侯艷艷，曹克強(qiáng)，胡良謀，李永林，李娜

(空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院，陜西西安 710038)

飛機(jī)燃油附件通用試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)仿真研究

侯艷艷，曹克強(qiáng)，胡良謀，李永林，李娜

(空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院，陜西西安 710038)

針對(duì)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)物理試驗(yàn)會(huì)造成研發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)、經(jīng)費(fèi)過(guò)高等問(wèn)題，提出一種通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行仿真試驗(yàn)的解決方法。介紹飛機(jī)燃油附件通用試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成，采用工程系統(tǒng)仿真軟件AMESim搭建了通用試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行加油控制活門(mén)正常和故障兩種情況下的仿真試驗(yàn)研究。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明:采用AMESim仿真軟件可以很方便快捷地模擬試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)工作過(guò)程，試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)，參數(shù)設(shè)置合理。

燃油附件;試驗(yàn)臺(tái);AMESim;仿真分析

燃油系統(tǒng)是飛機(jī)的一個(gè)重要系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)的功能是通過(guò)系統(tǒng)中各附件的正常工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，燃油附件性能的好壞，將直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)是否能夠可靠地工作［1］。因此，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)通用化的燃油系統(tǒng)附件試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)飛機(jī)燃油附件或系統(tǒng)性能測(cè)試、飛機(jī)燃油附件的故障診斷和開(kāi)展飛機(jī)燃油系統(tǒng)控制技術(shù)前沿問(wèn)題的研究有著重要的作用。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的快速發(fā)展，給試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了有力的工具［2］。將仿真技術(shù)引入燃油附件通用試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，不但可以減少物理試驗(yàn)中花費(fèi)的人力、物力和財(cái)力，而且能在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)前對(duì)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行性能的定量預(yù)測(cè)及方案優(yōu)化，降低成本、縮短研發(fā)周期。法國(guó) IMAGINE公司1995年推出的AMESim(Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineering systems)，為流體、機(jī)械、控制等系統(tǒng)提供了一個(gè)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(fù)雜的多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計(jì)算和分析［3－6］。該軟件功能強(qiáng)、可靠性高，在工業(yè)研發(fā)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

文中通過(guò)AMESim仿真軟件，建立了試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的仿真模型，并進(jìn)行加油控制活門(mén)正常和故障兩種情況下的仿真試驗(yàn)研究，為試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和研制提供一定的參考。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

該試驗(yàn)臺(tái)用于飛機(jī)燃油附件的故障診斷試驗(yàn)及排除故障后產(chǎn)品的功能、性能試驗(yàn)。試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)由泵電機(jī)組合、儲(chǔ)油箱、試驗(yàn)油箱、過(guò)濾器、流量計(jì)、產(chǎn)品試驗(yàn)段、被試件等構(gòu)成，其工作原理如圖1所示。儲(chǔ)油箱為泵電機(jī)組合的油源，試驗(yàn)油箱中安裝一些燃油附件，產(chǎn)品試驗(yàn)段安裝被試件。燃油專(zhuān)用泵電機(jī)組合從儲(chǔ)油箱吸油，打出的燃油經(jīng)過(guò)濾器濾除雜質(zhì)后，先通過(guò)3個(gè)裝有不同規(guī)格流量計(jì)的通道 (根據(jù)被試件參數(shù)設(shè)置要求，可選擇打開(kāi)1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)通道)，然后經(jīng)過(guò)產(chǎn)品試驗(yàn)段的被試件到試驗(yàn)油箱，試驗(yàn)油箱裝有加油控制活門(mén)和油面控制器。正常情況下從儲(chǔ)油箱給試驗(yàn)油箱加油時(shí)，加油控制活門(mén)打開(kāi)，當(dāng)試驗(yàn)油箱油液達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)，加油控制活門(mén)關(guān)閉;但當(dāng)加油控制活門(mén)發(fā)生故障時(shí)，試驗(yàn)油箱的油液達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，加油控制活門(mén)不能關(guān)閉，繼續(xù)加油。油面控制器測(cè)量試驗(yàn)油箱的油量，當(dāng)加油控制活門(mén)故障情況下出現(xiàn)試驗(yàn)油箱滿(mǎn)油時(shí)，油面控制器與加油控制活門(mén)聯(lián)合工作，通過(guò)壓力傳遞強(qiáng)制關(guān)閉加油控制活門(mén)，切斷油路，停止加油。試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)壓力表P1、P2監(jiān)測(cè)產(chǎn)品試驗(yàn)段的被試件兩端壓力的變化，通過(guò)壓力表P3監(jiān)測(cè)泵出口管路壓力的變化，通過(guò)渦輪流量計(jì)Q1、Q2、Q3分別監(jiān)測(cè)產(chǎn)品試驗(yàn)段前3個(gè)通道流量的變化，從而判斷被測(cè)燃油附件的功能、性能是否正常。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)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(yùn)用液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)、液阻庫(kù)、控制庫(kù)等構(gòu)建系統(tǒng)物理模型。

(2)子模型模式下定義數(shù)學(xué)模型

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

(3)在參數(shù)模式下設(shè)定相關(guān)參數(shù)

在參數(shù) (Parameters Mode)模式下，根據(jù)元件模型設(shè)置各個(gè)模塊的內(nèi)部相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

(4)在運(yùn)行模式下仿真計(jì)算

進(jìn)入運(yùn)行 (Run Mode)模式，設(shè)置仿真時(shí)間、仿真步長(zhǎng)及運(yùn)行方式等參數(shù)后，開(kāi)始仿真計(jì)算。

2.2 仿真模型建立

為了驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，產(chǎn)品試驗(yàn)段被試件選取一個(gè)最簡(jiǎn)單的燃油附件節(jié)流閥，根據(jù)圖1所示試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖，利用AMESim軟件對(duì)燃油附件通用試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行建模。分別從信號(hào)庫(kù)、機(jī)械庫(kù)以及液壓庫(kù)中選取所需圖形模塊搭建系統(tǒng)模型，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型選擇合適的子模型，如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)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(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)仿真模型所采用的動(dòng)態(tài)仿真參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 系統(tǒng)工作過(guò)程中主要?jiǎng)討B(tài)仿真參數(shù)

3.2 加油控制活門(mén)正常情況加油過(guò)程仿真分析

當(dāng)加油控制活門(mén)正常工作時(shí)，測(cè)得壓力p1、p2、p3隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖3所示，流量Q1、Q2、Q3隨時(shí)間變化如圖4所示，儲(chǔ)油箱、試驗(yàn)油箱液面高度隨時(shí)間變化如圖5所示。

圖3 正常情況下壓力p1、p2、p3隨時(shí)間變化圖

圖4 正常情況下流 量Q1、Q2、Q3隨時(shí)間變化圖

圖5 正常情況下儲(chǔ)油箱、試驗(yàn)油箱液面高度隨時(shí)間變化圖

分析圖3—5可以看出:在加油控制活門(mén)正常工作的情況下，一開(kāi)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(jì)Q1和Q2關(guān)閉)，儲(chǔ)油箱液位下降，試驗(yàn)油箱液位升高，儲(chǔ)油箱向試驗(yàn)油箱加油，當(dāng)加油到t= 60 s時(shí)，油箱油液達(dá)到設(shè)定值660 L，此時(shí)加油控制活門(mén)切斷油路，系統(tǒng)停止加油，壓力p1和p2恢復(fù)到最大0.470 033 MPa，壓力p3恢復(fù)到最大0.473 204 MPa，流量Q3降為0。

3.3 加油控制活門(mén)故障情況加油過(guò)程仿真分析

當(dāng)加油控制活門(mén)電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，測(cè)得壓力p1、p2、p3隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖6所示，流量Q1、Q2、Q3隨時(shí)間變化如圖7所示，儲(chǔ)油箱、試驗(yàn)油箱液面高度隨時(shí)間變化如圖8所示。

圖6 故障情況下壓力p1、p2、p3隨時(shí)間變化圖

圖7 故障情況下流量Q1、Q2、Q3隨時(shí)間變化圖

圖8 故障情況下儲(chǔ)油箱、試驗(yàn)油箱液面高度隨時(shí)間變化圖

與加油控制活門(mén)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(mén)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(chǔ)油箱液位繼續(xù)下降，試驗(yàn)油箱液位繼續(xù)升高，所以系統(tǒng)繼續(xù)加油，t=100 s時(shí)，試驗(yàn)油箱油加到1 060 L，這時(shí)油面控制器工作，切斷油路，系統(tǒng)才停止加油，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急油面控制。

4 結(jié)論

文中介紹了飛機(jī)燃油附件通用試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的構(gòu)成，利用AMESim高級(jí)建模和仿真平臺(tái)進(jìn)行了系統(tǒng)建模和動(dòng)態(tài)仿真。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明:仿真曲線(xiàn)符合實(shí)際的試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)工作過(guò)程，試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)，參數(shù)設(shè)置合理，能夠進(jìn)行飛機(jī)燃油附件的故障診斷試驗(yàn)及排除故障后的產(chǎn)品性能試驗(yàn)。另外，該仿真成果對(duì)以后類(lèi)似于飛機(jī)燃油附件通用試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)和優(yōu)化具有非常重要的借鑒作用。

［1］沈燕良，曹克強(qiáng)，王建平.飛機(jī)系統(tǒng)原理［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

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［8］IMAGINE S A.AMESim4.2 User［M］.

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?yàn)榱黧w傳動(dòng)與控制。E－mail:houyan123976@sohu.com。