航空燃油柱塞泵滑靴油膜的多目標優化設計的分析論文

航空發動機燃油控制系統中，燃油柱塞泵(下文簡稱柱塞泵)因其輸出壓力高，便於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、壽命週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，設計技術落後是重要原因.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.理論上設計適當的.油膜厚度，就可保證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、排油一個週期內滑靴油膜厚度的動態變化規律，以及合理的油膜厚度計算公式，並可藉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、多目標優化問題.這些優化目標之間是一種相互矛盾和競爭的關係且計算公式非線性，採用一般的方法很難得到滿意解.在眾多優化算法中，遺傳算法對此具有顯著的優越性.遺傳算法借鑑生物界自然選擇和遺傳機制的隨機化搜索算法，搜索不依賴於梯度信息，尤其適用於處理傳統搜索方法難以解決的複雜和非線性問題同.

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採用柱塞內腔壓力油通過進油腔直徑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間的環行端而縫隙流入轉子腔.

對柱塞泵用座標法，進行運動學參數分析，可得到球頭的位移、柱塞移動的速度及加速度“關於轉子轉角和斜盤傾角的複雜計算關係”.

2目標函數

2. 1摩擦功率損失

柱塞泵工作時，存在於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

以某型柱塞泵為模型，確定好相關參數的初猜值，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可簡化.優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儘可能大，並求得對應的理想油膜厚度.採用MATLAB遺傳算法工具箱進行優化時，採用最大值作為評價函數，所以將這3個目標函數按式(10)線性變換以得到對應的適應度函數。

4結論

本文基於遺傳算法對柱塞泵的滑靴結構參數進行了多目標優化，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，滑靴結構參數優化後柱塞泵的多個性能指標比優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化設計有指導性意義.