畢玉泉,王海東,黃奎,楊炳恒
(海軍航空工程學院青島分院,山東青島 266041)
航母艦載機在彈射或滑躍起飛之前,首先要啟動發(fā)動機。由于現(xiàn)在噴氣式飛機發(fā)動機噴出的氣流溫度高、流速大,為了使起飛時發(fā)動機噴出的尾焰氣流不致傷害后面的操作人員、航空裝備以及后續(xù)將要進行起飛作業(yè)的飛機,更好地提高艦載機起飛作業(yè)的效率,母艦上艦面保障人員需要通過運動執(zhí)行機構將噴氣偏流板升起,將此高溫燃氣氣流向舷外或向上引導,如圖1所示。在美國現(xiàn)役航母上,MK7-0/2型噴氣偏流板裝置由6塊水冷面板和3套運動執(zhí)行機構組成,而MK7-1型噴氣偏流板裝置由4塊水冷面板和2套運動執(zhí)行機構組成。噴氣偏流板運動執(zhí)行機構實質(zhì)上是由2組平面四連桿機構組成,本文采用解析方法對該雙四連桿機構進行了噴氣偏流板的位置、速度和加速度分析,并采用Visual C++平臺進行了運動學仿真。
圖1 標準7-0/2型噴氣偏流板工作示意圖Fig.1The operations diagrammatic sketch of MK7-0/2 jet blast deflector
MK7-0/2型偏流板運動執(zhí)行機構如圖2所示,主要由2組鉸鏈四桿機構組成,其中液壓缸活塞組件、曲柄及旋轉軸構成1組連桿機構,包括3個轉動副和1個移動副。旋轉臂、支柱和偏流板組成另1組四連桿機構,包括4個轉動副,并且旋轉臂和曲柄同軸安裝在旋轉軸上。當活塞在液壓油的作用下伸出時,曲柄旋轉,通過旋轉軸帶動旋轉臂和支柱及偏流板運動,從而升起噴氣偏流板;當液壓油通過液電閥換向時,活塞桿在液壓油的作用下縮回,曲柄旋轉,通過旋轉軸帶動旋轉臂和支柱及偏流板反向運動,從而將噴氣偏流板放下。根據(jù)上面的分析,畫出機構模型簡圖,如圖3所示[2,4-6]。圖3中,點劃線表示偏流板執(zhí)行機構的初始位置,實線表示噴氣偏流板運動執(zhí)行機構的一般位置,虛線表示偏流板執(zhí)行機構的最高升起工作位置。下面針對噴氣偏流板執(zhí)行機構的這2組四桿機構采用解析法作運動學分析[1,3]。
圖2 標準7-0/2型噴氣偏流板運動執(zhí)行機構Fig.2Operating gear assembly of MK7-0/2 jet blast deflector
如圖4所示,曲柄AB的長度為L1,活塞桿長度為L2,液壓缸長度為L3,固定支撐AC的水平距離為c,垂直距離為d,固定支撐AE的水平距離為m,垂直距離為n,曲柄的初始安裝角度為θ0,旋轉臂AD的長度為L4,偏流板支柱DF的長度為L5,偏流板活動鉸鏈F到固定鉸鏈E的距離EF長度為L6。當活塞桿在液壓油的作用下移動時,曲柄旋轉θ,由于曲柄和旋轉臂是同軸安裝的,旋轉臂的轉動角度也是θ,從而帶動偏流板升起角度為γ。
采用解析法分別對四桿機構ABC和ADFE建立運動學方程:
從式(5)和式(8)可以看出,當活塞桿移動時,L2距離發(fā)生改變,可以確定噴氣偏流板的轉動角度γ。
對式(3)求導整理得:
由式(9)和式(10)可以看出,當活塞桿勻速運動時,根據(jù)式(9)可以求解曲柄的角速度,將式(9)代入
式(10),進一步可求偏流板的旋轉角速度;將式(9)~式(11)代入式(12),可求得偏流板的旋轉角加速度變化。
令曲柄AB的長度L1=200 mm,活塞桿長度L2= 214 mm,液壓缸長度L3=160 mm,固定支撐AC的水平距離c=515 mm,垂直距離d=142 mm,固定支撐AE的水平距離m=800 mm,垂直距離n=400 mm,曲柄的初始安裝角度θ0=45°,旋轉臂AD的長度L4= 515 mm,偏流板支柱DF的長度L5=652 mm,偏流板活動鉸鏈F到固定鉸鏈E的距離EF長度L6=800 mm,活塞的運動速度v=50 mm/s。在VC6.0開發(fā)平臺下,仿真曲線如圖5所示,圖中X軸表示活塞桿的移動位移。曲線1表示噴氣偏流板的旋轉角位移變化曲線,曲線2表示角速度變化曲線,曲線3表示角加速度變化曲線。
在給出的桿長條件下,從仿真曲線可以看出,隨著噴氣偏流板角度的增大,偏流板的運動角速度和角加速度會同時平緩下降。即對該機構而言,在操作末端,機構運動平緩,沒有運動沖擊。
圖5 噴氣偏流板角位移、角速度、角加速度曲線圖Fig.5The angular displacement and rotational velocity and angular acceleration curve diagram of jet blast deflector
理論分析及算例表明,對于MK7-0/2型噴氣偏流板運動執(zhí)行機構的末端執(zhí)行元件,采用解析法導出的角位移、角速度和角加速度具有顯式的解析表達式,利用VC6.0軟件開發(fā)平臺可進行參數(shù)化運動仿真,具有簡單、快捷的優(yōu)點,可進一步為噴氣偏流板運動執(zhí)行機構的參數(shù)優(yōu)化設計提供理論依據(jù)。
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