王振成

摘要:本文針對飛機液壓系統(tǒng)在高壓化狀態(tài)下出現(xiàn)發(fā)熱的問題,找到其中的原因和所帶來的危害,采取相應(yīng)的方法使其得到處理和解決。通過幾種方法的對比,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,并且對其進行進一步的分析,這樣一來,液壓系統(tǒng)的散熱設(shè)計就會更具有可靠性。

關(guān)鍵詞:飛機液壓系統(tǒng)熱分析方法

中圖分類號:V233.91 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0116-01

當前,在液壓技術(shù)中,電子電氣技術(shù)和自動控制理論等學科也已經(jīng)被歸納在其中,在飛機上,液壓技術(shù)的應(yīng)用是尤為廣泛的,飛機的操縱系統(tǒng)、起落架收放和機輪剎車等功能系統(tǒng)都是需要通過它來得以實現(xiàn)的,這樣的話,飛機的安全和設(shè)計性能就會得到很大的保障。而高馬赫數(shù)巡航是現(xiàn)代戰(zhàn)機的特點,它的性能已經(jīng)完全超越了機動,在飛行過程中,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的戰(zhàn)術(shù)需求進行滿足,對液壓系統(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)的高壓化肯定會面臨更多新的問題,而液壓系統(tǒng)高壓化造成的發(fā)熱問題是其中最為嚴重的。

1液壓系統(tǒng)發(fā)熱的原因及其危害

國外在發(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,最主要的就是將液壓系統(tǒng)工作壓力等級在一定程度上進行提升,使其可以與飛機液壓系統(tǒng)設(shè)計要求相符合。在液壓系統(tǒng)中,21MPa是壓力,對可能出現(xiàn)的各種因素進行考慮,這樣的話,系統(tǒng)質(zhì)量的28MPa是最小的壓力;出現(xiàn)35MPa的壓力對于鋼或者合金鋼材料的液壓系統(tǒng)來講是最佳狀態(tài);出現(xiàn)56MPa的壓力對于鈦合金材料的液壓系統(tǒng)來講是最佳的狀態(tài)。液壓系統(tǒng)的發(fā)熱問題也是通過液壓系統(tǒng)壓力等級的大小來進行決定的。盡管是在高壓下,節(jié)流最終產(chǎn)生的熱量會更大。而這些熱量一部分通過系統(tǒng)管道及系統(tǒng)散熱器進行散熱,一部分使系統(tǒng)工作介質(zhì)的溫度升高。因為在相同的系統(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。試驗統(tǒng)計說明,大約2MPa的壓降損失將導致溫升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)時的平均溫度。當液壓系統(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,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。

穩(wěn)態(tài)熱分析得到的是飛機液壓系統(tǒng)長期工作后達到的平衡溫度,按照這個計算結(jié)果進行散熱器的設(shè)計,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

在飛機的起飛、著陸和機動飛行過程中,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,將整個液壓系統(tǒng)視為一個封閉系統(tǒng)。

瞬態(tài)熱分析固然能夠建立溫度變化與時間變量的關(guān)系,但是因為關(guān)于飛機液壓系統(tǒng)的熱力學計算是以偏微分方程為基礎(chǔ)的,而由于飛機飛行高度、速度和發(fā)動機功率等因素的不斷變化,無法以方程的形式準確描述出液壓系統(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

實時地對飛機液壓系統(tǒng)的環(huán)境狀態(tài)作出完全、準確的描述是非常困難的,即使建立了十分精確的熱力學模型,由于邊界條件的不確定性,也無法使瞬態(tài)熱分析計算達到合理的計算精度,只能粗略地獲得系統(tǒng)溫度變化的大致趨勢。但通過實際測試,能夠獲得系統(tǒng)真實的溫度變化規(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,通過實測數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)進行訓練,可以得到飛機液壓系統(tǒng)關(guān)鍵點的瞬態(tài)溫度模型,進而為飛機液壓系統(tǒng)的散熱設(shè)計提供可靠的借鑒。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一門新興交叉科學,涉及到生理學、心理學、數(shù)學和計算機科學等多種學科,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)和功能上對人腦進行抽象和簡化,是模擬人類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)整學習算法,利用LMS算法進行權(quán)系數(shù)調(diào)整,進而轉(zhuǎn)化成求權(quán)系數(shù)值的線性優(yōu)化問題。

5結(jié)語

飛機液壓系統(tǒng)的熱分析是一個非常復雜的過程,目前的熱分析只能是在液壓系統(tǒng)設(shè)計完成之后,以地面模擬試驗和飛機試飛時的液壓系統(tǒng)溫度測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行。文中分析了導致飛機液壓系統(tǒng)發(fā)熱的原因及危害,確定了系統(tǒng)熱分析的基本要素,通過對穩(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)合實際溫度測試數(shù)據(jù)初步建立起了液壓系統(tǒng)關(guān)鍵點的瞬態(tài)溫度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并進行了系統(tǒng)熱分析計算,對系統(tǒng)的溫度進行預測。試驗驗證結(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)果更能準確地反映液壓系統(tǒng)溫度的變化趨勢,更能反映飛機液壓系統(tǒng)的溫升規(guī)律,為新型飛機液壓系統(tǒng)的設(shè)計,為液壓系統(tǒng)的材料選擇和設(shè)計、散熱裝置的設(shè)計提供了更可靠的理論依據(jù)。

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