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)動機燃油控制系統(tǒng)中，燃油柱塞泵(下文簡稱柱塞泵)因其輸出壓力高，便于對燃油量進行控制和結構緊湊等特點而獲得廣泛的應用.目前我國柱塞泵的平均無故障工作時間、壽命周期和效率等性能指標與國外同類產品相比存在較大的差距，除材料等因素外，設計技術落后是重要原因.其中柱塞與斜盤摩擦副的設計是柱塞泵的關鍵技術之一現(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計主要是油膜厚度設計.理論上設計適當?shù)挠湍ず穸龋涂杀ＷC斜盤與滑靴之間為純液體摩擦.油膜厚度不夠會導致滑靴與斜盤潤滑不充分，機械效率下降，且磨損過快，縮短柱塞泵的使用壽命;油膜厚度設計過大則造成很大的泄漏損失.文獻給出了在吸、排油一個周期內滑靴油膜厚度的動態(tài)變化規(guī)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(shù)不僅對滑靴油膜及靜壓潤滑都有一定的影響，而且對上述多個性能指標亦產生影響，所以滑靴油膜厚度設計是一個多變量、多目標優(yōu)化問題.這些優(yōu)化目標之間是一種相互矛盾和競爭的關系且計算公式非線性，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制的隨機化搜索算法，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計通常采用柱塞內腔壓力油通過進油腔直徑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)行端而縫隙流入轉子腔.
對柱塞泵用坐標法，進行運動學參數(shù)分析，可得到球頭的位移、柱塞移動的速度及加速度“關于轉子轉角和斜盤傾角的.復雜計算關系”.
2目標函數(shù)
2. 1摩擦功率損失
柱塞泵工作時，存在于滑靴與斜盤之間的油膜按一定速度流動，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油膜向轉子低壓
腔的持續(xù)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現(xiàn)
以某型柱塞泵為模型，確定好相關參數(shù)的初猜值，如流體密度、動力瓢度、柱塞泵內腔油壓等，再選取特定的設計點做優(yōu)化.在本文中，在一定轉速下，選取一個特定的轉子轉角和斜盤傾角外.作為設計點，則此模型的目標函數(shù)可簡化.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遺傳算法工具箱進行優(yōu)化時，采用最大值作為評價函數(shù)，所以將這3個目標函數(shù)按式(10)線性變換以得到對應的適應度函數(shù)。
4結論
本文基于遺傳算法對柱塞泵的滑靴結構參數(shù)進行了多目標優(yōu)化，得到了以減少摩擦功率損失、泄漏功率損失同時提高容積效率為目標的滑靴結構參數(shù)以及相對應的理想油膜厚度.計算結果表明，滑靴結構參數(shù)優(yōu)化后柱塞泵的多個性能指標比優(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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