基于AMESim的飞机液压系统仿真技术的应用研究
第２９卷第４期
２０Ｏ
沈阳工业大学学报Ｊ。ｕｒｍｌ
ｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｈｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＶｏＩ．２９Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２Ｏ０
７
７年８月
文章编号：１０００一１６４６（２００７）０４—０３６８
０４
基于伽Ｓｉｍ的飞机液压系统仿真技术的应用研究
吴亚锋１，郭军１・２
（１西北工业大学动力与能源学院，两安７１００７２；２中国运载火箭技术研究院长征航天控制工程公司，北京１０００７６
摘要：分析了ＡＭＥＳｍ仿真平台的主要特点和功能，并以飞机前起落架液压收放系统为例，应用ＡＭＥｓｉｍ建模仿真技术中的Ａ加三Ｓｉｍ图形化建模方法建立了系统元件的仿真模型，对飞机前起落架收放系统进行了系统仿真，仿真结果比较令人满意，与实验结果基本吻合在分析丁仿真结果
的基础上，提出了削ｖⅡｊｓ岫的批处理方式优化系统参数的方法．为飞机液压系统设计及分析提供
关键词：肿以ｌ‰软件；建模；液压仿真；飞机起落架；批处理
中图分类号：ＴＨ１３７
文献标识码：Ａ
了有价值的参考．
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｔｅｃｈｎｉｑ鹏ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＡＭＥＳｉｍ
ｆｏｒａｉｒｃｒａｆｔ
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｗｕＹａ—ｆｅｎ一，ＧｕｏＪｕｎｌ，２
（１．㈨ｌｅｇｅｏｆＰｍｐｕｌ凶ｏｎａｎｄＥｎ唧，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｍＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＡ（蝴ｐａｃｅｃｏｎｔｍｌＥｎｇｉｎｅ舐ｉｌｇ（ｈｐ。ｒａｔｌｏｎ，ＣｈｉｎａＡ∞ｄｄｎｙｏｆＩ丑ｕｒｌｃｈ
Ａｂｓｔ瑚ｃｔ：Ｔｈｅｎｌａｉｎ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
ＵｎｉｖｅＩｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１【ｌｔ）７２，Ｃｈｎａ；２
Ｖｄｔｃｌｅ
ＩＤｎｇｒｎａｒｃｈ
Ｒｃｈｎｄｏ盯，蹦ｈ堰１０１）０７６，Ｃｈｉｎａ）
ＵｎｄｅｒｔｈｅＡＭＥＳｉｍ
ａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＡＭＥＳｉｍｗｅｒｅｉｍｒｏｄｕｃｅｄ
ｅｒｌｖｉｒｏｒｌｍｅｎｔ，ａｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｆｏｍｅｒ—ｕｎｄｅｒｃａｒｒｉａｇｅ
ｏｆａｉｒｃｒａｆｔｗａｓｃ。ｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ａｎｄｂａｔｃｈ
ｒｕｎ
ｍ（）（１ｅｌｏｆｔｈｅ。ｏｎｌｐｏｎｅｍｗａｓｂｕｊｌｔｗｉｔｈｇｒａｐｈｉｃａ【ｍ。ｄｅ“ｒ培ｒｎｅｔ｝ｌｏｄ，
ｏｐｔｉｒｎｉｚ｛ｉｔｉ（ｍｏｆｓｙＳｔｅｒＩｌ
ｗａｓｍａｄｅｆｏｒ
ａｎｄａｎａｌｙｓ沁ｏｆ
ｐａｒ砌ｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｓｊｍｕｌａｔｉｏｎ
ａｉｒｃｒａｆｔｈｙｄ】？ａｕｌｉｃｓｙｓｔ锄．
ｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｖａｌｕａｂｋｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｂｒｄｅｓｉｇｎ
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ＡＭＥＳｉｍ；ｎｌｏｄｅｌｉｎｇ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｉｌｌｌｕｌａｔｉ。ｎ；ｕｎｄｅｒｃａｒｒｉａｇｅ；ｂａｔｃｈｍｎ
现代飞机动力收放系统几乎都是液压驱动的．随着飞机特别是军用飞机的发展，对机载液压系统提出了更高的要求．对于飞机液压系统的设计，传统的设计方法主要通过设计者的知识和经验用真实的元部件构成一个动态系统，然后在这个系统上进行实验，研究结构参数对系统动态特性的影响．用这种方法进行参数调节比较困难，要花费大量的人力、物力和时间，而且一次成功的把握很小．随着计算机仿真技术的发展，在工程系统的设计中使用汁算机对实际系统的动态特性进行数字仿真成为可能．在计算机上进行仿真实验，研究实际物理系统的各种工作状况，确定最佳参数匹配．这样使得系统和液压元件的设ｉ十缺陷在物理成型前就得到了处理，极大地缩短了设计周期、
收稿日期：２００５—１１—１５
降低了设计成本．正是因为计算机数字仿真技术这种优越性，已经广泛地应用于飞机液压系统的设计、开发和改进过程中．
飞机起落架及其收放控制系统是飞机一个重要的系统，其工作是否正常将直接影响到飞行安全对典型的前起落架收放系统进行了仿真试验，对系统工作过程进行了动态仿真，分析了仿真结果，为飞机液压系统设计及分析提供了有价值的参考．１
和装备的完好性．本文使用舢眦仿真软件平台
ＡＭＥＳｉｍ软件简介
Ａ＾加瞵ｍ（Ａｄｖａｎ。ｅｄＭ州ｅＩ№勋“ｒ∞ｍ锄ｔ
Ｐｅｒｈ证ｒ】ｇＳｉｍ山ｄ衄ｓ
ｏｆ
Ｅｒ㈣ｎｇＳｙｓ呦】ｓ）高级
ｆｏｒ
作者简介：吴亚锋（１９６１），男，陕西华县人，教授，博士生导师，主要从事振动与声音信号分析控制等方画的研究
万方数据
第４期吴亚锋，等：基于ＡＭＥｓｉｍ的飞机液压系统仿真技术的应用研究
３６９
工程系统仿真环境软件平台是法国ＩＭＡ（ｊｌＮＥ公
司于１９９５年推出的图形化的开发环境，专门用于
工程系统的建模、仿真和动态性能分析．
种：ＡＭＥＳｉｍ、Ａｆ皿！＆ｔ、削蚁地ｏ。ｎ１、Ａ＾征Ｒ眦和
ＡＭＥｓｌｍ仿真环境包含的系列软件主要有５
Ａｎ伽印其中舢ｎ踊ｎｌ可以进行完成系统仿真模
型图的建立、模型的选择、参数的设定、仿真和动态
性能的分析；舢血ｓｅｔ是模型和文档生成器，用于开
发和维护自定义模型库；ＡＭＥＯ，瞰ｍ是数据库创建工具，用于为子模型或者超模型创建制定用户界面和参数设置，它可以使最终用户只能访问相关有用信息，而涉及到技术敏感性的信息可以在发布前
进行加密；舢以ＥＲｕｎ是舢“麟ｍ的只运行版本；
Ａ啪吲ｐ是整个仿真环境的帮助系统
在系统建模过程中，需在ＡＭＥＳｉｍ软件中依次完成草图模式（Ｓｋｅｔｃｈ－ｎｏｄｅ）、子模型模式
（ｓｕｂｎｌｏｄｅｌｒｎｏｄｅ）、参数模式（Ｉ’ａｒａｎｌｅｔｃｒｎ１０ｄｅ）、运
行模式（Ｒｕｎｎｌｏｄｅ）．其中，草图模式最为关键，需根据飞机前起落架收放系统的实际结构选择液压模型库中元件子模型构建整个系统的仿真模型图，如图１所示，值得注意的是图中９号元件——开锁作动筒（放起落架时，用以打开起落架的锁
钩）的子模型需要根据其元件结构使用Ｈ∞（液
压元件）库的基本模型单元设计
图ｌ前起落架液压收放系统原理图
Ｆｌｇ．１
Ｈｙｄ捌Ｊｌｉｃｃ
ｓ）ｆｓｔ咀ｎ
ｏｆｆｏｎｎｅｒｕｎｄｅｒｃａｍａ辨（）ｆｍｒｃｒａｆｔ
２前起落架收放系统仿真
２．１前起落架收放系统的工作原理
如图１，在飞机着陆时放Ｆ起落架的工作过程是：飞行员将起落架开关置于放下位置，电磁阀８右端电磁铁通电，将高压汕接通到放下管路高
万
方数据压油首先进入开锁作动筒９的无杆腔推动活塞向左运动，使起落架的锁钩打开，开锁后活塞将中间油路打开，高压油就通过开锁作动筒９和液压锁ｌＯ进人前起落架收放作动筒１ｌ的无杆腔，推动
活塞放下前起落架．同时，开锁作动筒９和起落架
作动筒１１的有杆腔里的工作油液，经过电磁阀８回到油箱由于在起落架放下时，在液压力、重力和气动力的共同作用下，使其放下速度较快，作动筒活塞运动到终点时容易与外筒发生撞击，为此在作动筒出口设置一个单向节流阀１２，使油液流出作动筒时有较大的液阻，从而减少起落架放下速度和撞击当飞机起飞后要收起起落架的工作过程是：飞行员将起落架收放开关置于收起位置，电磁阀８左端电磁铁通电，高压油一方面进入开锁作动筒９的油杆腔推动活塞使锁钩复位，同时进入作动筒１１的有杆腔使起落架收起．作动筒１１无杆腔回油依次经过液压锁１０（此时高压油把液压锁打开）、单项阀１４、电磁阀８回到油箱
２．２前起落架收放系统仿真
在舢皿Ｓｉｍ仿真软件的ｓｋｅｔｃｈ
ｒｒｌｏｄｅ中从液
压库子模型库依次选择元件模型完成系统图ｌ的设计，系统的模型库中集成了大多数标准液压元件的仿真子模型，最大程度地避免了仿真者自行设计数学模型，同时，对于系统中的特定元件模型，可根据其物理结构，使用液压元件设计库里面的最小模型单元搭建完成对于本系统来说，大多数关键元件的模型均可在液压库中选择，系统中９号元件——开锁作动筒作为特定元件，需用ＨＣＤ基本模型没计仿真子模型，并将其组成超元件模型连接在系统中．其开锁作动简模型，如图２
所示．
图２开锁作动筒模型
Ｒｇ２
Ｍ【妇ｄｏｆ叩ｅｎｌｎｇｂｙｄｒａｕｌｉｃＪａｃｋ
ａ基本元件模型ｂ超元件模型
在Ｓｋｅｔｃｈｍ。ｄｅ中完成系统仿真图以后，仿
真的关键就是实际系统元件模型的选择和设定参数，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、前起落架作动筒以及各自的参数设置．
主液压泵选择了恒压泵模型，模型的数学公
式为
３７０
沈阳工业大学学报
第２９卷
ｑ２一＝＾口Ｑ（（ｐ３户１）ｂ）
（１）旦幽一ｆ９２。！鱼￡∞二生２ｄｆ
一
（２）
￡。。
式中：ｑ２。，ｉ一名义流量；
＾。——流量比例因子；☆。——压力比例因子；ｄ，——排量；
ｄ（ｄ，）／ｄｆ——排量变化率；
ｎ。一——名义转速；
￡。，——时间变化常数
泵的参数设置主要为：名义流量１２Ｌ／ｍｉｎ，
额定压力１５．２ＭＰａ，额定转速４０００
ｒ／商ｎ，机械
效率９５％．
主蓄能器采用忽略热交换的液压蓄能器，模
型的数学公式主要根据
ｐ・ｐ＝Ｃ
（３）动态模型取绝热过程，ｎ＝１．４，参数设置：初
始压力为１５．２ＭＰａ，预设气体压力为１１．８ＭＩ）ａ，
蓄能器容积为ｌＬ，人口孔径为１２“Ⅱｎ，流量系数
为０．７，临界雷诺数为２３２０．
系统的电磁阀模型采用了三位四通电液比例阀（Ｙ型），即阀芯在中间位置处ＢＡ＿Ｔ三口相通，Ｐ口断开．之所以使用Ｙ型三位四通阀主要考虑到在电磁阀没有工作的时候，ＢＡ＿Ｔ相通避免了起落架作动筒由于温度变化而产生的腔内油压过高需设定的参数为：各段流道的流量为
５０
Ｌ／ｎｉｎ，各段流道相应的压降为０．２５ＭＰａ，比
例阀的自然频率为８０Ｈｚ，阻尼率为０．８．
前起落架作动筒选择了双腔单杆液压缸模型，作为典型的液压缸模型需要设置的主要参数为：活塞直径６５ｍｍ，杆径３５ｍｍ，行程０．５５４ｍ，
端口１死容积７６．３ｃｎｌ３，端口２死容积６３．４ｃｍ３，
运动部件等效质量２＿８ｋｇ．
对于系统其他部件的参数可根据实际情况进
行设置．
２．３仿真结果分析
在仿真时间０～２５ｓ的时间里运行系统仿真，起始２ｓ主液压泵开始运转，电磁阀不打开；
在第２ｓ结束时，通过设置的阀门信号开肩模型
打开电磁阀．系统仿真的主要控制点压力流量变
化如图３、图４所示
图３主要显示了起落架放下时主泵出口的压力和流量变化（收起状态略），图中压力和流量变化规律很好地体现了恒压变量泵的压力流量特性．图４所示为起落架放下时作动筒无杆腔压力
万
方数据和流量变化，仿真结果与实验结果基本吻合
１２１０
暑８
＋茸
６
二４裔２
Ｏ．２
图３前起落架放下时主液压泵的出口压力和流量
Ｆｉｇ３
Ｐ船ｓｕｒｅ
ａｎｄｆｌａｗ
ｒａｔｅａｔ
ｏｕｔｌｅｔ
０ｆｐ啪ｐ
１２１０８６４２０
．２
图４前起落架放下时作动筒无杆腔压力与流量
Ｈｇ．４
ｒ’髑ｕｒｅ
ａｎｄｎｕｗ
ｒａｔｅ
ｉｎｃｈａｎｌｂ盯ｗｉｔｈ
ｎｏ
ｍｄｌｎｌｅｔ
值得注意的是对于本系统的仿真，负载变化仅考虑到起落架自重的因素，设定的是恒定值
２４５００
Ｎ；然而实际情况下，由于飞机在不同飞行
马赫数、不同的飞行高度起落架所受到气动力影啊要远远大于其本身白重的负载．为此，应用ＡＭＥＳｉｍ的批处理功能，在负载起始值２４５００Ｎ、
变化步长５０００Ｎ、变化次数３次（向上）的情况
下，运行批处理仿真．
第４期吴亚锋，等：基于ＡＭＥｓ｜ｍ的飞机液压系统仿真技术的应用研究
３７１
图５为起落架放下时无杆腔随负载变化的情
况，可以看出，ｌ～４曲线分别为负载由初始值
２４５００
Ｎ变化３次到３９
５００
Ｎ时，无杆腔工作压力
不断增大，工作时间不断增长，这也是与起落架放
下时的实际工况相符的．
Ｏ
５
１０
１５
２０
２５
３０
图５在负载变化情况Ｆ的起落架放Ｆ时无杆腔的压力变化
Ｒｇ．５
Ｐ㈣ｕ地ｃ｝１ａ“ｇｃｉｎ
ｃｈａｒｎｋｒ“ｔｈｎ０“）（｛
３结论
１）ＡＭＥＳｉｍ提供了一条效果良好，而且方法简洁的仿真途径．应用Ａｍｅｓｉｍ图形化的建模方法，避免了繁琐的公式推导，仿真结果比较令人满意，与实验结果基本吻合
２）利用ＡＭＥＳｈ的批处理功能设定模型元件的参数值，可以提供一组不同设定值下的仿真结果，可以方便地进行系统参数优化
可以断言，脚ｎＥＳｉｒｎ仿真技术在包括飞机液压系统的各类工程领域中将会有越来越广泛的应用．
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（责任编辑：王艳香英文审校：王世杰）
基于AMESim的飞机液压系统仿真技术的应用研究
作者：作者单位：
吴亚锋， 郭军， WU Ya-feng， GUO Jun
吴亚锋,WU Ya-feng(西北工业大学,动力与能源学院,西安,710072)， 郭军,GUO Jun(西北工业大学,动力与能源学院,西安,710072;中国运载火箭技术研究院,长征航天控制工程公司,北京,100076)
沈阳工业大学学报
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