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《大连理工大学》 2014年
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基于ISIGHT的电静液作动器结构分析与优化设计

陈辰  
【摘要】:未来飞机向高速化、高压化、快速响应等方向发展,而随着飞机速度和其它性能的不断提高,飞机舵面承受的静动态载荷将会更大,偏转速率将会更快,这要求控制舵面精准偏转的作动器功率更大、功耗更低,在保证结构强度的情况下质量更轻。作为一种应用于飞机上的新型作动器,电动静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator, EHA)以其体积小、功率大、控制灵活等特点受到越来越大的关注,是当前先进飞机新作动系统研究的重点。目前,国内对飞机电静液作动器的结构设计优化研究成果尚不显著,故本文对这一问题做了基础性研究。 本文的具体研究内容和研究成果如下: (1)首先介绍了结构优化的基本理论、数学建模的基本原理以及优化的基本步骤。然后分析了常用的优化算法,重点探讨了遗传算法的基本原理,并介绍了多岛遗传算法相对于基本遗传算法的优势。最后介绍了ISIGHT软件的基本知识和内嵌的主要优化算法。 (2)对电静液作动器的结构和原理进行了分析。考虑影响电静液作动器控制舵面转动所需功耗的因素,以降低作动器功耗为目的,对电静液作动器系统进行简化。考虑机械、液压两个学科,对作动器进行数学建模。推导出电静液作动器系统中电动机、柱塞泵、作动筒三个环节功耗的表达式。应用ISIGHT软件,以连杆长度、连杆摆动初始位置、作动筒的有效作动面积为设计变量,以降低电静液作动器系统功耗为目的,应用多岛遗传算法,在变量全局范围内,根据所建立数学模型进行设计优化,得出优化结果。 (3)根据电静液作动器的主要结构对作动筒进行了数学建模。采用ANSYS软件对电静液作动器的作动筒进行了载荷、模态和压杆稳定性等有限元分析。使用ISIGHT软件,以作动筒的质量最轻和变形最小为目标,同时满足静载荷约束和模态约束,建立了作动筒的优化模型,选用ISIGHT内嵌的多岛遗传算法进行了优化设计,得出优化结果。 本文以电静液作动器为研究对象,对电静液作动器的结构进行优化,以达到质量更轻,功耗更小的目标。经过结构优化,电静液作动器的功耗由优化前的初始值21661.19J下降到13368.42J,降低了38.28%。作动筒的质量由之前的17.25kg,下降到13.18kg,减少了23.5%。优化结果表明,应用ISIGHT对电静液作动器进行结构优化,可以有效地降低功耗,并能达到结构减重的目标。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:V227

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【参考文献】
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