帶你了解飛機上的液壓系統(tǒng)
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  航空工業(yè)隨著液壓技術(shù)的迅速發(fā)展得到廣泛的應(yīng)用,在現(xiàn)代飛機的操作系統(tǒng)及發(fā)動機的供油量控制中普遍采用了液壓系統(tǒng)
    機的操作系統(tǒng)主要有如下液壓系統(tǒng):
    箱空氣增壓系統(tǒng)、主供壓系統(tǒng)、應(yīng)急供壓系統(tǒng)、起落架收放系統(tǒng)、襟翼收放系統(tǒng)、前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)、主輪剎車系統(tǒng)、風(fēng)檔雨刷刮水系統(tǒng)、電源恒速裝置液壓系統(tǒng)、進氣整流錐和可調(diào)斜板液壓系統(tǒng)以及發(fā)動機供燃油系統(tǒng),發(fā)動機滑油液壓系統(tǒng)、尾噴口控制液壓系統(tǒng)。另外,供油量控制采用機械與液壓系統(tǒng)進行控制是成熟可靠的。
    當(dāng)電機處于滑跑、起飛、加速、升降等各種工況時,需采用機械液壓控制系統(tǒng)來改變動力裝置的推力以滿足飛行中的不同需要。如飛機發(fā)動機輸出功率大幅度變化時,供油量將成倍變化在這種供油量的變化的情況下,液壓系統(tǒng)需滿足起動、加速、加力、減速等過渡過程的控制要求,以保證動力裝置不出現(xiàn)超轉(zhuǎn)、超載、過熱、喘振和熄火等,既能穩(wěn)定、又能可靠地工作。
    現(xiàn)代航空中所用的液壓系統(tǒng)的特點是高溫、高壓、高精度、振動大、大流量及多裕度、集成化和小型化等,這些必將增大管路元件的載荷,增加系統(tǒng)油液滲漏的可能性。飛機液壓系統(tǒng)的工作液,普遍應(yīng)用潤滑性良好的礦物油與合成油。
飛機液壓系統(tǒng)的發(fā)展,不僅要求組成系統(tǒng)的各元件滿足靜態(tài)特性的指標(biāo),也要滿足動態(tài)特性的指標(biāo)。其目的是保證飛機飛行的安全性及可靠性。
4.20.1飛機液壓操作系統(tǒng)
    在大型客機上單靠入力是不町能直接操作動翼的,在操縱系統(tǒng)和起落架裝置中都使用了液壓裝置。動翼的操縱要求能正確而迅速地響應(yīng),以便細微地控制機身的姿勢。起落架則要求把重約3t的東西收放自如。圖4.20-1為波音747飛機的外形圖。
4.20-1波音747飛機的外形圖
  1-發(fā)動機2-副翼3-方向舵
  4-升降舵5-襟翼6-阻流板
    (1)結(jié)構(gòu)和液壓回路
整個液壓系統(tǒng)由四個獨立的系統(tǒng)構(gòu)成,按發(fā)動機的序號依次稱為No.1至No.4系統(tǒng)。以No.1系統(tǒng)為例見圖4.20-2。為了防止泵的氣蝕,始終向油箱中加壓到約300kPa。在發(fā)動機驅(qū)動泵的上游有電動式供給切斷閥,一旦發(fā)動機發(fā)生火災(zāi)時能切斷液壓油對發(fā)動機的供給。通常僅靠發(fā)動機驅(qū)動泵來工作,但在收、放起落架等負載較大時或者發(fā)動機驅(qū)動泵發(fā)生故障時,用壓縮空氣驅(qū)動泵自動工作。用配備的電動泵,為在地面牽引時提供制動用的壓力油。各殼體液壓泵的泄油經(jīng)過濾后由裝在主翼燃油箱中的冷卻器冷卻后返回液壓油箱。系統(tǒng)壓力超過24MPa時,液壓油經(jīng)溢流閥進入回油管。
    圖4.20-2披音747的No.1液壓系統(tǒng)圖
1- 油箱2-供給斷閥3-發(fā)動機驅(qū)動泵4一壓縮空氣驅(qū)5-電動泵6-冷卻器7一過濾器8-殼體泄油管9一溢流閥10-壓力管11-回油管
  (2)飛機的動翼液壓控制系統(tǒng)
    1)動翼的作用  飛機在飛行時的上升、下降、轉(zhuǎn)彎、起飛、降落的每個過程都要求飛行員靠準(zhǔn)確、穩(wěn)定的操縱飛機的副翼、方向舵、升降舵、襟翼及阻流板的偏轉(zhuǎn)角度來完成的,見圖4.20-1.,
    由于動翼的偏轉(zhuǎn)使機飛行過程中空氣阻力發(fā)生變化,產(chǎn)生了控制力和控制力矩,從而起到了操縱飛機的作用。而副翼或舵面能夠偏轉(zhuǎn)是因為使用一套助力裝置(如液壓助力器)或自動裝置(如電液舵機)。
    2)液壓助力器  所謂液壓助力器就是飛行員借助于操縱桿通過液壓機構(gòu)來操縱舵面的液壓裝置。
如在波音747飛機上,為提高系統(tǒng)的可靠性,采用了冗余技術(shù)。以裝在垂直尾翼上的方向舵為例,首先把方向舵分成上方向舵和下方向舵兩部分,見圖4.20-3,即使一個方向舵出現(xiàn)故障,單靠另一個也能保證其功能。其次,每個方向舵都裝有雙串聯(lián)缸見圖4.20-4,分別由兩個液壓系統(tǒng)來驅(qū)動。即使在最壞的情況下,有三個系統(tǒng)都出現(xiàn)故障時,剩下的一個系統(tǒng)仍能工作。
  圖4.20-3方向舵系統(tǒng)示意圖i-No.2系統(tǒng)2-No.4系統(tǒng)3-No.l系統(tǒng)4-No.3系統(tǒng)5-上方向舵6-下方向舵7-雙串聯(lián)缸
                  圖4.20-4雙串聯(lián)缸示意圖
液壓缸2-動翼3-操縱桿P-壓油T-回油
    3)電液復(fù)合舵機  所謂電液舵機翼就是根據(jù)電信號自動操縱舵面的液壓裝置。將液壓助力器二者復(fù)合在一起即稱為電液復(fù)合舵機。
    典型電液復(fù)合舵機系統(tǒng)原理如幽4.20-5所示,它的輸入來自手動操縱裝置和來自自動操縱裝置的電信號。自動操縱裝置是由電液伺服閥、伺服放大器、伺服液壓缸、位移傳感器所組成的位置伺服閉環(huán)回路,使自動操縱裝置的位移(即伺服液壓缸位移)與輸入電信號成比例。舵機的輸出是負載液壓缸活塞桿的位移,此位移通過連桿機構(gòu)帶動舵面偏轉(zhuǎn),來自手動操縱裝置或自動操縱裝置的輸入信號經(jīng)連桿帶動串聯(lián)控制閥運動,串聯(lián)閥的左右位移即控制了液壓油進入串聯(lián)液壓缸的方向和流量,于是活塞桿帶動舵面動作,其運動又通過反饋桿反饋到串聯(lián)閥,當(dāng)串聯(lián)閥恢復(fù)原始位置時油路切斷,使串聯(lián)液壓缸停止運動。兩套液壓系統(tǒng)的液壓源分別由不同的發(fā)動機驅(qū)動,所以即使一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障另一個系統(tǒng)也不會受到影響,只是功率減半,動作速度稍慢一些。在實際操縱時可分為三種狀態(tài):①駛員的手操縱狀態(tài)即助力操縱狀態(tài),此時搖臂以A點為支點轉(zhuǎn)動,B點帶動連桿一起移動,從而使串聯(lián)閥運動;②自動操縱狀態(tài),此時搖臂以O(shè)為支點轉(zhuǎn)動,B點同樣帶動連桿一起移動(區(qū)別僅是傳動比不同),從而也使串聯(lián)閥運動;③復(fù)合操縱狀態(tài),此時搖臂上A點和0點均在運動,從而使B點為復(fù)合運動。
    圖4.20-5舵機系統(tǒng)原理示意圍
1一伺服放大器2一電液伺服閥3-伺服液壓缸4—搖臂5-串聯(lián)控制閥6-串聯(lián)液壓缸7-反饋桿8一位移傳感器9-連桿
    

圖4 20—6舵機系統(tǒng)方框圖

將上述電液復(fù)合舵機系統(tǒng)原理圖畫成結(jié)構(gòu)方框圖見圖4.20-6,伺服放大器的作用是使位移傳感器電壓與給定電壓比較并放大,使之能驅(qū)動電液伺服閥上的力矩馬達,它的輸入量與輸出量分別為電壓ΔU與電流I。電液伺服閥與伺服液壓缸是一組電-液壓機械量之間的轉(zhuǎn)換機構(gòu),輸入量與輸出量分別為電流I與位移x。助力器是由滑閥、負載液壓缸及反饋搖臂組成,輸入量與輸出量分別是滑閥的位移與負載液壓缸的位移。舵機系統(tǒng)中舵面、操縱桿等連接一般采用杠桿等組件,其輸入與輸出是桿的位移與轉(zhuǎn)角。

       4)液壓源回路  圖4.20-7是其中一套飛機的動翼液壓源回路示意圖,每套獨立的液壓源的供油壓力一般為21MPa在液壓源中采用了帶壓力補償?shù)暮銐鹤兞勘?/span>1,這種變量泵可自動調(diào)節(jié)泵的排量,使輸出壓力保持恒定,即使負載流量變動很大也能自動地保持大致恒定的壓力,而且可以減小泵的驅(qū)動功率,兩套液壓源除供給舵機串聯(lián)控制閥外,還可用其中任意一套同時供給電液伺服閥。必須著重指出,在控制精度很高的舵機電液伺服系統(tǒng)中,為了始終保持良好的工作性能,必須控制油液的污染,因油液污染會使伺服閥閥芯卡死,造成伺服裝置失效,而且即使尚未卡死,也會使伺服裝置性能下降,  般規(guī)定用于舵機的液壓油清潔度需控制在NAS6級以內(nèi),為此管路過濾器2采用5μrn的精細過濾器,為防止精細過濾器堵塞,在前面再串聯(lián)一個20μm的過濾器3。為了節(jié)省功率,防止油溫上升過高,一般把變量泵調(diào)定成能滿足平均流量,而用蓄能器儲存的壓力油來滿足瞬時大流量需要。作為地面試驗裝置中的液壓源為使油溫控制在一定范圍內(nèi),還需在回路中設(shè)置冷卻裝置4和加熱裝置5在液壓源回路中溢流閥6處于常閉位置,作安全閥用。油箱中的磁分離器7通過電磁方式把液壓油中的鐵粉清除掉。

    
 
圖4.20-7液壓源回路圖
圖4.20-8某型飛機前起落架收放液壓系統(tǒng)原理
    (3)起落架收放、剎車液壓系統(tǒng)
    起落架收放、剎車系統(tǒng)包括前起落架、主起落架、左右機輪護板以及收起落架后自動剎車等,均用液壓系統(tǒng)控制,前起落架及主起落架(包括左右兩路)的三套液壓系統(tǒng)基本相同。圖4.20-8為某型飛機前起落架收放液壓系統(tǒng)原理圖。
    三位四通電液換向閥10,處于中間位置時,兩個電磁鐵都未通電,收油路12、放油路13均與回油路T相通。當(dāng)換向閥10處于右位時,放下油13接通高壓油源,單向閥8閉鎖,高壓油首先進入開鎖液壓缸9,然后接通液壓鎖6,高壓油進入起落架收放液壓缸1的放下腔1.1,其上腔1.2與回油路相通,將起落架放下。在液壓缸上腔1.2出口油路上安裝有一單向節(jié)流閥2,用來減小起落架放下時的速度,緩和沖擊力,放下結(jié)束后,液壓鎖6將收放液壓缸放下腔油液閉鎖,以備起落架收放液壓缸鋼珠損壞時,仍能將起落架保持在放下位置。與液壓鎖并聯(lián)的高壓溢流閥3是當(dāng)收放液壓缸放下腔1.1壓力超過某定值時,此閥打開,將放下腔1.1的超壓油液排到回油路,防止損壞機件。
    收起落架的過程是,當(dāng)三位四通電液換向閥切換至左位,高壓油液經(jīng)單向節(jié)流閥2接通液壓缸上1.2,其工作過程與放下起落架的過程相類似。自動剎車液壓缸5的功用是在收起落架時,能自動剎住高速旋轉(zhuǎn)著的機輪,以免飛機產(chǎn)生振動。
    殘油分離閥11右側(cè)接應(yīng)急油路,在應(yīng)急時接通液壓缸下腔1.1直接放下起落架。
    (4)前輪轉(zhuǎn)彎液壓系統(tǒng)
    前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)是用聯(lián)動二位四通電磁閥控制的位置系統(tǒng)。圖4.20-9是某型飛機前輪轉(zhuǎn)彎液壓控制系統(tǒng)原理圖。
圖4.20-9某型飛機前輪轉(zhuǎn)彎液壓控制系統(tǒng)原理圖
    前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)由主液壓源系統(tǒng)供壓,操縱方法有手操縱和腳蹬操縱兩種。在較小速度滑行和大角度轉(zhuǎn)彎時用手操縱,其前輪左右偏角各為45°±2°,在起飛和著陸時,用腳蹬舵操縱前輪保持滑跑方向,其前輪偏轉(zhuǎn)角左右各為10°±1°
    以手操縱前輪轉(zhuǎn)彎為例。當(dāng)聯(lián)動電磁閥1如圖示位置時,壓力油進入手操縱三位四通轉(zhuǎn)閥3,轉(zhuǎn)3處于中位Ⅱ時,進油路和回油路均不通,但液控三位四通閥4已被壓力油換向到左位置。當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪,使轉(zhuǎn)閥3轉(zhuǎn)至I位置時,轉(zhuǎn)彎液壓缸5左腔通壓力油,右腔通回油,轉(zhuǎn)彎液壓缸右移,當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪,使轉(zhuǎn)閥3處于Ⅲ位置時,使轉(zhuǎn)彎液壓液壓缸右腔通壓力油,左腔通回油,轉(zhuǎn)彎液壓液壓缸左移,帶動前輪反方向轉(zhuǎn)動。
  用腳蹬操縱前輪轉(zhuǎn)彎時,其工作原理與上述過程相同。

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