基于机载模型的轴向柱塞泵动态特性参数辨识及影响分析

针对航空发动机柱塞泵动态特性解析模型复杂、阶次高、计算资源需求大、参数多且难以准确确定的问题，在忽略解析模型高阶特性得出简化的机载模型基础上，提出了基于典型环节特征参数的时域阶跃响应辨识方法，得到柱塞泵的动态参数。仿真分析和试验结果表明，简化模型精度可达95%，计算资源需求少，为柱塞泵机载模型应用奠定了基础。同时，基于动态模型分析了柱塞泵动态响应对伺服控制动态响应的影响，柱塞泵动态特性应在伺服回路动态特性4倍以上，国军标中规定的柱塞泵动态特性要求可满足航空发动机喷口控制要求。     

基于动态RBF网络的发动机起动过程模型辨识

针对航空发动机在起动过程中各截面气流处于亚临界状态 ,难以利用传统的气动热力学方法进行建模的问题 ,本文利用发动机地面试验数据作为学习样本 ,采用动态径向基 (RBF)神经网络的方法 ,建立了航空发动机起动过程动态模型。仿真结果表明 ,利用该方法建立的发动机模型具有动态性好 ,精度高的优点 ,开辟了发动机中小转速建模的新途径     

基于Creator的虚拟航空仪表建模技术

分析了利用可视化仿真建模软件Creator的仪表面板模块创建航空仪表模型的优缺点;针对航空仪表面板各类仪表的特点,介绍了基于Creator的虚拟航空仪表的优化建模方法和技术;最后给出了应用实例。     

航空发动机整机振动耦合动力学模型及其验证

针对航空发动机整机振动,建立了一种通用的复杂转子-支承-机匣耦合动力学模型.在模型中,利用有限元方法对转子和机匣系统进行建模.支承系统采用集总参数模型,计入了滚动轴承和挤压油膜阻尼器的非线性,定义了多种支承和连接方式,以适应多转子和多机匣的复杂结构建模.运用数值积分获取系统非线性动力学响应.针对两个实际的航空发动机转子实验器,建立了整机耦合动力学模型,进行了整机模态实验验证,结果表明了航空发动机整机振动耦合动力学建模方法的正确有效性.      

民用涡扇发动机结构与建模分析研究

数学模型是航空发动机性能仿真与控制系统设计的重要技术基础,针对民用涡扇发动机建模需求,以广泛使用的大涵道比涡扇发动机为研究对象,参考国外经验并结合理论分析,进行与整机建模相关的发动机主要部件结构特点和部件建模方法研究,给出发动机大风扇特性分解方法,分析空气引气系统、压气机稳定性控制系统、涡轮叶尖间隙控制系统、反推力装置等系统的结构和建模方法,以期为民用大涵道比涡扇发动机整机建模提供技术支持.     

基于过程工程的航空企业建模技术研究与实现

 通过研究国内航空企业建模的需求，探讨现有企业建模方法的不足，提出了基于过程工程的航空企业建模方法。首先针对航空企业的特点，尤其是考虑到航空军工企业对信息安全性的要求，给出了一个六元组表示的航空企业模型，并对航空企业模型的信息安全子模型进行了详细描述；然后研究了基于过程工程的航空企业建模的实现技术，包括企业模型体系、企业建模支持系统等。建立基于过程工程的航空企业模型，以模型为驱动，为航空企业信息系统的建立、实施和重构提供了基础和依据，适应了航空企业对企业模型动态响应性和信息安全性的要求。该研究成果已成功地应用于某大型航空企业两种型号飞机的研制，实践证明所提出的方法是可行和有效的。     

航空液压泵脉动压力的解析表达与级数展开

为了深入研究航空液压泵输出油液的脉动压力特性,以航空液压柱塞泵为研究对象,分析了柱塞泵运动和体积流量脉动的成因,推导了柱塞泵排油口的体积流量脉动函数表达式,建立了油液压力与体积流量脉动函数之间的联系,并采用傅里叶级数模拟了与实验数据吻合的多级脉动压力曲线。结果表明：模拟脉动压力曲线与实验数据基频、2倍频的相对误差均在5%以内,基频及2倍频处的压力幅值的相对误差均在1%以内,使用包含基频与2倍频的级数近似可以描绘航空液压柱塞泵出口处周期脉动压力的主要特征。研究结果为进行飞机液压系统管路结构的流固耦合振动仿真提供了载荷输入依据。     

柱塞倾角对航空柱塞泵性能的影响分析

通过对柱塞泵中柱塞的运动方程和柱塞泵的瞬时供油量方程进行分析,利用AMEsim工程仿真软件,建立了某型航空发动机柱塞泵的仿真模型,通过仿真分析了柱塞倾角对柱塞行程、柱塞泵的流量脉动和压力脉动的影响,仿真结果表明柱塞倾角是影响泵流量脉动的重要因素,适当增大柱塞倾角,可以增大柱塞的行程,增加泵的供油量,还能够改善柱塞泵流量的脉动。     

基于飞行包线划分的航空发动机T-S模糊模型辨识

针对航空发动机在建立Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型时运算耗时长和过分依赖学习数据的问题,提出了一种基于飞行包线划分的航空发动机T-S建模方法.通过飞行包线划分和标称点求取确定T-S模型的前件结构;计算各标称点的状态空间模型,将其作为T-S模型的后件;最后通过对航空发动机发参数据的机器学习完成对模型前件参数的辨识.仿真对比结果表明:该方法缩短了航空发动机T-S模糊模型的建模时间,并使得高压转子和低压转子转速的绝对误差分别小于0.25%,0.10%,保持了辨识精度.      

故障型备件供应分析的面向对象仿真模型研究

准确预测航空备件需求是实现备件供应优化的基础。本文指出了当前航空备件供应中存在的问题及其原因,并对现有备件需求预测方法进行了简要分析,指出其不足、改进方向和本文研究的立足点。进而,利用OOS建模框架,研究了故障型备件供应的影响因素、仿真模型的建模对象、模型结构与行为、建模分析过程和实现要点。同时,针对典型问题,进行了仿真实验研究。实验证明:该建模和分析方法描述能力强,适用性和灵活性高。     

轴向柱塞泵多学科融合建模与集成优化

为了实现机液耦合条件下轴向柱塞泵的精确建模和优化设计,提出了轴向柱塞泵多学科融合建模与集成优化方法。以国产I3V2-10S型轴向柱塞泵为对象,分别建立了ADAMS机械系统模型和AMESIM液压系统模型,通过ADAMS和AMESIM之间的接口模块设计实现了柱塞泵机液耦合建模和联合仿真,并利用iSIGHT软件集成了该机液耦合模型,以该柱塞泵出口体积流量脉动率最小为目标,对配流副中吸排油节流口最大开口等效直径、吸排油闭死角、柱塞包角、吸排油预开口量等参数进行了优化设计。结果表明:在负载工况分别为10、14、18、22、26、30MPa时,优化后的泵出口流量脉动率比优化前分别降低了14.59%、18.57%、21.50%、23.44%、24.03%、25.49%,最后通过实验验证了仿真和集成优化数据的正确性。      

水力活塞泵取样器的设计

本文介绍了水力活塞泵顶部和底部取样器的设计过程。其中对两种水力活塞泵取样器的结构特点和工作原理进行分析和论述。QYQ-Ⅰ型底部取样器具有结构简单、工作可靠的优点,已在辽河油田和华北油田广泛应用。     

二维活塞航空燃油泵容积效率分析

提出了一种二维活塞燃油泵，该泵利用二维活塞的旋转运动将配流机构集成到活塞上，去除了传统柱塞泵独立的配流机构，简化了泵的结构、提升了泵的功率密度，而且由于主要运动机构采用了滚动轴承支撑，免除了滑动摩擦副及其产生的泄漏，提高了效率。对泵的容积效率进行理论分析和实验研究。结合泵的结构原理分析了造成容积损失的内泄、外泄及油液压缩性等3种主要原因；应用层流和紊流的缝隙流动基本理论推导出泄漏解析表达式，着重分析了不同配流开口形式产生的内泄漏；综合考虑油液压缩性和泄漏获得了容积效率数学模型。理论研究表明采用负开口配流形式可以有效减小内泄漏，定量分析了泄漏流量与负开口量的关系，同时利用Fluent进行配流过程中泵腔内的流场数值模拟，结果表明可以有效减小油液倒灌。为了验证理论分析的有效性，制作二维活塞燃油泵样机，以航空煤油为介质进行台架实验。样机实验结果表明在负载压力2 MPa，转速从1 000 r/min到5 000 r/min，容积效率从93.6%提升到98.1%；当转速为2 000 r/min，负载压力从1 MPa增大到5 MPa，容积效率从97.5%降低到92.3%。以现有的齿轮泵和柱塞泵相比容积效率显著提高，理论与实验的结果偏差在4%以内，表明理论分析的有效性和正确性。     

Hydraulic piston pump in civil aircraft: Current status,future directions and critical technologies

The piston pump is the key power component in the civil aircraft hydraulic system, and the most common pump used in the aviation field is the pressure compensated variable displacement type. In this review paper, a basic introduction to the civil aircraft piston pump is presented, including the classification, structure, working principle, design features, and achievements by some research groups. Then, the future directions of the aircraft pump are reported from various perspectives. Further, the critical technologies are analyzed and summarized in detail from six thrust areas: friction couples, noise reduction, inlet boost, thermal management, fault diagnosis and health management, and mechanical seal. Finally, the challenges and limitations of the research on the aircraft pump are discussed to provide valuable insight for future scholars.     

An adaptive-order particle filter for remaining useful life prediction of aviation piston pumps

An accurate estimation of the remaining useful life (RUL) not only contributes to an effective application of an aviation piston pump, but also meets the necessity of condition based maintenance (CBM). For the current RUL evaluation methods, a model-based method is inappropriate for the degradation process of an aviation piston pump due to difficulties of modeling, while a data-based method rarely presents high-accuracy prediction in a long period of time. In this work, an adaptive-order particle filter (AOPF) prognostic process is proposed aiming at improving long-term prediction accuracy of RUL by combining both kinds of methods. A dynamic model is initialized by a data-driven or empirical method. When a new observation comes, the prior state distribution is approximated by a current model. The order of the current model is updated adaptively by fusing the information of the observation. Monte Carlo simulation is employed for estimating the posterior probability density function of future states of the pump’s degradation. With updating the order number adaptively, the method presents a higher precision in contrast with those of traditional methods. In a case study, the proposed AOPF method is adopted to forecast the degradation status of an aviation piston pump with experimental return oil flow data, and the analytical results show the effectiveness of the proposed AOPF method.     

轴向柱塞泵滑靴副的热结构耦合特性

为了改善轴向柱塞泵滑靴副的耐磨损性能,建立了滑靴与斜盘摩擦副的瞬态热结构耦合模型,分析压力冲击条件下滑靴的表面温度、应力以及变形的变化规律.研究结果表明:某型轴向柱塞泵中滑靴温度随柱塞腔压力呈周期性变化,滑靴温度范围为45.5~49.8℃,且滑靴的最高温度出现在泵的吸排油过渡区.当滑靴处于泵的排油区时,滑靴的最大轴向应力为250MPa,集中在滑靴油腔与密封带之间的边缘区域.滑靴的轴向应力分层显著,引起滑靴的变形分化,其变形量为12.5~15μm,出现在滑靴的边缘.由于滑靴的输入热流密度增强磨粒的剪切力,加剧滑靴表面的微切削和挤压变形,导致滑靴表面出现条状剥落和凹坑磨损,呈现出黏着和磨粒磨损特征.      

二维燃油泵的设计与研究

提出一种新型的二维燃油泵，说明了其诸多优点。为研究其结构性流量脉动，利用仿真软件AMESIM建立了二维燃油泵的仿真模型进行理论研究，并进行了实验验证。通过齿轮泵与轴向柱塞泵的对比，说明了轴向柱塞泵在燃油系统应用中的优势。针对轴向柱塞泵中存在的一些不可避免的缺陷，提出了能避免这些缺陷的二维燃油泵。通过解释二维燃油泵的结构组成与工作原理，说明了二维燃油泵的优势，包括结构力平衡、工作效率高、无直接的滑动摩擦副和无结构性流量脉动等。为了解释无结构性流量脉动这一优点，进行了仿真分析与实验验证，验证了二维燃油泵具有无结构性流量脉动这一潜力。     

航空燃油柱塞泵运动学参数计算的坐标法

采用坐标法推导并给出了球面斜盘型柱塞泵位移、速度、加速度等运动学参数计算的一种新方法,并以某型号泵为应用对象,分别采用现有方法和所推出的坐标法进行仿真,结果表明:现有方法由于采用线性化处理,计算的位移和速度误差在0.4%以下、加速度最大误差为3.34%;与现有计算方法相比,坐标法从理论上保证了是一种精确的计算方法,且计算过程简单,可为该类柱塞泵运动学参数计算提供理论依据.      

Theoretical study of flow ripple for an aviation axial-piston pump with damping holes in the valve plate

Based on the structure of a certain type of aviation axial-piston pump＇s valve plate which adopts a pre-pressurization fluid path （consisting a damping hole, a buffer chamber, and an orifice） to reduce flow ripple, a single-piston model of the aviation axial-piston pump is presented. This sin- gle-piston model comprehensively considers fluid compressibility, orifice restriction effect, fluid resistance in the capillary tube, and the leakage flow. Besides, the instantaneous discharge areas used in the single-piston model have been calculated in detail. Based on the single-piston model, a multi-piston pump model has been established according to the simple hydraulic circuit. The sin- gle- and multi-piston pump models have been realized by the S-function in Matlab/Simulink. The developed multi-piston pump model has been validated by being compared with the numerical result by computational fluid dynamic （CFD）. The effects of the pre-pressurization fluid path on the flow ripple and the instantaneous pressure in the piston chamber have been studied and opti- mized design recommendations for the aviation axial-piston pump have been given out.