試論飛機(jī)液壓系統(tǒng)熱的分析方法

王振成

摘要:本文針對(duì)飛機(jī)液壓系統(tǒng)在高壓化狀態(tài)下出現(xiàn)發(fā)熱的問(wèn)題,找到其中的原因和所帶來(lái)的危害,采取相應(yīng)的方法使其得到處理和解決。通過(guò)幾種方法的對(duì)比,找出一種新的液壓系統(tǒng)散熱分析方法,就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法,并且對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的分析,這樣一來(lái),液壓系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)就會(huì)更具有可靠性。

關(guān)鍵詞:飛機(jī)液壓系統(tǒng)熱分析方法

中圖分類(lèi)號(hào):V233.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(c)-0116-01

當(dāng)前,在液壓技術(shù)中,電子電氣技術(shù)和自動(dòng)控制理論等學(xué)科也已經(jīng)被歸納在其中,在飛機(jī)上,液壓技術(shù)的應(yīng)用是尤為廣泛的,飛機(jī)的操縱系統(tǒng)、起落架收放和機(jī)輪剎車(chē)等功能系統(tǒng)都是需要通過(guò)它來(lái)得以實(shí)現(xiàn)的,這樣的話,飛機(jī)的安全和設(shè)計(jì)性能就會(huì)得到很大的保障。而高馬赫數(shù)巡航是現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)的特點(diǎn),它的性能已經(jīng)完全超越了機(jī)動(dòng),在飛行過(guò)程中,本身重量就很小,載荷在其中是可以承受很多的。為了可以使高性能飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)需求進(jìn)行滿足,對(duì)液壓系統(tǒng)就提出了更高的要求,不管是在質(zhì)量上,還是在體積和功率上都必須有很大的改造和提升,而想要將這一設(shè)計(jì)要求滿足,液壓系統(tǒng)工作壓力的提高起著決定性的作用。但是液壓系統(tǒng)的高壓化肯定會(huì)面臨更多新的問(wèn)題,而液壓系統(tǒng)高壓化造成的發(fā)熱問(wèn)題是其中最為嚴(yán)重的。

1液壓系統(tǒng)發(fā)熱的原因及其危害

國(guó)外在發(fā)熱方面已經(jīng)做了大量的分析和研究,從中我們可以總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn),最主要的就是將液壓系統(tǒng)工作壓力等級(jí)在一定程度上進(jìn)行提升,使其可以與飛機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求相符合。在液壓系統(tǒng)中,21MPa是壓力,對(duì)可能出現(xiàn)的各種因素進(jìn)行考慮,這樣的話,系統(tǒng)質(zhì)量的28MPa是最小的壓力;出現(xiàn)35MPa的壓力對(duì)于鋼或者合金鋼材料的液壓系統(tǒng)來(lái)講是最佳狀態(tài);出現(xiàn)56MPa的壓力對(duì)于鈦合金材料的液壓系統(tǒng)來(lái)講是最佳的狀態(tài)。液壓系統(tǒng)的發(fā)熱問(wèn)題也是通過(guò)液壓系統(tǒng)壓力等級(jí)的大小來(lái)進(jìn)行決定的。盡管是在高壓下,節(jié)流最終產(chǎn)生的熱量會(huì)更大。而這些熱量一部分通過(guò)系統(tǒng)管道及系統(tǒng)散熱器進(jìn)行散熱,一部分使系統(tǒng)工作介質(zhì)的溫度升高。因?yàn)樵谙嗤南到y(tǒng)狀態(tài)下,功率損失隨著壓力的提高而增大,損失的功率基本上變成熱量,使系統(tǒng)工作介質(zhì)溫度升高。試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)說(shuō)明,大約2MPa的壓降損失將導(dǎo)致溫升1℃。

2液壓系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱分析方法

穩(wěn)態(tài)熱分析用于求解系統(tǒng)熱平衡狀態(tài)時(shí)的平均溫度。當(dāng)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量與系統(tǒng)向環(huán)境中的散熱量相同,系統(tǒng)各部分的溫度不再發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)就處于熱平衡狀態(tài)。根據(jù)不同的發(fā)熱方式,將液壓系統(tǒng)中的液壓附件分為泵、節(jié)流裝置和混合裝置三類(lèi)。

穩(wěn)態(tài)熱分析得到的是飛機(jī)液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期工作后達(dá)到的平衡溫度,按照這個(gè)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行散熱器的設(shè)計(jì),往往比較保守,使散熱器的體積和質(zhì)量偏大。

3液壓系統(tǒng)瞬態(tài)熱分析方法

在飛機(jī)的起飛、著陸和機(jī)動(dòng)飛行過(guò)程中,液壓系統(tǒng)的溫度通常是變化的。在這種情況下,一般將環(huán)境溫度、總傳熱系數(shù)和熱容量等參數(shù)用平均值代替,將整個(gè)液壓系統(tǒng)視為一個(gè)封閉系統(tǒng)。

瞬態(tài)熱分析固然能夠建立溫度變化與時(shí)間變量的關(guān)系,但是因?yàn)殛P(guān)于飛機(jī)液壓系統(tǒng)的熱力學(xué)計(jì)算是以偏微分方程為基礎(chǔ)的,而由于飛機(jī)飛行高度、速度和發(fā)動(dòng)機(jī)功率等因素的不斷變化,無(wú)法以方程的形式準(zhǔn)確描述出液壓系統(tǒng)的環(huán)境狀態(tài),致使傳統(tǒng)的瞬態(tài)熱分析計(jì)算結(jié)果十分粗略,甚至產(chǎn)生極大的誤差。

4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)熱分析方法

實(shí)時(shí)地對(duì)飛機(jī)液壓系統(tǒng)的環(huán)境狀態(tài)作出完全、準(zhǔn)確的描述是非常困難的,即使建立了十分精確的熱力學(xué)模型,由于邊界條件的不確定性,也無(wú)法使瞬態(tài)熱分析計(jì)算達(dá)到合理的計(jì)算精度,只能粗略地獲得系統(tǒng)溫度變化的大致趨勢(shì)。但通過(guò)實(shí)際測(cè)試,能夠獲得系統(tǒng)真實(shí)的溫度變化規(guī)律,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近任意非線性函數(shù)的能力,通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,可以得到飛機(jī)液壓系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的瞬態(tài)溫度模型,進(jìn)而為飛機(jī)液壓系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)提供可靠的借鑒。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一門(mén)新興交叉科學(xué),涉及到生理學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科,應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。它是由人工神經(jīng)元互相連接而成,是從微觀結(jié)構(gòu)和功能上對(duì)人腦進(jìn)行抽象和簡(jiǎn)化,是模擬人類(lèi)智能的一條重要途徑,反映了人腦功能的若干基本特征。其中以RBF網(wǎng)絡(luò)最為典型,它屬于局部逼近型的多層前饋網(wǎng)絡(luò),就是將BP網(wǎng)絡(luò)的非線性映射作用函數(shù)的S型函數(shù)替換為徑向基函數(shù),調(diào)整學(xué)習(xí)算法,利用LMS算法進(jìn)行權(quán)系數(shù)調(diào)整,進(jìn)而轉(zhuǎn)化成求權(quán)系數(shù)值的線性?xún)?yōu)化問(wèn)題。

5結(jié)語(yǔ)

飛機(jī)液壓系統(tǒng)的熱分析是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,目前的熱分析只能是在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后,以地面模擬試驗(yàn)和飛機(jī)試飛時(shí)的液壓系統(tǒng)溫度測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行。文中分析了導(dǎo)致飛機(jī)液壓系統(tǒng)發(fā)熱的原因及危害,確定了系統(tǒng)熱分析的基本要素,通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析兩種方法的比較,介紹了一種新的液壓系統(tǒng)熱分析方法即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法,結(jié)合實(shí)際溫度測(cè)試數(shù)據(jù)初步建立起了液壓系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的瞬態(tài)溫度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并進(jìn)行了系統(tǒng)熱分析計(jì)算,對(duì)系統(tǒng)的溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)熱分析方法是目前液壓系統(tǒng)熱分析方法中最有效的一種,其結(jié)果更能準(zhǔn)確地反映液壓系統(tǒng)溫度的變化趨勢(shì),更能反映飛機(jī)液壓系統(tǒng)的溫升規(guī)律,為新型飛機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),為液壓系統(tǒng)的材料選擇和設(shè)計(jì)、散熱裝置的設(shè)計(jì)提供了更可靠的理論依據(jù)。

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