柬。 2 。3 液导熬簿簿嚣缝储存与求惩 2 3 1 液导炬阵使用压缩存储的必要性 当采用软件进行计算液压系统时，我们首先将液压系统管路的交汇 点漫燕为节点，诗算载静就自动会替每个节点的流量压力昀液导方程列 出，辫出这液导方程组，就得到系统的缮。对于一般鲶液压系统，鼯便 是简单的液压系统，也会有比较多的节点，系统愈复杂，节点数愈多， 矩阵中的替零值元素耪对念少，这榉液导矩阵是一个稀蔬矩阵，为了节 约存储单元和节约计算时闽，采用压缩矩阵的办法是很有必要的。对于 一般典型的飞机液压系统，管路一般都比较复杂，系统中元件都比较多， 这徉系统的节点就多，呆溺存储压缩技术可大大魂节约系统翡存储单元 秘减少计算鞋阍。 2 j3 2 菠导矩阵的压缩储存与求解的方法 压缩存储就是将液导菹存在较小昀矩阵里。再用几个很小的数组标 出这些 零佳的到和它们螅正寅号。如用t d f a g ( k ) 标出k 子亍具有正液导 值的列，若i d i a g ( 1 ) 一l ，即第1 行第1 列为正液导。又如用j c o l ( 1 ；j ) 数组记下，行上有郡凡个列为非零值，j r e n t ( k ) 标出k 行具有几个菲零 值硬，用j c e n t ( k ) 标出k 列具有凡个j 零值项，用j n e g ( k ) 标出k 支路 液导在支路上游交点行出现负值的别号，用，m 粥( k ) 标出k 支路液导在 支路下游支点行出现寅值的剜。要注意的楚：j c o l 、, r e n t 、j c e n t 是 黠c a c l i 数缝寒浚装，掰i d a g 、毋龌g 、1 n e g 烈是黠j c o l 数组来邋， 为了更好了解这些数据的存储以及方程组的建立，以圈( 2 3 ) 为例加以 说明。 毂定蛋。漉入为炙，滚窭建正，艘压力舞为正，压力黪黄受震鞋 列写力程时均从压力点往外辐射，按压力点号顺序列出方程组各方程如 下： g 。一最) = q x g 。( 最一r ) + g ：( b b ) + g ，( b 一只) = 0 g ! ( 只一只) 十g 。( b 只) 十g ，( 玛一只) 十g 。：( b 一只十鼻：) = 0 i o q 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 g 3 ( 尸4 一) + g 4 她一尸3 ) g 6 ( p 4 一码) = o g ；( 只一只) + g 。( b 一只) + g ，( 尸5 一只) = 0 p 1 2 ， ( 5 1 lr 二一 肜， ( 8 ) _ i ( 1 ) ( 3 )( 6 )( 7 )( 9 )( 1 1 )( 13 ) 1 4 ) -jl_- lj- 24 567s9l o ( 10 ) 整理后可得 图2 3系统简图 g 只一g ：p 2 = q 。 一g 1 只+ ( g 】+ g 2 + g 3 圮一g 2 b g 3 只= 0 一g 2 巴+ ( g ：+ g 4 + g 5 + g l ! 圯一g 4 只一g 5 尸5 一g l2 只= 一g 1 1 a 冀2 一g 3 最一g 4 只+ ( g 3 + g d + g 6 圮一g 6 只= 0 一g 5 b g 6 只+ ( g 5 十g 6 + g 7 圮一g 7 只= 0 一g ，只+ ( g ，+ g 8 + g 9 + g i o l r 一( g 8 + g 9 + g 1 0 l 弓= 0 一蛾+ g 9 + g 1 。皿+ 妊s + g 9 + g l o + g 1 1 皿一g l l 忍= o g 1 2 b g 1 l b + 【g 】l + g 1 2 + g 1 3 j 最一g l3 b = 0 一g 1 3 只+ ( g 1 3 + g 1 4 j b g 】4 鼻o = 0 一g 1 4 b + g 1 4 鼻o = 0 2 点若为固定压力点，即泵的额定压力，则第二个方程写成 只= 3 0 0 0 p s i 这样就可填写液导矩阵j c o l 为 飞机液压畚统计算机辅助稳态特性讨算分析 j r e n t = 窭 j c e n t ：f l i d i a j = 1 j n e g = 蠢 544 4434 1233 0o34 3 3 33 2 2 43 43 3 2 i n e g = 黔l 12l211li2ll l 】 a w e t ( 6 ) 。4 表示瓯在上游支点行( 即第4 行) 负液导出现在j c o l 的 第4 列。i n e g ( 6 ) = 2 表示g ，在下游支意行( 簿第5 行) 受液导澎现在 j c o l 皎第2 列。 有了上述6 个数组髋可以根据所指示的位置按要求进行运算了。按 理说给每个非零值定位存一个j c o l 数组就够了。但由于液导本身只有正 擅，露困辑在方程螅帻掘薅煮正受号不圈，其次，瘦导矩跨中各元素鲍 值与正负号很有规律，故完全有可能按照规律计算其数值，敞用了三个 数组瞄确定液导辩阵中元素的数值与符号。 怨方程短螅方法是呆溺褰豢淡霓法，不适选主元时不是按照绝对毯 最大来选取，而是按非霉值最少的行与非零值最少的到来定。因为在用 压缩短阵进行运算时要注意一个非零值的产生问题，就是说即使i 行上， 列元象为零，但圭元到上i 彳子褒值。秀主元芎亍列言傻，运算后会在f 奄亍 ，列出现非零值。按非零值最少行和非零值最少列定主元，可保证运算 次数最少，出现非零值的数目最少，可减少运算误蓑。故用j r e n t 与 j c e a r f 数餐确定未元。麓靖奄要注意攀 妻袋产生后蕊定位与存储滔 题。 2 4 液压系统稳态计算的步骤 o o 8 o o o o o o o雹嬲埘 0 o s 5 6 o 0 9 o o o o 4 4 5 7 8 8 o o 2 o 3 3 4 6 7 7 9 o 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 用计算机进行液压系统的稳态计算时，一般按下列步骤进行： a ，作简图 对要诗算翡渡压系统传管潞麓圈并标窭各支路元搏阋麓节点。 b 。初始化 1 ) 输入初始流嚣q 。和各支路q ，的假想值。办法之一是：若已知q ， 沿液漉方岛，每暹一支点，我将坌均分，囊至交籍为斑，这整就俸为2 的初值。 2 ) 输入流量计算的允许公差。 c 输入常数颈，包括辩件、管裕参蔹帮支路中巢些筑方恒定瓣舒和外 界输入的流量q 和液压源。 d 计算芦 掇据q 的初值，诗算备段管路与元俘酶卸，英公式为： 印= 足 + 彭2 q + 墨9 7 5 + 。k q 2 + 搿s 9 式中：k 一固定的压藏； 五，层流阻力系数，臻秸度一压力系数和密疫一压力系数修正： 墨一紊淀阻力系数，题牯度一压力系数和密度一压力系数修正； k 。局部损失系数，用密度一压力系数修正： 趸；一、难鞴系数，阁秸凌压力系数掺正： 墨雷诺数r 。2 3 2 o 时，油液流动戈层凌状态，k ，= o 当雷诺数r ，2 3 20 时，油液流动为紊流状态，疋= 0 用公式( 2 2 ) 计葬各支路曲液导g ， g 。：魁 印 e 建立方程 罔波导方程播述流量貔闲、压力p ：阕以及q 与p ；阉的关系。 1 ) 单源回路对于单个压力源的回路( 如图2 4a ) ，用节点法，根 据连续方程，列出液导方程 g ，( 冀一弓) g ：p 2 一墨) + g ，( 昱一置) = 0 g ：( 只一b 、+ g ，( 只一只) + g 。( 只一只) = 0 因只为泵的额定压力、b 为泵的回油压力跫常量，故移到方程的右方： 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 p 最( g l + g 2 + g 3 ) 十只( g 2 + g 3 ) = 鼻g 【 一最( g 二+ g 3 ) + 马( g ! + g + g 。) = 蜀( 屯 写成矩阵彤式： c i 嚣z 3 - ：g 姆z - g 3 gg ；扣墨g 要， 一g ，一g 、一，+ g + 。只只。， 此处芝和为求知支路节点压力。 s l 避p z s l 器 气蠢譬 蠢辫攀p s h ￥一鹭 ii，銮+一童qp s n i 纛。曩晒 图2 4 2 ) 多源回路( 如图2 4b 所示) 对任一条支路，可飘蠢方程： t j = p = p 。= z 。q 。，q 。= q 。七q 。i 剐嘲 。= p ? j 以上各点中i = 1 , 2 ，月。 在负载赴，则有： p l z j ? q i 鲛= 绞 。 j - 1 困器令支黪土聚象懿额定漉璧骁巴知外露令p 萤和3 个9 蓬 负载处有p ，和岛这两个方程，所以总共有( 7 h + 2 ) 个方程。 f 求解p 和q 冬上述方程缨写残线蛙短簿，楚褰囊潢去法解窭各令p 和坌。 一 g q j 霈 乳一 西 源 吼 吼 摹 吡 q 设 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 g 求解鲰 q 新= ( p i 游一p f i ) g h 判断q n 的收敛性 收敛判据为( 1 ) q 新 ll r a i n ，而且i q 一。新i f ( 2 )l 皇二坠1 v 。 遗一步的实验还表明，如果改变流动管经d 或流体粘度d ，则上、 下临界速度也随之改变。但是，无论d 、u 、v ：( 或v 。) 怎样变化，而流 态临界所对应的无量纲数v ：d u ，或v 。d u 却是一定的。无量纲数v d u 称作雷诺数，以r 。表示。对应于上、下临界速度有 r 二：坐 上临界雷诺数 u r 。：v c d 下临界雷诺数 式中 v 一流速；d 一管直径；u 一运动粘度。 因此，可以用雷诺数来判断流体的流态： r ， a ，印层流边层博度大于管截租糙突出高度时，由于 屡凌边层完全淹没粒遂发，这时五= f ( r 。) ，五与管壁趣糙度无关，便与r 。 有关。 椒糙管：当苫 1 8o 。时 a 2 1 3 9 + ( o f 一1 80 ) x3 3333 10 1 - 3o f 3 0 ， b i = 0 0 3 8 5 4 1 1 一 r 一3 0 ) 4 x 1 0 。 r 掣 垫 蒜蒜 垛、蛹 口 妊 球球 蛐 懈 辎鞲 堪 岫咖 删 幽8 ：出_ 景 甥 m 一 山 司 靼 世划世捌 业出 叫 j 侧 鞲 “n制n刊 一 衅 巾 列 妒节母十， 瞌 一停机 已经建立 ， 1 1 ”“ 一一r 7 i ， 建立支路和内回路 一j 一 计算吾支路的液导g 计算元件的p 、q ! 一一 j 一 计算并建立方程组 解方程组 一j 一， l 输出数据 _ _ i 、一 - 停机 、 图5 2程序流程图 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 5 3 软件的界面设置和数据输入、输出 为了方便使用，本软件设置了w i n d o ws 风格界面，通过界面的快捷 菜单，用户能方便对所计算的系统进行系统的数据输入，系统中各元件 参数的输入，系统的计算和结果输出。 5 3 ，1 系统数据输入界面 进入本系统后，首先显示系统数据输入界面： 在系统数据输入界面各项说明如下 作业说明 ：该计算内容和题目等相关内容说明，可以省略不填写。 油液类型】：选择计算时所用液压油的类型，界面中提供了常用的三种 油液类型供选择：1 m i l h 一5 6 0 6 、2 y h 1 0 、3 y h 一1 2 ，从中选择一 种。默认为第一种油液。 系统计算最大迭代次数】：计算时，流量反复迭代最大次数，到达该数 值后程序停止迭代，以控制计算时间。 单位制 ：计算可选择英制和公制两种单位制。 系统计算的流量误差】：程序计算过程中的流量误差小于该数值时，系 统迭代终止。 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 1 泵供油点的编号 ：系统中最多可使用三个泵，分别定义为1 3 ，每 个泵在系统网络简图中有供油、吸油和壳体回油三个节点编号，在此需 要输入供油点的编号。 系统数据信息全部输入完毕后，点击“下一步”进入系统主界面 也可点击“退出”，结束本系统的使用。 5 3 2 主界面 在系统主界面上，主要完成阻下功能： 1 、系统计算所需的输入文件的编制； 2 液压系统性能计算； 3 、计算结果显示。 主界面如下图所示： 在主界面，各项使用菜单说明如下 ( 文件】：用于系统计算所需的输入文件的编制操作，包含：新建文件， 打开已有文件，保存文件，文件另存为，清除文件中的所有行以及退出 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 本系统等。 分析】：向文件中添加元件信息及液压系统性能计算分析，包含：添加 数据以及性能计算。 数据】：管理元件属性及其相应的数值，例如硬管管长的数值信息等。 包含：数据数值清除( 清除数据库中所有元件的属性数值) 以及系统显 示( 显示数据库中元件及其属性) 。 工具】：显示隐藏工具条。 帮助】：系统帮助信息。 5 3 3 工具条 使用工具条可以更方便的实现系统各元件参数的输入。工具条上列 出了本软件包的所有可用元件。点击相应的按扭，即可按照系统提示进 行该元件参数的输入。工具条如下图 飞机液压系统计算机辅助稳态特性计算分析 5 3 4 计算与结果显示 输入文件编制结束后，点击分析菜单项便开始计算，屏幕下方出现“分析 程序正在运行”字样，等待计算结束后，系统提示“程序分析结束”。系统弹出 计算结果，如下图所示： 这时可以详细查阅该输出文件以验证计算的正确性。同时可进行以下操作 保存文件，计算结果图形显示，关闭窗体。 点击“图形显示”出现以下窗体：