引言

伺服作動(dòng)器在航空工業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色,廣泛應(yīng)用于飛機(jī)導(dǎo)葉、舵面、起落架等關(guān)鍵部位的調(diào)節(jié)[1]?；谛聲r(shí)代對(duì)航空元件的高性能要求,伺服作動(dòng)器元件的研究也正向數(shù)字化轉(zhuǎn)型[2]。仿真是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ),建模是用數(shù)字化手段將真實(shí)產(chǎn)品等效復(fù)現(xiàn)的過(guò)程[3],為了保障后續(xù)基于該仿真模型的分析結(jié)果具有可靠性,需要對(duì)模型的輸出結(jié)果進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)證。

常規(guī)的模型驗(yàn)證大多采用精度驗(yàn)證的方法,即計(jì)算模型的輸出結(jié)果與實(shí)際情況的偏差[4]。但隨著仿真模型的復(fù)雜程度增加,以及航空伺服作動(dòng)器的實(shí)際工況復(fù)雜性加劇,僅通過(guò)單一的輸出指標(biāo)比對(duì)驗(yàn)證已經(jīng)不能準(zhǔn)確評(píng)估仿真模型的可靠性[5]。為了更系統(tǒng)、全面地評(píng)估仿真模型輸出結(jié)果的可信程度,學(xué)者們提出了仿真系統(tǒng)可信度評(píng)估的概念[6]。可信度評(píng)估是指對(duì)模型或模型輸出結(jié)果是否可信以及可信程度進(jìn)行分析、計(jì)算和評(píng)價(jià)[7],在靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)輸出上評(píng)估模型對(duì)原型系統(tǒng)的復(fù)現(xiàn)程度[8]。

國(guó)外自20世紀(jì)50年代末開始對(duì)仿真可信度評(píng)估方法進(jìn)行研究,隨著仿真對(duì)象的復(fù)雜化以及用戶對(duì)仿真系統(tǒng)應(yīng)用要求的提高,相關(guān)學(xué)者針對(duì)具有不確定性影響[9]、多元靜態(tài)輸出變量[10],以及多子模型構(gòu)成的復(fù)雜仿真模型[11]的結(jié)果驗(yàn)證問(wèn)題進(jìn)行了研究,

美國(guó)sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的0berkampf對(duì)復(fù)雜仿真系統(tǒng)結(jié)果驗(yàn)證問(wèn)題進(jìn)行研究,提出了基于區(qū)間估計(jì)[12]、概率分布差異[13]的驗(yàn)證方法等。

在將可信度評(píng)估概念引入具體研究對(duì)象的模型評(píng)估過(guò)程中,也有部分學(xué)者展開了相關(guān)研究。陳紅兵等[14]針對(duì)運(yùn)載器電液伺服機(jī)構(gòu)的仿真模型,以單機(jī)性能測(cè)試、半實(shí)物仿真和外場(chǎng)試驗(yàn)等多種數(shù)據(jù)源為評(píng)估樣本,通過(guò)秩和檢驗(yàn)、TIC系數(shù)、譜估計(jì)等方法完成了模型可信度評(píng)估。馬贊等[15]提出了一種航空電子系統(tǒng)仿真模型可信度評(píng)估方法,分析航空電子系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),構(gòu)建系統(tǒng)可信度模型,評(píng)估定性指標(biāo)可信度、可信度指標(biāo)主觀權(quán)重值、可信度指標(biāo)客觀權(quán)重值以完成可信度評(píng)估。

可信度評(píng)估概念逐漸成熟,并且其在模型評(píng)估上的應(yīng)用也驗(yàn)證了可信度評(píng)估的可靠性和必要性。但目前針對(duì)航空伺服作動(dòng)器這類結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工況復(fù)雜、性能要求復(fù)雜的對(duì)象的性能仿真模型可信度評(píng)估研究仍存在空白,尚未形成可靠的、系統(tǒng)性的評(píng)估方法。

因此,本文從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源設(shè)計(jì)到仿真模型驗(yàn)證設(shè)計(jì),提出了一種仿真模型可信度評(píng)估方法,保證模型評(píng)估的試驗(yàn)工況全面性以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的典型性、可靠性,最后基于對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的置信區(qū)間計(jì)算,量化評(píng)估仿真結(jié)果具備的可信度。采用本文所提的模型可信度評(píng)估方法,有利于更好地解釋、改進(jìn)仿真模型,推動(dòng)航空元件數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程。

1伺服作動(dòng)器功能原理分析

1.1作動(dòng)器組成與工作原理分析

用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)的液壓伺服作動(dòng)器主要包含兩個(gè)伺服閥、轉(zhuǎn)換電磁閥、轉(zhuǎn)換活門、作動(dòng)筒等關(guān)鍵元件。其工作原理如圖1所示,作動(dòng)器的進(jìn)油口接通高壓燃油,回油口接通低壓燃油,在主控伺服閥或備用伺服閥的調(diào)控下,燃油經(jīng)轉(zhuǎn)換活門供給作動(dòng)筒,并將作動(dòng)筒的位置信號(hào)反饋給伺服閥的控制端,形成位置伺服控制閉環(huán),依據(jù)給定的期望位置信號(hào)調(diào)定作動(dòng)筒的輸出位置;同時(shí),進(jìn)油口接通轉(zhuǎn)換電磁閥,通過(guò)電磁閥的通斷控制轉(zhuǎn)換活門的工作位置,以此控制作動(dòng)筒的兩腔接通主控伺服閥或備用伺服閥,實(shí)現(xiàn)主備份切換功能。

1.2作動(dòng)器工況分析

該伺服作動(dòng)器主要用于調(diào)節(jié)壓力機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉的角度,使進(jìn)入壓力機(jī)的氣流更平穩(wěn)。由某航班的起飛、爬升、巡航、降落等多個(gè)階段導(dǎo)葉調(diào)節(jié)情況的數(shù)據(jù)記錄可知,多數(shù)情況下伺服作動(dòng)器工作時(shí)常處于某一伸出位置上,并在該位置附近做小幅不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)[16]。每一位置上作動(dòng)器的伸出位置變化幅度不超過(guò)3%,且位置調(diào)整的頻率在起飛、爬升、降落階段較大,但調(diào)整幅度較小;在巡航階段環(huán)境變化較大,作動(dòng)器伸出位置的調(diào)節(jié)幅度較大,但調(diào)節(jié)頻率較小。

該伺服作動(dòng)器的性能極為關(guān)鍵,其極大地影響了導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)能力,對(duì)壓氣機(jī)壓縮過(guò)程控制甚至發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能均有較大影響。依據(jù)上述對(duì)其工作狀

態(tài)的分析可知,伺服作動(dòng)器需要保證準(zhǔn)確、快速地實(shí)現(xiàn)指定的動(dòng)作指令,同時(shí)由于伺服作動(dòng)器推動(dòng)導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)導(dǎo)葉實(shí)現(xiàn)角度的調(diào)節(jié),因此同樣需要確保伺服作動(dòng)器在負(fù)載情況下對(duì)指令的跟隨精度。

由此可知,伺服作動(dòng)器的主要工況是在某一位置附近的高頻、小幅往復(fù)運(yùn)動(dòng),其關(guān)鍵性能指標(biāo)在于其對(duì)信號(hào)的快速響應(yīng)以及負(fù)載情況下對(duì)信號(hào)的跟蹤精度。

2作動(dòng)器性能仿真模型

基于對(duì)伺服作動(dòng)器功能原理的分析,以及其結(jié)構(gòu)參數(shù)、物理屬性、負(fù)載等因素,可搭建伺服作動(dòng)器的性能仿真模型。根據(jù)負(fù)載特性以摩擦力等效代替負(fù)載,并考慮了油液彈性模量非線性變化、管路內(nèi)的損耗、伺服閥零位偏移等因素,根據(jù)其影響機(jī)制用數(shù)學(xué)模型等效為可變彈簧和阻尼施加在作動(dòng)筒的執(zhí)行端;同時(shí),將作動(dòng)器全部管路元件集中在一起,與環(huán)境間通過(guò)熱對(duì)流和熱輻射的方式進(jìn)行熱交換。最終,搭建的性能仿真模型如圖2所示。

3模型可信度評(píng)估方法

基于上述方法完成了對(duì)航空伺服作動(dòng)器產(chǎn)品的性能仿真模型搭建過(guò)程。為深入了解模型在不同情境下的表現(xiàn),更好地理解模型的潛在局限性,需要對(duì)模型進(jìn)行可信度評(píng)估,確保模型結(jié)果的可靠性。

3.1數(shù)據(jù)來(lái)源

對(duì)模型的可信度評(píng)估主要依托于試驗(yàn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性決定了模型可信度評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此,可信度評(píng)估方法設(shè)計(jì)需要從數(shù)據(jù)來(lái)源開始展開,分別從試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

模型的可信度評(píng)估需要保證試驗(yàn)覆蓋伺服作動(dòng)器在不同工況下的運(yùn)行情況,因此需要設(shè)計(jì)試驗(yàn)涵蓋伺服作動(dòng)器的典型工況,并選擇合適的性能指標(biāo)作為評(píng)價(jià)目標(biāo),保證其能代表飛機(jī)對(duì)該作動(dòng)器的功能需求。

據(jù)伺服作動(dòng)器的工況分析可知,伺服作動(dòng)器為液壓元件,需要保證一定的供/回油壓力、溫度,其中供油壓力(21±0.5)Mpa,回油壓力范圍0.037~0.39 Mpa,油液溫度范圍—40~150℃。同時(shí)考慮伺服作動(dòng)器安裝在飛機(jī)上隨飛行工況變化,其所處的環(huán)境溫度較常規(guī)環(huán)境溫度有較大差異,需要構(gòu)建環(huán)境艙保證伺服作動(dòng)器的環(huán)境工況與真實(shí)工作環(huán)境相近,其中環(huán)境溫度范圍—55~176℃,環(huán)境壓力范圍0.002 55~0.248 Mpa。且伺服作動(dòng)器的執(zhí)行端連接有負(fù)載,最大負(fù)載7 000 N,負(fù)載方向與作動(dòng)筒運(yùn)動(dòng)方向相反。

基于此,采用如圖3所示的伺服作動(dòng)器綜合試驗(yàn)臺(tái),測(cè)試不同工況下伺服作動(dòng)器的性能表現(xiàn)。將伺服作動(dòng)器安裝在環(huán)境箱內(nèi),基于環(huán)境高低溫系統(tǒng)控制伺服作動(dòng)器的環(huán)境工況條件,環(huán)境溫度最大變化率20℃/s。伺服作動(dòng)器的執(zhí)行端與加載作動(dòng)筒相對(duì)安裝,通過(guò)油液加載系統(tǒng)控制其負(fù)載大小。同時(shí)由燃油高低溫系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)控制伺服作動(dòng)器的油液壓力和油液溫度等條件,油液溫度最大變化率30℃/s?；跍y(cè)控系統(tǒng)采集伺服作動(dòng)器的位置信號(hào),分辨率達(dá)0.01 mm。該試驗(yàn)臺(tái)可對(duì)伺服作動(dòng)器工作中的關(guān)鍵工況條件進(jìn)行精確模擬,保證試驗(yàn)的全面性、可靠性。

3.1.2數(shù)據(jù)采集

伺服作動(dòng)器為位置閉環(huán)控制系統(tǒng),工作中隨不同的控制信號(hào)運(yùn)動(dòng)至指定位置,因此該伺服作動(dòng)器性能仿真模型需滿足以下要求:其隨不同控制信號(hào)運(yùn)動(dòng)的位置精確度以及對(duì)突變信號(hào)的響應(yīng)速度兩項(xiàng)指標(biāo)與伺服作動(dòng)器在實(shí)際工作中的表現(xiàn)一致。因此,設(shè)計(jì)兩項(xiàng)試驗(yàn)—斜坡響應(yīng)試驗(yàn)和階躍響應(yīng)試驗(yàn),從兩個(gè)角度解析該伺服作動(dòng)器的性能表現(xiàn)。

斜坡響應(yīng)試驗(yàn)中,給定線性變化的控制信號(hào),使伺服作動(dòng)器在全縮回和全伸出兩個(gè)極限位置間勻速運(yùn)動(dòng),并且給定其最大負(fù)載,記錄伺服作動(dòng)器的實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置與控制信號(hào)期望的位置間的誤差,記為跟蹤誤差。伺服作動(dòng)器的全行程為43 mm,單程運(yùn)動(dòng)總時(shí)長(zhǎng)0.65 S。階躍響應(yīng)試驗(yàn)中,給定4 mm的階躍信號(hào),記錄給定信號(hào)至伺服作動(dòng)器達(dá)到穩(wěn)定的全運(yùn)動(dòng)過(guò)程,其中當(dāng)實(shí)際位置與期望信號(hào)間的偏差小于階躍行程的1%即視為達(dá)到穩(wěn)定。為保證試驗(yàn)精度,每組試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行20次以上,且保證每次試驗(yàn)的試驗(yàn)條件差異不超過(guò)1%。

基于上述方法保證采集的數(shù)據(jù)具有典型性,可代表伺服作動(dòng)器的主要性能需求。

3.1.3數(shù)據(jù)處理

斜坡響應(yīng)和階躍響應(yīng)全過(guò)程的數(shù)據(jù)較多,為便于數(shù)據(jù)處理和評(píng)估分析,對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行劃分。

斜坡響應(yīng)試驗(yàn)過(guò)程中選取給定斜坡信號(hào)后的0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 S為測(cè)量點(diǎn),分別記錄上述測(cè)量點(diǎn)處的跟蹤誤差。

階躍響應(yīng)試驗(yàn)選取給定信號(hào)后的0.04、0.05、0.06、0.075 S為測(cè)量點(diǎn),分別提取上述測(cè)量點(diǎn)上的作動(dòng)筒伸出位置。為便于觀察階躍響應(yīng)過(guò)程規(guī)律,對(duì)階躍響應(yīng)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一量綱處理,根據(jù)式(1)計(jì)算每一時(shí)間點(diǎn)上作動(dòng)器的相對(duì)伸出位置δ:

基于上述過(guò)程,分別得到了20組斜坡響應(yīng)試驗(yàn)和階躍響應(yīng)試驗(yàn)過(guò)程中不同時(shí)間點(diǎn)上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。受試驗(yàn)臺(tái)精度、測(cè)量精度、環(huán)境條件等因素影響,試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的分布規(guī)律,反映了實(shí)際系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性。因此,需要對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,使試驗(yàn)數(shù)據(jù)展現(xiàn)更清晰的趨勢(shì)和規(guī)律。

分別對(duì)斜坡響應(yīng)試驗(yàn)和階躍響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。假設(shè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)遵循t—分布規(guī)律,如式(2)所示:

去除試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的異常值,計(jì)算剩余數(shù)據(jù)的樣本均值x、樣本標(biāo)準(zhǔn)差s,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的樣本數(shù)量n查找90%置信水平下t—分布的臨界值tα/2,根據(jù)式(3)分別計(jì)算置信區(qū)間的上限和下限:

基于上述方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)排除隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差等因素,更具有真實(shí)性、可靠性。

3.2模型驗(yàn)證

通過(guò)上述試驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理過(guò)程,得到了斜坡響應(yīng)和階躍響應(yīng)試驗(yàn)中各時(shí)間點(diǎn)上的高可信的數(shù)據(jù)活躍區(qū)間,可基于此展開仿真模型的可信度評(píng)估。

給予仿真模型與試驗(yàn)相同的工況條件,分別提取斜坡響應(yīng)和階躍響應(yīng)兩個(gè)過(guò)程中與試驗(yàn)相同的時(shí)間點(diǎn)上的輸出值。若該仿真數(shù)據(jù)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的置信區(qū)間內(nèi),則表示該仿真結(jié)果具有90%以上的可信度,且仿真結(jié)果與試驗(yàn)的置信區(qū)間越接近,可信度越高。

斜坡響應(yīng)的仿真結(jié)果評(píng)估如圖4所示,由圖可見模型的斜坡響應(yīng)跟蹤誤差均在試驗(yàn)結(jié)果的置信區(qū)間內(nèi),即該模型斜坡響應(yīng)結(jié)果的可信度均達(dá)到90%。進(jìn)一步根據(jù)式(4)分析其可信度具體數(shù)值,最小可信度值在90.03%,平均可信度達(dá)到92.08%。

階躍響應(yīng)伸出行程和縮回行程兩個(gè)方向上的表現(xiàn)差異較大,階躍響應(yīng)仿真結(jié)果評(píng)估如圖5所示。由圖可見仿真模型在各測(cè)量時(shí)間點(diǎn)上的相對(duì)位置也位于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的置信區(qū)間內(nèi),因此模型的階躍響應(yīng)結(jié)果可信度達(dá)到90%。計(jì)算各點(diǎn)的可信度數(shù)值,伸出行程階躍響應(yīng)過(guò)程的最小可信度在90.96%,平均可信度達(dá)到93.18%;縮回行程的最小可信度在91.04%,平均可信度達(dá)到96.72%。

3.3模型可信度評(píng)估結(jié)果

進(jìn)一步分析總結(jié)上述斜坡響應(yīng)和階躍響應(yīng)兩個(gè)試驗(yàn)的模型可信度評(píng)估結(jié)果,整體上該仿真模型對(duì)伺服作動(dòng)器在典型工況下性能表現(xiàn)的模擬結(jié)果可信

度達(dá)到90%。但斜坡響應(yīng)的平均可信度達(dá)到92%,階躍響應(yīng)兩個(gè)行程方向上的平均可信度分別達(dá)到93%、96%,由此可知,該性能仿真模型能較好地表達(dá)伺服作動(dòng)器在面對(duì)突變的控制信號(hào)時(shí)的性能表現(xiàn),但該模型在表達(dá)伺服作動(dòng)器大負(fù)載工況下隨變化的控制信號(hào)達(dá)到指定位置的跟隨能力方面較弱。因此,在后續(xù)可著重從該方向著手展開模型優(yōu)化,對(duì)模型進(jìn)一步修正完善,提高模型精度和可信度。

4參數(shù)影響分析

基于該伺服作動(dòng)器性能仿真模型可進(jìn)一步展開系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)影響分析?？紤]伺服作動(dòng)器參數(shù)匹配設(shè)計(jì)中,伺服閥額定流量和作動(dòng)筒元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù),因此重點(diǎn)對(duì)該參數(shù)展開性能影響分析。

4.1伺服閥額定流量影響分析

主控伺服閥的額定流量為23.4 L/min,備用伺服閥的額定流量為24.7 L/min,因此選取伺服閥的額定流量范圍為15~35 L/min展開分析?？紤]斜坡響應(yīng)跟蹤誤差在各測(cè)量點(diǎn)上的波動(dòng)幅度較小,因此以平均跟蹤誤差為評(píng)價(jià)指標(biāo)。伺服閥額定流量對(duì)平均跟蹤誤差的影響規(guī)律如圖6所示。

由圖6可見,當(dāng)伺服閥的額定流量增大時(shí),平均跟蹤誤差隨之減小,且減小的趨勢(shì)逐漸減緩。額定流量從15 L/min變化至35 L/min,伸出行程的平均跟蹤誤差由1.850 mm減小至0.830 mm,縮回行程的平均跟蹤誤差由3.164 mm減小至1.424 mm。

進(jìn)一步分析伺服閥額定流量對(duì)階躍響應(yīng)過(guò)程的影響規(guī)律,考慮階躍響應(yīng)過(guò)程主要體現(xiàn)伺服作動(dòng)器對(duì)突發(fā)信號(hào)的響應(yīng)速度,因此以調(diào)整時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo),即記錄從階躍信號(hào)施加后至伺服作動(dòng)器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所用的時(shí)間。伺服閥額定流量對(duì)階躍響應(yīng)調(diào)整時(shí)間的影響規(guī)律如圖7所示。

由圖7可見,當(dāng)伺服閥的額定流量增大時(shí),作動(dòng)器伸出和縮回兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上的調(diào)整時(shí)間均減小。額定流量從15 L/min變化至35 L/min,在伸出行程中,調(diào)整時(shí)間由90 ms減小至29 ms;縮回行程中,調(diào)整時(shí)間由71 ms減小至32 ms。

據(jù)此可提出伺服作動(dòng)器的性能優(yōu)化方向建議:額定流量越大越利于提升其性能指標(biāo),但當(dāng)額定流量大于25 L/min時(shí)對(duì)系統(tǒng)的性能提升減弱,因此推薦伺服閥額定流量在25 L/min左右。

4.2作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)參數(shù)影響分析

由于桿占據(jù)有桿腔的部分空間,導(dǎo)致有桿腔和無(wú)桿腔的作用面積存在差異,該面積差影響了伺服作動(dòng)器的負(fù)載能力,是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中為了保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等,作動(dòng)筒的桿徑和筒徑間保持固定的尺寸比例不變,約0.5。因此,以作動(dòng)筒兩腔間的面積差為變量,分析作動(dòng)筒兩腔面積差在194~498 mm2范圍變化對(duì)伺服作動(dòng)器輸出性能的影響規(guī)律。

其中,隨兩腔面積差變化,伺服作動(dòng)器的斜坡響應(yīng)平均跟蹤誤差變化規(guī)律如圖8所示。

由圖8可見,隨作動(dòng)筒兩腔的面積差增大,系統(tǒng)的跟蹤誤差也在增大。面積差由194 mm2增至498 mm2,伸出行程的跟蹤誤差由1.010 mm變化至1.600 mm;縮回行程的跟蹤誤差由2.135 mm變化至2.726 mm,其中面積差232 mm2、筒徑33 mm、桿徑17 mm時(shí),跟蹤誤差最小,為1.988 mm。

隨兩腔面積差變化,伺服作動(dòng)器的階躍響應(yīng)調(diào)整時(shí)間變化規(guī)律如圖9所示。

由圖9可見,伸出行程和縮回行程的調(diào)整時(shí)間相差較小。桿徑大于19 mm、筒徑大于35 mm、面積差大于270 mm2時(shí),隨作動(dòng)筒面積差的增大,調(diào)整時(shí)間增加,伸出行程的調(diào)整時(shí)間由26.5 ms增大至71.1 ms,縮回行程的調(diào)整時(shí)間由27.4 ms增大至69 ms;小于該面積差時(shí),隨作動(dòng)筒面積差減小,調(diào)整時(shí)間增加,伸出行程的調(diào)整時(shí)間由32 ms減小至26.5 ms,縮回行程的調(diào)整時(shí)間由36 ms減小至27.4 ms。

據(jù)分析,面積差的存在使作動(dòng)筒兩腔間的推力存在差異,面積差越大其不平衡力越大,伺服作動(dòng)器的性能表現(xiàn)越差。因此,在伺服作動(dòng)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中可適當(dāng)減小兩腔間的面積差。但由于面積差減小會(huì)使系統(tǒng)的負(fù)載能力減弱,因此面積差不宜過(guò)小,該伺服作動(dòng)器的最佳面積差推薦為270 mm2,此時(shí)筒徑為35 mm,活塞桿直徑為19 mm。

5結(jié)論

本文針對(duì)航空伺服作動(dòng)器的性能仿真模型評(píng)估問(wèn)題,提出了一套可信度評(píng)估方法,通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)源設(shè)計(jì)保證試驗(yàn)工況全面性以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的典型性、可靠性,并基于區(qū)間估計(jì)法計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)的置信區(qū)間,完成模型驗(yàn)證過(guò)程。該方法有助于更全面、可靠地評(píng)估仿真模型輸出結(jié)果的可信度,利于基于該模型開展優(yōu)化分析工作。本文結(jié)論如下:

1)本文提出了一套模型可信度評(píng)估方法,包括試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及模型驗(yàn)證等過(guò)程,基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的置信區(qū)間計(jì)算,評(píng)估仿真結(jié)果的可信度水平。

2)得到了伺服閥額定流量和作動(dòng)筒兩腔面積差等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)性能的影響規(guī)律。其中額定流量越大,伺服作動(dòng)器性能越佳;面積差越小,伺服作動(dòng)器性能越佳,但過(guò)小會(huì)導(dǎo)致其負(fù)載能力下降。