航空燃油柱塞泵滑靴油膜的多目標優(yōu)化設計的分析論文
航空發(fā)動(dòng)機燃油控制系統中，燃油柱塞泵(下文簡(jiǎn)稱(chēng)柱塞泵)因其輸出壓力高，便于對燃油量進(jìn)行控制和結構緊湊等特點(diǎn)而獲得廣泛的應用.目前我國柱塞泵的平均無(wú)故障工作時(shí)間、壽命周期和效率等性能指標與國外同類(lèi)產(chǎn)品相比存在較大的差距，除材料等因素外，設計技術(shù)落后是重要原因.其中柱塞與斜盤(pán)摩擦副的設計是柱塞泵的關(guān)鍵技術(shù)之一現在的柱塞泵普遍使用帶有滑靴的柱塞，這類(lèi)柱塞依靠滑靴中間的油池，在滑靴和斜盤(pán)之間形成一定厚度的油膜和靜壓潤滑，避免斜盤(pán)與滑靴的直接接觸摩擦.靜壓潤滑下，滑靴與斜盤(pán)之間的摩擦副的設計主要是油膜厚度設計.理論上設計適當的油膜厚度，就可保證斜盤(pán)與滑靴之間為純液體摩擦.油膜厚度不夠會(huì )導致滑靴與斜盤(pán)潤滑不充分，機械效率下降，且磨損過(guò)快，縮短柱塞泵的使用壽命;油膜厚度設計過(guò)大則造成很大的泄漏損失.文獻給出了在吸、排油一個(gè)周期內滑靴油膜厚度的動(dòng)態(tài)變化規律，以及合理的油膜厚度計算公式，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算公式.因為滑靴的尺寸參數不僅對滑靴油膜及靜壓潤滑都有一定的影響，而且對上述多個(gè)性能指標亦產(chǎn)生影響，所以滑靴油膜厚度設計是一個(gè)多變量、多目標優(yōu)化問(wèn)題.這些優(yōu)化目標之間是一種相互矛盾和競爭的關(guān)系且計算公式非線(xiàn)性，采用一般的方法很難得到滿(mǎn)意解.在眾多優(yōu)化算法中，遺傳算法對此具有顯著(zhù)的優(yōu)越性.遺傳算法借鑒生物界自然選擇和遺傳機制的隨機化搜索算法，搜索不依賴(lài)于梯度信息，尤其適用于處理傳統搜索方法難以解決的復雜和非線(xiàn)性問(wèn)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計通常采用柱塞內腔壓力油通過(guò)進(jìn)油腔直徑d。的節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(pán)間的環(huán)行端而縫隙流入轉子腔.
對柱塞泵用坐標法，進(jìn)行運動(dòng)學(xué)參數分析，可得到球頭的位移、柱塞移動(dòng)的速度及加速度“關(guān)于轉子轉角和斜盤(pán)傾角的.復雜計算關(guān)系”.
2目標函數
2. 1摩擦功率損失
柱塞泵工作時(shí)，存在于滑靴與斜盤(pán)之間的油膜按一定速度流動(dòng)，因此滑靴與斜盤(pán)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(pán)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)油膜向轉子低壓
腔的持續流量，對柱塞泵而言存在泄漏功率損失.
3遺傳算法的多目標實(shí)現
以某型柱塞泵為模型，確定好相關(guān)參數的初猜值，如流體密度、動(dòng)力瓢度、柱塞泵內腔油壓等，再選取特定的設計點(diǎn)做優(yōu)化.在本文中，在一定轉速下，選取一個(gè)特定的轉子轉角和斜盤(pán)傾角外.作為設計點(diǎn)，則此模型的目標函數可簡(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，并求得對應的理想油膜厚度.采用MATLAB遺傳算法工具箱進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，采用最大值作為評價(jià)函數，所以將這3個(gè)目標函數按式(10)線(xiàn)性變換以得到對應的適應度函數。
4結論
本文基于遺傳算法對柱塞泵的滑靴結構參數進(jìn)行了多目標優(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的滑靴結構參數以及相對應的理想油膜厚度.計算結果表明，滑靴結構參數優(yōu)化后柱塞泵的多個(gè)性能指標比優(yōu)化前有了不同程度的提高，從而證明了多目標遺傳算法對設計柱塞泵油膜靜壓潤滑是一種有效的方法.本文還探究了轉子轉角和斜盤(pán)傾角對柱塞泵性能的影響，對柱塞泵滑靴油膜的多目標優(yōu)化設計有指導性意義.
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