飞机液压管路冲击响应分析

《飞机液压管路冲击响应分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第40卷第4期2010年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．4Jul．2010飞机液压管路冲击响应分析周红1，刘永寿1，邵小军2，岳珠峰1(1．西北工业大学工程力学系，陕西西安710129；2．西北机电工程研究所，陕西成阳712099)摘要：分析了液压冲击引起管路系统振动的机理和原因，给出了水击压强和水击波速的计算公式。利用有限元软件ABAQUS建立了某型飞机液压管路系统的三维模型．运用显式积分计算液压冲击下管路系统的振动响应，考虑了不同管道材料和边界条件对

2、管路系统振动响应的影响。结果表明，液压冲击能引起悬空管柬剧烈的振动响应，在管接头加卡箍和提高管道材料的刚度能较好地改善管路系统的抗振性能。关键词：液压冲击；有限元法；液压管道；振动响应中图分类号：V245．1文献标识码：A文章编号：1671—654X(2010)04—0001—03引言在飞机肩动、停泵或者大机动飞行时，伴随阀门、节流器等控制装置地开闭，管内油液流动状态发生突变，会使管道内流体压力在瞬时急剧上升或下降，形成一个液压高峰或低谷，这种现象称为“液压冲击”。液压系统在正常工作状态下，油液的压力脉动只会引起管

3、道微弱振动。但是液压冲击则不然，实测表明液压冲击产生的压力峰值是正常工作压力脉动幅值的4～10倍¨J，突然变化的压力会以压力波的形式沿管道传播，能够激起整个管路系统强烈振动，轻者影响系统T作精度，重者会损坏密封装置、管道接头和精密仪表，直接威胁系统的稳定和安全工作，因此液压冲击现象引起了国内外越来越多学者的兴趣-2“J。统计表明，四成的液压系统故障是由振动和冲击这些动载荷引起的，显然，液压冲击载荷是管道不可回避的主要动载荷之一，是引起液压管路系统失效的重要原因。目前，飞机(特别是军用飞机)的进一步发展也对飞机液压系

4、统提出了更高的要求，飞机的液压系统将朝着高压化、大功率、质量轻、多余度等方向发展。据国外有关研究成果和资料表明，提高系统压力是实现系统减重的有效途径，美国已经研制出了56MPa液压系统，该系统可使系统重最减轻30％，体积减少40％。然而，高压管道引起的液压冲击会更强烈，剧烈地振动会造成管道元件破坏甚至断裂。因此，研究液压冲击管道振动响应及其控制方法具有一定现实意义。本文建立了部分液压管道的i维模型，运用有限元法计算某型飞机液压管路系统在液压冲击下的振动响应，并深入分析了不同管道材料(普通钢和铝合金)和边界条件对管路

5、系统振动响应的影响，并提出了一些改善液压系统抗振性能的方法，最终为液压系统的设计提供了一定理论依据。l液压冲击理论分析1．1水击压强计算公式目前，对于一般液压冲击问题可以采用直接水击压强公式计算，此公式由动量定理推导。例如，取如图1所示流段为研究对象，某时刻t有一水击波由下游传至1—1截面，经过t时间后，该水击波传到了2—2截面，Al=aAt，a为水击波的传播速度。2—2截面上游侧未受水击影响，压强为P，流速为。，液体的密度为p，管道的截面积为A。2—2截面下游水流受到水击影响，压强变为P+AP，流速变为秽+Av，

6、液体密度变为p+Ap。PP+￡＼P‘∥御+2Wl图1水击压强计算图在At时问内，流段z液体的动量增量为：收稿日期：2009一ll一23修订日期：2010．01．15基金项目：国家863计划基金资助项目(2007AA042404)；陕西省自然科学基础研究计划资助项目(SJ08A17)；西北工业大学科技创新基金资助项目(2008KJ02019)；高等学校学科创新引智计划资助项目(1307050)作者简介：周红(1987一)，男，江苏苏州人，硕士研究生，研究方向为工程力学中计算机仿真与动态分析。航空计算技术第40卷第4期

7、(p+Ap)(口+Av)AAl—pAvAl一△(Av)Al外力冲量为：一△(PA)At由动量定理得：A(pAv)Al=一△(刚)△t即：AP=一叩Av(1)上式可用于普通直接水击压强计算。1．2水击波速计算公式由质鼍守恒原理，在时间内流人与流出液体的质量差与其质量增量相等，可得：一△(pav)At=A(94)△Z—pAAv一秽A(pA)=△(印)a即：dA(一)=一pAAv(2)由(1)式及液体弹性系数定义：扯等，筘=÷对于薄壁圆管：A=}仃D2sO-_等则，(2)式可变为：Ol：_』丝兰(3)=——=二二二二二=

8、IjJ~／1+kD／E8上式即为水击波速的计算公式。2有限元计算分析2．1模型介绍本文以图2所示飞机液压系统中部分管路为研究对象，建立如图3所示的部分液压管路的三维模型。当阀门突然关闭，管道中流体流速骤然降至零，阀门前段流体受阻停止流动并导致液压升高，流体压缩。紧邻段处于上游侧的流体则继续流动，并有流体流入压缩而空出的空间。空间填满后紧邻第二个微元段流体又停