專利名稱：一種軸對稱矢量噴管a9/a8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，涉及飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的軸對稱矢量噴管控制。
背景技術(shù)：
采用燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的現(xiàn)代高性能飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)都裝有可移動的排氣噴管，如軸對稱矢量噴管，以提供“實施矢量的”發(fā)動機(jī)推力，這一技術(shù)明顯提高了飛機(jī)的機(jī)動性和生存能力。
軸對稱推力矢量噴管帶有主排氣調(diào)節(jié)片(即收斂調(diào)節(jié)片)和副排氣調(diào)節(jié)片(即擴(kuò)散調(diào)節(jié)片)，這些調(diào)節(jié)片彼此相鄰沿周向環(huán)繞著發(fā)動機(jī)中心線設(shè)置，用于約束排氣流。主調(diào)節(jié)片樞動地連接到機(jī)匣上，后端在喉道位置處通過萬向節(jié)與副調(diào)節(jié)片樞動地連接在一起。主調(diào)節(jié)片的姿態(tài)決定了喉道面積(常規(guī)標(biāo)稱為A8)的變化，而調(diào)節(jié)片的姿態(tài)由主作動環(huán)控制。主作動環(huán)的動作由三個同步運動的主作動筒控制，通過設(shè)置在環(huán)內(nèi)側(cè)的若干凸輪滾子沿凸輪表面(位于主調(diào)節(jié)片背部)的滾動而前后平移，改變主調(diào)節(jié)片的姿態(tài)，從而改變喉道面積(A8)。
擴(kuò)散調(diào)節(jié)片有一個限定喉道最小流通面積的前端(鉸接于噴管的收斂喉道上)和一個限定擴(kuò)散噴管較大流通面積(常規(guī)標(biāo)稱為A9)的后端，它們構(gòu)成了一個從喉道起延伸而成的擴(kuò)散噴管下游段。擴(kuò)散調(diào)節(jié)片通過矢量作動環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)和定位，矢量環(huán)的位置和姿態(tài)由一組矢量作動筒控制當(dāng)作動筒同步前、后地軸向平移時，則改變擴(kuò)散調(diào)節(jié)片后端形成的噴管出口面積；當(dāng)作動筒非同步地前后移動時，則使矢量環(huán)產(chǎn)生斜動，獲得噴管出口的矢量角和矢量方向，從而實現(xiàn)俯仰和偏航矢量。
由于在噴管的喉道和出口處都采用了可調(diào)面積裝置，因而可維持一種理想狀態(tài)的出口/喉道面積比，該比值本身可以有效地控制噴管的工作，根據(jù)這個比值預(yù)先建立一個與噴管喉道面積(A8)成函數(shù)關(guān)系的面積比(A9/A8)計劃表并存儲在飛行控制計算機(jī)(Flee)中，通過矢量電子控制器(VEC)，根據(jù)飛行員發(fā)出的俯仰或偏航指令，控制噴管矢量系統(tǒng)和它的作動筒的動作，以實現(xiàn)飛機(jī)的俯仰和偏航。如1993年公布的專利US5267436揭示的控制系統(tǒng)。
然而，準(zhǔn)確地定位作動筒和協(xié)調(diào)它們的運動是非常復(fù)雜的。在發(fā)動機(jī)和飛機(jī)工作期間，有可能因為控制系統(tǒng)的故障，或液壓作動系統(tǒng)不能對控制系統(tǒng)的指令產(chǎn)生及時、準(zhǔn)確的響應(yīng)，造成作動筒的控制不準(zhǔn)確，在某些情況下導(dǎo)致噴管幾何形狀具有很大的面積比A9/A8，超出了預(yù)設(shè)的A9/A8計劃表，使得加力燃燒室工況和氣動特性處于不太好的氣流分離，還能使噴管擴(kuò)散段內(nèi)側(cè)的排氣羽流產(chǎn)生氣流分離。特別是在相對于發(fā)動機(jī)中心線不對稱的情況中，氣流的問歇式分離和再附著都能產(chǎn)生意外的附加矢量力。噴管擴(kuò)散段若全部打開，將產(chǎn)生完全不同的噴管運動學(xué)特性，而且在這種大面積比下若打開噴管喉道，還會嚴(yán)重?fù)p傷噴管。噴管喉道若打不開，將妨礙發(fā)動機(jī)在地面慢車狀態(tài)和加力狀態(tài)下正常工作，可能使飛機(jī)運行偏離規(guī)范。
為了防止此類故障的發(fā)生而造成發(fā)動機(jī)的損害，在噴管的控制系統(tǒng)中往往設(shè)置故障防護(hù)系統(tǒng)。如美國專利“Hydraulic failsafe system and method foran axisymmetric vectoring nozzle”(US6142416，2000、10月公布，Markstain，etal.)提供的故障防護(hù)系統(tǒng)，利用作動筒和作動環(huán)的設(shè)定來調(diào)節(jié)喉道面積A8和出口面積/喉道面積比(A9/A8)。另外可采用冗余系統(tǒng)防止A9/A8面積超調(diào)，如美國專利“Axisymmetric vectoring nozzle actuating system having multiplepower control circuits“(US5740988，1998、4月公布，Ausdenmoore、RobertM.)和2001年公布的專利US6195981所提供的技術(shù)，即采用2冗余度的液壓作動及其控制系統(tǒng)對噴管姿態(tài)進(jìn)行控制，當(dāng)其中一套液壓作動系統(tǒng)的動作發(fā)生錯誤時，由另外一套系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)(限制)，兩套液壓作動系統(tǒng)通過兩套控制系統(tǒng)獨立控制。這些防護(hù)系統(tǒng)的控制大都是通過飛行控制計算機(jī)和電子矢量控制器共同實現(xiàn)的，如專利US5267436提供的控制系統(tǒng)，是將控制信號經(jīng)預(yù)置于處理器中的信號處理程序轉(zhuǎn)換后，提供給各作動筒，以控制各作動筒的動作；專利US6195981中的控制系統(tǒng)也采用了類似的控制方式，區(qū)別在于控制算法不同。
上述提及的防護(hù)系統(tǒng)，前者由于仍舊由飛行控制計算機(jī)和矢量電子控制器控制，當(dāng)控制系統(tǒng)本身出現(xiàn)問題，則可能喪失防護(hù)功能；后者可以避免這樣的問題，但雙系統(tǒng)必然使發(fā)動機(jī)的重量增加，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。因此，為噴管提供一套結(jié)構(gòu)簡單、防護(hù)有效的裝置，用于防止A9/A8面積比失調(diào)而導(dǎo)致的危害是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種軸對稱矢重噴管A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在A9電液伺服系統(tǒng)的回油路中加裝A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，在A9/A8面積比超調(diào)時，通過調(diào)節(jié)回油壓力(或流量)，使A9作動筒的作動速度減慢或停止作動，防止A9面積進(jìn)一步擴(kuò)大或縮小，從而達(dá)到防護(hù)A9/A8面積比失調(diào)的目的?？刂葡到y(tǒng)采用機(jī)械方式采集三個A9作動筒、一個A8作動筒的位移信號，信號轉(zhuǎn)換后輸入到一個由四個信號輸入活塞組件、兩個控制閥和油道共同構(gòu)成的容積積分求差元件中，四個作動筒信號在容積積分求差元件的工作油腔內(nèi)進(jìn)行疊加，得到一個與A9/A8面積比相關(guān)聯(lián)的容積輸出信號，這個輸出信號控制高、低壓控制閥節(jié)流口的開口量，定壓控制油經(jīng)高、低壓控制閥節(jié)流閥口節(jié)流降壓后進(jìn)入面積比防護(hù)控制閥(以下簡稱防護(hù)閥)的控制油腔內(nèi)，使防護(hù)閥閥芯移動而改變防護(hù)閥的閥孔通流面積，使A9作動筒的回油背壓發(fā)生相應(yīng)變化，從而改變作動筒的作動狀態(tài)，防止A9/A8面積比超出正常工作范圍；當(dāng)面積比超調(diào)達(dá)到危險臨界值，則防護(hù)閥閥口完全關(guān)閉，斷開A9作動筒的回油通路，使作動筒停止作動，達(dá)到防護(hù)目的。同時，防護(hù)閥在面積比超調(diào)而斷開回油路時，在一個與電磁復(fù)位閥電磁鐵電氣連接的延時繼電器控制下，延時一定時間(使A9電液伺服系統(tǒng)能夠正確響應(yīng)于飛行控制計算機(jī)發(fā)出的指令后)，將防護(hù)閥復(fù)位(即置于開啟位)，使A9作動筒回油路打開，A9電液伺服系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。
一種可用于飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)軸對稱矢量噴管的A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，包括容積積分求差元件與電磁充液閥組成的控制回路、面積比防護(hù)控制閥及低、高壓控制閥組成的防護(hù)回路和電磁復(fù)位閥與延時繼電器組成的自動復(fù)位回路；系統(tǒng)串接在A9液壓作動系統(tǒng)的回油管路中，電磁充液閥與飛行控制計算機(jī)控制系統(tǒng)電氣連接，容積積分求差元件中的四組信號輸入活塞組件分別與三個A9和一個A8作動筒機(jī)械連接，復(fù)位閥電磁鐵和延時繼電器電氣連接；延時繼電器由防護(hù)閥控制。
進(jìn)一步，所述的容積積分求差元件，依照輸入的A9、A8作動筒位移信號，檢測A9/A8面積比并輸出檢測結(jié)果。四個信號輸入活塞與低壓控制閥芯、高壓控制閥芯及閥體內(nèi)的連通油道構(gòu)成相對封閉的容積積分求差元件工作油腔，油腔內(nèi)在發(fā)動機(jī)啟動運行前由二位二通電磁充液閥充入定壓控制油液；各元件以螺紋聯(lián)結(jié)方式插裝于閥體，兩兩同軸線相對布置在同一平面，通過油道連通。
所述的信號輸入活塞組件，用于作動筒信號的輸入與轉(zhuǎn)換，共有四組，組件一與A8作動筒連接、組件二、三、四與三個A9作動筒連接，組件的結(jié)構(gòu)相似，組件一與二、三、四的結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，軟軸一端與齒輪軸相連，另一端通過滾壓方式與軟軸接頭連成一體，軟軸接頭用緊固螺釘聯(lián)結(jié)在絲桿一端的方孔內(nèi)，絲桿與導(dǎo)套內(nèi)的螺母配合，絲桿另一端的導(dǎo)桿連接信號輸入活塞，活塞在導(dǎo)套內(nèi)孔里可軸向滑動，導(dǎo)套通過螺紋方式安裝于閥體上。
所述的高壓控制閥，是一個常閉式液控節(jié)流閥，執(zhí)行容積積分求差元件檢測到的A9/A8面積比結(jié)果，調(diào)節(jié)防護(hù)閥控制油腔內(nèi)的供油壓力。嵌套式結(jié)構(gòu)，包括閥芯、閥套、復(fù)位彈簧、彈簧座、密封圈和端蓋；閥芯一端置于容積積分求差元件工作油腔內(nèi)，復(fù)位彈簧通過彈簧座壓在閥芯另一端；閥套上設(shè)置的進(jìn)油口與定壓油源相通、出油口與防護(hù)閥控制油腔連通、泄油口與回油管相通；閥芯、閥套部件通過閥套端部的螺紋插裝于閥體內(nèi)。
所述的面積比防護(hù)控制閥，是一個雙向液控節(jié)流閥，通過低壓控制閥或高壓控制閥輸出的控制油壓力，調(diào)節(jié)A9電液伺服系統(tǒng)的回油壓力(流量)，并可在電磁復(fù)位閥和延時繼電器的控制下，實現(xiàn)自動延時復(fù)位。嵌套式結(jié)構(gòu)，閥芯為兩節(jié)同心式結(jié)構(gòu)，一端的控制活塞位于由襯套和閥孔圍成的控制油腔內(nèi)，襯套上的油孔將此油腔與閥體上的控制油孔(與低、高壓控制閥出口相通)和復(fù)位閥的泄油口連通，閥芯另一端作用了一個復(fù)位彈簧，并通過螺紋連接了一個穿過連接蓋中心孔的銅質(zhì)動觸頭，軸心位置的盲孔及其兩端的徑向孔將左端臺肩外側(cè)與出油口溝通；閥套上設(shè)有一個與作動筒一側(cè)回油管連通的進(jìn)油口、一個與系統(tǒng)回油管相通的排油孔和一個連通復(fù)位油腔(復(fù)位彈簧處)與電磁復(fù)位閥油口的復(fù)位油孔；連接蓋與閥體螺紋連接，用螺紋連接在連接蓋外側(cè)端蓋上的兩個靜觸頭與延時繼電器電氣連接。
所述的電磁復(fù)位閥，是一個嵌套結(jié)構(gòu)的常閉式二位四通電磁換向閥，用于防護(hù)過程結(jié)束后，與延時繼電器共同控制防護(hù)閥的自動復(fù)位。閥芯為三臺肩滑閥結(jié)構(gòu)，一側(cè)受彈簧作用，另一側(cè)受電磁鐵驅(qū)動的推桿作用，位于彈簧側(cè)臺肩處的閥芯軸線上的內(nèi)孔與內(nèi)孔兩側(cè)的徑向小孔，將該臺肩兩邊的腔室連通；閥套上有四個油孔，在閥芯動作后，利用閥芯軸向內(nèi)孔和徑向孔，泄油孔將防護(hù)閥控制油腔經(jīng)排油孔、防護(hù)閥排油口與系統(tǒng)回油管連通，進(jìn)油孔一端連接防護(hù)閥進(jìn)油口，另一端通過閥套內(nèi)的進(jìn)油腔經(jīng)油口溝通防護(hù)閥的復(fù)位油腔；電磁鐵與延時繼電器電氣連接。
本發(fā)明提供了一套A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，可在面積比超過上限值或低于下限值兩個超調(diào)方向上起到保護(hù)作用，從而為控制系統(tǒng)增加了一種液壓防護(hù)措施，該防護(hù)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，信號采集和傳遞通過機(jī)械方式完成，避免了電氣信號故障的影響，提高了發(fā)動機(jī)工作的可靠性。
本發(fā)明為噴管液壓作動系統(tǒng)增加了一種結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)械液壓防護(hù)措施，可實時檢測A9/A8面積比的變化，并利用檢測結(jié)果控制噴管A9/A8面積比失調(diào)時A9作動筒的作動狀態(tài)，實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)噴管的保護(hù)，增強(qiáng)了發(fā)動機(jī)工作的可靠性。同時，該防護(hù)系統(tǒng)用于現(xiàn)有噴管作動系統(tǒng)的改裝，其改裝量小。


圖1是本發(fā)明的液壓原理示意圖。(圖中標(biāo)號5.容積積分求差元件，6.低壓控制閥，7.高壓控制閥，8.電磁復(fù)位閥，9.面積比失調(diào)防護(hù)控制閥(防護(hù)閥)，10.延時繼電器，11.電磁充液閥。)圖2是本發(fā)明的一個實施例的液壓防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖。(圖中標(biāo)號1.A8信號輸入活塞組件，2.3.4.A9信號輸入活塞組件，6.低壓控制閥，7.高壓控制閥，8.電磁復(fù)位閥，9.面積比失調(diào)防護(hù)控制閥(防護(hù)閥)，10.延時繼電器，11.電磁充液閥。)圖3是本發(fā)明的一個實施例的液壓作動系統(tǒng)原理示意示意圖。(圖中虛線框內(nèi)部分表示三套A9電液伺服系統(tǒng)，其中一個詳盡地示出了A9電液伺服系統(tǒng)及其防護(hù)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)，A8作動液壓系統(tǒng)未示出。虛線表示了A8、A9作動筒與傳動機(jī)構(gòu)及信號輸入活塞組件軟軸的機(jī)械連接關(guān)系。)圖4是本發(fā)明的工作范圍示意圖。
圖5是本發(fā)明在面積比超調(diào)時處于防護(hù)工作狀態(tài)中的原理示意圖。
圖6是本發(fā)明在面積比達(dá)到危險值時的防護(hù)工作狀態(tài)示意圖。
圖7是本發(fā)明結(jié)束防護(hù)工作后處于系統(tǒng)復(fù)位時的原理示意圖。
圖8是三個A9作動筒的運動關(guān)系示意圖。(圖中標(biāo)號12.機(jī)匣，13.A9矢量環(huán)，14、15、16.A9作動筒。)圖9是本發(fā)明中容積積分求差元件的結(jié)構(gòu)原理示意圖。(圖中標(biāo)號1.1A8信號輸入活塞，21、31、41 A9信號輸入活塞，61低壓控制閥閥芯，71高壓控制閥閥芯，110閥體。)圖10是A9信號輸入活塞組件縱剖面構(gòu)造示意圖。(圖中標(biāo)號21信號輸入活塞，22導(dǎo)套，23絲桿，24軟軸套，25螺釘，26連接套，27軟管接頭，28軟管，29軟軸。
圖11是高壓控制閥縱剖面構(gòu)造示意圖。
圖12是面積比防護(hù)控制閥的縱剖面構(gòu)造示意圖。(圖中標(biāo)號91閥套，92閥芯，93密封圈，94動觸頭，95復(fù)位彈簧，96連接蓋，97端蓋，98靜觸頭，99襯套，110閥體。
圖13是電磁復(fù)位閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了A9/A8面積比防護(hù)液壓系統(tǒng)的組成和油路結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)由控制油路、防護(hù)油路和自動復(fù)位油路構(gòu)成，其中控制油路由一個容積積分求差元件(5)、電磁充液閥(11)及其油道組成，低壓控制閥(6)、高壓控制閥(7)、面積比防護(hù)控制閥(9)和相關(guān)油道組成防護(hù)油路，電磁復(fù)位閥(8)和防護(hù)閥(9)的控制油腔及相關(guān)油道組成自動復(fù)位油路。傳動機(jī)構(gòu)采集四組作動筒信號A9(1)、A9(2)、A9(3)、A8后通過軟軸輸入到容積積分求差元件(5)中，轉(zhuǎn)換為容積變化信號后輸出，用于控制兩個節(jié)流控制閥(6、7)的工作狀態(tài)，充液閥(11)電磁鐵1DT與飛行控制計算機(jī)控制系統(tǒng)電氣連接，復(fù)位閥(8)電磁鐵2DT與延時繼電器電氣連接，延時繼電器的觸點由連接于防護(hù)閥閥芯上的推桿控制；防護(hù)閥的進(jìn)油口連接作動筒回油、出油口接通回油總管，控制油進(jìn)油口接定壓油源。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的液壓結(jié)構(gòu)原理圖。四組信號輸入活塞組件(1)、(2)、(3)、(4)與高、低壓控制閥(7、6)組裝在同一閥體(110)內(nèi)，各活塞組件和兩個控制閥閥芯以及連接各元件的油道，構(gòu)成相對封閉的工作油腔，組成圖1中的容積積分求差元件(5)。傳動機(jī)構(gòu)采集A8、A9作動筒的位移信號經(jīng)軟軸傳遞到對應(yīng)的信號輸入活塞組件，驅(qū)動信號輸入活塞移動，使容積積分求差元件工作油腔內(nèi)的油液產(chǎn)生一個容積變化信號，這個信號輸出后用于控制兩個控制閥閥芯的動作；電磁復(fù)位閥(8)、防護(hù)閥(9)和充液閥(11)也組裝在該閥體(110)內(nèi)，通過相應(yīng)油道連通，其中充液閥電磁鐵由飛行控制計算機(jī)控制，在發(fā)動機(jī)啟動前，容積積分求差元件工作油腔內(nèi)經(jīng)電磁充液閥(5)充入定壓油源提供的控制壓力油；延時繼電器(10)控制電磁復(fù)位閥電磁鐵的動作，而延時繼電器的一對觸點通過防護(hù)閥閥芯帶動的推桿控制。
圖3所示為上述實施例安裝在噴管液壓作動系統(tǒng)中的液壓結(jié)構(gòu)和原理示意圖。本發(fā)明作為A9/A8面積比失調(diào)的防護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)的執(zhí)行元件一面積比防護(hù)控制閥的進(jìn)、排油口接入A9電液伺服系統(tǒng)的回油管路中，三套A9電液伺服系統(tǒng)分油活門的出口匯總后與防護(hù)閥的進(jìn)油口相通，排油口接回油總管。在A9/A8面積比超調(diào)時，防護(hù)閥調(diào)節(jié)A9電液伺服系統(tǒng)的回油壓力(或流量)，改變A9作動筒的作動狀態(tài)，實現(xiàn)保護(hù)作用。A9、A8作動筒信號經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)(圖中未示出)采集后，通過柔性軟軸傳遞給對應(yīng)的信號輸入活塞組件，對應(yīng)關(guān)系如圖中虛線所示。
圖4～圖7說明了本發(fā)明的液壓系統(tǒng)的防護(hù)工作過程。
圖4示出了噴管A9/A8面積比的變化范圍，其范圍分為正常工作區(qū)、上、下臨界工作區(qū)和危險區(qū)，上、下臨界工作區(qū)是本發(fā)明中液壓防護(hù)系統(tǒng)的防護(hù)范圍。圖中的曲線表示噴管工作過程中，面積比的隨機(jī)連續(xù)變化。
在噴管工作過程中，噴管液壓作動系統(tǒng)在飛行控制計算機(jī)和電子矢量控制器的控制下，通過改變A9、A8作動筒的位移，獲得噴管的不同工作姿態(tài)和A9/A8面積比，實現(xiàn)飛行員發(fā)出的俯仰、偏航或其它飛行指令。與此同時，A8、A9作動筒的位移信號經(jīng)機(jī)械機(jī)構(gòu)采集后，通過軟軸傳遞到對應(yīng)的信號輸入活塞組件，驅(qū)動信號輸入活塞移動，使容積積分求差元件工作油腔內(nèi)的油液產(chǎn)生一個容積變化信號，這個信號輸出后用于控制兩個控制閥閥芯的動作。當(dāng)噴管面積比處于正常工作區(qū)內(nèi)，如圖4的(a)點所示，這個輸出信號不足以推動高壓控制閥(7)或低壓控制閥(6)的閥芯動作，因此兩個控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，使防護(hù)閥處于完全開啟狀態(tài)，如圖1所示，因而噴管液壓作動系統(tǒng)正常工作。
如果噴管在工作過程中，由于控制系統(tǒng)的故障，或是液壓作動系統(tǒng)不能及時地對控制系統(tǒng)的指令產(chǎn)生準(zhǔn)確的響應(yīng)，使面積比增大而達(dá)到圖4所示的(b)點，則進(jìn)入上臨界工作區(qū)，容積積分求差元件的容積輸出信號使高壓控制閥(7)的閥芯產(chǎn)生一個位移，高壓控制閥節(jié)流口開啟，定壓控制油節(jié)流后進(jìn)入防護(hù)閥(9)的控制油腔，節(jié)流后的控制油液推動防護(hù)閥閥芯移動，改變進(jìn)、出油口的通流面積，使電液伺服系統(tǒng)回油背壓升高，從而減慢A9作動筒的作動速度。如圖5所示；如果面積比減小而達(dá)到下臨界工作區(qū)，如圖4所示的(c)點，則容積積分求差元件的輸出信號使低壓控制閥(6)的閥芯動作，控制防護(hù)閥動作；當(dāng)面積比達(dá)到危險值如圖4所示的(d)點，即達(dá)到上臨界工作區(qū)的上限值而接近危險區(qū)時，則高壓控制閥節(jié)流口完全開啟，定壓控制油不經(jīng)節(jié)流直接進(jìn)入防護(hù)閥控制油腔，使防護(hù)閥進(jìn)、出油口完全封閉，電液伺服系統(tǒng)回油路斷開，A9作動筒停止運動，A9/A8面積比停止變化，如圖6所示。
在防護(hù)過程中，防護(hù)閥閥芯帶動一個動觸頭移動，當(dāng)A9/A8面積比超調(diào)達(dá)到危險區(qū)，防護(hù)閥斷開回油路同時，動觸頭與靜觸頭閉合，接通與電磁復(fù)位閥(8)電磁鐵電氣連接的延時繼電器(10)控制電路，延時一定時間、使A9電液伺服系統(tǒng)能夠正確響應(yīng)于飛行控制計算機(jī)發(fā)出的指令后，延時繼電器接通串聯(lián)在防護(hù)閥控制油腔回油管路上的復(fù)位閥的電磁鐵控制電路，打開復(fù)位閥油路，將防護(hù)閥控制油腔內(nèi)的壓力油排入回油管，在復(fù)位彈簧作用下，把防護(hù)閥重新置于開啟位，使A9作動筒回油路打開，A9電液伺服系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。如圖7所示。
圖8和圖9說明了容積積分求差元件的構(gòu)成和工作原理。
圖8表示了A9作動筒的運動關(guān)系。對于軸對稱矢量噴管，各作動筒的行程控制A8調(diào)節(jié)環(huán)、A9轉(zhuǎn)向環(huán)的姿態(tài)和A8、A9面積大小。其中，三個A9作動筒是沿發(fā)動機(jī)周向等角度(120°)繞機(jī)匣布置，當(dāng)噴管A9作動環(huán)平動或斜動時，存在Δl1＝-Δl3，因此三個作動筒(14、15、16)的行程之和為Σn=3li=l1+l2+l3=3l0······(1)]]>即三個A9作動筒位移信號在容積積分求差元件內(nèi)的疊加結(jié)果實際上是圖8所示位于中間的作動筒位移l0的3倍，其中l(wèi)0決定了A9轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)環(huán)面積的大小，而Δl決定了噴管偏轉(zhuǎn)角的大小。當(dāng)作動筒回縮時，A9面積增大，作動筒活塞桿伸出時A9面積減小。
三個A8作動筒也是沿發(fā)動機(jī)周向等角度繞機(jī)匣布置，A8作動筒是同步運動的，在喉部A8面積達(dá)到某一數(shù)值時，三個作動筒的行程是相同的，皆為l4。
圖9所示的容積積分求差元件由四組信號輸入活塞組件(1)、(2)、(3)、(4)與高、低壓控制閥閥芯以及連接各元件的油道組成，A8信號輸入活塞(1.1)、A9信號輸入活塞(21、31、41)、低壓控制閥閥芯(61)、高壓控制閥閥芯(71)和閥體(110)內(nèi)連接各元件的油道構(gòu)成相對封閉的工作油腔，各輸入活塞和兩個控制閥芯的位置變化決定了工作油腔內(nèi)油液的容積變化。圖中虛線位置為發(fā)動機(jī)噴管剛開始工作(即啟動時)的各信號輸入活塞起始位置，該位置與作動筒的中立位置相對應(yīng)，實線位置為任意噴口狀態(tài)下(即噴管工作狀態(tài)下)，各信號輸入活塞的實際位置。啟動時由于各作動筒都處于中立位置，兩個控制閥的閥芯未動作，因此工作油腔內(nèi)的初始容積V0是確定的；在防護(hù)系統(tǒng)工作前，電磁充液閥5電磁鐵在飛行控制計算機(jī)控制下通電開啟，定壓控制油經(jīng)油孔(C、D)(參照圖2)進(jìn)入工作油腔后，確定了工作油腔內(nèi)油液的初始壓力p0，這個初始壓力保證了兩個控制閥閥芯的初始位置。工作油腔內(nèi)確定的油液初始容積和壓力保證容積積分求差元件能夠準(zhǔn)確測定A9/A8面積比。充液過程完成后(可設(shè)定充液時間)電磁充液閥關(guān)閉，發(fā)動機(jī)再啟動進(jìn)入正常運行。
A9、A8作動筒的位移信號通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(如齒條齒輪傳動)和信號輸入活塞組件按一定的傳動比轉(zhuǎn)換后輸入到工作油腔，在工作油腔里，四個作動筒位移信號疊加后產(chǎn)生一個容積變化信號，這個容積信號反映了A9/A8面積比的實時變化，當(dāng)檢測結(jié)果超過正常工作范圍(失調(diào))時，該信號使控制閥閥芯產(chǎn)生相應(yīng)的移動，使定壓控制油節(jié)流后進(jìn)入防護(hù)閥的控制油腔，控制防護(hù)閥的動作。
容積積分求差元件的工作容積變化與高、低壓控制閥節(jié)流口的開度滿足下列關(guān)系3·π4·d02·L0+π4·d12·L4=ΔV=π4·d22·x······(2)]]>3·π4·d02·L0+π4·d12·L4=ΔV=π4·d32·y······(3)]]>上面兩式中，d0，d1，d2，d3--A9、A8信號輸入活塞、高、低壓控制閥芯的直徑；L0，L4--A9、A8信號輸入活塞的位移，與A9、A8作動筒的位移l0，l4相對應(yīng)，即l0＝i1·L0，l4＝i2·L4，i1，i2分別是A9、A8作動筒傳動機(jī)構(gòu)的傳動比；x，y--高、低壓控制閥芯的位移；3·π4·d02·L0]]>--三個A9作動筒位移疊加的容積變化，根據(jù)(1)式得到。
(2)式反映了A9/A8面積比增大時，容積積分求差元件工作油腔內(nèi)的容積變化，這個容積信號決定了高、低壓控制閥的節(jié)流口通流面積當(dāng)面積比位于圖4所示的b點時，高壓控制閥閥芯移動x，節(jié)流口打開，定壓控制油節(jié)流降壓后流入防護(hù)閥控制油腔；當(dāng)面積比繼續(xù)增加，則閥芯位移x增大，達(dá)到圖4所示的d點時，高壓控制閥閥芯位移達(dá)到最大值即節(jié)流口全部打開，定壓控制油不經(jīng)節(jié)流，直接進(jìn)入防護(hù)閥控制油腔。(3)式則反映了A9/A8面積比減小時，低壓控制閥的動作關(guān)系。
圖10為一個A9信號輸入活塞組件(2)的具體結(jié)構(gòu)。軟軸(29)一端與齒輪軸相連，另一端通過滾壓方式與軟軸接頭(24)連成一體，軟軸接頭用緊固螺釘(25)聯(lián)結(jié)在絲桿(23)一端的方孔內(nèi)，使作動筒位移(轉(zhuǎn)動)信號經(jīng)軟軸傳遞到組件中的絲桿(23)；絲桿與導(dǎo)套(22)內(nèi)的螺母配合，絲桿另一端的導(dǎo)桿連接信號輸入活塞(21)，絲桿在導(dǎo)套內(nèi)轉(zhuǎn)動的同時沿軸向滑動，并按一定的傳動比將作動筒的位移信號轉(zhuǎn)換為信號輸入活塞的移動；信號輸入活塞的移動使其一側(cè)的工作油腔的油液容積發(fā)生改變，從而將作動筒的位移信號經(jīng)信號活塞傳遞給工作油腔內(nèi)的壓力油液，轉(zhuǎn)換為油液的容積變化信號。導(dǎo)套通過螺紋方式安裝于閥體(110)上，連接套用于軟軸、軟管及軟管接頭的支撐和安裝，軟管用于保護(hù)軟軸。
圖11所示為兩個節(jié)流控制閥中的高壓控制閥(7)，通過低、高壓控制閥，系統(tǒng)可在超出正常工作范圍的兩個方向上起到防護(hù)作用。兩個控制閥結(jié)構(gòu)相似、作用相同，但結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)不同?？刂崎y是一個常閉式液控節(jié)流閥，采用周邊開口節(jié)流(也可采用其它形式的節(jié)流口)，嵌套式結(jié)構(gòu)，由閥芯、閥套、復(fù)位彈簧、彈簧座、密封圈和端蓋組成；閥芯一端置于容積積分求差元件工作油腔內(nèi)，復(fù)位彈簧通過彈簧座壓在閥芯另一端；閥套上設(shè)置的進(jìn)油口(P)與定壓油源相通、出油口(0)與防護(hù)閥控制油腔連通、泄油口與回油管相通；閥芯、閥套部件通過閥套端部的螺紋插裝于閥體(110)內(nèi)。
低壓控制閥在面積比處于下臨界工作區(qū)(即面積比小于最小危險值)時開啟，而高壓控制閥則在上臨界工作區(qū)(即面積比大于最大危險值)進(jìn)行控制。噴管工作期間，A9、A8作動筒的連續(xù)作動，使容積積分求差元件產(chǎn)生一個持續(xù)的容積信號輸出，這個信號推動控制閥芯(62或72)不斷往復(fù)移動。當(dāng)A9/A8面積比在正好達(dá)到上臨界危險工作區(qū)的下限值時(如圖4所示的b點)，高壓控制閥閥芯(72)微量開啟閥套(71)上的控制油孔，定壓控制油節(jié)流降壓后，經(jīng)控制油道0-E進(jìn)入防護(hù)閥9的控制油腔(參照圖2)；若A9/A8面積比進(jìn)一步增大，高壓控制閥閥芯繼續(xù)左移，使閥孔通流面積增大，節(jié)流效果減弱，進(jìn)入控制油腔的控制油壓力提高；當(dāng)A9/A8面積比達(dá)到上限值(如圖4所示的d點)，則高壓控制閥全部開啟，控制油不經(jīng)節(jié)流直接進(jìn)入防護(hù)閥控制油腔。如面積比位于下臨界工作區(qū)，則由低壓控制閥進(jìn)行控制。
圖12是面積比防護(hù)控制閥(9)的結(jié)構(gòu)和組成。防護(hù)閥是一個嵌套式結(jié)構(gòu)的常開雙向液控節(jié)流閥，采用周邊節(jié)流口型式。閥芯(92)為兩節(jié)同心式結(jié)構(gòu)，一端的控制活塞位于由襯套(99)和閥孔圍成的控制油腔內(nèi)，參照圖2，襯套上的油孔將此油腔與閥體上的控制油孔(E)(與低、高壓控制閥出口相通)和復(fù)位閥(8)的泄油口(F)連通，閥芯另一端作用了一個復(fù)位彈簧(94)，并通過螺紋連接了一個穿過連接蓋(96)中心孔的銅質(zhì)動觸頭(95)，軸心位置的盲孔及其兩端的徑向孔將左端臺肩外側(cè)與出油口(B)溝通，在復(fù)位時，臺肩外側(cè)微量泄漏的油液由此排出，保證可靠復(fù)位；閥套(91)上設(shè)有一個與作動筒一側(cè)回油管連通的進(jìn)油口(A)、一個與系統(tǒng)回油管相通的排油孔(B)和一個連通復(fù)位油腔(復(fù)位彈簧處閥套內(nèi)的空腔)與電磁復(fù)位閥油口(I)的復(fù)位油孔(J)；連接蓋與閥體(11)螺紋連接，用螺紋連接在連接蓋外側(cè)端蓋上的兩個靜觸頭(98)與延時繼電器(10)電氣連接。
當(dāng)A9/A8面積比失調(diào)時，容積積分求差元件控制高(低)壓控制閥向防護(hù)閥的控制油腔通油，在控制油腔的壓力油和復(fù)位彈簧的作用下，閥芯(92)右移，逐漸關(guān)小節(jié)流口，使A9作動筒的回油背壓提高，則A9作動筒的移動速度降低，以阻止A9/A8面積比的進(jìn)一步擴(kuò)大或減小，如圖5所示。在A9/A8面積比達(dá)到臨界危險值時，控制閥(6或7)完全打開閥口，定壓控制油不經(jīng)節(jié)流進(jìn)入防護(hù)閥的控制油腔，防護(hù)閥節(jié)流口完全關(guān)閉，A9作動筒停止運動，從而達(dá)到保護(hù)發(fā)動機(jī)的目的，如圖6所示。
在A9作動筒停止作動后，動觸頭(94)在閥芯帶動下，與兩個靜觸頭(98)閉合，使延時繼電器(10)通電計時，延時一段時間后，控制復(fù)位閥電磁鐵動作，如圖7所示。
圖13所示為電磁復(fù)位閥(8)結(jié)構(gòu)。復(fù)位閥是一個嵌套結(jié)構(gòu)的常閉式二位四通電磁換向閥，與防護(hù)閥復(fù)位油腔及相關(guān)油道組成復(fù)位油路，延時繼電器(10)是復(fù)位油路的控制元件。閥芯(82)為三臺肩滑閥結(jié)構(gòu)，一側(cè)受彈簧(86)作用，另一側(cè)受電磁鐵(84)驅(qū)動的推桿作用，位于彈簧側(cè)臺肩處的閥芯軸線上的內(nèi)孔與內(nèi)孔兩側(cè)的徑向孔，將該臺肩兩邊的腔室連通。而該臺肩處采用了正開口，在面積比處于正常范圍時，防護(hù)閥控制油腔內(nèi)的油液通過此開口與回油管連通；閥套(81)上有四個油孔，在閥芯動作后，利用閥芯軸向內(nèi)孔和徑向孔，泄油孔(F)將防護(hù)閥控制油腔經(jīng)排油孔(K)、防護(hù)閥排油口(B)與系統(tǒng)回油管連通，進(jìn)油孔(G)一端連接防護(hù)閥進(jìn)油口(A)，另一端通過閥套內(nèi)的進(jìn)油腔經(jīng)油口(I)溝通防護(hù)閥的復(fù)位油腔；電磁鐵與延時繼電器電氣連接。
A9/A8面積比達(dá)到危險臨界值后，經(jīng)防護(hù)油路作用，A9作動筒停止運動，等待A9電液伺服系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確響應(yīng)于飛行控制器發(fā)出的指令。此時連接于防護(hù)閥閥芯右側(cè)的動觸頭與兩個靜觸頭接觸，使延時繼電器通電動作，延時若干秒后(此時間根據(jù)A9液壓伺服主系統(tǒng)對控制系統(tǒng)指令的響應(yīng)時間而決定)，接通復(fù)位閥電磁鐵(84)的電路，電磁鐵通電，推動復(fù)位閥芯(82)左移，復(fù)位閥的閥孔(I)、(G)連通，由于閥孔I與防護(hù)閥右側(cè)的復(fù)位油腔相通，閥孔(G)與閥孔H(A)相通，作動筒回油腔內(nèi)的高壓油(即背壓)經(jīng)(H)-(G)-(I)-(J)進(jìn)入防護(hù)閥閥芯右側(cè)，推動閥芯(92)左移；與此同時，由于復(fù)位閥芯左移，與防護(hù)閥控制油腔連通的復(fù)位閥孔F，經(jīng)閥芯內(nèi)的回油孔與回油腔(H)連通，則原來控制油腔內(nèi)的控制油經(jīng)(F)-回油孔-(K)-(T)-(B)，流回到回油管，保證防護(hù)閥回到開啟位(即防護(hù)閥復(fù)位)，重新開啟A9作動筒的回油通道。
待A9液壓伺服主系統(tǒng)正常執(zhí)行飛行控制器的指令后，A9作動筒回油路已開啟，所以主系統(tǒng)可正常工作。而A8、A9作動筒根據(jù)飛行控制器回復(fù)到正常工作區(qū)內(nèi)，則工作油腔內(nèi)油液的容積同時恢復(fù)正常，高、低壓控制閥在各自的復(fù)位彈簧作用下也回到關(guān)閉位置。
雖然本說明書對本發(fā)明的最佳裝置進(jìn)行了介紹和描述，但本發(fā)明只是提供了一個范例。在不違背本發(fā)明的精神的前提下，熟知這方面技術(shù)的人們可以進(jìn)行多方面改進(jìn)、改型，例如可以將本發(fā)明應(yīng)用于其它類型的發(fā)動機(jī)作動系統(tǒng)等。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種軸對稱矢量噴管A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，其特征在于包括容積積分求差元件(5)與電磁充液閥(11)組成的控制回路、面積比防護(hù)控制閥(9)及低、高壓控制閥(6)、(7)組成的防護(hù)回路和電磁復(fù)位閥(8)與延時繼電器(10)組成的自動復(fù)位回路；系統(tǒng)串接在A9液壓作動系統(tǒng)的回油管路中，電磁充液閥與飛行控制計算機(jī)控制系統(tǒng)電氣連接，容積積分求差元件中的信號輸入活塞組件分別與A9和A8作動筒機(jī)械連接，復(fù)位閥電磁鐵和延時繼電器電氣連接；延時繼電器與防護(hù)閥控制連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱矢量噴管A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，其特征在于該容積積分求差元件，四個信號輸入活塞(1.1)、(21)、(31)、(41)與低壓控制閥芯(61)、高壓控制閥芯(71)及閥體內(nèi)的連通油道構(gòu)成相對封閉的容積積分求差元件工作油腔，油腔內(nèi)在發(fā)動機(jī)啟動運行前由二位二通電磁充液閥(11)充入定壓控制油液；各元件聯(lián)結(jié)插裝于閥體(11)，兩兩同軸線相對布置在同一平面，通過油道連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸對稱矢量噴管A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，其特征在于信號輸入活塞組件，共有四組，組件(1)與A8作動筒連接、組件(2)、(3)、(4)與三個A9作動筒連接，軟軸一端與齒輪軸相連，另一端通過與軟軸接頭連成一體，軟軸接頭聯(lián)結(jié)在絲桿一端的孔內(nèi)，絲桿與導(dǎo)套內(nèi)的螺母配合，絲桿另一端的導(dǎo)桿連接信號輸入活塞，活塞在導(dǎo)套內(nèi)孔里可軸向滑動，導(dǎo)套安裝于閥體上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸對稱矢量噴管A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，其特征在于高壓控制閥(7)，是一個常閉式液控節(jié)流閥，嵌套式結(jié)構(gòu)，包括閥芯、閥套、復(fù)位彈簧、彈簧座、密封圈和端蓋；閥芯一端置于容積積分求差元件工作油腔內(nèi)，復(fù)位彈簧通過彈簧座壓在閥芯另一端；閥套上設(shè)置的進(jìn)油口與定壓油源相通、出油口(0)與防護(hù)閥控制油腔連通、泄油口與回油管相通；閥芯、閥套部件插裝于閥體內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱矢量噴管A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，其特征在于面積比防護(hù)控制閥(9)，是一個常開雙向液控節(jié)流閥，嵌套式結(jié)構(gòu)，閥芯為兩節(jié)同心式結(jié)構(gòu)，一端的控制活塞位于由襯套和閥孔圍成的控制油腔內(nèi)，襯套上的油孔將此油腔與閥體上的控制油孔和復(fù)位閥的泄油口連通，閥芯另一端作用了一個復(fù)位彈簧，并連接一個穿過連接蓋中心孔的動觸頭，軸心位置的盲孔及其兩端的徑向孔將左端臺肩外側(cè)與出油口溝通；閥套上設(shè)有一個與作動筒一側(cè)回油管連通的進(jìn)油口、一個與系統(tǒng)回油管相通的排油孔和一個連通復(fù)位油腔與電磁復(fù)位閥油口的復(fù)位油孔；連接蓋與閥體連接，在連接蓋外側(cè)端蓋上的兩個靜觸頭與延時繼電器電氣連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的軸對稱矢量噴管A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，其特征在于電磁復(fù)位閥(8)，閥芯為三臺肩滑閥結(jié)構(gòu)，一側(cè)受彈簧作用，另一側(cè)受電磁鐵驅(qū)動的推桿作用，位于彈簧側(cè)臺肩處的閥芯軸線上的內(nèi)孔與內(nèi)孔兩側(cè)的徑向小孔，將該臺肩兩邊的腔室連通；閥套上有四個油孔，在閥芯動作后，利用閥芯軸向內(nèi)孔和徑向孔，泄油孔將防護(hù)閥控制油腔經(jīng)排油孔、防護(hù)閥排油口與系統(tǒng)回油管連通，進(jìn)油孔一端連接防護(hù)閥進(jìn)油口，另一端通過閥套內(nèi)的進(jìn)油腔經(jīng)油口溝通防護(hù)閥的復(fù)位油腔；電磁鐵與延時繼電器電氣連接。
全文摘要
一種可用于飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)軸對稱矢量噴管的A9/A8面積比失調(diào)防護(hù)液壓系統(tǒng)，包括容積積分求差元件(5)與電磁充液閥(11)組成的控制回路、面積比防護(hù)控制閥(9)及低、高壓控制閥(6)、(7)組成的防護(hù)回路和電磁復(fù)位閥(8)與延時繼電器(10)組成的自動復(fù)位回路；系統(tǒng)串接在A9液壓作動系統(tǒng)的回油管路中，電磁充液閥與飛行控制計算機(jī)控制系統(tǒng)電氣連接，容積積分求差元件中的信號輸入活塞組件分別與A9和A8作動筒機(jī)械連接，復(fù)位閥電磁鐵和延時繼電器電氣連接；延時繼電器與防護(hù)閥控制連接。可在面積比超過上限值或低于下限值兩個超調(diào)方向上起到保護(hù)作用，避免了電氣信號故障的影響，提高了發(fā)動機(jī)工作的可靠性。
文檔編號B64C15/00GK101025127SQ20061002414
公開日2007年8月29日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者王玉新, 段渝波 申請人:同濟(jì)大學(xué)