航空泵試驗臺驅動變結構的控制研究

武 程

哈爾濱東安機電制造有限責任公司

航空泵試驗臺驅動變結構的控制研究

武 程

哈爾濱東安機電制造有限責任公司

在飛機研制過程中，為保障研制過程的順利，提高試飛成功概率，需要對飛機進行地面模擬實驗。飛機航空泵在地面測試過程中，其驅動結構包括變頻調速器、異步電機和增速箱。本文通過對建立航空泵試驗臺驅動系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學模型和對轉速的滑模變結構的控制，模擬航空泵試驗臺系統(tǒng)運作，為研究航空泵試驗臺驅動變結構控制提供參考依據(jù)。

航空泵；試驗臺；驅動變結構；研究

飛機操作系統(tǒng)中液壓動力系統(tǒng)起決定作用。液壓動力系統(tǒng)直接決定飛機操作性能是否良好以及飛機出現(xiàn)故障機率大小，因此我們要加強對飛機液壓系統(tǒng)地面試驗的控制和研究。恒速裝置是飛機的驅動裝置，因為飛機在啟動飛行過程中發(fā)動機的功率非常大，航空泵對飛機發(fā)動機旋轉速度的影響比較小，可以不納入計算中。

一、飛機液壓能源系統(tǒng)簡介

液壓驅動在飛機控制系統(tǒng)中應用范圍較廣。因為液壓系統(tǒng)的能量密度較高、系統(tǒng)結構緊密，運轉速度快等特點，幾乎所用的飛機都用其做驅動系統(tǒng)。同時液壓系統(tǒng)操作簡單，發(fā)動機可以直接帶動系統(tǒng)運轉，這對液壓系統(tǒng)合理運用飛機上已有的能源起到很大的幫助，減輕飛機能源需求問題。液壓系統(tǒng)為飛機運行提供二次能源?，F(xiàn)如今的民用客機中，大多采用的都是阻燃磷酸酯基液壓油，其液壓系統(tǒng)的額定壓力通?？刂圃?000Psi到5000Psi之間。

二、地面模擬液壓驅動試驗臺

1、主液壓泵系統(tǒng)調速

液壓系統(tǒng)常用的調速方式有節(jié)流調速、雙泵供油、差動調速、變量泵調速等，這些調速方式都是基于液壓系統(tǒng)方面的調速方法。液壓泵輸出流量公式：Q=n×q式中：Q是液壓泵理論輸出流量，n是液壓泵驅動軸輸入轉速，q是液壓泵排量。根據(jù)液壓泵輸出流量公式可以得出，液壓泵排量和液壓泵驅動軸輸入轉速是英系那個液壓泵輸出流量的兩個重要因素，航空泵試驗臺驅動結構系統(tǒng)就是通過改變轉速的方式控制液壓泵系統(tǒng)的流量。液壓試驗臺的液壓泵驅動主要有三種方法，第一種是使用添加調速裝置的發(fā)動機為液壓泵提供驅動力，第二種是用不安裝調速配置的電動機直接為液壓泵系統(tǒng)提供驅動力，第三種是用電液伺服系統(tǒng)為液壓泵提供驅動力。這三種驅動方式各有利弊，直接用普通電機為液壓泵提供驅動力，這種方法操作簡單、成本少且方便技術人員養(yǎng)護，但值得注意的是，液壓泵的轉速會受到調速設備的影響。如果電機的驅動功率超負載，那么液壓泵的轉速就會較小，會影響普通電機的性能，甚至影響飛機的運行安全。

目前國內的飛機系統(tǒng)中，為液壓系統(tǒng)提供驅動力的發(fā)動機要求剛性大，所以，飛機的地面試驗模擬與飛機正常運行時的狀態(tài)是有很大差異的，所以不安裝任何轉速系統(tǒng)的普通發(fā)動機不適合在試驗臺操控中使用。安裝了調速配置的發(fā)動機的調速方式有兩種，分別是直流調速和交流調速兩種。并且，直流調速與交流調速相比較來說更容易操作，但是使用使用直流調速這種調速方式，會影響電動機的轉速且資金需求較大，在發(fā)動機驅動液壓系統(tǒng)工作中出現(xiàn)故障的機率較大。對于交流調速電動機有：n=60×f×（1-S）÷P。公式式中：n是電動機轉速，f是電動機輸入電壓頻率，s是電動機的轉差率，p是電動機的極對數(shù)。因此可知，通過改變f、s、p都可以實現(xiàn)對交流電機轉速的調節(jié)。隨著科技技術的不斷進步，變頻調速技術也有了大幅度的發(fā)展和創(chuàng)新，與過去相比，如今的變頻調速系統(tǒng)安裝簡單，便于養(yǎng)護，同時還能做到快響應、高調速比等優(yōu)勢，還能夠進行高精度調速，充分的顯示出了變頻調速技術的科技進步。電液伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，主要是通過對電信號的處理和液壓動力機構組成的系統(tǒng)。應用的范圍也比較廣泛，它具備承載性好，速度快的特點，也曾在地面試驗中得到認可。經常被用于飛機上的控制。能夠控制不同種類的馬達速度系統(tǒng)。由于電液伺服系統(tǒng)在使用時需額外的液壓油源進行能源補給，耗能量與占地面積大，所以不建議在模擬液壓驅動試驗中采用此種控制系統(tǒng)。

2、試驗臺轉動系統(tǒng)

EDP需要的驅動輸入轉速高達4200r/min，一般用的異步交流電機在選擇小極對數(shù)p=2或者p=1時，其同步轉速才較大，達到1500r/min或者3000r/min，但還是遠不能滿足液壓泵需要輸入的額定轉速和最高轉速的要求。液壓泵的傳動軸不能承受軸向力和徑向力，故不能通過在軸端安裝齒輪、帶輪等形式進行驅動，需要采用聯(lián)軸器聯(lián)接驅動軸和液壓泵輸入軸的形式驅動。

解決的方法可以利用齒輪增速箱。理想狀態(tài)時，齒輪增速箱內齒輪等速運行，其作用力由系統(tǒng)負載決定，沒有慣性力。但是，增速箱由傳動軸、齒輪副、軸承和箱體等構成，形成一個比較復雜的彈性機械系統(tǒng)，其運動方程組階數(shù)的提高會對求解造成更大的困難?？梢岳谬X數(shù)比為3:1或3:2的直齒輪增速箱對額定轉速為1500r/min或3000r/min的交流電機增速至4500r/min。由于整個鐵鳥試驗各部分試驗臺位置已經規(guī)劃好，液壓試驗臺安裝于地坑，地坑空間有限，不應選擇占據(jù)較大面積的方案。

三、總結

飛機進行地面試驗最先進且成本最少的方法是用變頻調速器、變頻專用交流電機、增速齒輪箱聯(lián)合，通過驅動液壓泵來進行飛機的地面測試。在地面進行液壓泵加載測試時，會影響飛機的轉速，轉速會下降，這與飛機實際運行中航空泵的轉速有很大的區(qū)別。所以要模擬飛機正常運行時航空泵是如何工作的，也就是要保證飛機液壓泵調速系統(tǒng)的正常工作，保證研究數(shù)據(jù)的真實性。想要保證飛機的調速系統(tǒng)的性能，要選用高標格的設備，同時也要有科學的控制理念對試驗臺驅動結構進行控制。

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