amesim仿真技术在飞机液压系统中的应用

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第15卷第2期计算机辅助工程Vol.15No.22006年6月COMPUTERAIDEDENGINEERINGJun.2006文章编号1006-0871(2006)02-0042-04AMESim仿真技术在飞机液压系统中的应用郭军吴亚峰储妮晟西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072摘要对法国Imagine公司推出的专门用于工程系统建模仿真和动态性能分析的高级液压/机械系统建模仿真平台AMESim的主要特点和功能进行分析.以飞机前起落架液压收放系统为例应用AMESim建模仿真技术使用图形化建模方法建立系统元件的仿真模型对飞机前起落架收放系统进行仿真结果分析并提出采用AMESim的批处理方式优化系统参数的方法.关键词AMESim仿真建模液压系统飞机起落架批处理中图分类号V233.91;TP391.9文献标志码AApplicationofAMESiminaircrafthydraulicsystemsystemsystemGUOJun,WUYafeng,CHUNisheng(SchoolofEngine&Energy,NorthwesternPolytechnicalUniv.,XianShannxi710072,China)Abstract:Abstract:ThefeaturesandfunctionsofAMESimdevelopedbyImagineCo.areanalyzed,Abstract:whichisspecializedinengineeringsystemmodeling,simulationanddynamicperformanceanalysisforadvancedhydraulic/mechanicalsystem.UndertheAMESimenvironment,ahydraulicsimulationoftheformer-undercarriageofaircraftisconstructed.Thesimulationmodelofthecomponentisbuiltbygraphicalmodelingmethod.Thesimulationresultisanalyzed.Andthebatchrunningme-thodbyAMESimisproposedtooptimizesystemparameters.KeyKeyKeywords:words:words:words:AMESim;simulation;modeling;hydraulicsystem;undercarriage;batchrunning上进行仿真实验研究实际物理系统的各种工作状0引言况确定最佳参数匹配.这样使得系统和液压元件现代飞机动力收放系统几乎都是液压驱动.的设计缺陷在物理成型前就得到处理设计周期极随着飞机特别是军用飞机的发展对机载液压系统大缩短设计成本降低.正是因为这种优越性计提出了更高要求.对于飞机液压系统的设计传统算机数字仿真技术已经被广泛应用于飞机液压系统的方法主要通过设计者的知识和经验用真实的元部的设计开发和改进过程中.件构成动态系统然后在该系统上进行实验研究飞机起落架及其收放控制系统是飞机的重要结构参数对系统动态特性的影响.用这种方法进行系统之一其工作是否正常将直接影响到飞行安全参数调节比较困难要花费大量的人力物力和时和装备的完好性.本文使用法国Imagine公司的间而且一次成功的把握很小.随着计算机仿真技AMESim仿真软件平台对典型的前起落架收放系统术的发展在工程系统的设计中使用计算机对实际进行仿真试验对系统工作过程进行动态仿真并系统的动态特性进行数字仿真成为可能.在计算机分析仿真结果为飞机液压系统设计及分析提供有收稿日期2005-11-10修回日期2006-03-20作者简介郭军(1977-)男陕西西安人硕士研究方向为信号处理系统仿真(E-mail)knight70@126.com 第2期郭军等AMESim仿真技术在飞机液压系统中的应用43价值的参考.SubmodelMode参数模式ParameterMode运行模式RunMode.其中草图模式最为关键1AMESim软件简介需根据飞机前起落架收放系统的实际结构选择液AMESim高级工程系统仿真环境软件平台是法压模型库中元件子模型构建整个系统的仿真模型国Imagine公司于1995年推出的图形化开发环境见图1.值得注意的是图中9号元件开锁作动专门用于工程系统的建模仿真和动态性能分析.筒放起落架时用以打开起落架的锁钩的子模该软件包含Imagine的专门技术并为工程设计提供型需要根据其元件结构使用HCD液压元件库的交互式能力为流体液体及气动机械控制电磁等工程提供较为完善的综合仿真及灵活的解决方案.首先具有丰富的元件模型库用户可以利用模型库中的基本模型单元按照工程实际的物理系统构造仿真模型或自定义模型而不需要推导复杂的数学模型使得工程师从繁琐的数学建模中解放出来专注于物理系统本身的设计.AMESim模型库中不同物理领域的所有模型单元都经过严格的测试和试验验证而不同软件版本的模型库可通过客户化不断升级和改进.其次AMESim的智能求解器能够根据用户所构建模型的数学特性自动地在17种数字积分算法中选择最佳算法可具有稳态仿真动态仿真批处理仿真间断连续仿真等多种仿真运行方式并根据不同仿真时刻的系统特点动态地切换积分算法和调整积分步长以缩短仿真时间和提高仿真精度.内嵌式数学不连续性处理工具可有效解基本模型单元设计.决数字仿真中的间断点问题.最后AMESim为2AEMsim仿真技术应用于前起落架用户提供标准化规范化和图形化的二次开发平台收放系统用户不仅可以查看所有库中模型的源代码而且可2.1前起落架收放系统的工作原理以使用C或者FORTRAN开发自定义模型并以图形化模块的形式加入到AMESim的软件包中.除此之外某型飞机前起落架收放系统结构见图1.还提供丰富的与其他仿真软件Matlab/Simulink在飞机着陆时放下起落架的工作过程是飞行Adams等的接口用户可以在AMESim环境中访问员将起落架开关置于放下位置电磁阀8左端电磁任何C或者FORTRAN程序控制器设计特征优化铁通电将高压油接通到放下管路.高压油首先进及能谱分析等工具.入开锁作动筒9的无杆腔推动活塞向左运动使起AMEsim仿真环境包含的系列软件主要有5种落架的锁钩打开开锁后活塞将中间油路打开高AMESimAMESetAMECustomAMERun和AMEHlep.其压油就通过开锁作动筒9和液压锁10进入前起落架中AMESim可以完成系统仿真模型图的建立模型的收放作动筒11的无杆腔推动活塞放下前起落架.选择参数的设定仿真和动态性能的分析AMESet同时开锁作动筒9和起落架作动筒11的有杆腔里是模型和文档生成器用于开发和维护自定义模型的工作油液经过电磁阀8回到油箱.由于在起落库AMECustom是数据库创建工具用于为子模型架放下时在液压力重力和气动力的共同作用下或者超模型创建制定用户界面和参数设置可以使使其放下速度较快作动筒活塞运动到终点时容易最终用户只能访问相关有用信息而涉及到技术敏与外筒发生撞击为此在作动筒出口设置一个单向感性的信息可以在发布前进行加密AMERun是节流阀12使油液流出作动筒时有较大液阻从而AMESim的只运行版本AMEHelp是整个仿真环境的减少起落架放下速度和撞击.帮助系统.飞机起飞后收起起落架的工作过程是飞行员在系统建模过程中需在AMESim软件中依次将起落架收放开关置于收起位置电磁阀8右端电完成草图模式SketchMode子模型模式磁铁通电高压油进入开锁作动筒9的有杆腔推动 44计算机辅助工程2006年活塞使锁钩复位然后进入作动筒11的有杆腔使起开.主要考虑到在电磁阀没有工作时B-A-T相通可落架收起.作动筒11无杆腔回油依次经过液压锁避免起落架作动筒由于温度变化而产生的腔内油压10此时高压油把液压锁打开单项阀14电磁过高.需设定的参数为各段流道的流量为50阀8回到油箱.L/min各段流道相应的压降为0.25MPa比例阀的自然频率80Hz阻尼率0.8.前起落架作动筒选2.2前起落架收放系统仿真择双腔单杆液压缸模型作为典型的液压缸模型需在AMESim仿真软件的SketchMode中从液要设置的主要参数为活塞直径65mm杆径35mm压库子模型库依次选择元件模型完成系统见图13行程0.554m端口1死容积76.3cm端口2死的设计系统的模型库中集成大多数标准液压元件3容积63.4cm运动部件等效质量2.8kg.的仿真子模型最大程度地避免仿真者自行设计数系统其他部件参数设置可据实际情况进行.学模型.同时对于系统中的特定元件模型可根2.3仿真结果分析据其物理结构使用液压元件设计库HydraulicComponentDesign里面的最小模型单元搭建完成.在仿真时间025s的时间里运行系统仿真对于本系统来说大多数关键元件的模型均可在液起始2s主液压泵开始运转电磁阀不打开在第压库中选择系统中9号元件开锁作动筒作为s结束时通过设置的阀门信号开启模型打开电特定元件需用HCD基本模型设计仿真子模型并磁阀.系统仿真的主要控制点压力流量变化见图3将其组成超元件模型连接在系统中见图2.和图4.2160×102140×102120×102/kPa100×10基本元件模型超元件模型280×10图2开锁作动筒模型60×1022在SketchMode中完成系统仿真图以后仿真泵出口压力40×10220×10的关键就是实际系统元件模型的选择和参数设定.0在飞机前起落架收放系统中需要着重关注的仿真模型和参数设置是主液压泵主蓄能器电磁阀前起落架作动筒及其各自的参数设置.1-主液压泵选择恒压泵模型数学公式为minqk=-Q((pp)k)/L2nomqp21d(displ)(/qn-displ)2nompnom=dttau泵出口流量式中q为名义流量k为流量比例因子2nomqk为压力比例因子displ为排量d(displ)为排p量变化率npnom为名义转速tau为时间变化常数.图3前起落架放下时主液压泵的出口压力和流量泵的参数设置主要为名义流量12L/min额定压图3主要显示起落架放下时主泵出口的压力和力15.2MPa额定转速4000r/min机械效率95流量变化收起状态略图中压力和流量变化规律.很好地体现恒压变量泵的压力流量特性.图4为起主蓄能器采用忽略热交换的液压蓄能器模型落架放下时作动筒无杆腔压力和流量变化仿真结的数学公式主要根据果与实验结果基本吻合.npV=const值得注意的是对于本系统的仿真负载变化仅动态模型取绝热过程n=1.4参数设置初始考虑起落架的自重因素设定恒定值为24500N压力15.2MPa预设气体压力11.8MPa蓄能器然而实际情况下由于飞机在不同飞行马赫数不容积1L入口孔径12mm流量系数0.7临界雷同飞行高度起落架所受到的气动力影响要远远大于诺数2320.其本身自重的负载.为此应用AMESim的批处理功系统的电磁阀模型采用3位四通电液比例阀Y能在负载起始值24500N变化步长5000N型)即阀芯在中间位置处B-A-T3口相通P口断变化次数次向上的情况下运行批处理仿真. 第2期郭军等AMESim仿真技术在飞机液压系统中的应用452160×102160×1022140×10140×10/kPa22120×10120×102100×10100×102280×1080×102260×1060×1022无杆腔压力40×10240×102作动筒无杆腔压力20×10220×10000510152025051015202530时间/s12时间/s10图5负载变化情况下的8起落架放下时无杆腔压力变化643结论2作动筒无杆腔流量01AMESim提供一条效果良好且方法简洁的–2仿真途径.应用AMESim图形化的建模方法可避免051015202530时间/s繁琐的公式推导仿真结果比较满意与实验结果图4前起落架放下时作动筒无杆腔压力与流量基本吻合.2利用AMESim的批处理功能设定模图5为起落架放下时无杆腔随负载变化的情型元件的参数值可以提供一组不同设定值下的仿况可以看出随着负载的增大无杆腔工作压力不真结果方便系统参数优化.因此AMESim仿真技断增大工作时间不断增长这与起落架放下时的术在包括飞机液压系统的各类工程领域中将有越来实际工况十分相符.越广泛的应用.参考文献[1]李培滋,王占林.飞机液压传动与伺服控制[M].北京:国防工业出版社,1979.[2]康凤举.现代仿真技术与应用[M].北京:国防工业出版社,2001.[3]李永堂,雷步芳,高雨茁.液压系统建模与仿真[M].北京:冶金工业出版社,2003.[4]郭世伟,任中全,刘永军.基于功率键合图的Matlab建模仿真在液压系统中的应用研究[J].煤矿机械,2001,(2):11-14.[5]秦家升,游善兰.AMEsim软件的特征及其应用[J].工程机械,2004,(12):6-8.[6]吴跃斌,谢英俊,徐立,等.1MN级新型减摇鳍液压系统仿真[J].机床与液压,2004,(4):61-63.[7]余佑官,龚国芳,胡国良.AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用[J].液压气动与密封,2005(3):28-31.编辑廖粤新上接第41页组织原理和算法进行探讨.实验表明由有限的简6结论单结构基元通过一定工程约束可以快速构造出比自组织是一种充分利用产品信息基因库和约较复杂的对象且效果良好.由于生物型进化机制的束规则知识库进行产品结构设计的有效方法通过引入不仅在理论上能够拓宽CAD研究的新领域参照生物进化和基因遗传编码机理在理论上对自而且具有十分重要的工程价值和广阔的应用前景.参考文献[1]祁国宁.合理化工程的理论及其应用[Z].杭州汽轮集团公司,1996.[2]刘衍聪.产品信息建模中的生物型与自组织理论方法及其应用研究[D].杭州:浙江大学,1998.[3]NORIOOkino.Conceptualarchitectureofbionicmanufacturingsystems[C]ICIM_95,Japan,1995.[4]BAACHANANBG,DULARO.Principleofrule-basedexpertsystems[R].ArtificialIntelligenceResearch,FairchildComera,PaloAlto,CAFairchildTech,Rep.no.626,1982.编辑廖粤新