飞机液压系统管道流固耦合分析

论文摘要

飞机液压系统作为飞机飞行控制系统和起落架等负载的动力源,对飞机的安全飞行起着关键的作用。飞机液压系统液压泵脉动式的输出使管道产生强迫振动和谐振,如果固体管道的固有频率与流体的谐振频率相接近,或者与液压泵的脉动频率相接近,则会产生流固耦合振动。流固耦合振动会降低管道及液压部件的寿命,严重时甚至会造成管壁破裂、管路支撑结构破坏,引起支撑刚度下降、管路系统失效、液压油液泄露,从而导致严重的灾难性事故。因此,弄清楚飞机液压系统管道流固耦合振动的机制,对于设计安全可靠的新型液压系统和现有飞机液压系统的振动抑制对策都是非常重要的。本文对飞机液压系统管道流固耦合振动情况进行了分析研究,具体工作包括以下几个方面:1)研究了飞机液压系统流固耦合振动的机制,讨论了飞机液压系统管道的布局和流固耦合振动的一般规律。由分析可知,管道支承结构刚度逐渐下降的慢变参数特性,是造成飞机液压系统管路及相关固定结构破坏失效的真正原因。2)建立了输液管道流体运动及管道运动的线性微分方程,并通过流体与结构之间的边界接触来实现流固耦合;推导了飞机液压系统管道流固耦合振动的动力学方程和有限元方程。3)利用有限元软件ANSYS进行输液管道流固耦合振动仿真设计。仿真算例表明,不同管道支撑结构、不同管道长度、不同管内流体流速及不同管道类型都对管道振动有较大的影响,管道结构设计时应根据不同的情况选择合适的支撑结构和管道类型、并设置合适的相邻支撑结构间距。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 飞机液压系统管道振动
• 1.2.2 经典水锤理论
• 1.2.3 流固耦合理论
• 1.2.4 输液管道流固耦合分析方法
• 1.3 研究现状与进展
• 1.3.1 世界主要研究机构的研究成果
• 1.3.2 重要学者的研究成果
• 1.3.3 我国的研究进展
• 1.4 论文研究任务和内容安排
• 第二章 飞机液压系统管道流固耦合振动特性
• 2.1 飞机液压系统管道布局
• 2.2 飞机液压系统管道流固耦合振动特性
• 2.2.1 飞机液压系统的振动形式
• 2.2.2 管道支撑结构的慢变参数特性
• 2.2.3 管道流固耦合振动基本规律
• 2.3 本章小结
• 第三章 飞机液压系统管道流固耦合数学模型
• 3.1 输液管道流固耦合数学模型
• 3.1.1 流体运动描述
• 3.1.2 管道运动描述
• 3.1.3 流固耦合边界条件
• 3.2 飞机液压系统管道动力学模型
• 3.2.1 管道位移描述
• 3.2.2 管道运动速度描述
• 3.2.3 管道能量描述
• 3.2.4 管道流固耦合动力学方程
• 3.3 飞机液压系统管道有限元方程
• 3.3.1 飞机液压系统管道运动方程
• 3.3.2 飞机液压系统管道有限元方程
• 3.4 本章小结
• 第四章 飞机液压系统管道流固耦合有限元仿真设计
• 4.1 ANSYS 软件介绍
• 4.1.1 ANSYS 有限元流固耦合仿真原理
• 4.1.2 ANSYS 有限元流固耦合仿真设计步骤
• 4.2 管道流固耦合有限元仿真设计
• 4.2.1 设计1：不同支撑方式下直管流固耦合有限元仿真
• 4.2.2 设计2：不同长度直管流固耦合有限元仿真
• 4.2.3 设计3：不同流体流速弯管流固耦合有限元仿真
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已录用或已发表的学术论文