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仿真软件AMESim应用研究

2014/12/17    来源:LMS    作者:李吉  李华聪      
关键字:AMESim  仿真  燃油系统  
本文介绍了AMESim软件是由法国IMAGINE公司推出一种用于机械液压系统建模与仿真的软件,近年来才开始在我国机械液压行业中应用,在航空发动机领域的应用还不多见。该文首先对AMESim软件进行了介绍。然后用燃油调节器中的一个元件为例,说明了AMESim软件在航空发动机燃油系统研究中具有应用潜力。

引言

    仿真技术是以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础,以计算机和专用的硬件设备为工具,借助系统模型对实际或设想的系统进行动态试验研究的一门技术。航空仿真技术是重要的航空试验之一,在预研和型号研制中具有重要的作用。

    AMESim软件于1995年由法国IMAGINE公司推出,是一种用于机械液压系统建模与仿真的软件,近年来才开始在我国机械液压行业中应用,该软件以完全图形化界面和积分算法自动选择为主要特色,目前在航空发动机燃油系统等研究领域也开始得到应用。

1 AMESim软件的建模与仿真特点

    AMESim软件采用的建模方法类似于功率键合图法,但要比功率键合图法更先进一些。相似之处在于二者都采用图形方式来描述系统中各元件的相互关系,能够反映元件间的负载效应及系统中功率流动情况,元件间均可双向传递数据,规定的变量一般都是具有物理意义的变量,都遵从因果关系。不同之处在于AMESim更能直观的反映系统的工作原理,用AMESim建立的系统模型与系统T作原理图几乎一样,而且对元件之间传递的数据个数没有限制,可以对更多参数进行研究。

    AMESim仿真软件与其它仿真软件的最大区别在于可以在仿真过程中监视方程特性的改变并自动变换积分算法以获得最佳结果。系统的数学模型实质上就是一些代数方程、普通微分方程以及偏微分方程,有时还包括微分一代数方程。仿真软件的一个重要任务就是为这些方程提供一个有效的求解环境。传统的仿真软件往往给出一个典型方法列表,开始仿真前必须从中选定积分方法,即使是专业的数学人员要做出一个正确的选择也是很困难的,而且错误的方法会导致仿真的失败或是较长的仿真时间。AMESim将积分算法的选择变为自动,而且可以在仿真过程中根据方程特性的改变而采用与之相适应的积分算法,极大地提高了微分方程的求解效率。

    此外,AMESim可以与其它软件联合以进行更复杂的混合领域仿真。其思想是:各个子系统在各白领域专用软件下搭建,进行联合仿真,然后用各软件自身的处理T具对属于各白领域的结果进行分析。从1.5版本以来AMESim便提供与复合体软件ADAMS的接口。AMESim也提供与MATLAB/Simulink的接口,使MATLAB/Simulink中的控制器设计工具可以用于液压系统中;非线性液压系统也可以关于工作点线性化或者将整个液压系统变换为可以在Simulink中使用的S函数。

2 AMESim软件在航空发动机燃油系统仿真中的应用举例

    航空发动机燃油调节器在今后的发展方向是数字式电子调节器,但目前液压机械式调节器仍在大量地使用。由于液压机械式调节器使用经验丰富,在可靠性和继承性等方面的优越性也使得液压机械式调节器不可能被完全抛弃,即使在数字式电子调节器中,其执行部分也还是液压机械式的。发动机性能的改进需要改善液压机械式调节器的尺寸或形状,满足新型发动机性能及电子控制系统的要求。所以,开展对液压机械式调节器的研究仍然是当前的重要任务。基于计算机仿真的诸多优点,采用AMESim软件对航空发动机燃油系统中的燃油调节器进行研究不失为一种较好的方法。

    在液压机械式调节器中,当飞行条件或发动机转速变化时,油泵出口油压将改变,使分油活门进口油压发生变化。分油活门进口油压不稳定,会使调节器的性能经常变化,从而引起整个调节系统工作不稳定。为了减少飞行条件或发动机转速变化对分油活门进口油压的影响,在分油活门的进油道上装有定压活门,使进口油压保持一定。

    定压活门由活门和调准弹簧组成,如图1所示。

图1 定压活门

图1 定压活门

    油门下面感受分油活门进口油压,当进口油压增大超过弹簧力保持的油压时,活门上移,关小来油孔。此时,由于阻力增大,流动损失增大,因此进口油压减小,恢复到规定的数值。反之,如果进口油压小于规定的数值,活门在弹簧力作用下向下移动,开大来油孔,使油压恢复到规定的数值。在某型发动机上,定压活门保持的油压为1.0MPa。

    用AMESim软件搭建定压活门的模型如图2所示。具体参数根据零件图纸设置如下:BA0042-2的等效活塞面积8mm,等效活塞杆直径6.5mm,孔径1.6mm.阀门重叠量1.6mm,即相当于零位移时阀门是完全打开的;BAP16-2的等效活塞面积8mm,等效活塞杆直径0,弹簧率为3.5N/mm;BAP12-2的等效活塞面积8mm,等效活塞杆直径0mm。BAI21-2的质量设为0.5kg,移动范围为0-2mm。由于某型发动机主燃油泵的最大压力为80bar,故输入的压力变化情况设为如图1中虚线所示,以模拟泵后压力随着油泵转速增加和减小时的变化情况;可变节流孔的直径在仿真时间内在0-3.6mm的范围内变化,以模拟分油活门移动引起的流通面积的变化。要求定压活门出口保持的油压为10±1bar。

责任编辑:吴星星
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