曹政

（中國民航大學航空工程學院，天津 300300）

1 概述

飛機通過舵機調(diào)整舵面的偏擺運動來控制飛行姿態(tài)。在飛行期間，舵面會受到氣動力的影響。飛機的正常飛行需要依靠飛行控制系統(tǒng)提供正確有效的控制信號來驅(qū)動舵面實現(xiàn)偏擺運動。因此，舵機是飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分。為了測試在各種飛行狀態(tài)下飛機舵機的性能指標，在實驗室條件下需要利用飛機舵機負載模擬器來模擬舵機在各種狀態(tài)下所受到的不同的力載荷，從而分析舵機在各種力載荷作用下的運動情況。

飛機舵機電液負載模擬器是典型的被動式力伺服系統(tǒng)，其中，舵機的主動運動會產(chǎn)生多余力。如何最大程度地抑制多余力，實現(xiàn)對舵機在實際工作中所受載荷的真實模擬，已經(jīng)成為飛機舵機電液負載模擬器研究領(lǐng)域亟待解決的問題。

2 雙液壓缸同步加載結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 飛機舵機電液負載模擬器的結(jié)構(gòu)組成

飛機舵機電液負載模擬器由加載系統(tǒng)和舵機系統(tǒng)兩部分組成。其中，加載系統(tǒng)由液壓缸、電液伺服閥、油源、力傳感器所組成，舵機系統(tǒng)由位移傳感器、舵機所組成。加載系統(tǒng)與舵機系統(tǒng)之間由緩沖彈簧相聯(lián)接。

2.2 雙液壓缸同步加載系統(tǒng)工作原理

雙液壓缸同步加載的原理是將兩個閥控液壓缸并聯(lián)，然后通過控制方法實現(xiàn)兩個液壓缸的同步運動，對同一個加載對象（舵機）進行加載，其原理圖如圖1所示。

飛機舵機電液負載模擬器是一個大載荷的加載系統(tǒng)，采用雙液壓缸同步加載方式時，隨著加載力增大，液壓缸1與液壓缸2所承受的負載會逐漸增大，容易導致液壓缸不同步的問題。為了盡量克服此問題，設(shè)計時在加載系統(tǒng)中采用完全相同的兩套閥控液壓缸。

2.3 數(shù)學模型建立

2.3.1 液壓缸數(shù)學模型

選取單液壓缸作為研究對象，液壓缸的力平衡方程為：

式（1）中：p1、p2、p1f、p2f分別為為液壓缸1，2無桿腔與有桿腔壓力，Pa；s1、s2、s1f、s2f分別為液壓缸1，2無桿腔與有桿腔有效面積，m2；F為加載系統(tǒng)受到的負載力，N；f為加載系統(tǒng)受到的摩擦阻力，N。

2.3.2 并聯(lián)先導伺服閥數(shù)學模型

2.3.2.1 直動式流量伺服閥數(shù)學模型

直動式流量伺服閥的線性化流量方程為：

式（2）中：qL1為直動式流量伺服閥的負載流量，m3/s；Kq1為直動式流量伺服閥的流量增益，m3/s；Kc1為直動式流量伺服閥的流量-壓力系數(shù)，m3/s/Pa。

2.3.2.2 先導式二級電液伺服閥數(shù)學模型

忽略先導式二級電液伺服閥外泄漏流量，可得其流量的連續(xù)性方程：

式（3）中：qL2為伺服閥的負載流量，m3/s；Vt為伺服閥主級閥芯端總?cè)萘?，m3。

2.4 仿真實驗與結(jié)果分析

分析了加載系統(tǒng)的數(shù)學模型之后，在AMESim中建立如圖2所示的可視化模型。

為了驗證雙閥控液壓缸同步控制的有效性，在系統(tǒng)中輸入頻率為4 Hz，幅值為2的正弦信號。理論上采用雙液壓缸同步加載系統(tǒng)中每一個液壓缸的輸出應(yīng)該為使用單液壓缸加載時的一半。系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖2 雙液壓缸同步加載系統(tǒng)模型

圖3 輸出力對比

分析圖3和圖4可知，由于在剛啟動時，液壓缸相對于伺服閥有一定的信號滯后，造成了液壓缸1與液壓缸2在剛啟動階段出現(xiàn)瞬時的不同步問題。但是從圖中可以看到兩個液壓缸活塞的位移基本保持同步，能夠保證加載精度，符合系統(tǒng)的加載要求。

圖4 液壓缸活塞位移對比

參考文獻：

［1］李運華，盛志清.電液加載系統(tǒng)的多余力抑制方法［J］.液壓與氣動，2015（08）：1-9.

［2］王輝.閥控雙缸同步控制方法研究［D］.濟南：山東大學，2008.

［3］賈善斌，劉志奇，侯云輝，等.多級液壓缸同步控制精度研究［J］.液壓氣動與密封，2012，32（08）：64-68.