第五章執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制裝置

第五章執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制裝置發(fā)動(dòng)機(jī)控制器通過(guò)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，有很多執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制裝置，如燃油流量控制裝置（計(jì)量閥）、矢量噴口控制裝置、風(fēng)扇可調(diào)葉片控制裝置、進(jìn)氣道控制裝置以及渦輪間隙主動(dòng)控制裝置等。液壓缸§1液壓缸的類型及其特點(diǎn)

§2擺動(dòng)式液壓缸

液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，用于驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)。

液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。§1液壓缸的類型及其特點(diǎn)

液壓缸(oilcylinder)

有多種形式，按其作用方式分類，分為單作用式和雙作用式兩大類。

單作用式液壓缸(hydrauliccylinder)是指利用液壓油推動(dòng)活塞(柱塞)作一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而反向運(yùn)動(dòng)則依靠重力或彈簧力等實(shí)現(xiàn)。

雙作用式液壓缸是指正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠壓力油來(lái)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于機(jī)床類機(jī)械一般采用中低壓液壓缸，其額定壓力為2.5～6.3MPa；對(duì)于要求體積小、重量輕、出力大的建筑車輛和飛機(jī)用液壓缸多數(shù)采用中高壓液壓缸，其額定壓力為10～16MPa；對(duì)于油壓機(jī)一類機(jī)械，大多數(shù)采用高壓液壓缸，其額定壓力為25～31MPa。

液壓缸按不同的使用壓力，又可分為中低壓、中高壓和高壓液壓缸。

液壓缸按結(jié)構(gòu)型式不同，又分活塞式、柱塞式、擺動(dòng)式和伸縮式等，其中以活塞式液壓缸(pistoncylinder)應(yīng)用最多。

根據(jù)移動(dòng)和擺動(dòng)又分移動(dòng)式液壓缸和擺動(dòng)式液壓缸，移動(dòng)式液壓缸主要指活塞式、柱塞式和多級(jí)液壓缸。一、活塞式液壓缸(pistoncylinder)

活塞式液壓缸按作用方式分有單作用、雙作用之分；雙作用又分雙作用雙活塞桿和雙作用單活塞桿。

按其安裝方式不同，又分缸固定式和活塞桿固定式兩種：

活塞缸單作用雙作用雙作用雙活塞桿雙作用單活塞桿

單作用活塞缸——工作時(shí)靠壓力油推動(dòng)，返回時(shí)靠自重(或彈簧)的作用實(shí)現(xiàn)。1、單作用活塞式液壓缸(one-waycylinder)

1）(職能)圖形符號(hào)

雙作用活塞式液壓缸又分雙作用雙活塞桿、雙作用單活塞桿兩種；根據(jù)安裝方式不同又有缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。

2、雙作用活塞式液壓缸(double-actingcylinder)雙作用雙作用雙活塞桿雙作用單活塞桿安裝方式液壓缸筒固定式活塞桿固定式1）雙作用雙活塞桿式液壓缸a、液壓缸固定式(如圖)

壓力油a口進(jìn)入液壓缸左腔，當(dāng)液壓油的作用力克服阻力后，活

塞和與之相連的工作臺(tái)一起從左向右運(yùn)動(dòng)，缸右腔的油液則從b口流出，4—工作臺(tái)(不屬于液壓缸組成部分)4vFvF1—缸筒2—活塞桿3—活塞

壓力油p1流量為q從a口進(jìn)入缸左腔，當(dāng)液壓油的作用力克服阻力后，活

塞和與之相連的工作臺(tái)一起從左向右運(yùn)動(dòng)，缸右腔的油(壓力為p2)液則從b口流出，若改變進(jìn)油方向，即液壓油從b口流入缸右腔，缸和工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)反向。從圖中可見(jiàn)，這種缸工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍是活塞有效行程L的3倍。這種安裝方式占地面積大，常用于小型機(jī)床(設(shè)備)。

b、活塞桿固定式(如圖)

圖中活塞桿2固定，缸筒1和工作臺(tái)4連接在一起，當(dāng)壓力p1的液壓油從孔口a流入缸左腔，缸筒1和工作臺(tái)4從右向左運(yùn)動(dòng)，缸右腔的油液則從另一孔b流出，改變進(jìn)油方向，右腔進(jìn)油，缸體向右運(yùn)動(dòng)。

由圖可知，這種缸工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍是缸有效行程L的2倍，占地面積較小，適用于中型及大型機(jī)床。

vFvF1—缸筒2—活塞桿3—活塞4—工作臺(tái)2)雙作用單活塞桿式液壓缸

如圖所示，單桿活塞缸也有缸固定式和桿固定式兩種安裝方式，無(wú)論是缸固定式還是桿固定式，其工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍都是活塞(缸筒)有效行程L的2倍。單桿活塞缸缸固定式—缸筒—活塞桿3—活塞—工作臺(tái)單桿活塞缸桿固定式—缸筒—活塞桿3—活塞4—工作臺(tái)3、

差動(dòng)油缸(cylinderwithdifferential)

p621）差動(dòng)連接——當(dāng)雙作用單桿液壓缸左右兩腔同時(shí)通壓力油時(shí)，由于油缸左、右兩腔的有效工作面積不相等，兩腔的推力也不相等，從而產(chǎn)生差動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這種油路的連接形式稱差動(dòng)連接。（簡(jiǎn)單定義差動(dòng)連接——雙作用單桿油缸左右兩腔相互接通并同時(shí)輸入壓力油時(shí)，稱為差動(dòng)連接。)

差動(dòng)連接的意義：采用差動(dòng)連接時(shí)，不增大油泵的供油量卻可得到較大的速度。②活塞反向運(yùn)動(dòng)，其速度v2差動(dòng)連接不能使運(yùn)動(dòng)反向，反向必須非差動(dòng)連接。因此要進(jìn)行如下油路設(shè)計(jì)，（見(jiàn)右圖）反向速度v2為：這種的油路設(shè)計(jì)既可以差動(dòng)連接，又可以反向運(yùn)動(dòng)。

A1A2Dd定義：結(jié)構(gòu)尺寸滿足d=0.707D的雙作用單桿的液壓缸稱為差動(dòng)油缸。其符號(hào)圖形為：2）差動(dòng)油缸差動(dòng)油缸的特點(diǎn)：1.具有雙作用單桿的液壓缸的特點(diǎn)；2.

具有d=0.707D結(jié)構(gòu)尺寸；3.采用差動(dòng)連接，并正反向運(yùn)動(dòng)，供油量相同時(shí)，可得到正反向運(yùn)動(dòng)速度相等。差動(dòng)油缸的意義：

在用定量泵供油時(shí)，以無(wú)桿腔為工作油腔，采用差動(dòng)連接；以有桿腔為工作油腔，不能采用差動(dòng)連接，可以得到正反運(yùn)動(dòng)，且正反運(yùn)動(dòng)的速度相等。二、柱塞式液壓缸p63

1、柱塞式液壓缸的特點(diǎn)

柱塞式液壓缸為單作用缸，即工作時(shí)靠壓力油推動(dòng)，返回靠彈簧或自重完成，這種缸內(nèi)壁不需精加工、工藝性好、成本低、制造容易。常用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合，如導(dǎo)軌磨床、龍門刨床。若要求往復(fù)工作運(yùn)動(dòng)時(shí)，常將柱塞缸成對(duì)使用，即由兩個(gè)柱塞缸分別完成相反方向運(yùn)動(dòng)。

如上圖a)所示，柱塞式液壓缸只能單方向向右運(yùn)動(dòng)，反向退回時(shí)靠外力，如彈簧力、重力等完成。若要求往復(fù)工作運(yùn)動(dòng)時(shí)，常將柱塞缸成對(duì)使用，即由兩個(gè)柱塞缸分別完成相反方向運(yùn)動(dòng)。如圖b)所示。a)b)三、復(fù)合油缸

1、增力油缸由兩個(gè)單活塞桿缸串聯(lián)在一起，當(dāng)壓力油通入兩缸左腔時(shí)，串聯(lián)活塞向右運(yùn)動(dòng)，兩缸右腔的油液同時(shí)排出，其推力等于兩腔推力之和，即:式中p1—進(jìn)油壓力；p2—回油壓力；增力油缸

增壓油缸又叫增壓器，在液壓系統(tǒng)中采用增壓油缸，可以在不增加高壓能源的情況下，獲得比液壓系統(tǒng)中能源壓力高得多的油壓力。2、增壓油缸增壓油缸

如圖所示為一種由活塞缸和柱塞組合而成的增壓油缸，它是利用活塞和柱塞有效工作面積之差來(lái)使液壓系統(tǒng)中局部區(qū)域獲得高壓的。當(dāng)輸入活塞缸左腔的壓力油為pa，則柱塞缸右腔輸出的壓力為pb

常有單葉片和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式，(也有多葉片式的，但很少)，擺動(dòng)式液壓缸由缸筒1、葉片軸2、定位塊3和葉片4組成，見(jiàn)圖?！?擺動(dòng)式液壓缸擺動(dòng)式液壓缸也稱回轉(zhuǎn)式液壓缸或擺動(dòng)馬達(dá)?！淄病~片軸定位塊—葉片單葉片式擺動(dòng)缸—葉片雙葉片式擺動(dòng)缸—缸筒葉片軸定位塊

單葉片擺動(dòng)缸，其擺動(dòng)角度可達(dá)，雙葉片擺缸其擺動(dòng)角最大可達(dá)。雙葉片擺動(dòng)缸輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片的2倍，在同等條件下角速度則是單葉片的一半。(職能)圖形符號(hào)為：

擺動(dòng)式液壓缸的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，但加工制造比較復(fù)雜。在機(jī)床上，用與回轉(zhuǎn)夾具、送料裝置、間歇進(jìn)刀機(jī)構(gòu)等；在液壓挖掘機(jī)、裝載機(jī)上，用于鏟斗的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。目前，在艦船的液壓舵機(jī)上逐步由擺動(dòng)式液壓缸取代柱塞式液壓缸；在艦船穩(wěn)定平臺(tái)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，也不少采用擺動(dòng)式液壓缸。

四、伸縮式液壓缸

伸縮式液壓缸又稱為多級(jí)液壓缸，是由兩個(gè)或多個(gè)活塞套裝而成。它的前一級(jí)活塞缸的活塞是后一級(jí)活塞缸的缸筒，伸出時(shí)(按活塞1、2的有效工作面積由大到小依次伸出)，可獲得很長(zhǎng)的工作行程，縮回時(shí)(按活塞有效工作面積由小到大依次縮回)長(zhǎng)度則較短，故結(jié)構(gòu)較緊湊。

圖4—9為雙作用式伸縮缸(亦有單作用式)。伸縮式液壓缸常用于工程機(jī)械(如翻斗汽車、起重機(jī)等)和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。

由于各級(jí)活塞的有效工作面積不同，在輸入液壓力和流量不變的情況下，液壓缸的推力和速度是分級(jí)變化的：先動(dòng)作的活塞速度低、推力大；后動(dòng)作的推力小、速度高?；钊?活塞2表中符號(hào)：A—面積q—流量b—葉片寬R1—葉片軸半徑R2—缸孔半徑z—葉片數(shù)燃油流量控制裝置燃油流量控制裝置主要由計(jì)量閥、伺服閥、隨動(dòng)活塞、位移傳感器以及等壓差閥等構(gòu)成，其原理如圖所示。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃油流量主要通過(guò)計(jì)量閥控制，而等壓差閥用來(lái)保持計(jì)量閥前后的壓差為常數(shù)，這樣通過(guò)計(jì)量閥的燃油流量就唯一地由計(jì)量閥的開(kāi)度決定。伺服閥、作動(dòng)閥、位移傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器構(gòu)成電液位置伺服系統(tǒng)，其隨動(dòng)活塞的位移輸出決定了計(jì)量閥的開(kāi)度，亦即決定了燃油流量。燃油流量控制裝置原理圖矢量噴管控制裝置為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，國(guó)內(nèi)外新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口面積大多是可調(diào)的。而第四代戰(zhàn)斗機(jī)要求具有隱身、超聲速巡航、高機(jī)動(dòng)能力和敏捷性、綜合化航電系統(tǒng)及良好的維修性等特征，采用帶矢量噴管的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)是必然的選擇。矢量噴管控制裝置由以下幾個(gè)部分組成：伺服閥、作動(dòng)筒、連桿機(jī)構(gòu)。在非矢量狀態(tài)下，該噴管僅產(chǎn)生軸向推力；在矢量狀態(tài)，推力方向可在0?~360?范圍內(nèi)任意角度相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)軸線大約0?~20?范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生矢量推力。下圖為矢量噴管裝置：矢量噴管裝置矢量噴管簡(jiǎn)化模型作動(dòng)筒長(zhǎng)度與矢量角、偏航角關(guān)系推力矢量情況抬前輪起飛離地速度/（m/s)時(shí)間/s距離/m速度/（m/s)時(shí)間/s距離/m不采用，無(wú)前翼88.515.6575293.716.85861采用，無(wú)前翼65.410.6036176.112.80516采用，有前翼65.410.6036176.112.50494某飛機(jī)采用和不采用推力矢量技術(shù)時(shí)的起飛滑行距離狀態(tài)無(wú)推力矢量有推力矢量法向過(guò)載角速度/(°)/s法向過(guò)載角速度/(°)/s高度0km,Ma=0.31.211.141.492.71高度3km,Ma=0.41.492.081.843.59高度5km,Ma=0.62.524.443.136.32推力矢量對(duì)飛機(jī)爬升性能的影響矢量噴管的發(fā)展和分類矢量噴管的分類矢量噴管的分類一、收—擴(kuò)噴管

從常規(guī)不加力渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始就有固定收斂噴管，接著出現(xiàn)了加力渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的收—擴(kuò)噴管，之后發(fā)展出全程可調(diào)收—擴(kuò)噴管。60年代出現(xiàn)的“鷂”式飛機(jī)的“飛馬”發(fā)動(dòng)機(jī)，噴管可轉(zhuǎn)向90°，用以產(chǎn)生垂直方向的推力，做垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)的推進(jìn)動(dòng)力。72二、二元和軸對(duì)稱矢量噴管有通過(guò)偏轉(zhuǎn)鱗片改變氣流方向的二元矢量噴管（如圖1所示）和在常規(guī)收—擴(kuò)噴管的基礎(chǔ)上研究的軸對(duì)稱俯仰/偏航矢量噴管（如圖2所示）。矢量噴管的分類73矢量噴管的分類裝二元矢量噴管的突出優(yōu)點(diǎn)

（1）改善大迎角和低動(dòng)壓條件下戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)動(dòng)性和操縱性。（2）大角度俯沖時(shí)，可提高武器投射精度，飛行中可利用反推力提高飛機(jī)的縱向靈活性。（3）雙座戰(zhàn)斗機(jī)采用二元噴管后，與機(jī)體尾部匹配較好，可降低亞聲速和跨聲速的巡航阻力。（4）可降低紅外信號(hào)和雷達(dá)信號(hào)強(qiáng)度，提高隱身能力。

（5）縮短起飛和著陸距離。74矢量噴管技術(shù)簡(jiǎn)介矢量噴管的分類它是在常規(guī)軸對(duì)稱收—擴(kuò)噴管的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，其優(yōu)點(diǎn)是為飛機(jī)提供俯仰/偏航能力。這種噴管的擴(kuò)張段可以在周向360度范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)17~20°，特別適用于現(xiàn)有的戰(zhàn)斗機(jī)改裝。矢量噴管的分類三、燃?xì)舛妗細(xì)饬髟谕獠哭D(zhuǎn)向形式將一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn)舵面置入飛機(jī)尾部噴管外部的燃?xì)饬髦校瑥亩a(chǎn)生俯仰/偏航和橫滾矢量推力。僅在美國(guó)F/A—18大迎角研究機(jī)（HARV）和美、德聯(lián)合研究機(jī)X—31上研究機(jī)動(dòng)性能，由于控制等問(wèn)題短期難以解決，未投入使用。76矢量噴管技術(shù)簡(jiǎn)介矢量噴管的發(fā)展和分類四、球面收斂調(diào)節(jié)板推力矢量噴管（SCFN）普?惠公司發(fā)展了俯和反推力多功能二元矢量球面收斂調(diào)節(jié)板推力矢量噴管（如圖3所示），現(xiàn)已完成初步研究和地面驗(yàn)證型噴管的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

這種多功能矢量噴管除上述優(yōu)點(diǎn)外，還可以減小戰(zhàn)斗機(jī)的尺寸和重量，提高燃燒效率，從而大大增加戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)有效性、經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。矢量噴管的關(guān)鍵技術(shù)矢量噴管的關(guān)鍵技術(shù)矢量噴管的關(guān)鍵技術(shù)（1）常規(guī)軸對(duì)稱收—擴(kuò)噴管設(shè)計(jì)使用技術(shù)（2）運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行矢量噴管的內(nèi)流氣動(dòng)計(jì)算（3）矢量噴管結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛度和壽命的設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題（4）冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和