航空燃油柱塞泵滑靴油膜的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析論文
航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制系統(tǒng)中，燃油柱塞泵(下文簡(jiǎn)稱柱塞泵)因其輸出壓力高，便于對(duì)燃油量進(jìn)行控制和結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)而獲得廣泛的應(yīng)用.目前我國柱塞泵的平均無故障工作時(shí)間、壽命周期和效率等性能指標(biāo)與國外同類產(chǎn)品相比存在較大的差距，除材料等因素外，設(shè)計(jì)技術(shù)落后是重要原因.其中柱塞與斜盤摩擦副的設(shè)計(jì)是柱塞泵的關(guān)鍵技術(shù)之一現(xiàn)在的柱塞泵普遍使用帶有滑靴的柱塞，這類柱塞依靠滑靴中間的油池，在滑靴和斜盤之間形成一定厚度的油膜和靜壓潤滑，避免斜盤與滑靴的直接接觸摩擦.靜壓潤滑下，滑靴與斜盤之間的摩擦副的設(shè)計(jì)主要是油膜厚度設(shè)計(jì).理論上設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)挠湍ず穸龋涂杀ＷC斜盤與滑靴之間為純液體摩擦.油膜厚度不夠會(huì)導(dǎo)致滑靴與斜盤潤滑不充分，機(jī)械效率下降，且磨損過快，縮短柱塞泵的使用壽命;油膜厚度設(shè)計(jì)過大則造成很大的泄漏損失.文獻(xiàn)給出了在吸、排油一個(gè)周期內(nèi)滑靴油膜厚度的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，以及合理的油膜厚度計(jì)算公式，并可借此油膜厚度公式推算出摩擦功率損失、泄漏功率損失和容積效率的計(jì)算公式.因?yàn)榛サ某叽鐓?shù)不僅對(duì)滑靴油膜及靜壓潤滑都有一定的影響，而且對(duì)上述多個(gè)性能指標(biāo)亦產(chǎn)生影響，所以滑靴油膜厚度設(shè)計(jì)是一個(gè)多變量、多目標(biāo)優(yōu)化問題.這些優(yōu)化目標(biāo)之間是一種相互矛盾和競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系且計(jì)算公式非線性，采用一般的方法很難得到滿意解.在眾多優(yōu)化算法中，遺傳算法對(duì)此具有顯著的優(yōu)越性.遺傳算法借鑒生物界自然選擇和遺傳機(jī)制的隨機(jī)化搜索算法，搜索不依賴于梯度信息，尤其適用于處理傳統(tǒng)搜索方法難以解決的復(fù)雜和非線性問題同.
1靜壓潤滑下理想油膜厚度
柱塞泵的滑靴靜壓潤滑設(shè)計(jì)通常采用柱塞內(nèi)腔壓力油通過進(jìn)油腔直徑d。的節(jié)流小孔流入滑靴中心的油池，油壓由輸入油壓降為油池油壓，油池中的油再沿滑靴和斜盤間的環(huán)行端而縫隙流入轉(zhuǎn)子腔.
對(duì)柱塞泵用坐標(biāo)法，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)分析，可得到球頭的位移、柱塞移動(dòng)的速度及加速度“關(guān)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和斜盤傾角的.復(fù)雜計(jì)算關(guān)系”.
2目標(biāo)函數(shù)
2. 1摩擦功率損失
柱塞泵工作時(shí)，存在于滑靴與斜盤之間的油膜按一定速度流動(dòng)，因此滑靴與斜盤之間為瓢性
摩擦，存在摩擦功率損失.
2.2泄漏功率損失
滑靴與斜盤間的油膜需要維持一定的厚度，即要有從柱塞中心高壓腔引油經(jīng)油膜向轉(zhuǎn)子低壓
腔的持續(xù)流量，對(duì)柱塞泵而言存在泄漏功率損失.
3遺傳算法的多目標(biāo)實(shí)現(xiàn)
以某型柱塞泵為模型，確定好相關(guān)參數(shù)的初猜值，如流體密度、動(dòng)力瓢度、柱塞泵內(nèi)腔油壓等，再選取特定的設(shè)計(jì)點(diǎn)做優(yōu)化.在本文中，在一定轉(zhuǎn)速下，選取一個(gè)特定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和斜盤傾角外.作為設(shè)計(jì)點(diǎn)，則此模型的目標(biāo)函數(shù)可簡(jiǎn)化.優(yōu)化的目的是使得摩擦功率損失、泄漏功率損失最小的同時(shí)容積效率盡可能大，并求得對(duì)應(yīng)的理想油膜厚度.采用MATLAB遺傳算法工具箱進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，采用最大值作為評(píng)價(jià)函數(shù)，所以將這3個(gè)目標(biāo)函數(shù)按式(10)線性變換以得到對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)。
4結(jié)論
本文基于遺傳算法對(duì)柱塞泵的滑靴結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，得到了以減少摩擦功率損失、泄漏功率損失同時(shí)提高容積效率為目標(biāo)的滑靴結(jié)構(gòu)參數(shù)以及相對(duì)應(yīng)的理想油膜厚度.計(jì)算結(jié)果表明，滑靴結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后柱塞泵的多個(gè)性能指標(biāo)比優(yōu)化前有了不同程度的提高，從而證明了多目標(biāo)遺傳算法對(duì)設(shè)計(jì)柱塞泵油膜靜壓潤滑是一種有效的方法.本文還探究了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和斜盤傾角對(duì)柱塞泵性能的影響，對(duì)柱塞泵滑靴油膜的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)有指導(dǎo)性意義.
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