侯艷艷，曹克強，胡良謀，李永林，李娜

(空軍工程大學航空航天工程學院，陜西西安 710038)

飛機燃油附件通用試驗臺系統(tǒng)仿真研究

侯艷艷，曹克強，胡良謀，李永林，李娜

(空軍工程大學航空航天工程學院，陜西西安 710038)

針對試驗臺設計過程中通過物理試驗會造成研發(fā)周期過長、經(jīng)費過高等問題，提出一種通過計算機仿真技術進行仿真試驗的解決方法。介紹飛機燃油附件通用試驗臺系統(tǒng)構成，采用工程系統(tǒng)仿真軟件AMESim搭建了通用試驗臺系統(tǒng)仿真模型，并對其進行加油控制活門正常和故障兩種情況下的仿真試驗研究。仿真試驗結果表明:采用AMESim仿真軟件可以很方便快捷地模擬試驗臺系統(tǒng)工作過程，試驗臺系統(tǒng)設計科學，參數(shù)設置合理。

燃油附件;試驗臺;AMESim;仿真分析

燃油系統(tǒng)是飛機的一個重要系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)的功能是通過系統(tǒng)中各附件的正常工作來實現(xiàn)的，燃油附件性能的好壞，將直接關系到整個系統(tǒng)是否能夠可靠地工作［1］。因此，設計和開發(fā)通用化的燃油系統(tǒng)附件試驗臺，對飛機燃油附件或系統(tǒng)性能測試、飛機燃油附件的故障診斷和開展飛機燃油系統(tǒng)控制技術前沿問題的研究有著重要的作用。

計算機仿真技術的快速發(fā)展，給試驗臺的設計開發(fā)提供了有力的工具［2］。將仿真技術引入燃油附件通用試驗臺設計開發(fā)中，不但可以減少物理試驗中花費的人力、物力和財力，而且能在設計開發(fā)前對試驗臺系統(tǒng)進行性能的定量預測及方案優(yōu)化，降低成本、縮短研發(fā)周期。法國 IMAGINE公司1995年推出的AMESim(Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineering systems)，為流體、機械、控制等系統(tǒng)提供了一個完善、優(yōu)越的仿真環(huán)境及最靈活的解決方案，可以建立復雜的多學科領域系統(tǒng)的數(shù)學模型，并在此基礎上進行仿真計算和分析［3－6］。該軟件功能強、可靠性高，在工業(yè)研發(fā)領域得到了廣泛的應用。

文中通過AMESim仿真軟件，建立了試驗臺系統(tǒng)的仿真模型，并進行加油控制活門正常和故障兩種情況下的仿真試驗研究，為試驗臺的設計開發(fā)和研制提供一定的參考。

1 系統(tǒng)構成

該試驗臺用于飛機燃油附件的故障診斷試驗及排除故障后產(chǎn)品的功能、性能試驗。試驗臺系統(tǒng)由泵電機組合、儲油箱、試驗油箱、過濾器、流量計、產(chǎn)品試驗段、被試件等構成，其工作原理如圖1所示。儲油箱為泵電機組合的油源，試驗油箱中安裝一些燃油附件，產(chǎn)品試驗段安裝被試件。燃油專用泵電機組合從儲油箱吸油，打出的燃油經(jīng)過濾器濾除雜質后，先通過3個裝有不同規(guī)格流量計的通道 (根據(jù)被試件參數(shù)設置要求，可選擇打開1個、2個或3個通道)，然后經(jīng)過產(chǎn)品試驗段的被試件到試驗油箱，試驗油箱裝有加油控制活門和油面控制器。正常情況下從儲油箱給試驗油箱加油時，加油控制活門打開，當試驗油箱油液達到預先設定值時，加油控制活門關閉;但當加油控制活門發(fā)生故障時，試驗油箱的油液達到預先設定值，加油控制活門不能關閉，繼續(xù)加油。油面控制器測量試驗油箱的油量，當加油控制活門故障情況下出現(xiàn)試驗油箱滿油時，油面控制器與加油控制活門聯(lián)合工作，通過壓力傳遞強制關閉加油控制活門，切斷油路，停止加油。試驗過程中，通過壓力表P1、P2監(jiān)測產(chǎn)品試驗段的被試件兩端壓力的變化，通過壓力表P3監(jiān)測泵出口管路壓力的變化，通過渦輪流量計Q1、Q2、Q3分別監(jiān)測產(chǎn)品試驗段前3個通道流量的變化，從而判斷被測燃油附件的功能、性能是否正常。

圖1 試驗臺系統(tǒng)原理圖

2 系統(tǒng)仿真建模

2.1 AMESim建模步驟［7－8］

(1)方案模式下建立系統(tǒng)模型

在方案 (Sketch Mode)模式下，運用液壓元件設計庫、液阻庫、控制庫等構建系統(tǒng)物理模型。

(2)子模型模式下定義數(shù)學模型

進入子模型 (Submodel Mode)模式，為系統(tǒng)中的每個圖形元件選取所需求的子模型。

(3)在參數(shù)模式下設定相關參數(shù)

在參數(shù) (Parameters Mode)模式下，根據(jù)元件模型設置各個模塊的內部相關結構參數(shù)。

(4)在運行模式下仿真計算

進入運行 (Run Mode)模式，設置仿真時間、仿真步長及運行方式等參數(shù)后，開始仿真計算。

2.2 仿真模型建立

為了驗證試驗臺系統(tǒng)設計的科學性，產(chǎn)品試驗段被試件選取一個最簡單的燃油附件節(jié)流閥，根據(jù)圖1所示試驗臺系統(tǒng)原理圖，利用AMESim軟件對燃油附件通用試驗臺系統(tǒng)進行建模。分別從信號庫、機械庫以及液壓庫中選取所需圖形模塊搭建系統(tǒng)模型，并根據(jù)數(shù)學模型選擇合適的子模型，如圖2所示。

圖2 試驗臺系統(tǒng)仿真模型

3 系統(tǒng)仿真分析

3.1 系統(tǒng)仿真參數(shù)

根據(jù)設計要求，試驗臺系統(tǒng)仿真模型所采用的動態(tài)仿真參數(shù)見表1。

表1 系統(tǒng)工作過程中主要動態(tài)仿真參數(shù)

3.2 加油控制活門正常情況加油過程仿真分析

當加油控制活門正常工作時，測得壓力p1、p2、p3隨時間變化曲線如圖3所示，流量Q1、Q2、Q3隨時間變化如圖4所示，儲油箱、試驗油箱液面高度隨時間變化如圖5所示。

圖3 正常情況下壓力p1、p2、p3隨時間變化圖

圖4 正常情況下流 量Q1、Q2、Q3隨時間變化圖

圖5 正常情況下儲油箱、試驗油箱液面高度隨時間變化圖

分析圖3—5可以看出:在加油控制活門正常工作的情況下，一開始系統(tǒng)處于加油狀態(tài)，壓力p1、p2、p3降到最低，流量Q3增到最大，Q1、Q2為0 (流量計Q1和Q2關閉)，儲油箱液位下降，試驗油箱液位升高，儲油箱向試驗油箱加油，當加油到t= 60 s時，油箱油液達到設定值660 L，此時加油控制活門切斷油路，系統(tǒng)停止加油，壓力p1和p2恢復到最大0.470 033 MPa，壓力p3恢復到最大0.473 204 MPa，流量Q3降為0。

3.3 加油控制活門故障情況加油過程仿真分析

當加油控制活門電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，測得壓力p1、p2、p3隨時間變化曲線如圖6所示，流量Q1、Q2、Q3隨時間變化如圖7所示，儲油箱、試驗油箱液面高度隨時間變化如圖8所示。

圖6 故障情況下壓力p1、p2、p3隨時間變化圖

圖7 故障情況下流量Q1、Q2、Q3隨時間變化圖

圖8 故障情況下儲油箱、試驗油箱液面高度隨時間變化圖

與加油控制活門正常情況相比，可以看出:在t=60 s以前系統(tǒng)工作情況相同，在t=60 s以后，由于加油控制活門電氣系統(tǒng)故障，不能正常切斷油路，壓力p1、p2、p3繼續(xù)保持最低，流量Q3繼續(xù)保持最大，儲油箱液位繼續(xù)下降，試驗油箱液位繼續(xù)升高，所以系統(tǒng)繼續(xù)加油，t=100 s時，試驗油箱油加到1 060 L，這時油面控制器工作，切斷油路，系統(tǒng)才停止加油，實現(xiàn)應急油面控制。

4 結論

文中介紹了飛機燃油附件通用試驗臺系統(tǒng)的構成，利用AMESim高級建模和仿真平臺進行了系統(tǒng)建模和動態(tài)仿真。仿真試驗結果表明:仿真曲線符合實際的試驗臺系統(tǒng)工作過程，試驗臺系統(tǒng)設計科學，參數(shù)設置合理，能夠進行飛機燃油附件的故障診斷試驗及排除故障后的產(chǎn)品性能試驗。另外，該仿真成果對以后類似于飛機燃油附件通用試驗臺系統(tǒng)的設計、改進和優(yōu)化具有非常重要的借鑒作用。

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Simulation Research of Aircraft Fuel Accessory Universal Test Platform

HOU Yanyan，CAO Keqiang，HU Liangmou，LI Yonglin，LI Na
(Aeronautic and Astronautic Engineering College，Air Force Engineering University，Xi'an Shaanxi 710038，China)

Aiming at the problem that the physics experiment can result in long cycle and high expense in course of universal test platform design，a proposal was put forward to carry out computer simulation.The composing of aircraft fuel accessory universal test platform was introduceded.The simulation model of aircraft fuel accessory universal test platform was established by using AMESim，which was carried out to simulate the universal test platform system.The simulation results show that the working process of the test platform system is simulated expediently with the use of AMESim，the design of the test platform system is scientific，and the parameter setting is reasonable.

Fuel accessory;Test platform;AMESim;Simulation analysis

TH137

A

1001－3881(2014)9－148－3

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.09.041

2013－03－26

侯艷艷 (1980—)，女，碩士，講師，研究方向為流體傳動與控制。E－mail:houyan123976@sohu.com。