民機(jī)液壓管路與作動器的連接形式

民機(jī)液壓管路與作動器的連接形式

0.液壓能源系統(tǒng)飛機(jī)的早期操縱系統(tǒng)使用電纜或傳輸桿將駕駛員在駕駛員和框架內(nèi)的力傳遞給轉(zhuǎn)向移動臂，從而克服鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的矩向力，并驅(qū)動轉(zhuǎn)向手臂。舵面鉸鏈力矩隨著飛機(jī)舵面尺寸和飛行速度的增大而增大,當(dāng)鉸鏈力矩達(dá)到一定程度,駕駛桿(或腳蹬)上的力將超過駕駛員能夠承受的極限,液壓能源系統(tǒng)在飛機(jī)上的應(yīng)用解決了該問題。液壓能源系統(tǒng)具有比功率大、響應(yīng)速度快及抗負(fù)載剛性大等特點(diǎn),廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代飛機(jī)的操縱中。液壓能源系統(tǒng)作為現(xiàn)代飛機(jī)的重要組成部分,為飛控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)以及反推力系統(tǒng)等液壓用戶提供動力源。由于受到飛機(jī)大小、結(jié)構(gòu)空間以及舵面運(yùn)動形式的影響,不同機(jī)型、舵面所采用的液壓系統(tǒng)中液壓管路與作動器的連接形式具有較大的差異。本文介紹了現(xiàn)有民機(jī)液壓管路與作動器的幾種連接形式,并進(jìn)行了分析與總結(jié)。1.液壓導(dǎo)管與作動器的連接作動器的運(yùn)動形式不同,液壓管路與作動器的連接形式也不同。作動器的運(yùn)動形式一般有兩種,第一種是作動器缸體不動,僅活塞桿在缸體軸線上做往復(fù)的直線運(yùn)動。對于這種運(yùn)動方式的作動器,液壓管路和作動器的連接比較簡單,由于缸體不動,可以直接把液壓導(dǎo)管通過活接頭連接到作動器上,但這種運(yùn)動方式,需要復(fù)雜的傳力機(jī)構(gòu),把直線運(yùn)動的活塞桿的輸出力轉(zhuǎn)換為舵面的偏轉(zhuǎn)力矩,所占用的空間比較大。第二種運(yùn)動形式是不但活塞桿沿缸體軸線往復(fù)運(yùn)動,同時缸體本身也在運(yùn)動。此時,不能簡單地直接把普通液壓導(dǎo)管和作動器連接起來。當(dāng)然缸體的運(yùn)動方式也是多種多樣的,其中一種在飛機(jī)中比較常見的方式是:缸體可繞著末端固定支點(diǎn)(鉸鏈)在平面內(nèi)做掃略運(yùn)動,如圖1所示。作動器的這種運(yùn)動方式,可使整個作動系統(tǒng)省去復(fù)雜的傳力機(jī)構(gòu),節(jié)省了大量空間。在飛機(jī)上某些空間極為有限的地方,比如機(jī)翼,使用這種作動器是十分有利的。因此,本文針對擾流板和副翼使用這種作動器時,分析幾種液壓管路與作動器的連接形式,總結(jié)各種連接形式的差別和優(yōu)缺點(diǎn)。2.空間布局緊張機(jī)翼后緣布局涉及液壓管路,飛控系統(tǒng)作動器,高升力系統(tǒng)襟翼作動器、扭力桿,電氣系統(tǒng)EWIS線纜等。因此,空間布局十分緊張,尤其若采用新一代超臨界翼型,機(jī)翼更薄,機(jī)翼后緣空間將更小。副翼和擾流板作動器就是采用第二種安裝和運(yùn)動方式。2.1液壓連接接頭的使用因?yàn)樽鲃悠鞲左w在其運(yùn)動平面上繞著支點(diǎn)做掃略運(yùn)動,因此可以用液壓軟管連接作動器。國外某E型飛機(jī)擾流板作動器就是采用這種形式,如圖2所示。由于軟管通過接頭跟作動器缸體固定在一起,當(dāng)缸體做掃略運(yùn)動時,軟管會承受一定的扭矩,日積月累,軟管尤其是跟作動器相連的接頭處容易疲勞損壞。根據(jù)調(diào)查,該型飛機(jī),即使是剛服役的飛機(jī),每飛行400小時左右,此處接頭就會因疲勞損壞而出現(xiàn)液壓油泄漏現(xiàn)象,每飛行400小時就需要更換液壓軟管。為解決這個問題,可使用帶旋轉(zhuǎn)接頭的軟管,如圖3所示。由于軟管和作動器使用旋轉(zhuǎn)接頭連接起來,因此當(dāng)缸體做掃略運(yùn)動時,將不存在上述問題,從而提高了液壓軟管的壽命,降低維修成本。但是,使用旋轉(zhuǎn)接頭容易導(dǎo)致液壓油泄漏,這對密封技術(shù)提出了更高的要求。然而,無論使用哪種軟管,作動器運(yùn)動時,軟管的一端都跟著作動器做掃略運(yùn)動,占用空間較大,而機(jī)翼后緣空間狹小,布置系統(tǒng)又多,加上飛機(jī)起飛后機(jī)翼變形,作動器運(yùn)動時液壓軟管容易跟別的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)碰撞。液壓軟管主要由耐液體的內(nèi)膠層、中膠層、多層鋼絲纏繞增強(qiáng)層、外膠層組成,內(nèi)膠層具有使輸送介質(zhì)承受壓力,保護(hù)鋼絲不受侵蝕的作用;外膠層保護(hù)鋼絲不受損傷;鋼絲層是骨架材料起增強(qiáng)作用。因此,相比于硬管,傳輸相同功率所需液壓,軟管要重得多。2.2管直接作動器連接因?yàn)楦左w繞著固定支點(diǎn)做掃略運(yùn)動,因此若用硬管直接和作動器連接,硬管必然會承受扭矩,硬管壽命也會減少。為延長硬管壽命,需改變硬管的幾何形狀來吸收扭矩,主要包括以下幾種形式。2.2.1彈性螺旋管典型的螺旋扭力管構(gòu)型包含一個540°的螺旋管管路,在螺旋管的兩端各有一段直線段,如圖4所示。這種形式不僅提供了必要的彈性吸收扭矩,同時使得管路走向反轉(zhuǎn)。圖的下半部分是一種管路走向無需反轉(zhuǎn),直通作動器端口的安裝方式。根據(jù)實(shí)際使用,螺旋管可以采用180°到900°變化。這種安裝方式要求螺旋管中心盡可能與作動器旋轉(zhuǎn)中心同軸。2.2.2旋轉(zhuǎn)軸大力運(yùn)動學(xué)扭力管由兩個90°的彎管組成,如圖5所示。工作時中間的直線段(圖中標(biāo)簽4指示部分)承受扭矩,允許扭力管一端圍繞中間直線段的軸線扭轉(zhuǎn)。扭力管運(yùn)動時必須把彎管段和作動器接頭之間固定住,以消除來自作動器接頭的彎曲應(yīng)力。同時,中間直線段必須與作動器的旋轉(zhuǎn)中心同軸,中間直線段也不允許用管接頭打斷。作動器掃略角度不大時,可使用這種構(gòu)型。因?yàn)樽鲃悠鲯呗越嵌仍酱?中間直線段就需越長以承受更大的扭矩,而這與機(jī)翼空間狹小是相悖的。國外某A型民機(jī)在副翼作動器上就使用了這種構(gòu)型,具有壽命長的特點(diǎn),基本與飛機(jī)同壽命。2.2.3旋轉(zhuǎn)接頭連接方式分析當(dāng)作動器掃略角度比較大時,可使用帶旋轉(zhuǎn)接頭的硬管連接作動器。這種連接方式要求旋轉(zhuǎn)接頭與作動器的旋轉(zhuǎn)中心同軸。跟帶旋轉(zhuǎn)接頭的軟管一樣,旋轉(zhuǎn)接頭的使用容易泄漏液壓油。與用液壓軟管連接相比,這種連接方式占用的空間較小。國外某B型民機(jī)就是采用這種連接方式,如圖6所示。3.硬管連接的特點(diǎn)飛機(jī)機(jī)翼比較薄,機(jī)翼內(nèi)布置系統(tǒng)較多,空間緊張,因此機(jī)翼區(qū)域飛控作動器一般采用活塞桿沿作動筒軸線做往復(fù)運(yùn)動,同時作動器圍繞鉸鏈做掃略運(yùn)動,以省去復(fù)雜傳力機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式。對于該運(yùn)動形式的作動器,液壓管路和作動器間一般采用上文描述的連接形式。作動器旋轉(zhuǎn)角度比較大的地方一般使用軟管連接,比如擾流板作動器。軟管又分為普通液壓軟管和帶旋轉(zhuǎn)接頭的液壓軟管,普通液壓軟管在作動器運(yùn)動時會承受扭矩,壽命短;而帶旋轉(zhuǎn)接頭的軟管可以解決這個問題,但容易泄漏。硬管連接主要有以下三種典型形式:螺旋扭力管、扭力管、帶旋轉(zhuǎn)接頭的硬管。其中螺旋扭力管和扭力管一般用于作動器旋轉(zhuǎn)角度比較小的地方,比如副翼作動器;螺旋扭力管和扭力管對安裝的要求也比較高,要求螺旋管或扭力管中間直線段的軸線與作動器旋轉(zhuǎn)中心同軸。帶旋轉(zhuǎn)接頭的硬管用于作動器旋轉(zhuǎn)角度比較大的地方。就單位長度的重量而言,傳輸相同功率的