裁斷機(jī)液壓體系的矢量設(shè)計與使用

中國橡膠機(jī)械網(wǎng) 裁斷機(jī)配件之軸對稱矢量噴管一般采用3個周向等角度置于機(jī)匣外壁上的矢量液壓作動筒來平移和斜動矢量環(huán)，矢量環(huán)通過裁斷機(jī)械連接機(jī)構(gòu)使擴(kuò)散調(diào)節(jié)片相對于噴管的縱向中心線對稱或非對稱地定位，以此來實現(xiàn)俯仰和偏航矢量或獲得不同的噴管出口面積：當(dāng)3個作動筒同步前后平移時，則使A9面積大小發(fā)生改變，而A9作動筒非同步地移動時，則使矢量環(huán)產(chǎn)生斜動，矢量環(huán)的傾斜角度和傾斜方向分別確定了噴管的矢量角和矢量方向。

應(yīng)急復(fù)位技術(shù)及其發(fā)展

在發(fā)動機(jī)工作期間，有可能因部件失靈或損傷（例如由于空戰(zhàn)格斗）而導(dǎo)致噴管的液壓作動系統(tǒng)在某一個或多個不同的工作模式方面失效，如作動系統(tǒng)的供油中斷或控制信號中斷，這將導(dǎo)致飛機(jī)不受控制，因此噴管作動系統(tǒng)都設(shè)置有應(yīng)急復(fù)位裝置。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，將A9作動筒置于介于全程伸出和全程縮回之間的中立位置，使擴(kuò)散調(diào)節(jié)片在矢量環(huán)作用下處于防護(hù)姿態(tài)，這時噴管處于非矢量狀態(tài)，從而使飛機(jī)可控。

對于噴管液壓作動系統(tǒng)的應(yīng)急復(fù)位（也可稱為故障防護(hù)）問題，最早進(jìn)行軸對稱矢量噴管研究與應(yīng)用的歐美國家，在這方面的研究是比較深入和成熟的。在現(xiàn)有裁斷機(jī)故障防護(hù)技術(shù)中，常見的液壓裁斷機(jī)故障防護(hù)裝置有兩類：

①利用與主作動軸設(shè)置的復(fù)位式復(fù)位作動筒及相關(guān)組件，在調(diào)用故障模式后，經(jīng)復(fù)位作動筒作用，將主作動筒機(jī)械定位于中立位置，噴管置于防護(hù)姿態(tài)。另外也可采用帶有可定位止動銷的故障防護(hù)作動筒，在應(yīng)急工作狀態(tài)下，能夠通過該作動筒驅(qū)動止動銷沿滑動桿移動，阻擋作動環(huán)全部收回而停留在中立位置；

②采用2套噴管作動系統(tǒng)即冗余系統(tǒng)實現(xiàn)防護(hù)，在其中一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通過另外一套作動系統(tǒng)實現(xiàn)對噴管的控制，2套系統(tǒng)配置獨立的油路和。

然而，在上述第1種類型的裁斷機(jī)故障防護(hù)系統(tǒng)中，在調(diào)用故障模式時，防護(hù)裝置在飛行控制計算機(jī)和矢量電子控制器控制下，由油壓裁斷機(jī)系統(tǒng)油源向故障防護(hù)作動筒應(yīng)急供油，故障防護(hù)作動筒活塞桿伸出，阻擋在氣動載荷作用下回縮的主作動筒，使回縮的主作動筒停留在中立位置，將噴管置于防護(hù)姿態(tài)，中立位置由故障防護(hù)作動筒活塞的行程確定。但在系統(tǒng)供油中斷和喪失控制信號（斷電）時，將影響該裝置的正常工作，不能有效地保護(hù)噴管和飛行安全；同時，由于采用了故障防護(hù)作動筒，使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸增大，重量增加，從而限制了飛機(jī)性能的提高。對于第2類防護(hù)系統(tǒng)，在故障模式下仍可獲得矢量，同時有效減小了矢量環(huán)的負(fù)載，極大地提高了發(fā)動機(jī)工作的可靠性，但冗余系統(tǒng)的使用，使得發(fā)動機(jī)和飛機(jī)整體重量增加，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。

針對上述技術(shù)存在的缺陷，作者提出了一套應(yīng)急復(fù)位液壓系統(tǒng)，在一定程度上克服了這些問題。

應(yīng)急復(fù)位裁斷機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計

3.1系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)應(yīng)急復(fù)位液壓系統(tǒng)由主系統(tǒng)油路A91

（1）、故障防護(hù)油路A91

（2）和應(yīng)急控制系統(tǒng)組成。

主油路A91

（1）由電液伺服閥1、作動筒3和2個協(xié)調(diào)活門2以及進(jìn)、回油管路構(gòu)成；應(yīng)急液壓回路A91

（2）由伺服滑閥7、單向閥4、蓄能器5、應(yīng)急活門6、調(diào)速閥9、液壓鎖8、及作動筒3構(gòu)成；伺服滑閥、減速器11和連接于作動筒尾柄的連桿齒條組件12構(gòu)成一套機(jī)械反饋的應(yīng)急閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制應(yīng)急油路的工作。2套油路并聯(lián)于油源、回油管和作動筒之間，分別在正常工作和應(yīng)急工作狀態(tài)下向作動筒供油。電液伺服閥、協(xié)調(diào)活門和應(yīng)急活門采取電液聯(lián)鎖：電液伺服閥和應(yīng)急活門電磁鐵電氣聯(lián)鎖，應(yīng)急活門與協(xié)調(diào)活門采取液壓聯(lián)鎖，即應(yīng)急活門的出油口與協(xié)調(diào)活門的控制油口連通，主油路與應(yīng)急活門控制油口連通。

裁斷機(jī)液壓系統(tǒng)的各控制閥（包括單向閥、應(yīng)急活門、伺服滑閥、液壓鎖、節(jié)流閥、調(diào)速閥和協(xié)調(diào)活門等）全部安裝在集成閥體14內(nèi)，電液伺服閥1和減速裝置11安裝在集成閥體外側(cè)，集成閥總成安裝于作動筒3上，作動筒左側(cè)的尾柄與A9轉(zhuǎn)向環(huán)10連接，右端連接在發(fā)動機(jī)機(jī)匣支撐件13上。應(yīng)急控制系統(tǒng)中的齒條連桿組件的連桿與作動筒尾柄鉸接，采集作動筒活塞位移信號后，通過齒條傳遞給減速器處理，處理后的作動筒位移信號傳遞給伺服滑閥閥芯，控制伺服滑閥相關(guān)閥口的開口量，改變向作動筒對應(yīng)油腔的供油量。該控制系統(tǒng)采用機(jī)械反饋方式，不依賴于電氣控制信號，因此在電氣故障模式下可正常工作。

3.2裁斷機(jī)系統(tǒng)的工作原理表示了A9液壓作動系統(tǒng)的連接關(guān)系以及A9作動環(huán)的運動關(guān)系。3套系統(tǒng)并聯(lián)于高壓油源和回油管之間的應(yīng)急復(fù)位液壓系統(tǒng)A91、A92、A93分別控制3個A9作動筒3（1）、3（2）和3（3）的作動，由此改變A9作動環(huán)及與之機(jī)械連接的擴(kuò)散調(diào)節(jié)片的姿態(tài)和噴管出口面積。每套應(yīng)急復(fù)位液壓系統(tǒng)由電液伺服主系統(tǒng)油路（以A91（1）等表示）和應(yīng)急復(fù)位油路（以A91（2）等表示，也稱為故障防護(hù)油路）并聯(lián)組成。正常工作狀態(tài)下，各系統(tǒng)中的電液伺服主系統(tǒng)油路A91（1）、A92（1）、A93（1）在飛行控制計算機(jī)控制下工作，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如喪失油源壓力或電氣控制信號），則故障防護(hù)油路A91（2）、A92（2）、A93（2）在各自的應(yīng)急控制系統(tǒng)控制下工作，實現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)急復(fù)位。

電液伺服主系統(tǒng)油路正常工作期間，主油路經(jīng)飛行控制計算機(jī)控制的電液伺服閥對作動筒供液，推動作動筒工作，當(dāng)3個A9作動筒同步移動時，作動環(huán)10平動，改變噴管出口面積A9的大小，當(dāng)3個作動筒非同步移動則使作動環(huán)斜動，如所示，改變噴管的矢量方向。與此同時主油路經(jīng)單向閥4對蓄能器5充液。

當(dāng)主系統(tǒng)油路發(fā)生電、液故障時，與電液伺服閥和協(xié)調(diào)活門采取電液聯(lián)鎖的應(yīng)急活門開啟，調(diào)用故障模式，啟動應(yīng)急復(fù)位液壓油路工作，蓄能器中的應(yīng)急油液經(jīng)應(yīng)急活門進(jìn)入防護(hù)油路，同時，在應(yīng)急油液壓力作用下，主油路中的協(xié)調(diào)活門關(guān)閉，切斷電液伺服閥與作動筒的進(jìn)、回油路。在應(yīng)急控制系統(tǒng)作用下，與作動筒位移關(guān)聯(lián)的伺服滑閥控制應(yīng)急油液，經(jīng)液壓鎖進(jìn)入主作動筒的相關(guān)油腔，推動作動筒到中立位置，在3個A9作動筒皆到達(dá)中立位置后，A9作動環(huán)處于應(yīng)急姿態(tài)，如虛線所示位置，擴(kuò)散調(diào)節(jié)片置于故障防護(hù)姿態(tài)，噴管處于非矢量工作狀態(tài)。此時液壓鎖在伺服滑閥的控制下，處于關(guān)閉狀態(tài)，蓄能器停止向作動筒供油，液壓鎖將作動筒鎖定在中立位置，并提供足夠的偏轉(zhuǎn)剛度。在應(yīng)急工作狀態(tài)下，作動筒有桿腔進(jìn)油時，有可能在氣動載荷和液壓的共同作用下失速，調(diào)速閥可限制回縮過快的作動筒速度，即對3個A9作動筒回復(fù)中立位置的最高速度進(jìn)行限制。

在防護(hù)系統(tǒng)工作期間，如果主系統(tǒng)電控信號和油壓恢復(fù)，在電液聯(lián)鎖的作用下，應(yīng)急活門關(guān)閉，協(xié)調(diào)活門開啟，則2個系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行自動切換，恢復(fù)電液伺服主系統(tǒng)的自動控制，防護(hù)系統(tǒng)退出控制狀態(tài)。

3.3系統(tǒng)的特點

（1）液壓系統(tǒng)應(yīng)急油路通過1套機(jī)械反饋的應(yīng)急閉環(huán)控制系統(tǒng)控制，故障模式下，避免了電氣信號缺失的影響，可以產(chǎn)生響應(yīng)于噴管液壓作動系統(tǒng)液壓故障信號、控制信號喪失或二者同時喪失等故障防護(hù)模式，使噴管故障防護(hù)的范圍得以擴(kuò)展，增強(qiáng)了發(fā)動機(jī)工作的可靠性和飛行的安全性；

（2）取消了前面提及的故障防護(hù)作動筒結(jié)構(gòu)，簡化了A9作動筒的結(jié)構(gòu)、減小了軸向尺寸，一定程度上降低了液壓系統(tǒng)的重量；

（3）集成化的油路設(shè)計，使得系統(tǒng)重量降低；

（4）改裝量小，對現(xiàn)有噴管結(jié)構(gòu)的改變不大。

結(jié)論

經(jīng)有關(guān)設(shè)計部門論證，該A9作動筒應(yīng)急復(fù)位系統(tǒng)在國內(nèi)屬于首創(chuàng)，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性和先進(jìn)性明顯，經(jīng)檢索未發(fā)現(xiàn)與之相同的應(yīng)急復(fù)位結(jié)構(gòu)，其功能原理達(dá)到國際先進(jìn)水平。經(jīng)過工程應(yīng)用設(shè)計，可以直接應(yīng)用于AVEN裝置的故障防護(hù)