飛機模擬機液壓油冷卻系統研究

摘 要：飛機模擬機的動力核心是一套液壓系統。通過液壓系統的工況變化，實現模擬機的各個飛行動作。而液壓系統面臨的一個傳統難題就是液壓油的發熱，模擬機液壓系統對液壓油溫度的要求更加苛刻。不適當的油溫勢必會對系統性能及設備壽命造成巨大傷害，嚴重時甚至導致被迫停機。模擬機的運作是動態連續的，那么液壓系統的做功也必然是動態連續變化的，因而導致液壓油升溫的熱量也是動態變化的。我們所要解決的就是尋求一個動態冷量，使這個冷量和使液壓油升溫的熱量達到一個動態平衡，將油溫恒定在最佳工作溫度。

關鍵詞：液壓油；油溫；冷量；動態平衡

中圖分類號：V216.8 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0228-01

1 模擬機液壓系統概況

模擬機承載著某型機的全部飛行培訓任務，每天連續工作20h，全年基本無休，工作負荷非常大，在這樣的環境下，還要確保模擬機系統穩定、可靠運行，難度較大，而油溫是保證這套系統穩定、可靠運行的關鍵。

需要改造一套冷卻系統，保證液壓油工作溫度控制在35～45℃之間（最好是恒定在這之間的某個溫度值，波動越小越好，越利于系統的穩定可靠運行），設置報警裝置。全年24h連續工作，可利用率大于96%，設備運行噪音小于68dB。

該模擬機系統液壓油流動情況如圖1所示。

如圖1所示，整個系統的動力源是兩臺55kW的液壓泵（峰值是77kW）和一臺11kW的小型循環泵。當模擬機開啟后，兩臺液壓泵啟動，液壓油開始在系統內循環，通過與管道及閥組摩擦產生大量熱能，熱能除一小部分散到空氣中外，大部分被液壓油吸收，油溫開始逐漸提升，當油溫升至30℃時，模擬機才可以進行飛行動作，這時一部分能量轉化為模擬倉飛行動作的有用功，仍然有大部分能量通過摩擦傳入液壓油，在無冷卻系統或冷卻系統故障的情況下，油溫繼續升高，當升至55℃時，系統報警，升至58℃時，被迫停機。

2 水冷液壓油冷卻系統研究

水冷系統的終端是輸出一個冷量[1]，這個冷量用于平衡液壓油的富余熱量。富余熱量的大小、變化是我們最關心的參數。總能源基本恒定，兩臺液壓泵輸出110kW，很少一部分由電機發熱散發到空氣中，大部分轉化為液壓油動能，液壓油推動液壓缸對模擬倉做有用功，在流動過程中，不斷與閥組、管壁摩擦，轉化為熱能，一部分散入空氣，大部分熱能導致液壓油溫度不斷升高。

總能源=有用功+液壓油恒溫熱量+富于熱量+散失熱量

總能源恒定，液壓油恒定在38℃所需熱能恒定，散失的能量很少（可認為基本恒定），有用功屬于連續變化量，那么根據能量守恒定律，富于熱量[3]也是連續變化的。從而需要一個連續變化的冷量與之匹配。

關鍵在于如何實現冷量的變化，并且恰好與富余熱量匹配。選用比例式三通電動調節分流閥，將其溫度傳感器置于輸油管路上，將油溫的變化與閥門的開啟度聯系起來，即將油溫的高低與水量的大小聯系到一起，并且配備旁通，將多余水量回流，以避免憋壓，保證水系統壓力恒定。

溫度傳感器檢測油溫，反饋給控制器，控制器根據油溫高低輸出命令給執行器，調節閥門開啟度，控制換熱水量與回流水量的大小。

總進水量=換熱水量+回流水量

油溫設定值38℃，當檢測油溫高于38℃，閥門橫向開啟度增大，豎向開啟度相應減少，換熱水量增大，回流水量相應減少；當檢測油溫低于38℃，則反之。這樣就將油溫與換熱水量關聯起來，即實現了富余熱量與冷量的匹配，富余熱量（油溫）變化，冷量（水量）隨之變化，并保持動態平衡，保證油溫恒定在38℃，波動僅±1℃。

模擬機啟動后，液壓系統開始循環，液壓油開始升溫，同時循環泵也開始工作，液壓油進入換熱器，水系統循環泵也隨之啟動，循環介質（水或防凍液）開始循環，但并未進入換熱器，而是經三通閥回流。當油溫升至30℃時，模擬倉開始模擬動作，油溫繼續升高，當油溫升至38℃并有上升趨勢時，比例閥開始動作，水進入換熱器，油溫上升速率下降，油溫繼續升高，水溫升高，回水溫度超過20℃時，冷水機組兩個壓縮機開始逐個啟動，水溫開始下降，油溫下降，經過大約10min，油溫恒定于38℃，進水溫度和出水溫度也恒定不變，只是閥門開啟度在有用功大小變化時進行調整，由于閥門控制的滯后性，溫度會有±1℃的波動，基本恒定于38℃。

3 總 結

這種液壓油水冷冷卻系統能夠有效的將油溫恒定在最佳工作油溫，最大偏差僅±1℃，熱交換效率高，可靠性高。冷凍水循環使用，節省資源，有效的屏蔽了外界環境溫度對模擬機運行的影響，徹底的解決了風冷系統存在的噪音問題，利用電動調節閥控制水量來實現換熱量的控制，可適應模擬機不同工況下換熱量的波動，能夠始終保持制冷量略大于或等于產熱量，最大限度的節省能源。

參考文獻

[1]李樹林，南曉紅，冀兆良.《制冷技術》.機械工業出版社.

[2]陶怡安，傅文德，等.《給水排水設計手冊》.中國建筑工業出版社.

[3]陸耀慶，季 偉，等.《供熱空調設計手冊》.中國建筑工業出版社.

收稿日期：2018-11-3

作者簡介：李 磊（1986-），男，陜西西安人，工程師，本科，主要從事飛機數字化裝備設計與氣動裝備設計工作。