《基于AMESIM軟件的起落架液壓系統(tǒng)故障建模分析9200字（論文）》

·第一章緒論1.1研究內容及研究意義飛機起落架是飛機的重要一部分，它關乎著飛機是否能夠正常起飛及降落的重要一環(huán)。而飛機起落架的液壓系統(tǒng)承擔著其起落架功能的正常運轉，它是由液壓的能源裝置，控制裝置，執(zhí)行裝置三大主要關新聞，我們知道了解到了因飛機起落架故障而導致的飛機事故還是占有很大比例。2008年2月22日，美國的一家航空公司的一架麥道80型客機就是由于其起落架發(fā)生了故障而緊急迫降到到了邁哈密國際機場，幸運的是飛機上的138人無傷亡。最近的時間有2017年3月20日，一架沙特阿拉伯航空公司的空客A321-200飛機，因其前起落架的旋轉連接螺栓分開，從而使左右前輪組件的損壞，慶幸的是飛機成功迫降，無人員傷亡。2018年5月21日，同樣是沙特阿拉伯的航空公司的一家A330-200飛機在飛往孟加拉國的路程中由于前起落架的故障，緊急改道吉達阿卜杜勒-阿齊茲國王國際機場，慶幸無人員傷亡。而且，在飛機的外場維修中，飛機的液壓系統(tǒng)占據(jù)著重要的位置。根據(jù)我們所掌握的資料，飛機的液壓系統(tǒng)所出現(xiàn)的故障大約占據(jù)了機械總故障的30％，并且我們也了解到其飛機液壓系統(tǒng)在外面使用的情況更加的真實，故我們可以更加的了解其液壓系統(tǒng)及其元件的故障分析。而飛機起落架液壓系統(tǒng)更是占據(jù)了飛機液壓系統(tǒng)的很大的一部分。所以飛機起落架的液壓系統(tǒng)的研究可以更加的具有現(xiàn)實意義，可以了解到飛機液壓系統(tǒng)的相關資料，并且我們通過研究飛機起落架的可靠性，以此來減少其故障，也是一種排除其飛機起落架液壓系統(tǒng)故障的一種方法。從查閱的資料我們得知，我們對于飛機起落架液壓系統(tǒng)及其元件的故障分析及其排除方面缺少系統(tǒng)和深入的研究。如果真要探討其這方面的原因，或許是由于這類研究只能靠其大量現(xiàn)實中使用的故障數(shù)據(jù)來分析，而飛機起落架的故障數(shù)據(jù)的收集其實就是一個非常艱難的工作，更不用說如今對于起落架的故障數(shù)據(jù)的收集還停留在建立Excel的表格統(tǒng)計其數(shù)據(jù)，大大的暴露了其智能化低，自動化水平不夠，不規(guī)范的大量缺點，所以由于這方面的原因大大的限制了我們對于起落架液壓系統(tǒng)的故障分析及排除。對于飛機起落架液壓系統(tǒng)的故障及其其他元件的故障數(shù)據(jù)的收集和分析的研究意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1為飛機起落架的故障的診斷以及排除留下了一定的依據(jù)。2客觀的反應了飛機起落架液壓系統(tǒng)的元件的薄弱方面，并為提高飛機起落架的可靠性提供了一定的依據(jù)。3減少了飛機維修的難度以及提高了飛機的維修速度。1.2飛機起落架液壓系統(tǒng)的故障分析及國內外現(xiàn)狀在航空領域中，對于一架飛機來說，其起落架的正常收放至關重要。它起著滑行，著陸等等作用。經查閱資料可知，外國的波音公司及空客公司提供有其液壓系統(tǒng)的參數(shù)，在我國，我國的航空領域的專業(yè)人士也提供有其在這方面的數(shù)據(jù)參考。如馬存寶教授對于其液壓系統(tǒng)的分析為我國航空領域的建模和故障的判斷提供了有利的參考點。在起落架的熱力學方面的分析也有張忠專家們?yōu)槲覀冧伮?。李闖，張明專家等以設計角度為出發(fā)點也為我國的起落架的液壓系統(tǒng)進行了仿真與分析。而在飛機起落架的液壓系統(tǒng)中，故障往往來源于兩個方面，第一方面就是其飛機起落架液壓系統(tǒng)的元件故障導致的飛機起落架無法的正常收放。例如起落架應急排油活門的故障，主起單向限流活門的故障，作動筒的故障等等都是影響起落架正常收放。第二方面則來源于液壓油的問題，假設將飛機起落架的液壓系統(tǒng)比作一個人的身體構造，那么液壓油就相當于我們人體的血液，以此來促進人體的正常運轉。而在液壓油方面的問題，我們往往考慮其泄油問題和油質問題，這兩個問題也是各個國家著重研究的方向。總之，我們要先明白起落架液壓系統(tǒng)的故障來源，才能為我們之后的排除留下依據(jù)。1.3飛機起落架的液壓系統(tǒng)的故障分析的方法本文章將以AMESIM軟件為基礎，對其飛機起落架液壓系統(tǒng)的收放故障進行仿真分析。AMESim軟件可以很大程度上滿足了人們對于起落架液壓系統(tǒng)的技術含量的要求，他是一款基于鍵合圖的液壓系統(tǒng)建模仿真及動力學軟件。它深深地滿足了大眾的需求，靠其模型化的充足，并且多軟件的接口和開放性。通過軟件來分析其故障，我們可以更直觀明白其故障狀況，從而為之后航空公司的維修人員快速的找到飛機起落架故障，并根據(jù)其故障的原因而將其排除。為我國航空領域的后勤保障提供了一份保障，為我國航空領域的快速發(fā)展而提供一份動力。第二章液壓系統(tǒng)的工作原理本實驗主要以某型號飛機起落架收放動作過程模擬來闡釋起落架液壓系統(tǒng)的工作原理及液壓系統(tǒng)部分常見故障和排除方法。本實驗基本原理主要基于油液流過元件時流量的影響因素，流量連續(xù)性方程、能量方程及執(zhí)行元件受力平衡方程等。連續(xù)性方程如下面公式所示在這個液壓系統(tǒng)的要求中，我們需要用合理地工作回路及泵源回路構成一個系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，我們需要達到元件能夠正常運轉的要求。液壓系統(tǒng)中液壓泵也要與工作部分協(xié)調一致。在液壓系統(tǒng)的開始運轉時，液壓泵需要立即提供動力，在其停止工作要立即進入載荷狀態(tài)。在飛機起落架的液壓系統(tǒng)中，從安全性，可靠性，以及經濟實用方面，我們用以下的液壓系統(tǒng)來展開。飛機起落架的收放系統(tǒng)有收放手柄，收放作動筒，位置鎖，應急放下機構等機構做成。在其起落架收放系統(tǒng)的協(xié)調性很重要。需要滿足以下條件在收起位置鎖鎖緊起落架和主起落架和左起落架鎖緊后，鎖緊起落架與艙門。在其位置鎖開鎖時，起落架及收艙和上鎖應該一致。在我們設計的飛機起落架液壓系統(tǒng)中，我們以飛機起落架收起狀態(tài)，降下狀態(tài)以及應急處理狀態(tài)三種狀態(tài)來分析。（1）飛機的收起狀態(tài)將起落架的開關調到收上位置，即電磁換向閥1調到了左位，液壓油通過收上管路，對于前起落架，有兩個回路，第一回路就是液壓油流經的順序閥6，再通過液壓缸5的有桿腔，使其前起落架收起。另一條回路是流經開鎖液壓缸2就流回。對于主起落架及左起落架，有三個回路，第一就是液壓油流經有桿腔2，就流回去主起落架收起。第二就是流經順序閥6，經過液壓缸5的有桿腔之后流回去。其左起落架收起。第三就是在兩個起落架的收起后，液壓油經過觸動式按壓閥，經過艙門8，并將其收起。這五條回路構成了起落架的收起的液壓系統(tǒng)。觸動式順序閥有一個漏油口和回油流通，防止機輪的過早地收上。（2）飛機起落架的放下狀態(tài)時將換向閥調至右位，從而起放下油路接通液壓油，對于前起落架的放下，有兩條回路，第一就是經過開鎖液壓缸2，進入回油路。第二就是通過液壓缸2之后，流經液壓缸5的無桿液壓缸，之后進入回油路。對于主起落架及左起落架，有三條回路，經過無桿腔2之后進入回油路。以及流經艙門8將其艙門打開。最后一條回路就是經過液壓缸5的無桿腔，打開主起落架。（3）飛機起落架的應急處理時將其開關調至第一限位，使其艙門應急電磁閥的1打開，高壓氣體快速通過應急排油活門1，應急轉換活門1，2，5，殘油分離活門1，使艙門作動筒工作，之后按照順序打開左右起落架以及前艙門的前鎖后鎖。打開之后，高壓氣體將打開艙門的放下艙，之后將起落架全部打開。正常情況下在應急結束之后，艙門將不再收起。圖2-3飛機起落架液壓系統(tǒng)

第三章飛機起落架液壓系統(tǒng)的元件參數(shù)分析3.1飛機起落架液壓系統(tǒng)的組成在這片論文的設計中，由圖2-3的液壓設計圖中，此次的飛機起落架的元件是由液壓泵，液壓缸，液壓閥以及液壓鎖，油箱，剎車等元件構成。由這些元件組成的液壓系統(tǒng)使飛機起落架的放下，升起等運動功能。3.2飛機起落架的液壓系統(tǒng)的參數(shù)分析3.2.1飛機起落架負載體的確定由于飛機起落架在飛機整體中起著舉足輕重的作用，并根據(jù)某型號飛機的資料分析，主起落架的負載體為90KN，、前起落架的最大負載力為主起落架的80％，即為72KN。3.2.2飛機起落架液壓缸的工作壓力的確定根據(jù)查閱資料我們知道，飛機起落架系統(tǒng)的工作壓力是30MPa,并且由液壓的性質我們可以知道，其起落架液壓系統(tǒng)的工作壓力和元件液壓缸的工作壓力是一樣的，但我們要考慮到液壓油流經管道及其他元件時，對于其壓力的損失，故其液壓缸的工作壓力為起落架液壓系統(tǒng)的90％，即27MPa。另外，我們需要考慮到飛機起落架的協(xié)調能力，即它在收起以及放下的時候，與飛機機體本身不會發(fā)生碰撞。故我們要設計其液壓缸的背壓來避免飛機發(fā)生事故。且經過查閱資料得到，其背壓為0.8MPa。3.2.3飛機起落架液壓缸的結構尺寸的計算飛機起落架的液壓缸包含有無桿腔以及有桿腔的兩個部分，并且我們很容易知道有桿腔的壓力是大于無桿腔的壓力的。在有桿腔的壓力傳遞到無桿腔的壓力，其中會損失一部分的壓力。即有桿腔的壓力等于無桿腔的壓力加上部分損失的壓力。假設液壓缸進行最大的負載力時，其液壓缸面積S1S1=活塞直徑為D=根據(jù)查閱的其他資料，我們可以取其標準值70mm活塞桿直徑為d=根據(jù)查閱的其他資料，我們取其標準值50mm由此我們也可以推算出液壓缸的有桿腔以及無桿腔的工作面積S1=S2=3.2.4飛機起落架液壓系統(tǒng)的液壓缸的工作行程的分析飛機起落架的液壓系統(tǒng)的液壓缸的工作行程主要是由其起落架的實際最大行程來決定的，并且我們根據(jù)查閱的相關的資料，主起落架的行程為560mm,前起落架的行程為520mm。故取其標準值，則主起落架為600mm，前起落架為550mm。3.2.5飛機起落架液壓系統(tǒng)的液壓缸內徑計算飛機起落架液壓缸的內徑計算我們可以通過其工作的最大負載力以及其壓力計算。D=注：γ是液壓缸的機械效率，一般取為0.953.3飛機起落架液壓系統(tǒng)的液壓泵的流量和型號的確定飛機起落架液壓泵主要是由兩個方面來決定的，第一就是液壓泵的工作壓力，第二就是實際流量3.3．1飛機起落架液壓泵最大工作壓力的確定飛機起落架的最大工作壓力其實上邊文章已經給出，為30MPa.3.3.2飛機起落架液壓泵的實際流量首先，我們先求其起落架收起和放下的活塞桿的速度分別為V1=V2=其次，我們根據(jù)求得的活塞桿速度以及液壓缸的有效面積，可求得液壓缸所需流量Q其中Ai和Vi分別表示為液壓缸有桿腔/無桿腔有效工作面積（m2）故主起落架液壓缸的最大流量為Q前起落架液壓缸的最大流量為Q根據(jù)經驗，取起落架艙門液壓缸和上、下位鎖液壓缸的流量為Q另外，考慮到有液壓油的泄漏?Qc；電動機轉速下降時,液壓泵的流量下降?Qzh；液壓泵的使用損耗使供油量下降?Qsh把以上四種泄露流量總和設為?Q,并根據(jù)經驗取?Q=5.09（L/min）Q=（3）確定液壓泵規(guī)格根據(jù)以上算得的實際流量Q和液壓泵的最高使用壓力P，再查閱產品樣本或設計手冊，現(xiàn)選用A7V55型斜軸式變量柱塞泵，該泵的基本參數(shù)為：排量Q=55（mL/r）,泵的額定壓力P=35（MPa），泵的最高壓力P=40（MPa），最大轉速n=2500（r/min），輸入功率P=80（KW），重量為28Kg。3.2.4液壓閥的選擇液壓閥的選擇是根據(jù)泵的工作壓力和通過各液壓閥的實際流量，并通過查閱資料找到相匹配的液壓閥。如下列表格序號元件名稱型號通徑（mm）最大流量（L/min）最高壓力（MPa）重量（Kg）1溢流閥DB10-21020031.54.82電磁換向閥4WE6J60351.63液控單向閥SL101031.52.54單向節(jié)流閥MK10105031.50.75順序閥DZ6DP66031.5以上即為各個液壓閥的挑選，符合其飛機起落架的性能需求。3.3飛機起落架的液壓系統(tǒng)AMESIM的建模在如今工業(yè)快速發(fā)展的背景下，其機械化以及液壓化的在如今科技含量大比例上升的條件下，其對于軟件系統(tǒng)的要求則越來越高。AMESim軟件就很大程度上滿足了人們對于工業(yè)的技術含量的要求，他是一款基于鍵合圖的液壓系統(tǒng)建模仿真及動力學軟件。它深深地滿足了大眾的需求，靠其模型化的充足，并且多軟件的接口和開放性。給予這款軟件的優(yōu)秀特點，我們這個飛機起落架的液壓系統(tǒng)就借此軟件來實現(xiàn)仿真模擬。并將其以假設某些元件的故障來觀察其元件運行。由圖2可得圖三，并由有作動筒的仿真分析。圖3-1飛機起落架仿真圖3-2作動筒仿真第四章起落架影響因素分析4.1飛機起落架影響因素總概括在一架飛機上，其實影響飛機起落架是否正常運轉的因素有很多種情況，通過大量的數(shù)據(jù)分析，我們將這些情況歸類并化分為兩種，第一是飛機起落架的內在因素，即液壓系統(tǒng)的元件的故障。第二是外界因素使飛機起落架發(fā)生故障。4.2飛機起落架內在因素影響飛機起落架的液壓系統(tǒng)由液壓泵，液壓缸，液壓閥以及液壓鎖，油箱，剎車等元件構成，這些元件的組成使其液壓系統(tǒng)能夠正常的運轉，但或許會因為其元件的運轉頻率過高，使其老損化嚴重，從而產生故障，并影響到了飛機起落架的正常的收放。在這些元件的故障中，大多數(shù)情況下是主起艙門作動筒的故障，主起液壓鎖的故障，前起限流活門的故障，起落架應急排油活門的故障，起落架液壓電磁閥的故障等等，這些都是其元件的故障導致其起落架的收放功能無法正常完成。4.3飛機起落架外界因素影響飛機起落架不僅受到其來自于內部元件的故障而導致的無法進行正常的收放，而且它也受到了來自于外界環(huán)境的影響，例如飛機的起飛的仰角，馬赫數(shù)等等，這兩個因素主要是由于馬赫數(shù)和仰角會影響到起落架落地的摩擦力，氣動阻力的計算，特別是對于前起落架的影響。所以這些因素也是我們在分析飛機起落架故障要考慮的。第五章起落架液壓收放系統(tǒng)元件引起的故障實驗5.1起落架作動筒故障作動筒又叫作液壓缸，它大多數(shù)情況下是由密封圈，襯筒，簡體以及活塞組合而成，在起落架的那一組液壓系統(tǒng)中，由于它的長時間的往返運動，從而使他的橡膠密封圈容易開裂，從而引發(fā)起落架故障。密封圈的開裂，會是其中的液壓油流露出來，其泄露的流量公式如下：qL注：qleakage為泄漏量，而p1及p2分別為空桿腔壓力和有桿腔壓力，D是作動筒內壁直徑;Cr是作動筒內壁與活塞半徑差;;leak為泄漏系數(shù)。從此次公式中，我們其實可以很輕松的看出來泄漏量的增加將會導致空桿腔和有桿腔的室壓差降低，并且室壓差的降低將會反過來減少其泄漏量。故我們通過假設泄露系數(shù)是一定的，使其泄漏量和室壓差也保持在一定的范圍，之后我們利用AMESIM軟件進行仿真模擬，得到如圖所示，通過其仿真，我們可以看出來由于作動筒的故障，從而使前起落架及后起落架的油缸縮不回去了。起落架的作動筒的故障其實有很多，如耳環(huán)螺栓斷裂，密封圈的裂縫等等，在此次實驗中，我們以密封圈的裂縫導致內泄露為主題探索了其起落架的現(xiàn)象，并將其現(xiàn)象記錄下來，為之后現(xiàn)實中的航空維修人員以起落架發(fā)生故障的位置而快速做出反應，其解決辦法就是將其密封圈更換即可。5.2起落架液壓鎖先導活塞故障起落架的液壓鎖就是在起落架在下降之后，把作動筒的空桿腔的油液堵住，并將其起落架死死的卡在放下的位置。當起落架降下來的過程中，液壓油將會通過放下出接頭進入液壓鎖中，并將其閥門頂開，在進入到作動筒的空桿腔，并在起落架放好后，閥門關閉，并根據(jù)液壓油不會被壓縮的原理，將其起落架鎖死。當收起起落架時，油液從收上來接頭進入，一方面流向作動筒的有桿腔，另一方面頂開閥門，從而達到回油的目的。當發(fā)生應急，需要放下起落架時，冷氣從應急放下接頭進入，頂開應急閥進入作動筒空桿腔，使起落架放下。而此次的仿真模擬中，我們假設其液壓鎖先導活塞發(fā)生故障，在其他的條件不變的情況下，其仿真現(xiàn)象使前起落架及主起落架可以起升但無法落下來。5.3起落架單向閥故障在某型飛機的單向閥是主要是讓起落架在降的時候，它處于一個關閉的狀態(tài)，從而使其液壓油只能通過節(jié)流孔流出，以此來達到起落架下降的速度，降低了起落架與地面的沖擊力，以此來延長起落架的壽命。并且也通過這個，可以有效的保護起落架不與機輪護板碰撞。故單向閥的作用是更好的保護起落架，我們利用AMESIM軟件的仿真模擬，觀察到當單向閥發(fā)生故障時，前起落架和后起落架可以起升但無法落下來。為了起落架的安全以及當起落架發(fā)生故障時我們航空維修人員可以快速的反應過來，我們要時常的檢測單向閥是否正常，并備用幾個單向閥零件，以做到隨時更改的準備。5.4起落架節(jié)流孔堵住故障在此次的故障中，由于前起落架和主起落架是同一個選擇閥，并且作動筒的流量也與其有關，故節(jié)流孔的堵住會使其作動筒的流量產生巨大的影響，并且我們查閱資料可以得到作動筒的收放公式t=其中:V—活塞運動速度;Q—為其內流量;Spiston—為活塞面積;Lstroke—為活塞運動沖程;T—為收放時間。油液經過孔口時的計算公式如下=Dhv2Δp槡ρ其中:Dh為水力直徑;v為油液運動粘度;Δp為孔口兩端壓差;ρ為油液密度從這兩個公式中，我們可以看出作動筒的有桿腔和無桿腔的室壓差是呈現(xiàn)遞減的這么一個狀態(tài)，故當我們假設節(jié)流孔堵住的時候，它的水力直徑就會變小，并且其兩端的壓差也會變小，從而使其作動筒的收放的時間增加。我們利用AMESIM軟件進行仿真模擬，得到的現(xiàn)象時并通過設置仿真的參數(shù)，來觀察節(jié)流孔的堵住的時間段，并通過查閱手冊可得，通過模擬節(jié)流孔的堵住，我們觀察到了其作動筒的收放時間的變化，也反映了其節(jié)流孔堵住對其起落架液壓系統(tǒng)的妨礙，故我們航空維修人員應注意其日常的清潔保養(yǎng)，從而避免其節(jié)流孔的堵住。第六章起落架液壓系統(tǒng)中油液問題引發(fā)的故障6.1起落架的液壓系統(tǒng)的泄油問題起落架的液壓系統(tǒng)的故障不僅在于零件損壞導致其飛機無法正常飛行，并給飛行人員帶來了巨大的安全隱患，而且其起落架關于液壓油的泄露問題也是我們需要考慮的。起落架的液壓系統(tǒng)需要利用液壓油給予的壓力來使其正常的運轉，起落架的液壓油相比較于其他地方的情況，更加的要具有壓縮性，黏性，機械穩(wěn)定性以及化學穩(wěn)定性，熱膨脹性。并且一般也會通過染色來區(qū)分出來。當飛機起落架的液壓油大量的泄露時，一般情況下時由于其液壓系統(tǒng)的管路出現(xiàn)了破壞。在其壓力下將會大量的噴出。對于此次情況，我們一般通過地面的油泵車，加壓之后我們就可以檢查到漏油地方。如果我們未檢測到這個漏油點，并且起落架能夠正常運行，那就排除了液壓系統(tǒng)管道的損傷。另一種情況是，由于液壓油箱的壓力過高導致回油?？梢酝ㄟ^打開有相關的應急排油排氣活門，使其液壓油排出。在航空航天領域，飛機的每一個細微的差錯都可能出現(xiàn)重大的錯誤，故我們要用嚴謹?shù)膽B(tài)度來看待每一件事情，定期的檢查起落架是否存在泄油問題。6.2起落架液壓系統(tǒng)中油質的變化關于起落架的液壓系統(tǒng)的液壓油的使用，我們一般使用植物基液壓油，礦物基液壓油，磷酸酯基液壓油。他們均是通過染色的方法來分辨他們。而在植物基液壓油的顏色為藍色，普遍用于老式飛機中，而礦物基液壓油則為紅色，應用于減震支柱中，最后磷酸酯基液壓油為紫色，應用于大型客機中。在此液壓油的運用中，我們需要留意其液壓油的變化，防止其被污染，從而避免對于零件的損壞，從而影響到飛機起落架的壽命。油質的污染將嚴重影響到飛機的使用壽命，其液壓油的污染一般來源三種情況，第一為內部的殘留物導致的污染，來源于飛機起落架液壓系統(tǒng)及液壓零件的銹跡，灰塵等等在安裝前未清洗干凈，從而污染了其液壓油。第二則來源于外部污染物的侵入，空氣中的會灰塵與砂礫進入到管道中，從而污染了其液壓油，進而對液壓系統(tǒng)進行了損壞。第三則內部污染物的產生而導致的污染。在起落架液壓系統(tǒng)的運轉過程中，內部的運轉則產生不斷的污染物。如材料脫落的顆粒，油液因溫度升高而產生的膠狀物等等。對于液壓油的污染的防范措施，我們根據(jù)污染物污染液壓油的三個部分，第一就是先將已經侵入液壓系統(tǒng)的污染物清除出去，第二就是防止污染物侵入液壓系統(tǒng)，第三就是定期更換油液?？偨Y本文主要是介紹飛機起落架的液壓系統(tǒng)的故障的分析及排除的仿真實驗。在此次研究中，我們先通過查閱資料尋找飛機起落架故障出現(xiàn)的常見狀況，并利用AMESIM軟件來進行仿真模擬，從而更加明確的觀察到其狀況。具體分析了起落架的作動筒的故障使其無法移動，液壓鎖的先導活塞卡住沒有位移，單向閥截止，節(jié)流閥堵住四種情況以及由于液壓油的問題而影響到起落架的液