本发明专利技术公开了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，该方法在建立航空柱塞泵瞬时流量模型的基础上，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；随机产生两组初始参数矢量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；选取航空柱塞泵瞬时流量脉动幅值作为目标函数，比较两个目标函数值Ｆ（ＸＬ）和Ｆ（ＸＨ），通过旋转变换和收缩变换实时修改结构参数，最后得到最小瞬时流量脉动幅值下的最优化结构参数。本发明专利技术为航空柱塞泵配流盘结构动态优化提供了更加精确的航空柱塞泵瞬时流量模型，对目标函数进行实时评价，是一个动态寻优过程，具有很高的效率和全局寻优能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空柱塞泵结构优化研究领域，具体涉及一种。
技术介绍
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GaneshKumar 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 andExposition》上发表的论文《Impact of Valve Plate Design on Noise，VolumetricEfficiency 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。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术提供的的具体流程如下 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XL＝(θ，r2)T和XH＝(θ′，r2′)T。 第三步、将两组参数矢量XH和XL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 其中， 式中，pd为泵工作压力，p1为柱塞腔内压力，Cd为阻尼孔流量系数，ρ为油液密度。E为油液的弹性模量，A为柱塞截面积，ω为柱塞泵的角速度，β为斜盘倾角，k为柱塞腔的泄漏系数，V0为柱塞腔处于上死点的初始容积；r1为柱塞通油槽端部圆弧半径，r2为减振孔半径，r3为柱塞排油窗端部圆弧半径，R为柱塞分布圆半径，φ为柱塞转过的角度； θ0，r20分别为 θ，r2在特定柱塞泵中的一组定值。 第四步、选取航空柱塞泵瞬时流量脉动幅值作为目标函数，比较两个目标函数值F(XL)和F(XH)，即航空柱塞泵瞬时流量脉动幅值，如果F(XL)＞F(XH)，则交换参数矢量XL与XH的值，否则不进行交换。 航空柱塞泵的流量脉动是引发压力冲击和噪声的根本原因，减小瞬时流量脉动幅值对于降低航空柱塞泵的流体噪声和振动具有实质性意义。因此，选取航空柱塞泵的瞬时流量脉动幅值F＝max(Qs)-min(Qs)作为配流盘结构动态优化的目标函数，其中Qs是航空柱塞泵的瞬时流量。 第五步、计算矢量差X＝XH-XL，将矢量差X绕矢量XL的终点L旋转，旋转变换遵循式X′＝X·rotator得到旋转后的新矢量XT；将新矢量XT赋值给XH，即XH＝XT其中， 为旋转因子， 为旋转角度， 一般取120度。 第六步、如果绕点L完成一周360度旋转，则转向第七步，否则转向第三步。 第七步、如果‖XH-XL‖＜ε，ε为给定的计算精度，ε一般选取为0.0001，则优化函数全局最优值，即最小瞬时流量脉动幅值为F(Xmin)，最优化结构参数为Xmin＝XL，优化过程结束；否则对XH做收缩变换，即XH＝XL+contractor(XH-XL)，contractor为收缩因子，其取值范围为(0，1)，通常取黄金分割，即contractor＝0.618，转向第三步。 本专利技术一种，与目前存在的柱塞泵配流盘结构优化方法相比，其优点是 (1)通过详细分析航空柱塞泵排油过程中的过流面积变化，同时考虑油液的压缩性和柱塞泵的泄漏，为航空柱塞泵配流盘结构动态优化提供了更加精确的航空柱塞泵瞬时流量模型； (2)选取航空柱塞泵的瞬时流量脉动幅值作为优化目标函数，该目标函数能从根本上反应出柱塞泵压力冲击和噪声状况，对于航空柱塞泵配流盘结构优化而言更加合理有效； (3)该优化方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，是一个动态寻优过程，具有更好的全局最优性和更高的效率。 附图说明 图1本专利技术流程示意图； 图2航空柱塞泵配流盘结构简图； 图3矢量旋转示意图； 图4航空柱塞泵排油过程中的过流面积变化； 图5某型航空柱塞泵瞬时流量曲线； 图6某型航空柱塞泵配流盘结构参数动态寻优过程； 图7在最优参数周围选取任意4组参数得到的瞬时流量对比曲线。 具体实施例方式 下面结合附图和实施例对本专利技术的进行详细说明。 如图1所示，本专利技术流程如下 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，因为减振孔半径r2和错配角θ是影响航空柱塞泵瞬时流量脉动的最主要因素；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r2大于0小于排油窗顶部圆弧半径r3，错配角θ范围0°＜θ＜90°；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，以减少优化过程的计算量。 第二步、在第一步确本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，其特征在于：第一步、选取减振孔半径ｒ↓［２］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ｒ↓［２］和错配角θ的取值范围；第二步、在第一步确定的减振孔半径ｒ↓［２］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，ｒ↓［２］）↑［Ｔ］和Ｘ↓［Ｈ］＝（θ’，ｒ↓［２］’）↑［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；第四步、选取航空柱塞泵瞬时流量脉动幅值作为目标函数，比较两个目标函数值Ｆ（Ｘ↓［Ｌ］）和Ｆ（Ｘ↓［Ｈ］），如果Ｆ（Ｘ↓［Ｌ］）＞Ｆ（Ｘ↓［Ｈ］），则交换Ｘ↓［Ｌ］与Ｘ↓［Ｈ］的值，否则不进行交换；所述的目标函数为航空柱塞泵的瞬时流量脉动幅值Ｆ＝ｍａｘ（Ｑ↓［ｓ］）－ｍｉｎ（Ｑ↓［ｓ］），其中Ｑ↓［ｓ］是航空柱塞泵的瞬时流量；第五步、计算矢量差Ｘ＝Ｘ↓［Ｈ］－Ｘ↓［Ｌ］，将矢量差Ｘ绕矢量Ｘ↓［Ｌ］的终点Ｌ旋转，旋转变换遵循式Ｘ′＝Ｘ.ｒｏｔａｔｏｒ得到旋转后的新矢量Ｘ↓［Ｔ］；将新矢量Ｘ↓［Ｔ］赋值给ＸＨ，即Ｘ↓［Ｈ］＝Ｘ↓［Ｔ］；其中，ｒｏｔａｔｏｒ＝＊＊＊为旋转因子，φ为旋转角度；第六步、如果矢量差Ｘ绕点Ｌ完成一周３６０度旋转，则转向第七步，否则转向第三步；第七步、如果‖Ｘ↓［Ｈ］－Ｘ↓［Ｌ］‖＜ε，ε为给定的计算精度，则最小瞬时流量脉动幅值为Ｆ（Ｘ↓［ｍｉｎ］），最优化结构参数为Ｘ↓［ｍｉｎ］＝Ｘ↓［Ｌ］，优化过程结束；否则对Ｘ↓［Ｈ］做收缩变换，即Ｘ↓［Ｈ］＝Ｘ↓［Ｌ］＋ｃｏｎｔｒａｃｔｏｒ（Ｘ↓［Ｈ］－Ｘ↓［Ｌ］），ｃｏｎｔｒａｃｔｏｒ为收缩因子，转向第三步。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：焦宗夏，官长斌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。