武 程

哈爾濱東安機(jī)電制造有限責(zé)任公司

航空泵試驗臺驅(qū)動變結(jié)構(gòu)的控制研究

武 程

哈爾濱東安機(jī)電制造有限責(zé)任公司

在飛機(jī)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(jī)進(jìn)行地面模擬實驗。飛機(jī)航空泵在地面測試過程中，其驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括變頻調(diào)速器、異步電機(jī)和增速箱。本文通過對建立航空泵試驗臺驅(qū)動系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型和對轉(zhuǎn)速的滑模變結(jié)構(gòu)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(qū)動變結(jié)構(gòu)控制提供參考依據(jù)。

航空泵；試驗臺；驅(qū)動變結(jié)構(gòu)；研究

飛機(jī)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(jī)操作性能是否良好以及飛機(jī)出現(xiàn)故障機(jī)率大小，因此我們要加強(qiáng)對飛機(jī)液壓系統(tǒng)地面試驗的控制和研究。恒速裝置是飛機(jī)的驅(qū)動裝置，因為飛機(jī)在啟動飛行過程中發(fā)動機(jī)的功率非常大，航空泵對飛機(jī)發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的影響比較小，可以不納入計算中。

一、飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)簡介

液壓驅(qū)動在飛機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用范圍較廣。因為液壓系統(tǒng)的能量密度較高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊密，運轉(zhuǎn)速度快等特點，幾乎所用的飛機(jī)都用其做驅(qū)動系統(tǒng)。同時液壓系統(tǒng)操作簡單，發(fā)動機(jī)可以直接帶動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，這對液壓系統(tǒng)合理運用飛機(jī)上已有的能源起到很大的幫助，減輕飛機(jī)能源需求問題。液壓系統(tǒng)為飛機(jī)運行提供二次能源?，F(xiàn)如今的民用客機(jī)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(qū)動試驗臺

1、主液壓泵系統(tǒng)調(diào)速

液壓系統(tǒng)常用的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、雙泵供油、差動調(diào)速、變量泵調(diào)速等，這些調(diào)速方式都是基于液壓系統(tǒng)方面的調(diào)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(qū)動軸輸入轉(zhuǎn)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(qū)動軸輸入轉(zhuǎn)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(qū)動結(jié)構(gòu)系統(tǒng)就是通過改變轉(zhuǎn)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(qū)動主要有三種方法，第一種是使用添加調(diào)速裝置的發(fā)動機(jī)為液壓泵提供驅(qū)動力，第二種是用不安裝調(diào)速配置的電動機(jī)直接為液壓泵系統(tǒng)提供驅(qū)動力，第三種是用電液伺服系統(tǒng)為液壓泵提供驅(qū)動力。這三種驅(qū)動方式各有利弊，直接用普通電機(jī)為液壓泵提供驅(qū)動力，這種方法操作簡單、成本少且方便技術(shù)人員養(yǎng)護(hù)，但值得注意的是，液壓泵的轉(zhuǎn)速會受到調(diào)速設(shè)備的影響。如果電機(jī)的驅(qū)動功率超負(fù)載，那么液壓泵的轉(zhuǎn)速就會較小，會影響普通電機(jī)的性能，甚至影響飛機(jī)的運行安全。

目前國內(nèi)的飛機(jī)系統(tǒng)中，為液壓系統(tǒng)提供驅(qū)動力的發(fā)動機(jī)要求剛性大，所以，飛機(jī)的地面試驗?zāi)M與飛機(jī)正常運行時的狀態(tài)是有很大差異的，所以不安裝任何轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的普通發(fā)動機(jī)不適合在試驗臺操控中使用。安裝了調(diào)速配置的發(fā)動機(jī)的調(diào)速方式有兩種，分別是直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種。并且，直流調(diào)速與交流調(diào)速相比較來說更容易操作，但是使用使用直流調(diào)速這種調(diào)速方式，會影響電動機(jī)的轉(zhuǎn)速且資金需求較大，在發(fā)動機(jī)驅(qū)動液壓系統(tǒng)工作中出現(xiàn)故障的機(jī)率較大。對于交流調(diào)速電動機(jī)有：n=60×f×（1-S）÷P。公式式中：n是電動機(jī)轉(zhuǎn)速，f是電動機(jī)輸入電壓頻率，s是電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，p是電動機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。隨著科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，變頻調(diào)速技術(shù)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(diào)速系統(tǒng)安裝簡單，便于養(yǎng)護(hù)，同時還能做到快響應(yīng)、高調(diào)速比等優(yōu)勢，還能夠進(jìn)行高精度調(diào)速，充分的顯示出了變頻調(diào)速技術(shù)的科技進(jìn)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(jī)構(gòu)組成的系統(tǒng)。應(yīng)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(rèn)可。經(jīng)常被用于飛機(jī)上的控制。能夠控制不同種類的馬達(dá)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(jìn)行能源補(bǔ)給，耗能量與占地面積大，所以不建議在模擬液壓驅(qū)動試驗中采用此種控制系統(tǒng)。

2、試驗臺轉(zhuǎn)動系統(tǒng)

EDP需要的驅(qū)動輸入轉(zhuǎn)速高達(dá)4200r/min，一般用的異步交流電機(jī)在選擇小極對數(shù)p=2或者p=1時，其同步轉(zhuǎn)速才較大，達(dá)到1500r/min或者3000r/min，但還是遠(yuǎn)不能滿足液壓泵需要輸入的額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)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(jìn)行驅(qū)動，需要采用聯(lián)軸器聯(lián)接驅(qū)動軸和液壓泵輸入軸的形式驅(qū)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(nèi)齒輪等速運行，其作用力由系統(tǒng)負(fù)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(gòu)成，形成一個比較復(fù)雜的彈性機(jī)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(zhuǎn)速為1500r/min或3000r/min的交流電機(jī)增速至4500r/min。由于整個鐵鳥試驗各部分試驗臺位置已經(jīng)規(guī)劃好，液壓試驗臺安裝于地坑，地坑空間有限，不應(yīng)選擇占據(jù)較大面積的方案。

三、總結(jié)

飛機(jī)進(jìn)行地面試驗最先進(jìn)且成本最少的方法是用變頻調(diào)速器、變頻專用交流電機(jī)、增速齒輪箱聯(lián)合，通過驅(qū)動液壓泵來進(jìn)行飛機(jī)的地面測試。在地面進(jìn)行液壓泵加載測試時，會影響飛機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速會下降，這與飛機(jī)實際運行中航空泵的轉(zhuǎn)速有很大的區(qū)別。所以要模擬飛機(jī)正常運行時航空泵是如何工作的，也就是要保證飛機(jī)液壓泵調(diào)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(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的性能，要選用高標(biāo)格的設(shè)備，同時也要有科學(xué)的控制理念對試驗臺驅(qū)動結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。

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