徐建偉 房靜 李甜甜 李玉芳 王典

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)主要用以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，是飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，本文從典型發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，討論各典型操縱系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng);特點(diǎn);優(yōu)缺點(diǎn)

引言

發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)用以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)一系列與速度、高度、功率狀態(tài)等有關(guān)的參數(shù)，以及相互關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作以達(dá)到所規(guī)定的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能，并防止發(fā)動(dòng)機(jī)在各種環(huán)境條件下和整個(gè)工作包線內(nèi)超過(guò)它的任一極限值。操縱系統(tǒng)的操縱形式主要有硬式、軟式和電調(diào)操縱三大類。

1硬式操縱系統(tǒng)

1.1典型示例

由拉桿、搖臂、扭力臂和滾輪導(dǎo)向件等主要構(gòu)件組成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)成為發(fā)動(dòng)機(jī)硬式操縱系統(tǒng)。圖1為一種雙發(fā)飛機(jī)上發(fā)動(dòng)機(jī)硬式操縱的安裝圖。

1.2特點(diǎn)

在硬式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，操縱力是由拉桿傳遞的，拉桿可以承受拉力或者壓力，硬式操縱系統(tǒng)中一般由多個(gè)連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，而每個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均有自身的傳動(dòng)比，整個(gè)操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比等于全部連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的乘積，即

1.3優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：①硬式操縱系統(tǒng)用金屬拉桿傳遞操縱力，操縱靈敏性很高，油門桿角度能迅速的反饋至發(fā)動(dòng)機(jī)的油泵調(diào)節(jié)器;②金屬拉桿可以受一定的拉力和壓力，可以有效的實(shí)現(xiàn)增油和減油指令;③金屬拉桿在受操縱力時(shí)，由于操縱力較小，金屬拉桿產(chǎn)生的彈性形變不明顯，系統(tǒng)的空行程較軟式操縱系統(tǒng)小;

缺點(diǎn)：①由于采用金屬桿系，且駕駛艙油門操縱桿一般距離飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)較遠(yuǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的重量較大，對(duì)飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性有一定的影響;②由于空間及設(shè)備的限制，硬式操縱不像鋼索可以繞過(guò)飛機(jī)內(nèi)部的一些設(shè)備和裝置，由此會(huì)進(jìn)一步增加系統(tǒng)的鉸接點(diǎn)和連桿機(jī)構(gòu)，在增加重量的同時(shí)，由于連桿機(jī)構(gòu)如搖臂機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)或?qū)驒C(jī)構(gòu)增加，系統(tǒng)中間機(jī)構(gòu)傳動(dòng)增多，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)比不夠精確。

2軟式操縱系統(tǒng)

2.1典型示例

發(fā)動(dòng)機(jī)軟式操縱系統(tǒng)主要由鋼索、滑輪、導(dǎo)向件、松緊螺套、軟軸等主要構(gòu)件組成。圖2為一種雙發(fā)飛機(jī)上發(fā)動(dòng)機(jī)軟式操縱的安裝圖。

2.2特點(diǎn)

在軟式操縱系統(tǒng)中，操縱力是由鋼索傳遞的，鋼索只能承受拉力，不能承受壓力，因此，鋼索操縱實(shí)際上是由兩根承受拉力的鋼索組成回路，輪流工作。見(jiàn)圖3，是一種純機(jī)械軟式操縱系統(tǒng)示意圖，油門桿前推時(shí)增油鋼索受拉力，末級(jí)滑輪通過(guò)拉桿帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)滑輪搖臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)燃油量;同理，油門桿后拉時(shí)，減油鋼索承受拉力，末級(jí)滑輪通過(guò)拉桿帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)滑輪搖臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)燃油量。

鋼索是由鋼絲編制的鋼絲繩，其材料主要有碳鋼和不銹鋼兩種。鋼索的尺寸應(yīng)滿足系統(tǒng)載荷的要求，并具有足夠的安全系數(shù)，在傳遞主要載荷的地方，鋼索尺寸應(yīng)根據(jù)極限使用載荷不超過(guò)鋼索額定破壞強(qiáng)度的67%，并且不超過(guò)滑輪所允許的鋼索最大極限使用載荷，鋼索直徑一般選取1.8mm～4.5mm。

當(dāng)鋼索在工作中圍繞滑輪受到彎曲時(shí)，其鋼索中鋼絲的彎曲應(yīng)力計(jì)算公式為

f=0.466

式中：

f彎曲應(yīng)力

E鋼絲的彈性模量

d鋼絲外徑

D滑輪根徑

彎曲應(yīng)力可以與直線張力載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力相當(dāng)，較小的滑輪會(huì)大大地增加彎曲應(yīng)力和降低鋼索壽命。

滑輪用來(lái)支持鋼索和改變鋼索的運(yùn)動(dòng)方向，通常用硬鋁合金或夾布膠木材料制成。鋼索纏繞部分隨鋼索行程而改變，滑輪在中立位置的初始纏繞部分至少應(yīng)為鋼索在任一方向全行程的115%。對(duì)于大多數(shù)使用情況來(lái)說(shuō)，滑輪槽半徑應(yīng)用的一個(gè)公式為

式中：

Rr根半徑或底半徑

C鋼索直徑

在設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮鋼索包角、滑輪直徑和鋼索槽尺寸，滑輪的直徑根據(jù)包角來(lái)選定，但一般不得小于鋼索直徑的20倍。為了防止鋼索從他們的滑輪上脫出以及鋼索與滑輪偏磨，要求精度校正，固定安裝的滑輪相對(duì)鋼索的不共面度應(yīng)在2°范圍內(nèi)，為保證這一限制，設(shè)計(jì)的不共面度通常在0.5°范圍內(nèi)。

2.3優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，重量小，比較容易繞過(guò)機(jī)內(nèi)設(shè)備和裝置;②機(jī)械式結(jié)構(gòu)，可靠性高。

缺點(diǎn)：①鋼索若與機(jī)身結(jié)構(gòu)相磨，易導(dǎo)致鋼索斷絲進(jìn)而斷裂，且同時(shí)需保證鋼索線系與滑輪槽邊緣角度，安裝精度要求高;②鋼索受拉時(shí)易伸長(zhǎng)，造成空行程、響應(yīng)滯后，系統(tǒng)操作精度低，且同時(shí)存在油門操縱臺(tái)特定轉(zhuǎn)速點(diǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)油泵調(diào)節(jié)器特定轉(zhuǎn)速點(diǎn)不一致的問(wèn)題;③鋼索斷裂會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法使用，而鋼索斷絲不易預(yù)測(cè)，需經(jīng)常維護(hù)，且重點(diǎn)部位必須增加維護(hù)點(diǎn)。

3電控操縱系統(tǒng)

3.1典型示例

發(fā)動(dòng)機(jī)電控操縱系統(tǒng)使用電纜代替機(jī)械傳動(dòng)裝置，把駕駛員的操縱指令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，直接傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)。圖4為波音777-200飛機(jī)上發(fā)動(dòng)機(jī)電控操縱的安裝圖。

3.2特點(diǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)電控操縱系統(tǒng)主要由油門桿角位移傳感器（解算器）、電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置（EEC）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、飛行管理系統(tǒng)中的推力管理功能、信號(hào)傳遞線路等部分組成，主要特點(diǎn)為設(shè)置有EEC和具有完善的信號(hào)反饋控制回路。

3.3優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：①電控操縱系統(tǒng)具有體積小、重量輕、布局靈活、便于信號(hào)綜合與交聯(lián);②消除了機(jī)械操縱系統(tǒng)中的摩擦、間隙、非線性因素以及環(huán)境溫度和飛機(jī)結(jié)構(gòu)變形的影響，使發(fā)動(dòng)機(jī)操縱品質(zhì)和性能得到根本改善;③采用冗余設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的可靠性大大提高，可以減少維護(hù)疏忽、自然影響和人為因素引起的不可預(yù)知的故障影響，提高了飛機(jī)飛控系統(tǒng)的可靠性和安全性。

缺點(diǎn)：①系統(tǒng)電氣復(fù)雜度提高，成本相應(yīng)提高，易受雷擊和電磁脈沖波干擾影響;②飛機(jī)上能否采用發(fā)動(dòng)機(jī)電控操縱系統(tǒng)，主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)是否具備電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，存在一定的局限性。

4結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械式（硬式、軟式）、電控式發(fā)動(dòng)機(jī)油門操縱系統(tǒng)特均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合以上分析，針對(duì)構(gòu)型復(fù)雜度、控制精度、可靠性、維護(hù)性這四個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比：

構(gòu)型復(fù)雜度：機(jī)械式操縱系統(tǒng)構(gòu)型復(fù)雜，部件較多;電控式操縱系統(tǒng)構(gòu)型簡(jiǎn)單，僅需要較少的控制盒和裝置（硬式>軟式>電控）;

控制精度：機(jī)械式操縱系統(tǒng)因存在中間傳動(dòng)單元，傳動(dòng)精度低于電控式（電控>硬式>軟式）;

可靠性：機(jī)械式操縱系統(tǒng)故障模式較單一，電控式操縱系統(tǒng)故障模式較多（硬式>軟式>電控）;

維護(hù)性：機(jī)械式操縱系統(tǒng)需定期維護(hù)保養(yǎng)，電控式操縱系統(tǒng)無(wú)需定期維護(hù)保養(yǎng)（電控>硬式=軟式）;

參考文獻(xiàn)

董云峰.淺談發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新.2017（24）.