雙缸加載結(jié)構(gòu)在飛機(jī)舵機(jī)電液負(fù)載模擬器中的應(yīng)用

曹政

（中國民航大學(xué)航空工程學(xué)院，天津 300300）

1 概述

飛機(jī)通過舵機(jī)調(diào)整舵面的偏擺運(yùn)動(dòng)來控制飛行姿態(tài)。在飛行期間，舵面會(huì)受到氣動(dòng)力的影響。飛機(jī)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(hào)來驅(qū)動(dòng)舵面實(shí)現(xiàn)偏擺運(yùn)動(dòng)。因此，舵機(jī)是飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分。為了測(cè)試在各種飛行狀態(tài)下飛機(jī)舵機(jī)的性能指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)室條件下需要利用飛機(jī)舵機(jī)負(fù)載模擬器來模擬舵機(jī)在各種狀態(tài)下所受到的不同的力載荷，從而分析舵機(jī)在各種力載荷作用下的運(yùn)動(dòng)情況。

飛機(jī)舵機(jī)電液負(fù)載模擬器是典型的被動(dòng)式力伺服系統(tǒng)，其中，舵機(jī)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生多余力。如何最大程度地抑制多余力，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)在實(shí)際工作中所受載荷的真實(shí)模擬，已經(jīng)成為飛機(jī)舵機(jī)電液負(fù)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(jì)

2.1 飛機(jī)舵機(jī)電液負(fù)載模擬器的結(jié)構(gòu)組成

飛機(jī)舵機(jī)電液負(fù)載模擬器由加載系統(tǒng)和舵機(jī)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(jī)系統(tǒng)由位移傳感器、舵機(jī)所組成。加載系統(tǒng)與舵機(jī)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(gè)閥控液壓缸并聯(lián)，然后通過控制方法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液壓缸的同步運(yùn)動(dòng)，對(duì)同一個(gè)加載對(duì)象（舵機(jī)）進(jìn)行加載，其原理圖如圖1所示。

飛機(jī)舵機(jī)電液負(fù)載模擬器是一個(gè)大載荷的加載系統(tǒng)，采用雙液壓缸同步加載方式時(shí)，隨著加載力增大，液壓缸1與液壓缸2所承受的負(fù)載會(huì)逐漸增大，容易導(dǎo)致液壓缸不同步的問題。為了盡量克服此問題，設(shè)計(jì)時(shí)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(xué)模型建立

2.3.1 液壓缸數(shù)學(xué)模型

選取單液壓缸作為研究對(duì)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(fù)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(dǎo)伺服閥數(shù)學(xué)模型

2.3.2.1 直動(dòng)式流量伺服閥數(shù)學(xué)模型

直動(dòng)式流量伺服閥的線性化流量方程為：

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

2.3.2.2 先導(dǎo)式二級(jí)電液伺服閥數(shù)學(xué)模型

忽略先導(dǎo)式二級(jí)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(fù)載流量，m3/s；Vt為伺服閥主級(jí)閥芯端總?cè)萘?，m3。

2.4 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

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

為了驗(yàn)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(hào)。理論上采用雙液壓缸同步加載系統(tǒng)中每一個(gè)液壓缸的輸出應(yīng)該為使用單液壓缸加載時(shí)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(duì)比

分析圖3和圖4可知，由于在剛啟動(dòng)時(shí)，液壓缸相對(duì)于伺服閥有一定的信號(hào)滯后，造成了液壓缸1與液壓缸2在剛啟動(dòng)階段出現(xiàn)瞬時(shí)的不同步問題。但是從圖中可以看到兩個(gè)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(duì)比

參考文獻(xiàn)：

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