基于AMESim的液压系统压力脉冲模拟器仿真

　　液压系统的压力脉冲可以导致阀门损坏、管接头断开或管道破裂等事故。但是液压系统中的压力脉冲又难以完全避免，为了提高飞机液压系统的可靠性，航标制定了相应的规范，要求对飞机液压系统管路、接头连接件及液压附件都必须进行压力脉冲试验。液压系统压力脉冲模拟器是模拟发生液压系统循环压力脉冲波形的试验设备，通过它产生周期的压力脉冲，对液压元件进行可靠性试验[1]。但是液压系统压力脉冲模拟器是一个分布参数的复杂非线性系统，影响脉冲波形的因素很多，如液压管道的设计与布管、试件容腔、系统功率配给和阀件的动态特性等，很难产生符合规范的压力脉冲波形。有效的解决方法是根据被试件的特性和设计要求，建立液压系统压力脉冲模拟器的精确数学模型。通过模型分析系统的动、静态特性，预测系统性能，优化设计。液压系统压力脉动模拟器建模的关键是管路内流体波动方程的求解。可以用特征线法进行数值迭代求解[2 -3]。目前可供选择的建模方法有: 基于高级语言的微分方程求解和基于图形界面的交互式建模平台。前者需要严密的系统建模、细致的程序设计和非常专业的理论知识，工作量大，周期相对较长; 而后者则只需要通过简单的交互式界面操作和参数设置就可完成建模，工作量大大减少，效率显著提高[4]。目前国内可供选择的基于图形界面的交互式建模平台很多，如法国的AMESim、美国的Easy5 和德国的DSHplus等。其中AMESim 是一款多学科领域复杂系统建模与仿真平台。在液压系统仿真方面，AMESim 具有Hydralic 库和 Hydraulic Componen Design ( HCD) 库，利用这两个库可以非常方便地建立液压系统的数学模型并进行仿真分析，AMESim 也因此成为液压系统建模与仿真的优选平台之一[5]。

　　根据实际工程的设计需要，作者应用AMESim 软件建立了液压系统压力脉冲模拟器的仿真模型，并进行了仿真分析，为实际工程的实施提供设计依据。

　　1 压力脉冲模拟器系统组成及原理

　　液压系统压力脉冲模拟器由油泵、溢流阀、蓄能器、比例流量阀、电磁换向阀、增压缸、管路L1—L4 和管路连接件等组成，如图1 所示。该系统可通过计算机控制产生压力脉冲波形，对飞机液压系统的导管、软管、作动筒、蓄能器和压力容器等元件进行循环压力脉冲试验。

　　进行压力脉冲试验时，首先启动主油源，升压至试验规定的工作压力。在这个阶段，换向阀处于关闭的位置，泵输出的流量不流入增压器及被试件，蓄能器到换向阀这一段管路压力等于泵输出的压力，流量为零; 而换向阀到被试件末端这一段管路的压力和流量均为零。当需要产生压力脉冲时，控制换向阀迅速开启，使蓄能器内的压力油经过比例阀、换向阀通至增压器的低压腔，推动增压器的活塞迅速运动。增压器的高压端通过管路与被试件相连，其连接管路有一定的长度，由于试验段的末端是封闭的，同时被试件及管路具有一定的弹性，于是形成液压撞击并由此产生水击现象 ( Water Hammer) ，同时由于流体的黏性，压力脉冲波迅速衰减并稳定到系统压力。当控制换向阀关闭时，增压器的低压腔接通回油路，增压器的活塞退回至原来的位置，试验段的压力亦下降到接近零，如此循环往复。压力脉冲峰值和升率的大小可通过调节比例流量阀的开度来实现，开度越大压力峰值和升率就越大，反之就越小。因此液压系统压力脉冲模拟器的控制脉冲波形主要由换向阀和比例流量阀的阀门尺寸大小、开启速度、供油压力、管路的布置、油液的物理特性和被试件的容腔大小等因素综合决定。