《基于AMESIM软件的起落架液压系统故障建模分析9200字（论文）》

·第一章绪论1.1研究内容及研究意义飞机起落架是飞机的重要一部分，它关乎着飞机是否能够正常起飞及降落的重要一环。而飞机起落架的液压系统承担着其起落架功能的正常运转，它是由液压的能源装置，控制装置，执行装置三大主要关新闻，我们知道了解到了因飞机起落架故障而导致的飞机事故还是占有很大比例。2008年2月22日，美国的一家航空公司的一架麦道80型客机就是由于其起落架发生了故障而紧急迫降到到了迈哈密国际机场，幸运的是飞机上的138人无伤亡。最近的时间有2017年3月20日，一架沙特阿拉伯航空公司的空客A321-200飞机，因其前起落架的旋转连接螺栓分开，从而使左右前轮组件的损坏，庆幸的是飞机成功迫降，无人员伤亡。2018年5月21日，同样是沙特阿拉伯的航空公司的一家A330-200飞机在飞往孟加拉国的路程中由于前起落架的故障，紧急改道吉达阿卜杜勒-阿齐兹国王国际机场，庆幸无人员伤亡。而且，在飞机的外场维修中，飞机的液压系统占据着重要的位置。根据我们所掌握的资料，飞机的液压系统所出现的故障大约占据了机械总故障的30％，并且我们也了解到其飞机液压系统在外面使用的情况更加的真实，故我们可以更加的了解其液压系统及其元件的故障分析。而飞机起落架液压系统更是占据了飞机液压系统的很大的一部分。所以飞机起落架的液压系统的研究可以更加的具有现实意义，可以了解到飞机液压系统的相关资料，并且我们通过研究飞机起落架的可靠性，以此来减少其故障，也是一种排除其飞机起落架液压系统故障的一种方法。从查阅的资料我们得知，我们对于飞机起落架液压系统及其元件的故障分析及其排除方面缺少系统和深入的研究。如果真要探讨其这方面的原因，或许是由于这类研究只能靠其大量现实中使用的故障数据来分析，而飞机起落架的故障数据的收集其实就是一个非常艰难的工作，更不用说如今对于起落架的故障数据的收集还停留在建立Excel的表格统计其数据，大大的暴露了其智能化低，自动化水平不够，不规范的大量缺点，所以由于这方面的原因大大的限制了我们对于起落架液压系统的故障分析及排除。对于飞机起落架液压系统的故障及其其他元件的故障数据的收集和分析的研究意义主要表现在以下几个方面:1为飞机起落架的故障的诊断以及排除留下了一定的依据。2客观的反应了飞机起落架液压系统的元件的薄弱方面，并为提高飞机起落架的可靠性提供了一定的依据。3减少了飞机维修的难度以及提高了飞机的维修速度。1.2飞机起落架液压系统的故障分析及国内外现状在航空领域中，对于一架飞机来说，其起落架的正常收放至关重要。它起着滑行，着陆等等作用。经查阅资料可知，外国的波音公司及空客公司提供有其液压系统的参数，在我国，我国的航空领域的专业人士也提供有其在这方面的数据参考。如马存宝教授对于其液压系统的分析为我国航空领域的建模和故障的判断提供了有利的参考点。在起落架的热力学方面的分析也有张忠专家们为我们铺路。李闯，张明专家等以设计角度为出发点也为我国的起落架的液压系统进行了仿真与分析。而在飞机起落架的液压系统中，故障往往来源于两个方面，第一方面就是其飞机起落架液压系统的元件故障导致的飞机起落架无法的正常收放。例如起落架应急排油活门的故障，主起单向限流活门的故障，作动筒的故障等等都是影响起落架正常收放。第二方面则来源于液压油的问题，假设将飞机起落架的液压系统比作一个人的身体构造，那么液压油就相当于我们人体的血液，以此来促进人体的正常运转。而在液压油方面的问题，我们往往考虑其泄油问题和油质问题，这两个问题也是各个国家着重研究的方向。总之，我们要先明白起落架液压系统的故障来源，才能为我们之后的排除留下依据。1.3飞机起落架的液压系统的故障分析的方法本文章将以AMESIM软件为基础，对其飞机起落架液压系统的收放故障进行仿真分析。AMESim软件可以很大程度上满足了人们对于起落架液压系统的技术含量的要求，他是一款基于键合图的液压系统建模仿真及动力学软件。它深深地满足了大众的需求，靠其模型化的充足，并且多软件的接口和开放性。通过软件来分析其故障，我们可以更直观明白其故障状况，从而为之后航空公司的维修人员快速的找到飞机起落架故障，并根据其故障的原因而将其排除。为我国航空领域的后勤保障提供了一份保障，为我国航空领域的快速发展而提供一份动力。第二章液压系统的工作原理本实验主要以某型号飞机起落架收放动作过程模拟来阐释起落架液压系统的工作原理及液压系统部分常见故障和排除方法。本实验基本原理主要基于油液流过元件时流量的影响因素，流量连续性方程、能量方程及执行元件受力平衡方程等。连续性方程如下面公式所示在这个液压系统的要求中，我们需要用合理地工作回路及泵源回路构成一个系统。在这个系统中，我们需要达到元件能够正常运转的要求。液压系统中液压泵也要与工作部分协调一致。在液压系统的开始运转时，液压泵需要立即提供动力，在其停止工作要立即进入载荷状态。在飞机起落架的液压系统中，从安全性，可靠性，以及经济实用方面，我们用以下的液压系统来展开。飞机起落架的收放系统有收放手柄，收放作动筒，位置锁，应急放下机构等机构做成。在其起落架收放系统的协调性很重要。需要满足以下条件在收起位置锁锁紧起落架和主起落架和左起落架锁紧后，锁紧起落架与舱门。在其位置锁开锁时，起落架及收舱和上锁应该一致。在我们设计的飞机起落架液压系统中，我们以飞机起落架收起状态，降下状态以及应急处理状态三种状态来分析。（1）飞机的收起状态将起落架的开关调到收上位置，即电磁换向阀1调到了左位，液压油通过收上管路，对于前起落架，有两个回路，第一回路就是液压油流经的顺序阀6，再通过液压缸5的有杆腔，使其前起落架收起。另一条回路是流经开锁液压缸2就流回。对于主起落架及左起落架，有三个回路，第一就是液压油流经有杆腔2，就流回去主起落架收起。第二就是流经顺序阀6，经过液压缸5的有杆腔之后流回去。其左起落架收起。第三就是在两个起落架的收起后，液压油经过触动式按压阀，经过舱门8，并将其收起。这五条回路构成了起落架的收起的液压系统。触动式顺序阀有一个漏油口和回油流通，防止机轮的过早地收上。（2）飞机起落架的放下状态时将换向阀调至右位，从而起放下油路接通液压油，对于前起落架的放下，有两条回路，第一就是经过开锁液压缸2，进入回油路。第二就是通过液压缸2之后，流经液压缸5的无杆液压缸，之后进入回油路。对于主起落架及左起落架，有三条回路，经过无杆腔2之后进入回油路。以及流经舱门8将其舱门打开。最后一条回路就是经过液压缸5的无杆腔，打开主起落架。（3）飞机起落架的应急处理时将其开关调至第一限位，使其舱门应急电磁阀的1打开，高压气体快速通过应急排油活门1，应急转换活门1，2，5，残油分离活门1，使舱门作动筒工作，之后按照顺序打开左右起落架以及前舱门的前锁后锁。打开之后，高压气体将打开舱门的放下舱，之后将起落架全部打开。正常情况下在应急结束之后，舱门将不再收起。图2-3飞机起落架液压系统

第三章飞机起落架液压系统的元件参数分析3.1飞机起落架液压系统的组成在这片论文的设计中，由图2-3的液压设计图中，此次的飞机起落架的元件是由液压泵，液压缸，液压阀以及液压锁，油箱，刹车等元件构成。由这些元件组成的液压系统使飞机起落架的放下，升起等运动功能。3.2飞机起落架的液压系统的参数分析3.2.1飞机起落架负载体的确定由于飞机起落架在飞机整体中起着举足轻重的作用，并根据某型号飞机的资料分析，主起落架的负载体为90KN，、前起落架的最大负载力为主起落架的80％，即为72KN。3.2.2飞机起落架液压缸的工作压力的确定根据查阅资料我们知道，飞机起落架系统的工作压力是30MPa,并且由液压的性质我们可以知道，其起落架液压系统的工作压力和元件液压缸的工作压力是一样的，但我们要考虑到液压油流经管道及其他元件时，对于其压力的损失，故其液压缸的工作压力为起落架液压系统的90％，即27MPa。另外，我们需要考虑到飞机起落架的协调能力，即它在收起以及放下的时候，与飞机机体本身不会发生碰撞。故我们要设计其液压缸的背压来避免飞机发生事故。且经过查阅资料得到，其背压为0.8MPa。3.2.3飞机起落架液压缸的结构尺寸的计算飞机起落架的液压缸包含有无杆腔以及有杆腔的两个部分，并且我们很容易知道有杆腔的压力是大于无杆腔的压力的。在有杆腔的压力传递到无杆腔的压力，其中会损失一部分的压力。即有杆腔的压力等于无杆腔的压力加上部分损失的压力。假设液压缸进行最大的负载力时，其液压缸面积S1S1=活塞直径为D=根据查阅的其他资料，我们可以取其标准值70mm活塞杆直径为d=根据查阅的其他资料，我们取其标准值50mm由此我们也可以推算出液压缸的有杆腔以及无杆腔的工作面积S1=S2=3.2.4飞机起落架液压系统的液压缸的工作行程的分析飞机起落架的液压系统的液压缸的工作行程主要是由其起落架的实际最大行程来决定的，并且我们根据查阅的相关的资料，主起落架的行程为560mm,前起落架的行程为520mm。故取其标准值，则主起落架为600mm，前起落架为550mm。3.2.5飞机起落架液压系统的液压缸内径计算飞机起落架液压缸的内径计算我们可以通过其工作的最大负载力以及其压力计算。D=注：γ是液压缸的机械效率，一般取为0.953.3飞机起落架液压系统的液压泵的流量和型号的确定飞机起落架液压泵主要是由两个方面来决定的，第一就是液压泵的工作压力，第二就是实际流量3.3．1飞机起落架液压泵最大工作压力的确定飞机起落架的最大工作压力其实上边文章已经给出，为30MPa.3.3.2飞机起落架液压泵的实际流量首先，我们先求其起落架收起和放下的活塞杆的速度分别为V1=V2=其次，我们根据求得的活塞杆速度以及液压缸的有效面积，可求得液压缸所需流量Q其中Ai和Vi分别表示为液压缸有杆腔/无杆腔有效工作面积（m2）故主起落架液压缸的最大流量为Q前起落架液压缸的最大流量为Q根据经验，取起落架舱门液压缸和上、下位锁液压缸的流量为Q另外，考虑到有液压油的泄漏∆Qc；电动机转速下降时,液压泵的流量下降∆Qzh；液压泵的使用损耗使供油量下降∆Qsh把以上四种泄露流量总和设为∆Q,并根据经验取∆Q=5.09（L/min）Q=（3）确定液压泵规格根据以上算得的实际流量Q和液压泵的最高使用压力P，再查阅产品样本或设计手册，现选用A7V55型斜轴式变量柱塞泵，该泵的基本参数为：排量Q=55（mL/r）,泵的额定压力P=35（MPa），泵的最高压力P=40（MPa），最大转速n=2500（r/min），输入功率P=80（KW），重量为28Kg。3.2.4液压阀的选择液压阀的选择是根据泵的工作压力和通过各液压阀的实际流量，并通过查阅资料找到相匹配的液压阀。如下列表格序号元件名称型号通径（mm）最大流量（L/min）最高压力（MPa）重量（Kg）1溢流阀DB10-21020031.54.82电磁换向阀4WE6J60351.63液控单向阀SL101031.52.54单向节流阀MK10105031.50.75顺序阀DZ6DP66031.5以上即为各个液压阀的挑选，符合其飞机起落架的性能需求。3.3飞机起落架的液压系统AMESIM的建模在如今工业快速发展的背景下，其机械化以及液压化的在如今科技含量大比例上升的条件下，其对于软件系统的要求则越来越高。AMESim软件就很大程度上满足了人们对于工业的技术含量的要求，他是一款基于键合图的液压系统建模仿真及动力学软件。它深深地满足了大众的需求，靠其模型化的充足，并且多软件的接口和开放性。给予这款软件的优秀特点，我们这个飞机起落架的液压系统就借此软件来实现仿真模拟。并将其以假设某些元件的故障来观察其元件运行。由图2可得图三，并由有作动筒的仿真分析。图3-1飞机起落架仿真图3-2作动筒仿真第四章起落架影响因素分析4.1飞机起落架影响因素总概括在一架飞机上，其实影响飞机起落架是否正常运转的因素有很多种情况，通过大量的数据分析，我们将这些情况归类并化分为两种，第一是飞机起落架的内在因素，即液压系统的元件的故障。第二是外界因素使飞机起落架发生故障。4.2飞机起落架内在因素影响飞机起落架的液压系统由液压泵，液压缸，液压阀以及液压锁，油箱，刹车等元件构成，这些元件的组成使其液压系统能够正常的运转，但或许会因为其元件的运转频率过高，使其老损化严重，从而产生故障，并影响到了飞机起落架的正常的收放。在这些元件的故障中，大多数情况下是主起舱门作动筒的故障，主起液压锁的故障，前起限流活门的故障，起落架应急排油活门的故障，起落架液压电磁阀的故障等等，这些都是其元件的故障导致其起落架的收放功能无法正常完成。4.3飞机起落架外界因素影响飞机起落架不仅受到其来自于内部元件的故障而导致的无法进行正常的收放，而且它也受到了来自于外界环境的影响，例如飞机的起飞的仰角，马赫数等等，这两个因素主要是由于马赫数和仰角会影响到起落架落地的摩擦力，气动阻力的计算，特别是对于前起落架的影响。所以这些因素也是我们在分析飞机起落架故障要考虑的。第五章起落架液压收放系统元件引起的故障实验5.1起落架作动筒故障作动筒又叫作液压缸，它大多数情况下是由密封圈，衬筒，简体以及活塞组合而成，在起落架的那一组液压系统中，由于它的长时间的往返运动，从而使他的橡胶密封圈容易开裂，从而引发起落架故障。密封圈的开裂，会是其中的液压油流露出来，其泄露的流量公式如下：qL注：qleakage为泄漏量，而p1及p2分别为空杆腔压力和有杆腔压力，D是作动筒内壁直径;Cr是作动筒内壁与活塞半径差;;leak为泄漏系数。从此次公式中，我们其实可以很轻松的看出来泄漏量的增加将会导致空杆腔和有杆腔的室压差降低，并且室压差的降低将会反过来减少其泄漏量。故我们通过假设泄露系数是一定的，使其泄漏量和室压差也保持在一定的范围，之后我们利用AMESIM软件进行仿真模拟，得到如图所示，通过其仿真，我们可以看出来由于作动筒的故障，从而使前起落架及后起落架的油缸缩不回去了。起落架的作动筒的故障其实有很多，如耳环螺栓断裂，密封圈的裂缝等等，在此次实验中，我们以密封圈的裂缝导致内泄露为主题探索了其起落架的现象，并将其现象记录下来，为之后现实中的航空维修人员以起落架发生故障的位置而快速做出反应，其解决办法就是将其密封圈更换即可。5.2起落架液压锁先导活塞故障起落架的液压锁就是在起落架在下降之后，把作动筒的空杆腔的油液堵住，并将其起落架死死的卡在放下的位置。当起落架降下来的过程中，液压油将会通过放下出接头进入液压锁中，并将其阀门顶开，在进入到作动筒的空杆腔，并在起落架放好后，阀门关闭，并根据液压油不会被压缩的原理，将其起落架锁死。当收起起落架时，油液从收上来接头进入，一方面流向作动筒的有杆腔，另一方面顶开阀门，从而达到回油的目的。当发生应急，需要放下起落架时，冷气从应急放下接头进入，顶开应急阀进入作动筒空杆腔，使起落架放下。而此次的仿真模拟中，我们假设其液压锁先导活塞发生故障，在其他的条件不变的情况下，其仿真现象使前起落架及主起落架可以起升但无法落下来。5.3起落架单向阀故障在某型飞机的单向阀是主要是让起落架在降的时候，它处于一个关闭的状态，从而使其液压油只能通过节流孔流出，以此来达到起落架下降的速度，降低了起落架与地面的冲击力，以此来延长起落架的寿命。并且也通过这个，可以有效的保护起落架不与机轮护板碰撞。故单向阀的作用是更好的保护起落架，我们利用AMESIM软件的仿真模拟，观察到当单向阀发生故障时，前起落架和后起落架可以起升但无法落下来。为了起落架的安全以及当起落架发生故障时我们航空维修人员可以快速的反应过来，我们要时常的检测单向阀是否正常，并备用几个单向阀零件，以做到随时更改的准备。5.4起落架节流孔堵住故障在此次的故障中，由于前起落架和主起落架是同一个选择阀，并且作动筒的流量也与其有关，故节流孔的堵住会使其作动筒的流量产生巨大的影响，并且我们查阅资料可以得到作动筒的收放公式t=其中:V—活塞运动速度;Q—为其内流量;Spiston—为活塞面积;Lstroke—为活塞运动冲程;T—为收放时间。油液经过孔口时的计算公式如下=Dhv2Δp槡ρ其中:Dh为水力直径;v为油液运动粘度;Δp为孔口两端压差;ρ为油液密度从这两个公式中，我们可以看出作动筒的有杆腔和无杆腔的室压差是呈现递减的这么一个状态，故当我们假设节流孔堵住的时候，它的水力直径就会变小，并且其两端的压差也会变小，从而使其作动筒的收放的时间增加。我们利用AMESIM软件进行仿真模拟，得到的现象时并通过设置仿真的参数，来观察节流孔的堵住的时间段，并通过查阅手册可得，通过模拟节流孔的堵住，我们观察到了其作动筒的收放时间的变化，也反映了其节流孔堵住对其起落架液压系统的妨碍，故我们航空维修人员应注意其日常的清洁保养，从而避免其节流孔的堵住。第六章起落架液压系统中油液问题引发的故障6.1起落架的液压系统的泄油问题起落架的液压系统的故障不仅在于零件损坏导致其飞机无法正常飞行，并给飞行人员带来了巨大的安全隐患，而且其起落架关于液压油的泄露问题也是我们需要考虑的。起落架的液压系统需要利用液压油给予的压力来使其正常的运转，起落架的液压油相比较于其他地方的情况，更加的要具有压缩性，黏性，机械稳定性以及化学稳定性，热膨胀性。并且一般也会通过染色来区分出来。当飞机起落架的液压油大量的泄露时，一般情况下时由于其液压系统的管路出现了破坏。在其压力下将会大量的喷出。对于此次情况，我们一般通过地面的油泵车，加压之后我们就可以检查到漏油地方。如果我们未检测到这个漏油点，并且起落架能够正常运行，那就排除了液压系统管道的损伤。另一种情况是，由于液压油箱的压力过高导致回油。可以通过打开有相关的应急排油排气活门，使其液压油排出。在航空航天领域，飞机的每一个细微的差错都可能出现重大的错误，故我们要用严谨的态度来看待每一件事情，定期的检查起落架是否存在泄油问题。6.2起落架液压系统中油质的变化关于起落架的液压系统的液压油的使用，我们一般使用植物基液压油，矿物基液压油，磷酸酯基液压油。他们均是通过染色的方法来分辨他们。而在植物基液压油的颜色为蓝色，普遍用于老式飞机中，而矿物基液压油则为红色，应用于减震支柱中，最后磷酸酯基液压油为紫色，应用于大型客机中。在此液压油的运用中，我们需要留意其液压油的变化，防止其被污染，从而避免对于零件的损坏，从而影响到飞机起落架的寿命。油质的污染将严重影响到飞机的使用寿命，其液压油的污染一般来源三种情况，第一为内部的残留物导致的污染，来源于飞机起落架液压系统及液压零件的锈迹，灰尘等等在安装前未清洗干净，从而污染了其液压油。第二则来源于外部污染物的侵入，空气中的会灰尘与砂砾进入到管道中，从而污染了其液压油，进而对液压系统进行了损坏。第三则内部污染物的产生而导致的污染。在起落架液压系统的运转过程中，内部的运转则产生不断的污染物。如材料脱落的颗粒，油液因温度升高而产生的胶状物等等。对于液压油的污染的防范措施，我们根据污染物污染液压油的三个部分，第一就是先将已经侵入液压系统的污染物清除出去，第二就是防止污染物侵入液压系统，第三就是定期更换油液。总结本文主要是介绍飞机起落架的液压系统的故障的分析及排除的仿真实验。在此次研究中，我们先通过查阅资料寻找飞机起落架故障出现的常见状况，并利用AMESIM软件来进行仿真模拟，从而更加明确的观察到其状况。具体分析了起落架的作动筒的故障使其无法移动，液压锁的先导活塞卡住没有位移，单向阀截止，节流阀堵住四种情况以及由于液压油的问题而影响到起落架的液