試論飛機液壓系統熱的分析方法

王振成

摘要:本文針對飛機液壓系統在高壓化狀態下出現發熱的問題,找到其中的原因和所帶來的危害,采取相應的方法使其得到處理和解決。通過幾種方法的對比,找出一種新的液壓系統散熱分析方法,就是神經網絡分析方法,并且對其進行進一步的分析,這樣一來,液壓系統的散熱設計就會更具有可靠性。

關鍵詞:飛機液壓系統熱分析方法

中圖分類號:V233.91 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0116-01

當前,在液壓技術中,電子電氣技術和自動控制理論等學科也已經被歸納在其中,在飛機上,液壓技術的應用是尤為廣泛的,飛機的操縱系統、起落架收放和機輪剎車等功能系統都是需要通過它來得以實現的,這樣的話,飛機的安全和設計性能就會得到很大的保障。而高馬赫數巡航是現代戰機的特點,它的性能已經完全超越了機動,在飛行過程中,本身重量就很小,載荷在其中是可以承受很多的。為了可以使高性能飛機的戰術需求進行滿足,對液壓系統就提出了更高的要求,不管是在質量上,還是在體積和功率上都必須有很大的改造和提升,而想要將這一設計要求滿足,液壓系統工作壓力的提高起著決定性的作用。但是液壓系統的高壓化肯定會面臨更多新的問題,而液壓系統高壓化造成的發熱問題是其中最為嚴重的。

1液壓系統發熱的原因及其危害

國外在發熱方面已經做了大量的分析和研究,從中我們可以總結出一些經驗,最主要的就是將液壓系統工作壓力等級在一定程度上進行提升,使其可以與飛機液壓系統設計要求相符合。在液壓系統中,21MPa是壓力,對可能出現的各種因素進行考慮,這樣的話,系統質量的28MPa是最小的壓力;出現35MPa的壓力對于鋼或者合金鋼材料的液壓系統來講是最佳狀態;出現56MPa的壓力對于鈦合金材料的液壓系統來講是最佳的狀態。液壓系統的發熱問題也是通過液壓系統壓力等級的大小來進行決定的。盡管是在高壓下,節流最終產生的熱量會更大。而這些熱量一部分通過系統管道及系統散熱器進行散熱,一部分使系統工作介質的溫度升高。因為在相同的系統狀態下,功率損失隨著壓力的提高而增大,損失的功率基本上變成熱量,使系統工作介質溫度升高。試驗統計說明,大約2MPa的壓降損失將導致溫升1℃。

2液壓系統穩態熱分析方法

穩態熱分析用于求解系統熱平衡狀態時的平均溫度。當液壓系統的發熱量與系統向環境中的散熱量相同,系統各部分的溫度不再發生變化時,系統就處于熱平衡狀態。根據不同的發熱方式,將液壓系統中的液壓附件分為泵、節流裝置和混合裝置三類。

穩態熱分析得到的是飛機液壓系統長期工作后達到的平衡溫度,按照這個計算結果進行散熱器的設計,往往比較保守,使散熱器的體積和質量偏大。

3液壓系統瞬態熱分析方法

在飛機的起飛、著陸和機動飛行過程中,液壓系統的溫度通常是變化的。在這種情況下,一般將環境溫度、總傳熱系數和熱容量等參數用平均值代替,將整個液壓系統視為一個封閉系統。

瞬態熱分析固然能夠建立溫度變化與時間變量的關系,但是因為關于飛機液壓系統的熱力學計算是以偏微分方程為基礎的,而由于飛機飛行高度、速度和發動機功率等因素的不斷變化,無法以方程的形式準確描述出液壓系統的環境狀態,致使傳統的瞬態熱分析計算結果十分粗略,甚至產生極大的誤差。

4神經網絡熱分析方法

實時地對飛機液壓系統的環境狀態作出完全、準確的描述是非常困難的,即使建立了十分精確的熱力學模型,由于邊界條件的不確定性,也無法使瞬態熱分析計算達到合理的計算精度,只能粗略地獲得系統溫度變化的大致趨勢。但通過實際測試,能夠獲得系統真實的溫度變化規律,利用人工神經網絡逼近任意非線性函數的能力,通過實測數據對網絡進行訓練,可以得到飛機液壓系統關鍵點的瞬態溫度模型,進而為飛機液壓系統的散熱設計提供可靠的借鑒。

人工神經網絡是一門新興交叉科學,涉及到生理學、心理學、數學和計算機科學等多種學科,應用領域極其廣泛。它是由人工神經元互相連接而成,是從微觀結構和功能上對人腦進行抽象和簡化,是模擬人類智能的一條重要途徑,反映了人腦功能的若干基本特征。其中以RBF網絡最為典型,它屬于局部逼近型的多層前饋網絡,就是將BP網絡的非線性映射作用函數的S型函數替換為徑向基函數,調整學習算法,利用LMS算法進行權系數調整,進而轉化成求權系數值的線性優化問題。

5結語

飛機液壓系統的熱分析是一個非常復雜的過程,目前的熱分析只能是在液壓系統設計完成之后,以地面模擬試驗和飛機試飛時的液壓系統溫度測試數據為基礎進行。文中分析了導致飛機液壓系統發熱的原因及危害,確定了系統熱分析的基本要素,通過對穩態熱分析和瞬態熱分析兩種方法的比較,介紹了一種新的液壓系統熱分析方法即神經網絡分析方法,結合實際溫度測試數據初步建立起了液壓系統關鍵點的瞬態溫度神經網絡模型,并進行了系統熱分析計算,對系統的溫度進行預測。試驗驗證結果表明:神經網絡熱分析方法是目前液壓系統熱分析方法中最有效的一種,其結果更能準確地反映液壓系統溫度的變化趨勢,更能反映飛機液壓系統的溫升規律,為新型飛機液壓系統的設計,為液壓系統的材料選擇和設計、散熱裝置的設計提供了更可靠的理論依據。

參考文獻

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