2022年, 第46卷, 第3期　刊出日期：2022-03-15

  

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理论研究
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  升降压型液压软开关变压器变压性能及参数特性分析

  杜恒, 韦杰, 林智强, 叶旭均, 陈超凡, 曾李文, 丁建军

  液压与气动. 2022, 46(3): 1-11. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.001

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  基于DC/DC开关变换器中的四开关Buck-boost变换器,引入软开关技术比对设计了四高速开关阀式升/降压型液压软开关变压器。根据反向环流型四开关阀控制方法,设计出同时满足4个高速开关阀实现软开启的启闭时序。在保证惯性管长度满足集总参数模型的前提下,通过建立模型分析液压开关变压器升/降压以及软开关技术在开关变压器中的可行性。仿真结果表明:液压软开关技术大幅降低了液压变压器在高速开关阀阀口启闭时的压力突变,提升了开关变压器的转换效率和负载驱动能力。
工程技术
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  起重机泵阀协同系统模式切换压力冲击研究

  李骞飞, 杨敬, 权龙

  液压与气动. 2022, 46(3): 12-21. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.002

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  现有的起重机泵阀协同压力流量复合液压控制系统,降低了快速大流量时的系统能耗,提高了微动时流量的控制精度;但是该系统在快速模式和微动模式之间切换时,液压缸无杆腔内会产生流量和压力的剧烈波动,原因是电液比例泵和电液比例多路阀的控制不协调。为有效解决这一问题,建立一种泵阀协同压力复合液压控制系统的AMESim和Simulink联合仿真模型,对新的控制策略进行验证,结果显示:改进控制策略后,由快速模式切换到微动模式时,液压缸无杆腔内的压力波动幅度降低17.98%,流量波动幅度降低37.02%,泵的出口压力能够平滑过渡,从快速模式到微动模式液压缸全程跟随误差减少2.12%。
理论研究
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  先导式比例方向阀流热固耦合仿真分析

  王心如, 李世振

  液压与气动. 2022, 46(3): 22-28. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.003

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  比例方向阀是液压系统的基础元件,其性能直接影响系统的整体稳定性。为防止在阀的使用过程中,节流温升导致阀芯发热膨胀,从而出现阀芯卡紧等现象。针对先导式比例方向阀进行流热固耦合仿真分析,对阀的热变形情况进行探究:建立先导式比例方向阀的固体三维模型和流场模型,采用基于CFD的流热固耦合仿真分析方法,分析节流温升使油液温度升高进而导致阀芯阀体变形这一现象,得到阀芯在一定开口、不同压差下,阀芯与阀体的温度场分布和变形情况。为先导式比例方向阀的结构设计或改进提供参考依据。
综合应用
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  泵控缸液压系统全局功率动态匹配图示化监测方法

  张奔奔, 谷立臣, 程冬宏, 李晓远, 薛旭飞

  液压与气动. 2022, 46(3): 29-37. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.004

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  为在线监测液压系统的运行状态及功率匹配信息,识别其在典型工况下的功率匹配关系,以变转速泵控缸液压系统为例,基于多源信息融合思想,提出了李萨如图和功率圆图的动态功率匹配图示化监测方法。基于LabVIEW开发了测控程序进行变工况下的功率软测量,验证并分析了系统的能效特性。结果表明:恒定转速下,系统总效率随负载增大先升高后降低;阶跃加载时,系统存在功率冲击;溢流工况下,系统总效率为0;恒定负载下,系统总效率随转速增大先升高后降低;电机转速与负载相匹配时,可提高系统总效率。李萨如图和功率圆图特征参量可反映系统的功率及运行工况,该方法能够对液压系统的动态变化进行实时监测,为液压系统的功率监测和匹配研究提供了新思路。
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  多路阀结构设计与改进

  周思聪, 张宏, 卢宇, 战东毅, 张瑞轩, 张端政

  液压与气动. 2022, 46(3): 38-44. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.005

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  针对工程实际中多路阀滑阀稳态液动力过大造成稳定性降低且难以准确测量其大小的问题,采用CFD方法,运用Fluent软件对多路阀内部流场进行了仿真模拟,研究不同开度和压力下的稳态液动力特性规律,并通过试验验证仿真的准确性。通过分析压力和流量云图,以降低稳态液动力的峰值及平均值为目标,提出对阀芯结构增设环形凸台的改进方案。通过流场仿真,采用拟合方式对比改进前后液动力大小,发现环形凸台有效降低了液动力峰值40.7%以及整体液动力28.8%。对改进后的阀芯进行试验,仿真与试验相对比误差为7.05%,达到工程实际要求,显著提高了多路阀控制系统的性能和稳定性。
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  类间数据不均衡条件下基于平衡随机森林的轴向柱塞泵故障诊断方法

  姜万录, 马歆宇, 岳毅, 赵亚鹏

  液压与气动. 2022, 46(3): 45-54. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.006

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  针对轴向柱塞泵实际故障诊断中采集到的故障类数据远少于正常类数据的情况,为提升故障分类精确率,提出了一种基于平衡随机森林(Balanced Random Forest,BRF)的轴向柱塞泵故障诊断方法。BRF算法是随机森林(Random Forest,RF)的改进算法,将欠采样方法与RF结合,强化了RF处理非均衡数据的能力。通过开源的UCI数据集对该算法的性能进行了测试,相较于RF以及合成少数类过采样(Synthetic Minority Over-sampling Technique,SMOTE)与RF的组合算法SMOTE-RF,BRF算法在少数类分类精确率方面有所提升。最后,将BRF算法应用于轴向柱塞泵的故障诊断中。结果表明,在类间数据不均衡的条件下,相较于RF及SMOTE-RF算法,BRF算法能够取得更高的故障分类精确率。
理论研究
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  基于油压分析的液压扳手自动判停方法研究

  张伟, 杨其华, 李锐鹏, 刘钢海, 虞文超

  液压与气动. 2022, 46(3): 55-61. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.007

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  为了解决目前液压扳手自动化作业存在的成本高、效率低等问题,通过在ADAMS及AMESim软件中完成对液压扳手及其液压驱动系统的联合仿真,得出泵站在驱动扳手作业过程中输出油压波形变化与螺栓扭矩负载变化的对应规律。设计一种基于液压泵站输出油压曲线波形相关性分析的液压扳手自动化判停算法,实验结果表明,该算法能够实现对单把扳手的准确判停,在多把扳手工作的情况下对初始工作条件加以约束,仍能够实现扳手的准确判停。
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  气力输送流型与压力信号关系研究

  吴林峰, 郭小乐, 周甲伟, 巴涵, 苑智涵

  液压与气动. 2022, 46(3): 62-69. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.008

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  以压缩空气作为介质,在内径为65 mm的管中分别进行稀相与密相气力输送实验,并据此研究了压力信号与流型的关系。通过分析压力信号的波动和功率谱密度,发现压力信号与颗粒输送流型存在密切关联。研究表明:密相气力输送系统压力信号的波动范围和波动标准差均远大于稀相输送;并且密相气力输送系统压力信号的概率密度分布分散,总体呈现典型的正态分布特征;通过分析压力信号的功率谱发现,稀相气力输送系统的压力信号以低频信号为主,而密相气力输送系统的压力信号在高、中、低频段均有分布。
工程技术
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  智能牵引机动力系统功率匹配与自适应控制

  毋本鑫, 施进发, 杨杰, 马军旭, 刘建锋

  液压与气动. 2022, 46(3): 70-79. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.009

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  为使智能牵引机在负载多变条件下动力系统功率匹配,需通过控制液压泵排量调节发动机转速。建立发动机与液压泵仿真模型,采取模糊控制策略制定发动机与液压泵反馈调节控制系统。利用MATLAB/Simulink建立发动机与液压泵动力系统功率匹配控制系统仿真模型,通过设置发动机油门开度、工作负载和发动机目标转速,仿真模拟牵引机实际施工操作。结果表明,在加入模糊控制系统反馈调节后,当油门开度为80%、发动机目标转速为1300 r/min时,发动机转速能稳定在目标转速附近,实现牵引机动力系统功率匹配与自适应控制。
理论研究
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  气动技术为载体的多课程联合综合实验教学改革

  金博雅, 李奇林, 刘凯磊

  液压与气动. 2022, 46(3): 80-85. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.010

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  工程认证背景下,针对当前机械工程学科学生理论联系实际能力较差的问题,提出了以气动技术为载体的多课程联合综合实验教学改革方案,将气动技术、测试技术、电气控制与PLC 3门课程的实验教学内容有机融合,从课程建设理念、课程目标、实验教学内容、考核评价手段等方面重新构建了综合实验教学体系。以项目为导向,培养学生工程知识、复杂工程设计/开发解决方案、运用理论对复杂工程问题进行研究以及团队协作等四个方面的综合能力。教学改革运行近两年来效果良好,在人才培养方面取得了一系列成果,为工程认证背景下的实验教学改革提供了实践经验。
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  内啮合齿轮泵齿轮端面平面度对出口压力脉动的影响

  杜睿龙, 袁海辉, 周华, 顾建军, 赵明国

  液压与气动. 2022, 46(3): 86-90. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.011

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  传统理论分析认为,内啮合泵的出口压力脉动频谱主要集中在齿轮轴的齿数与转速乘积的倍频处,通常处于高频段且幅值较小。然而,在实际工程中发现,泵的出口压力脉动频谱往往在低频段存在较大的幅值,导致了脉动的大幅上升。建立内啮合泵出口压力脉动的集中参数模型,模型考虑了齿轮副的端面平面度误差,进而研究端面平面度误差对泵的内泄漏量及压力脉动的影响。分析结果指出,泵的出口压力脉动包括“小波”和“大波”两种脉动成分;其中,“小波”成分符合传统理论分析,而“大波”成分集中在低频段且主要由齿轮副的端面平面度误差引起。通过对泵出口压力脉动进行试验,这两种脉动成分得到了验证。
综合应用
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  压力容器自动排气阀工作性能分析及优化

  杨运, 张建明, 李道朋, 傅波

  液压与气动. 2022, 46(3): 91-101. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.012

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  排气阀作为压力容器中的一个重要部件,其工作性能的可靠性直接影响着整机的工作质量。基于流体力学的基本方程,对一种新型自动排气阀的浮子受力情况进行了分析,计算了满足浮子动作要求的浮子阀座的临界间隙,分析了不同的入口流量、浮子高度、浮子壁厚和阀座内径对临界间隙的影响。应用Fluent对自动排气阀进行了流场仿真分析,获得了阀体内的流速、压力分布及浮子受力状况。针对仿真结果对浮子结构进行了优化,并对优化后的浮子受力情况和临界间隙进行了分析计算,再次仿真的结果表明,优化后的自动排气阀有着更好的工作性能,提高了设备运行的可靠性。
工程技术
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  燃油泵滑动轴承浮动特性影响因素分析

  李侃, 司国雷, 王嘉磊, 陈君辉, 康柯

  液压与气动. 2022, 46(3): 102-113. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.013

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  燃油泵滑动轴承的浮动特性直接影响燃油泵的容积效率,针对现有某型号用燃油泵滑动轴承在浮动过程中存在的偏磨现象,通过卸荷槽、引油孔、负载压力、滑动轴承内孔等对滑动轴承浮动特性的影响进行理论及多维度批量仿真分析。结果表明,卸荷槽及滑动轴承内孔直径在不同配置条件下对滑动轴承的浮动特性影响较小;引油孔的位置位于节圆附近较为合适,且半径在0.6～1.2 mm之间,数据可为进一步优化燃油泵的性能做理论参考。
理论研究
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  转速对旋转式唇形密封接触性能参数的影响

  江华生, 王庆泉

  液压与气动. 2022, 46(3): 114-119. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.014

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  为研究转速对旋转式唇形密封圈接触性能参数的影响规律,采用ANSYS软件建立唇形密封圈在旋转离心力作用下的有限元模型,求解唇形密封圈的应力应变和接触性能参数。结果表明,在研究的密封圈转速范围内,密封圈的应力应变集中作用在其腰部结构和唇口部位;随着转速的增加,密封圈接触宽度、接触压力最大值和径向力等接触性能参数呈现非线性减小,接触压力的分布形状从非对称性逐步转变为对称性。研究结果可为旋转式唇形密封圈脱开转速的工程设计提供理论参考。
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  活塞导向长度对油气悬架减振性能的影响

  索雪峰, 焦生杰, 张泽宇, 王刚锋, 刘思濛

  液压与气动. 2022, 46(3): 120-127. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.015

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  烛式油气悬架兼有主销的作用,所以通常具有2°～5°的安装内倾角,内倾角会造成油气缸承受横向力的作用,从而增大缸筒和活塞之间的摩擦力。摩擦力增大会影响油气缸的减振性和车辆乘坐舒适性,严重时会造成油气缸“摩擦锁死”现象,使油气缸失去减振能力。以某矿用自卸车的烛式油气悬架为研究对象,通过理论分析了缸筒和活塞之间摩擦力的影响因素,得出了延长活塞导向长度可以减小缸筒和活塞之间摩擦力的结论。通过装载试验和矿区路面行驶试验对比了导向长度分别为0.10, 0.15, 0.20 m时,油气缸的减振能力和车辆乘坐舒适性。结果表明:其他参数不变,当活塞导向长度由0.10 m增加至0.20 m时,油气缸的振动传递率由0.65变为0.47,油气缸的减振能力提高了27.7%;整车的总加权加速度均方根值从1.06 m/s² 下降到0.72 m/s²,车辆乘坐舒适性明显提高。
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  高压氢气减压器内部流场仿真分析

  陈昌佩, 董庆兵, 杜建勋

  液压与气动. 2022, 46(3): 128-137. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.016

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  氢气减压器是氢燃料电池汽车的关键部位,随着氢燃料电池汽车续航里程要求的提高,氢气减压器的工作压力相应增大,传统的减压器难以满足使用要求。针对上述问题,研究了一种适用于70 MPa氢气压力的两级减压器,利用Fluent软件对其内部流场进行三维仿真模拟,通过研究不同阀门开口量大小来分析流体压力场、速度场、温度场的分布以及流量、能耗的变化。仿真结果表明,氢气减压器在较高的工作压力下可以实现大压力比减压,确定了高速低温区域,为后续改进结构、优化参数提供参考依据。
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  给水泵最小流量循环阀结构设计及数值模拟

  那腾及, 孙长青, 郝春, 张小辉

  液压与气动. 2022, 46(3): 138-144. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.017

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  最小流量循环阀是保护给水泵安全运行的重要流量控制部件。通过对两种迷宫流道以及两种最小流量循环阀整体模型进行模拟分析和对比,检验了不同流道通流面积和不同流道数量对其性能的影响。结果表明,迷宫盘降压结构具有良好的压降控速效果,可以有效避免汽蚀现象的产生;采用12流道迷宫盘降压结构的最小流量循环阀的综合性能更优,压力分布更为均匀,压降效果更好,且具有良好的通流能力。研究结果可以为最小流量循环阀或同类产品的研发提供一定参考。
综合应用
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  双缸变幅系统的防偏载研究

  赵燕, 芦敏, 马苏常

  液压与气动. 2022, 46(3): 145-150. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.018

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  针对双缸变幅系统在变幅下落时两侧油缸无杆腔压力存在偏差,即负载向一侧油缸偏载的问题,以某款消防车的变幅系统为载体进行防偏载技术研究,找出导致双缸偏载的根源,并提出改进方案。结合测试数据及电液系统参数,采用联合仿真方法,搭建双缸变幅机电液系统仿真模型,优化了改进方案。仿真结果和整机测试数据均表明:采用防偏载阀并合理设置其调定压力,能有效降低变幅下落时两侧油缸压力偏差幅值,防偏载效果显著。
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  航天高压氦气节流效应分析

  李少辉, 文小平, 郭珣, 樊蕾, 刘照智

  液压与气动. 2022, 46(3): 151-157. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.019

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  通过经典气体状态方程和经验公式法推导计算了航天高压氦气节流过程的焦耳-汤姆逊系数,并将计算与实验结果进行了对比。计算结果表明:航天领域高压氦气在节流过程中产生热效应,经典VDW和R-K气体状态方程计算氦气焦耳-汤姆逊系数误差较大,经验公式法计算氦气焦耳-汤姆逊系数精度较高;根据氦气焦耳-汤姆逊系数经验公式,积分求解了氦气节流温升,获得了较高计算精度。
工程技术
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  盾构推进液压系统节能技术分析与验证

  张新伟, 巩启

  液压与气动. 2022, 46(3): 158-164. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.020

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  为解决盾构推进液压系统能耗高的问题,以常见的“泵控调速+阀控调压”与“阀控调速+阀控调压”两种控制系统为研究对象,对其工作原理进行详细地说明;通过理论和仿真对比分析两种推进系统的节能效果,得出“泵控调速+阀控调压”推进系统相对于“阀控调速+阀控调压”的节能比达到30%~40%,其推进系统节能效果更明显;最后通过工程应用对理论和仿真结果进行验证,为盾构机节能技术的研究提供一定参考依据。
理论研究
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  喷嘴性能试验器液压系统设计与仿真

  刘帅, 王野牧, 张靖雨

  液压与气动. 2022, 46(3): 165-171. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.021

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  航空发动机喷嘴作为整个发动机的重要部件,其性能关乎整个发动机的性能与使用寿命。为满足企业对喷嘴检修设备的需求,达到喷嘴检修时喷射、雾化的前提条件,设计了喷嘴性能试验器的液压系统,并着重对其压力控制系统进行分析;使用AMESim软件搭建伺服阀及压力控制系统的模型。对模型仿真分析的结果表明,在该类小流量、负载敏感的液压系统中,加入辅助喷嘴、蓄能器能提高压力稳态的控制精度。根据试验器压力控制系统的测试结果,使用积分分离PID校正后的液压系统,其压力控制精度在±0.01 MPa范围内,满足研制指标需求。
综合应用
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  螺旋杆式冰雹颗粒连续投放机构设计及计算分析

  王欢, 孙科, 丁旭

  液压与气动. 2022, 46(3): 172-179. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.022

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  航空发动机需进行连续吸雹试验考核,针对持续投放大量冰雹问题,设计了一种螺旋杆输送机与压缩空气输送冰雹结合的连续冰雹抛射装置。使用离散单元法及计算流体力学耦合计算方法对冰雹在螺旋叶片空间及等截面摩擦管流中的运动过程计算模拟,分析得到冰雹运动及加速过程原理,冰雹在压缩空气拖曳力作用下逐渐加速运动。对该螺旋输送机,进行不同运转转速条件下的计算模拟,结果显示,在螺旋叶片转速为50~140 r/min范围内,冰雹输送流量随着转速的增加而增加,可实现冰雹投放量在0.26~0.67 kg/s 范围内调节。
理论研究
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  不同类型跑道对刹车蓄压器容积尺寸需求影响

  杨鹏

  液压与气动. 2022, 46(3): 180-188. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.03.023

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  民用飞机对安全性的要求非常高,尤其是刹车系统,需要能够在各种类型的目标跑道上安全地刹停飞机。飞机刹车系统一般配有蓄压器作为液压能源系统的补充,提供长时间停留刹车能力,还可以提高刹车时的安全性。介绍了民用飞机为了在不同类型跑道上安全着陆,对刹车蓄压器的容积尺寸提出的需求,仿真分析了在不同类型跑道着陆时对刹车蓄压器尺寸的影响关系。结果表明,冰跑道着陆对刹车蓄压器容积尺寸需求最大。