航空泵试验台驱动变结构的控制研究

武 程

哈尔滨东安机电制造有限责任公司

航空泵试验台驱动变结构的控制研究

武 程

哈尔滨东安机电制造有限责任公司

在飞机研制过程中，为保障研制过程的顺利，提高试飞成功概率，需要对飞机进行地面模拟实验。飞机航空泵在地面测试过程中，其驱动结构包括变频调速器、异步电机和增速箱。本文通过对建立航空泵试验台驱动系统各环节的数学模型和对转速的滑模变结构的控制，模拟航空泵试验台系统运作，为研究航空泵试验台驱动变结构控制提供参考依据。

航空泵；试验台；驱动变结构；研究

飞机操作系统中液压动力系统起决定作用。液压动力系统直接决定飞机操作性能是否良好以及飞机出现故障机率大小，因此我们要加强对飞机液压系统地面试验的控制和研究。恒速装置是飞机的驱动装置，因为飞机在启动飞行过程中发动机的功率非常大，航空泵对飞机发动机旋转速度的影响比较小，可以不纳入计算中。

一、飞机液压能源系统简介

液压驱动在飞机控制系统中应用范围较广。因为液压系统的能量密度较高、系统结构紧密，运转速度快等特点，几乎所用的飞机都用其做驱动系统。同时液压系统操作简单，发动机可以直接带动系统运转，这对液压系统合理运用飞机上已有的能源起到很大的帮助，减轻飞机能源需求问题。液压系统为飞机运行提供二次能源。现如今的民用客机中，大多采用的都是阻燃磷酸酯基液压油，其液压系统的额定压力通常控制在3000Psi到5000Psi之间。

二、地面模拟液压驱动试验台

1、主液压泵系统调速

液压系统常用的调速方式有节流调速、双泵供油、差动调速、变量泵调速等，这些调速方式都是基于液压系统方面的调速方法。液压泵输出流量公式：Q=n×q式中：Q是液压泵理论输出流量，n是液压泵驱动轴输入转速，q是液压泵排量。根据液压泵输出流量公式可以得出，液压泵排量和液压泵驱动轴输入转速是英系那个液压泵输出流量的两个重要因素，航空泵试验台驱动结构系统就是通过改变转速的方式控制液压泵系统的流量。液压试验台的液压泵驱动主要有三种方法，第一种是使用添加调速装置的发动机为液压泵提供驱动力，第二种是用不安装调速配置的电动机直接为液压泵系统提供驱动力，第三种是用电液伺服系统为液压泵提供驱动力。这三种驱动方式各有利弊，直接用普通电机为液压泵提供驱动力，这种方法操作简单、成本少且方便技术人员养护，但值得注意的是，液压泵的转速会受到调速设备的影响。如果电机的驱动功率超负载，那么液压泵的转速就会较小，会影响普通电机的性能，甚至影响飞机的运行安全。

目前国内的飞机系统中，为液压系统提供驱动力的发动机要求刚性大，所以，飞机的地面试验模拟与飞机正常运行时的状态是有很大差异的，所以不安装任何转速系统的普通发动机不适合在试验台操控中使用。安装了调速配置的发动机的调速方式有两种，分别是直流调速和交流调速两种。并且，直流调速与交流调速相比较来说更容易操作，但是使用使用直流调速这种调速方式，会影响电动机的转速且资金需求较大，在发动机驱动液压系统工作中出现故障的机率较大。对于交流调速电动机有：n=60×f×（1-S）÷P。公式式中：n是电动机转速，f是电动机输入电压频率，s是电动机的转差率，p是电动机的极对数。因此可知，通过改变f、s、p都可以实现对交流电机转速的调节。随着科技技术的不断进步，变频调速技术也有了大幅度的发展和创新，与过去相比，如今的变频调速系统安装简单，便于养护，同时还能做到快响应、高调速比等优势，还能够进行高精度调速，充分的显示出了变频调速技术的科技进步。电液伺服系统是一种反馈控制系统，主要是通过对电信号的处理和液压动力机构组成的系统。应用的范围也比较广泛，它具备承载性好，速度快的特点，也曾在地面试验中得到认可。经常被用于飞机上的控制。能够控制不同种类的马达速度系统。由于电液伺服系统在使用时需额外的液压油源进行能源补给，耗能量与占地面积大，所以不建议在模拟液压驱动试验中采用此种控制系统。

2、试验台转动系统

EDP需要的驱动输入转速高达4200r/min，一般用的异步交流电机在选择小极对数p=2或者p=1时，其同步转速才较大，达到1500r/min或者3000r/min，但还是远不能满足液压泵需要输入的额定转速和最高转速的要求。液压泵的传动轴不能承受轴向力和径向力，故不能通过在轴端安装齿轮、带轮等形式进行驱动，需要采用联轴器联接驱动轴和液压泵输入轴的形式驱动。

解决的方法可以利用齿轮增速箱。理想状态时，齿轮增速箱内齿轮等速运行，其作用力由系统负载决定，没有惯性力。但是，增速箱由传动轴、齿轮副、轴承和箱体等构成，形成一个比较复杂的弹性机械系统，其运动方程组阶数的提高会对求解造成更大的困难。可以利用齿数比为3:1或3:2的直齿轮增速箱对额定转速为1500r/min或3000r/min的交流电机增速至4500r/min。由于整个铁鸟试验各部分试验台位置已经规划好，液压试验台安装于地坑，地坑空间有限，不应选择占据较大面积的方案。

三、总结

飞机进行地面试验最先进且成本最少的方法是用变频调速器、变频专用交流电机、增速齿轮箱联合，通过驱动液压泵来进行飞机的地面测试。在地面进行液压泵加载测试时，会影响飞机的转速，转速会下降，这与飞机实际运行中航空泵的转速有很大的区别。所以要模拟飞机正常运行时航空泵是如何工作的，也就是要保证飞机液压泵调速系统的正常工作，保证研究数据的真实性。想要保证飞机的调速系统的性能，要选用高标格的设备，同时也要有科学的控制理念对试验台驱动结构进行控制。

[1]杨华勇,宋月超,徐兵.复杂工况下柱塞泵流量脉动并行仿真与试验研究[J].中国科学:技术科学.2012(12)

[2]高亚奎,支超有,张芬.现代飞机综合试验与测试技术研究[J].航空制造技术.2012(22)