● 摘要
随着21世纪人们对环境保护以及可持续发展要求的不断提高，未来飞机的设计强调节能、环保与可持续发展，多电飞机和全电飞机的成为发展方向。传统的飞机作动系统主要为液压能源驱动，存在着污染重，能源利用效率低等问题。以电动静液作动器EHA（Electric-Hydrostatic Actuator）和机电作动器EMA（Electro-Mechanical Actuator）为代表的机电液综合作动器成为多电飞机作动系统的主要组成部分，近20年来成为各个国家飞机设计领域的研究重点之一。
键合图是基于能量守恒定律的一种以能量流和信息流贯穿整个系统的建模理论，对于研究多能域耦合问题具有简洁性以及便于分析各组成部分耗能等效率问题的特点。基于这种优势，论文提出了利用键合图理论对EHA、EMA这类多能域系统进行建模及能量分析。
本文阐述了基于键合图理论将电静液作动器EHA和机电作动器EMA各组成部分转化为相应键合图元，最后建立EHA-Bond Graph和EMA-Bond Graph完整模型，初步完成飞机整机能量消耗端的耗能分析，为飞机整体耗能分析奠定基础。基于建模，采用20-sim仿真软件进行模拟仿真，并与原理样机的实验数据进行比较，验证键合图理论所建立模型的正确性，并以故障注入方式进行了仿真分析，验证了模型的可行性。
结合键合图理论中功率与能量的转化规律，得到EHA以及EMA系统负载状态下内部的功率及能量分布曲线，由仿真结果进行分析，找出影响EHA和EMA耗能和工作效率的主要因素。最后，通过仿真实验数据定量分析各个不同耗能因素对EHA和EMA系统效率的影响程度，在考虑实际设计与应用中的性价比，提出了应当在合理定量的范围内改进诸如泄漏等因素。研究结果对于减少EHA和EMA的能量损失以及解决EHA和EMA的散热问题具有一定的指导意义。
最后，对比分析EHA-Bond Graph模型为减少无效耗能的优化设计参数方法和传统的基于数学方程及传递函数模型设计方法，得出了两种方法为提高效率而采取优化设计的一致性和EHA-Bond Graph的物理参数优化设计的直观性及非线性特征直接处理处理方式的简便性，显示出Bond Graph适于多能域系统中建模和仿真研究的特点。