基于联合仿真民机方向舵作动器性能探究

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1、基于联合仿真民机方向舵作动器性能探究摘要：结合某民用飞机的方向舵作动系统的铁鸟实验，以某单通道民用飞机方向舵作动系统为例，通过建立基于LMSMotion和AMESim软件的联合仿真模型，研究方向舵作动器在不同工作模式下整个作动系统的性能。这对民用飞机研发过程中的作动系统优化设计和作动系统地面铁鸟实验具有一定的借鉴意义。关键词：民用飞机飞控作动系统方向舵作动器联合仿真中图分类号：V215.34文献标识码：A文章编号：1674-098X(2013)03(b)-00-02民用飞机飞行控制系统的优化设计对飞机的燃油经济性和飞行稳定性等具有重要的作用，因此，很多研究者在此方

2、面做了大量的研究工作［1-4］。文献1针对某型飞机在地面试验过程中发生方向舵颤振现象，通过比较仿真结果和试验结果，提出解决方案来抑制消除方向舵的耦合振荡。文献2建立了一套方向舵地面突风阻尼特性的MATLAB模型，深入研究了民用飞机方向舵地面突风阻尼特性。文献3研究开发了一套飞机机械主操纵系统的性能数值计算模型。文献4以飞机前起落架液压收放系统为例应用AMESim软件建立系统仿真模型进行仿真分析。在联合仿真研究方面，文献5以某型飞机摇臂式主起落架为例介绍了基于LMSMotion和AMESim的起落架缓冲性能联合仿真研究方法。然而，基于LMSMotion和AMESim

3、这两种软件在民用飞机作动器性能的联合建模仿真研究工作还很少见公开发表的文献。该文通过建立方向舵作动系统的LMSMotion多体动力学模型和作动器的AMESim液压模型，对方向舵作动系统的性能进行联合仿真计算，研究了方向舵作动器在不同工作模式下整个作动系统的性能。这对民用飞机研发过程中的作动系统优化设计和作动系统铁鸟实验具有一定的借鉴意义。1方向舵作动系统(1)方向舵作动器液压工作原理方向舵作动器为固定法兰盘式作动器，三个作动器上下垂直排列，分别由三套液压系统驱动。壳体通过螺栓固定在垂尾后梁上，活塞杆通过一根连杆与舵面相连，如图1所示。方向舵作动器为电液伺服式作动器

4、，主要由模态选择电磁阀、电液伺服阀、模态选择阀、阻尼孔和作动筒组成。作动器分主动和阻尼两种工作模式。主动模式下，模态选择电磁阀通电，通过电液伺服阀来控制作动筒动作；阻尼模式下,模态选择电磁阀断电，电液伺服阀不再控制作动筒，作动筒两腔通过阻尼孔连通。当外界载荷超过限定值时，载荷限制溢流阀打开，保护作动器不被高压破坏。2方向舵作动器工作模式正常情况下，三个作动器处于主动模式共同驱动方向舵。当某作动器发生故障或其对应的液压系统失效时便进入阻尼模式，只提供阻尼功能，方向舵由处于主动工作模式下的作动器进行控制。为满足飞机的性能要求，每个作动器都具有独立驱动方向舵的能力，同时

5、对颤振特性、作动器刚度及舵面有载和无载偏转速率也提出了具体要求。当三个作动器都处于主动工作模式时，能够满足上述性能要求；但当失去一个或两个液压系统时，作动系统的性能会出现下降，进而导致飞机的操纵性能下降。因此，必须研究在失去一个或两个液压系统情况下方向舵作动器性能变化，以研究其对飞机正常操纵性能的影响。3方向舵作动系统的联合建模仿真3.1基于LMSMotion的多体动力学三维建模多体动力学仿真需要面对很多问题，如刚柔混合、参数化/流程化设计、多学科系统级仿真以及如何利用试验数据进行仿真模型验证等，LMSMotion软件［5］可以提供很好地专业解决方案。方向舵作动系

6、统基于LMSMotion的多体动力学建模过程如。(1)将垂尾后梁、方向舵作动器、方向舵的三维数模导入LMSmotion中，按照CATIAV5R18的装配方法进行约束装配。(2)根据各部件间的相对运动关系在各部件上建立相应的坐标系。(3)根据各部件间的相对运动关系建立相应的运动副。(4)施加方向舵钱链力矩等。3.2基于AMESim的液压系统一维建模AMESim是LMS公司推出的专门用于液压/机械系统建模仿真和动态性能分析的高级仿真平台，在飞机的飞控/液压系统研究等方面得到了广泛应用［6］。方向舵作动器基于AMESim的液压系统一维建模过程如下。(1)在液压库里选用对

7、称腔作动筒、三位四通电液伺服阀。作动筒模型需设置的主要参数有：活塞直径、活塞杆直径，活塞行程，死区容积、泄漏系数和粘性摩擦系数等；电液伺服阀需设置的主要参数有：激励电流、自然频率、阻尼比、最大流量和最大流量下的压降等。(2)在HCD库里选用阀芯组件建立模态选择阀模型。(3)建立作动器内部液阻和液压系统管路液阻模型。(4)建立系统压降模型。3.3联合建模仿真的接口建立LMSmotion为三维多体动力学仿真计算软件，AMESim为一维液压系统仿真计算软件，二者需要一个接口来实现数据传输。AMESim将作动筒的输出力通过接口输入LMSmotion,LMSmotion将三

8、维模型的运