Modeling and control of a novel electro-hydrostatic actuator with adaptive pump displacement

The variable pump displacement and variable motor speed electro-hydrostatic actuator (EHA), one of the three types of EHAs, has advantages such as short response time, flexible speed regulation, and high efficiency. However, the nonlinearity of its double-input single-output system poses a great challenge for system control. This study proposes a novel EHA with adaptive pump displacement and variable motor speed (EHA-APVM). A closed-loop position is realized using a servomotor. Moreover, the displacement varies with the system pressure; thus, the EHA-APVM is a single-input and single-output system. Firstly, the working principles of the EHA-APVM and the pump used in the system are introduced. Secondly, a nonlinear mathematical model of the proposed EHA-APVM control system is established, and a feedback back-stepping (FBBS) control algorithm is introduced to transform the complex nonlinear system into a linear system on the basis of the back-stepping control theory. Finally, simulation results prove that the EHA-APVM has a quick response and high robustness to variations of the load and the pump displacement. In this work, the size and weight of the motor are significantly reduced because the maximum power requirement is reduced, which is very beneficial for using the actuator in airborne equipment.     

航空发动机滑片泵数值模拟

利用计算流体力学软件Star-cd二次开发功能模拟了某一航空发动机滑片泵的内部流场,分析了计算中是否引入空化模型对计算结果的影响,以及滑片泵定子和滑片间隙大小对滑片泵性能的影响,预测了不同工况下,滑片泵内出现空化的位置和区域大小.计算结果表明:由于滑片泵叶片转动,从而引起空化区域范围的缩小和增大,泵油量也相应地增加和减小,使得滑片泵进口瞬时流量较为平稳,而出口瞬时流量有较大的脉动,进、出口周期平均流量与计算总平均流量的误差小于1.5%,计算总平均流量与该滑片泵样件的台架实验测试结果之间的误差小于3%;滑片泵转子叶片与定子壁面间隙增大,泄漏量增加,滑片泵的平均流量减小;间隙为0.07mm的滑片泵计算总平均流量相对于间隙为0.02mm的计算总平均流量减小3.1%.从计算结果可以推断,滑片泵的进口流道应与吸油腔正对,可以减少进口流道内空化区域和流动阻力.      

基于满意PID控制的MCMS10试验机电控系统研究

为揭示高压轴向柱塞泵滑靴副摩擦磨损性能,需提供1台高精度、高性能以及主轴转速恒定可靠的滑靴副摩擦磨损试验机。但在测试滑靴副时,试验机主轴的速度调控和位移的精确控制非常难以把握。当试验机主轴转速在3 000 r/min的基础上升高时,试验机油温急剧升高,会对滑靴副性能测试的精度产生极大的影响。针对MCMS10试验机的电控系统,设计出硬件图,采用满意PID算法控制其主轴转速和位移两个参数。最后通过组态软件设计实时监控画面并开展试验分析。结果表明:将满意PID算法运用到MCMS10试验机电控系统中,不但精度非常高,而且在主轴转速约为3 200 r/min时,油温始终保持在65 ℃左右。     

某航空发动机滑油位异常下降故障分析

针对某航空发动机在试飞过程中连续出现多起滑油箱油位异常下降情况,对滑油系统进行排查分析,确认为由滑油泵皮碗裂纹引起的。经对皮碗故障件进行复查、断口分析、设计复查等工作,确定了皮碗裂纹产生的原因。结果表明:滑油泵级间壳体上通油孔与增压泵出口相连,使得皮碗封严压力过大,为导致皮碗裂纹故障发生的主要原因;泵轴与皮碗装配过盈量大促进了皮碗裂纹故障萌生和扩展。通过对滑油泵结构参数优化设计,降低皮碗承载油压和摩擦力,提高皮碗密封性能和寿命,从而有效避免此类故障再次发生。     

液环泵叶轮叶片轴向叶顶间隙微射流流动机理及性能分析

液环泵的轴向间隙泄漏流对其水力性能有重要的影响,为了抑制其叶片轴向叶顶间隙泄漏流动,提升水力性能,以2BEA-203型液环泵为研究对象,在叶片轴端间隙引入微射流,采用数值模拟方法对比分析微射流对间隙泄漏流场及液环泵性能的影响机理.分析结果表明:轴向间隙射流能够有效地抑制间隙泄漏,液环泵的效率及真空度均在一定范围内提升....     

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.      

基于QZ算法的涡轮泵转子临界转速有限元计算

QZ算法求解非对称矩阵广义特征值问题与转子动力学有限元法相结合计算涡轮泵转子临界转速,发展了相应的计算程序FEMQZ。在计算模型中考虑轮盘的陀螺力矩、轴套零件和叶轮浸液的影响。计算分析了某涡轮泵转子在弹性支承下的临界转速。实验结果表明,计算得到的一阶临界转速与实测值吻合,所发展程序能用于涡轮泵转子的动力特性分析。     

离心泵的瞬变过程性能研究

本文介绍了离心泵在纯液相流瞬变工况的性能研究的一些进展.特别注意了泵在气-液两相流瞬变工况的机理分析.介绍了航天部31所对于冲压发动机供油系统涡轮泵流体瞬变过程的研究成果.研究表明,离心泵的瞬变性能是其重要的特性之一;不能离开泵所在系统来讨论其瞬变性能;在非定常流中,区分“瞬变过程”与“缓变过程”,有十分重要的理论与实践意义.     

泵压式固液火箭发动机系统仿真与优化设计

提出了以高质量分数过氧化氢为氧化剂的泵压式固液火箭发动机的系统仿真和优化设计方法.利用高质量分数过氧化氢易催化分解的特点,建立了采用泵压式输送系统的固液火箭发动机系统仿真模型,并应用遗传算法分别对采用挤压式和泵压式两种输送系统的固液火箭发动机开展优化设计.结果显示:虽然增加了管路系统的复杂性,但在总冲相同时,泵压式固液火箭发动机在质量、体积、比冲等性能上均优于挤压式固液火箭发动机,因此具有更大的工程应用潜力和优势.      

考虑叶轮流动滑移的离心泵盘腔流动模型

为研究离心泵盘腔内外特性,将离心泵盘腔三维流动简化为动静腔一维流动,基于动量守恒方程和径向连续方程,构建了动静腔流动微分方程;积分该方程并应用到盘腔中,引入密封件阻力系数,考虑叶轮流动滑移,修正泵势扬程公式,建立了离心泵叶轮-盘腔-密封环-平衡孔回路的自封闭流动模型。提出了内外迭代相结合的求解方法,实现了离心泵盘腔流动快速计算。通过与盘腔压力测量结果对比表明：使用Stodola叶轮流动滑移系数的盘腔流动模型比使用Wiesner叶轮流动滑移系数的盘腔流动模型的计算精度提高了约3.5%。盘腔流动模型结果表明：泵工况从小流量调节至大流量,容积效率逐渐提高,盖板推力略微逐渐增大。该方法及结论为离心泵盘腔内外特性计算提供参考。