● 摘要
大型飞机对“自重轻、高可靠性、低非推进功耗”的要求不断提高，传统大型飞机液压系统独立向负载供油的模式由于管路配置密集繁多并且发动机驱动泵输出无用功率较高，因此已无法满足更高要求。“多泵并联液压系统”通常是指两个发动机驱动泵（Engine Driven Pump，EDP）与电动泵（Alternating Current Motor Pump, ACMP）汇流后集中向负载供油。多泵并联系统相对于传统独立向负载供油的液压系统由于管道数量大幅减少，因此飞机自重减轻；同时，由于多泵并联系统改变了传统液压系统余度配置管理，提高了液压系统可靠性；另外，多泵并联系统采用分布式功率输出，电动泵仅当负载需求大流量时启用，降低了发动机的非推进功耗，因此，多泵并联液压系统逐渐成为大型飞机一种发展趋势。同时，多泵并联系统带来了新的挑战：（1）多泵并联系统存在不同频率脉动流体混合现象，尤其是在管道与管道汇合三通位置，油液汇合后是否存在较大的冲击、是否带来较大的能量损失以及对系统的影响均尚不明确；（2）多泵并联系统存在多种激振源频率，这样对系统隔振装置提出了新的要求，另外，传统刚性卡箍+橡胶垫隔振方式由于橡胶的易老化、不耐高温等缺陷也需要改进；（3）针对大型飞机飞行剖面较大比重处于巡航阶段特点，多种激振源频率较为稳定，需要研究此特性下的新型减振模式。针对以上问题确定了以下研究方向及方法：1）针对多频率流场耦合问题，主要从流体汇合的三通管入手。本文提出了以流速冲击与压力损失两方面的综合评价指标，利用SST模型对三通管流体进行流场数值模拟，并考虑摩擦、弯管以及汇流损失三种因素对三通流体进行压力损失计算。通过对比分析极限工况下传统的T-junction与Y-junction流场，发现两者在流速冲击与压力损失两方面均比较严重。本文采用一种新型三通结构Arc-junction，同样在极限工况对其进行流场分析及压力损失计算，得出了Arc-junction的最优结构尺寸，在极限工况下与T-junction对比，流速冲击峰值衰减了19.2%，压力损失降低了38.9%。2）以往飞机液压管道采用内置橡胶垫的刚性卡箍进行固定、隔振，但橡胶有易老化及不耐高温等缺陷，而且此种卡箍难以实现对多种频率振动进行隔振。本文采用了新型的金属橡胶作为卡箍内置隔振垫，根据金属橡胶特性建立了双折线-duffing隔振模型，针对液压系统高频激振源工况分析了金属橡胶非线性刚度以及干摩擦记忆恢复力对隔振传递率影响，并与文献的试验结论相对比，验证了仿真准确性。同时，针对传统粒子群算法容易陷入局部最优的缺陷，通过判断惰性粒子进行混沌序列初始化并改变惯性权重以及学习因子作为改进方法，采用改进粒子群算法针对飞机巡航转速下的不同激振源频率优化了金属橡胶隔振参数，在300Hz激振源频率下，金属橡胶卡箍的隔振传递率降为0.2425，在600Hz激振源频率下，金属橡胶卡箍的隔振传递率降为0.3051，分别较常规粒子群算法衰减了21.9%与19.2%。3）由于大型飞机具有飞行剖面单一的特点，巡航转速下的激振源频率为主要影响管道振动的频率，通过对比主被动减振方法，本文提出了基于柔性卡箍优化布局的被动减振方法。针对充液管道振动，摒弃以往将卡箍作为固支点的建模思想，考虑柔性卡箍为悬臂梁模型，并考虑流固耦合带来的影响，建立了管道振动14-方程，同时建立了系统油滤、缓冲瓶以及弯管等数学模型，利用传递矩阵法构成系统串并联的网络矩阵，求出系统阻抗；分析油滤、缓冲瓶、软硬管搭配特性对系统影响，并以巡航转速下激振源频率点的特征阻抗加权和为目标函数，利用改进粒子群算法在限定范围内优化卡箍布局使目标函数值最小，同时得到最优卡箍位置，优化后的系统特征阻抗加权和较原始卡箍位置时衰减了36.4%。4）考虑到目前液压系统仿真的商业软件无法体现流固耦合特性，本文基于功率键合图理论搭建了多泵并联液压系统的仿真软件，主要考虑了流体与管道作用力关系的泊松耦合。针对在三泵恒转速、定负载工况，单泵变转速、定负载工况以及三泵恒转速、变负载工况下进行仿真，将仿真结果与试验采集数据进行对比，结果吻合较好。同时，在单泵变转速工况，由于流固耦合作用，在泵达到最高转速前，高压软管后的管道中出现两次流体脉动峰值工况，这一点在软件也得到了反映，验证了模型和软件的有效性。