● 摘要
飞机液压管路系统的振动对飞机液压系统元部件使用寿命造成的负面影响已由来已久。引起管路系统振动的原因较为复杂，主要可以概括为两方面，一方面是机械振动的传递，另一方面是液压系统流-固耦合导致管路系统的振动，且后者占有主导地位。对于飞机这样一个特殊的对象而言，这两种振动又是无法避免的，但液压管路系统的振动问题已经对飞机的飞行安全造成了严重的威胁，因而对飞机液压管路系统振动进行有效地抑制是一个亟待解决的问题，对于保证飞机高可靠长寿命飞行具有重大意义。由于飞机工作所处环境的独特性，管路系统的振动只可抑制而不可根除，因而本文认为确定振动对液压导管寿命的影响是项非常必要的工作。鉴于大部分的管路故障均是由振动疲劳破坏所致，本文以疲劳强度理论为出发点，建立了结构疲劳强度与液压导管跨中振动加速度之间的关系，找到了导管发生疲劳破坏所对应的临界加速度值，即可利用该临界值作为判据对导管是否疲劳破坏作出评价，文中也给出了几种规格管路对应的临界加速度值以方便工程应用。液压管路的空间布置与飞机液压管路系统的耦合振动之间有着密不可分的关系，因此本文利用有限单元法和流体动力学（CFD）耦合的方法对空间管路进行了流-固耦合分析，研究了液压管路空间布置对耦合振动的影响关系，为将来液压管路系统的设计及优化提供理论指导。针对管路振动问题，本文给出了一种飞机液压导管减振器，导管减振器在航空发动机管道减振方面应用较多，但在液压管路系统中的应用较为少见，该减振器主要是利用了橡胶阻尼材料的耗能特性，其可将动能转化为热能以达到吸收振动的作用。文中首先利用有限元辅助设计法，对设计的导管减振器进行了动态分析，确定各参数后对其进行了试验验证，试验结果表明该导管减振器对管路振动抑制效果明显。导管减振器可从振动本身上入手对管路振动起到了抑制作用，若从根本上解决管路振动问题则需对液压系统压力脉动进行有效抑制。在液压系统中增设液压滤波器是抑制压力脉动方法中的一种，目前常用的液压滤波器主要有蓄能器及缓冲瓶，但二者对压力脉动衰减频带较窄，无法满足工程需要，鉴于此本文设计了二种液压滤波器以适应飞机实际工况需求。其中一种是被动式的滤波器，采用的环形多腔设计，在多腔中增设不同刚度弹簧以吸收系统不同频率的压力脉动，从算例的理论分析表明在400Hz~600Hz之间，环形滤波器对系统的压力脉动衰减效果明显。同时该方法具有可推导性，可以根据实际工况的需求设计覆盖频带更宽的设备。另一种是新型主动液压滤波器，由空腔、可移动活塞及电磁驱动器三大部分组成，原理是当系统压力超过预定值时，活塞在驱动器的作用下向空腔扩大方向移动，以达到吸收脉动的目的；反之若当系统压力低于预定值时，活塞在驱动器的作用下向减小空腔容积的方向移动，以对压力进行补偿，文中利用计算流体动力学法对其动态特性进行了仿真计算，结果表明该滤波器效果明显。文中所设计的主动液压滤波器串联管路上，具有占用空间体积小重量轻特点，很好地符合了飞机部件设计一般原则。从研究结果来看，飞机液压系统的振动及压力脉动是种必然，目前的研究工作也只是对液压系统的压力脉动及振动进行抑制而无法根除。鉴于此，文章最后结合现有功率电传的特点提出了零脉动液压系统的构想，并总结了目前先进军机及民机的液压系统分布，为零脉动液压系统的实现提供参考。