[发明专利]基于瞬时流量模型的航空柱塞泵配流盘结构动态优化方法

说明书

技术领域

本发明属于航空柱塞泵结构优化研究领域，具体涉及一种基于瞬时流量模型的航空柱塞 泵配流盘结构动态优化方法。

背景技术

轴向柱塞泵由于其大功率、高效率和可靠性等特点，广泛应用于航空液压泵源系统中。 而由于自身的结构以及油液的压缩性等因素，航空柱塞泵必然存在着瞬时流量脉动，而流量 脉动又是柱塞泵流体噪声与压力冲击的根本成因，这种压力冲击会使得系统工作不稳定甚至 发生谐振，对系统的构件产生严重的破坏。影响航空柱塞泵流量脉动的因素很多，其中配流 盘的结构参数是最主要的影响因素，尤其是减振孔半径r₂和错配角θ。因此，对航空柱塞泵 配流盘的结构进行优化设计对于降低飞机液压系统的振动和噪音具有十分重要的意义。

在配流盘结构对柱塞泵流量脉动的影响方面，很多学者做了研究。普渡大学的Ganesh Kumar Seeniraj等利用CASPAR软件分析了配流盘结构参数对柱塞泵流体噪声的影响(详 见Ganesh Kumar Seeniraj，Monika Ivantysynova在2006年11月5日-10日于美国 芝加哥举行的会议《ASME 2006 International Mechanical Engineering Congress and Exposition》上发表的论文《Impact of Valve Plate Design on Noise，Volumetric Efficiency and Control Effort in an Axial Piston Pump》，文章编号为： IMECE2006-15001)；西南交通大学林静等对不同结构的配流盘进行了CFD仿真分析，并 给出了优化建议(详见林静，孙明智在2007年《流体传动与控制》第3期上发表的论文《轴 向柱塞泵配流盘结构对流量脉动的影响》)；浙江大学马吉恩建立了柱塞泵流体噪声的数学模 型，并对配流盘结构进行了优化(详见浙江大学马吉恩2009年博士论文《轴向柱塞泵流量 脉动及配流盘优化设计研究》)；甘肃工业大学那成烈等通过对配流盘结构进行优化，设计了 非对称偏转的低噪声配流盘结构(详见那成烈，尹文波，那焱青在2002年《甘肃工业大学学 报》第28卷第4期上发表的论文《可压缩流体工作介质情况下轴向柱塞泵配流盘设计》)。 现有柱塞泵配流盘结构优化方法大都是利用软件或对设计变量进行抽样而实现配流盘结构的 静态优化，很容易陷入局部最优，且效率很低。

发明内容

本发明的目的是：克服目前柱塞泵配流盘结构静态优化效率低和容易陷入局部最优的缺 陷，提供一种基于瞬时流量模型的航空柱塞泵配流盘结构动态优化方法。

本发明在建立航空柱塞泵瞬时流量非线性模型的基础上，选取航空柱塞泵的瞬时流量脉 动幅值作为优化目标函数，并采用旋转矢量法对配流盘结构参数进行实时在线修改；并实时 地将修改后的参数带入航空柱塞泵瞬时流量模型中解算，对目标函数进行实时评价，直到得 到最优的结构参数组合。

本发明提供的基于瞬时流量模型的航空柱塞泵配流盘结构动态优化方法的具体流程如 下：

第一步、选取减振孔半径r₂和错配角θ作为航空柱塞泵配流盘结构动态优化的设计变量， 给定设计变量减振孔半径r₂和错配角θ的取值范围。

一般情况下，减振孔半径大于0小于排油窗顶部圆弧半径r₃，错配角范围大于0度小于 90度；对于具体的柱塞泵来说，可根据实际情况进一步缩小这两个设计变量取值范围，以较 少优化过程的计算量。

第二步、在第一步确定的减振孔半径r₂和错配角θ的取值范围内，随机产生两组初始参 数矢量X_L＝(θ，r₂)^T和X_H＝(θ′，r₂′)^T。

第三步、将两组参数矢量X_H和X_L代入到航空柱塞泵瞬时流量模型中，得到两组参数矢 量下的航空柱塞泵的瞬时流量值。

航空柱塞泵的瞬时流量是周期性近似正弦的曲线，一个周期内航空柱塞泵瞬时流量模型 如下：