复杂振动环境下飞机典型液压管路的动力响应研究

发布时间：2020-10-11 03:03

　　 液压系统是现代飞机的重要组成部分。为了避免飞机液压管路系统在工作过程中产生振动破坏,有必要对管路系统的动态特性进行全面分析,以提高飞机液压管路系统的安全性和可靠性。液压管路系统的振动分析主要包括频域下的发动机随机振动分析和时域下的液压泵流体脉动分析,但由于同时进行频域和时域下的响应分析非常复杂,因此目前都是研究单一激励源下液压管路系统的振动问题。针对上述问题,本文提出飞机液压管路在发动机随机振动和流体脉动共同激励下的动力响应分析方法,具有重要的理论意义和工程参考价值。主要研究内容如下:(1)研究典型简单液压管路的动力响应分析。给出了分支管路伯努利方程的推导过程,并对T型分支管路进行常压匀速下的流固耦合仿真分析,仿真分析结果与理论计算结果得到了一致性验证;研究L型弯管在常压匀速下的流固耦合分析,总结了管路及流体的响应规律。典型简单液压管路的流固耦合仿真分析及理论计算对比研究工作为后续章节的研究奠定了分析基础。(2)研究飞机典型液压管路在发动机随机振动单一激励源下的动力响应分析。总结了基于等效质量法的管路随机振动分析流程,利用等效质量法对飞机典型液压管路进行了模态分析。然后分别对管路结构施加X、Y、Z三个方向的发动机随机振动激励,并确定以应力响应最大的X方向响应作为参考动力响应结果。最终筛选出管路结构在随机振动响应中应力较大的十个危险点,结果表明在发动机随机激励下卡箍和管夹支架等支撑件上会产生较大的应力响应。(3)研究飞机典型液压管路在流体脉动单一激励源下的动力响应分析。总结出飞机典型液压管路在流体脉动激励下的流固耦合仿真分析步骤,并通过计算得到流体脉动压力、结构阻尼等参数,最终筛选出管路结构在流体脉动响应中应力较大的十个危险点,结果表明在流体脉动激励下管路和管路连接件上会产生较大的应力响应。并且以应力响应最大的三通接头为对象,分析了该元件在流体脉动激励下的响应规律。最后,探究了压力均值和压力幅值对分支管路在流体脉动激励下的应力和位移响应结果的影响。(4)提出飞机典型液压管路在发动机随机振动和流体脉动共同激励下的动力响应分析方法。综合筛选出两种激励作用下飞机典型液压管路动力响应的危险点,叠加响应危险点在发动机随机激励下的3σ范式等效应力和在流体脉动激励下范式等效应力峰值作为其应力极限值,通过比较应力极限值和材料的屈服极限,判断出管路结构在两种激励共同作用下不会发生强度破坏。最后,针对最大应力极限值的发生部位卡箍螺栓,估算出其在两种激励共同作用下的总疲劳寿命,通过对比估算寿命与飞机的首翻期寿命,确认了卡箍螺栓的安全性。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V231.9
【部分图文】：

[7]。图1.1 液压管路及根部裂纹图而液压管路系统振动的来源主要包括两个部分：首先是机体或者发动机等振动导致的管路共振；其次是管路内液压泵产生的压力脉动等迫使管路产生振动[8]。流体在压力脉动下流经弯管、变径管、控制阀等部件时，会形成时域下不断变化的激振力，并因此导致管路和其他元件产生振动[9]。流体脉动产生的激振力使管路发生振动，反过来内部流体的运动也会因为管路振动而改变，而因流体运动改变再次形成的新的激振力会导致管路形成新的振动[10]。飞机液压管路系统的振动会降低其使用性能和使用寿命，同时还会对飞行安全产生巨大的隐患。在首次飞行前，对液压管路系统进行振动分析是十分必要的，能够有效判断出是否会产生共振破坏等问题[11]。因此，为了避免飞机液压管路系统在工作过程中产生共振破坏，有必要对管路系统的动态特性进行全面分析

设置流体相关条件参数CFX图2.1 流固耦合分析流程图通过 ANSYS Workbench 和 CFX 实现流固耦合分析的具体求解过程如图 2.2 所示：

当流场有分流或者汇流时，其一维流动情况（流线代表管路）如图 2.3 所示。其中，Q代表每条管路的流量；1、2 和 3 分别代表三个过流截面。图2.3 一维分流示意图
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本文编号：2835959