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《中国地质大学(北京)》 2017年
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主动控制油液污染来提高航空液压系统的可靠性及寿命

张人才  
【摘要】:如何有效控制航空液压系统中的污染物含量来提高元件的使用寿命和降低系统故障率是国际航空领域的一个前沿课题。本文在概述国内外航空油液污染物研究热点的基础上,围绕着油液污染物含量对航空液压系统可靠性及寿命的影响这一中心,从降低系统中主要污染物含量出发,以实时检测油液污染物含量、将系统内部与外界环境隔绝、和高效净化系统内主要污染物为技术手段,对油液污染主动控制方法从理论和设计两方面进行了系统研究。针对现有航空地面维护设备存在的主要问题,探讨了航空液压系统中主要污染物含量与液压元件寿命之间的关系,揭示了油液污染主动控制技术对系统中污染物含量的影响。籍此,提出了主动控制方法,并完了创新性的油液污染主动控制系统设计,实现了快速彻底的地面维护,提高了航空液压系统的可靠性和元件寿命。主要研究成果有:(1)系统研究了航空液压系统中主要污染物的来源及其对系统的危害。重点分析了现有研究中未能深入探讨的水、气体和2-5μm直径的固体颗粒污染物在系统中的存在形式,来源和危害。发现系统主要污染物含量的升高会严重降低液压系统的可靠性和元件寿命;揭示了水、气体和2-5μm直径的固体颗粒是影响航空液压系统寿命的主要因素,阐明了油液净化技术的主要研究对象。(2)定量分析了系统中污染物的生成速率,建立了系统净化模型和主动控制系统框架。重点分析了系统中主要污染物的生成速率,阐明了对污染物生成速率的忽视是现有地面维护系统净化能力不足的主要原因之一。建立了高污染物生成速率条件下的系统净化模型并计算了系统所需的净化比与设备参数的关系。对比了主要污染物的净化方法,确定了将真空分离法与离心分离法结合的方法能够有效净化系统中污染物。通过将系统维护回路规划为闭式回路,并建立了以闭式弹性油箱和真空离心净化设备为核心的主动控制系统模型。阐明了在降低污染物生成速率的同时提高设备净化能力,是提高液压系统可靠性及寿命的有效手段。(3)设计了油液污染主动控制系统的主要模块并建立了系统模型。基于开式增压油箱的存在的主要问题,设计了闭式弹性油箱,并在系统关键处配置了快速自封接口,来降低外界污染物的侵入速率。分析了污染物在离心场环境下的受力和运行形式,根据净化比等参数计算出了高速真空离心净化设备的关键技术参数。对净化设备进行建模和设计优化,保证其结构强度和净化效率。对主动控制系统进行了整体建模,并通过试制样机进行了地面维护实验。实验表明,相比于现有地面维护设备,油液污染主动控制系统能够更为高效彻底的降低油液中三种主要污染物的含量,有效解决了现有维护设备净化能力不足的问题。(4)设计了污染物检测装置和系统自动控制单元。分析了三种主要污染物的检测方法,并基于自动颗粒计数法和图像采集分析法设计了污染物检测设备。实现了同时对系统中三种污染物含量快速、准确、实时的综合检测。选择自动控制系统的主要元件,绘制了系统原理总图,并按照系统净化流程编写了系统控制程序,实现了系统自动检测,自主运行的功能,降低了现场维护人员的操作难度。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V245.1

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