[發明專利]一種應用于余度作動系統的力綜合臂

無效

• 申請號: 200910180643.8
• 申請日: 2009-10-27
• 公開（公告）號: CN101695958A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 郎燕;齊海濤;辛鵬宇;李運華;劉沛清
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C13/28
• 分類號: B64C13/28
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及飛機舵面作動系統技術領域，具體涉及到一種應用于余度作動系統的力綜合臂。

背景技術

飛機作動系統是指可以在機上實現某些有相當功率輸出的、機械動作的、相對獨立的一整套系統。它包括從二次動力源(液壓源和電機等)開始至機械動作執行機構的全套功率傳輸轉換設備，以及與其相應的檢測設備和控制系統。其操縱對象包括各氣動力面(操縱面)、機輪轉向機構、起落架收放機構以及其它輔助動力驅動系統。通常意義下的作動系統主要指操縱面作動系統。這些被控操縱面(舵面、翼面)，如升降舵、方向舵、副翼、襟翼和全動平尾等均可直接改變飛機的氣動力受力狀況，以控制飛機飛行姿態和飛行軌跡。

飛機的關鍵操縱面上的作動系統(也稱為舵機)通常是多余度的，主要來保證舵面操縱及飛機整體性能的安全可靠性。機載余度作動系統的所有通道均是熱備份狀態，即每個通道均同時工作。當飛控計算機檢測到舵機中的某個工作通道發生結構或控制故障時，可以馬上將故障通道隔離，同時剩余的正常通道的作動器將繼續工作。在飛機一些關鍵操縱面上，四余度機械式力綜合舵機是飛機上常用的一種液壓作動系統，其特點是四個通道的作動筒并列安裝，并且它們的輸出端分別通過活塞軸連接到力綜合臂上，再由力綜合臂轉換為單一輸出。但是機械式力綜合舵機結構的缺點是，當各個通道的輸入或結構參數有差異時，會導致通道間的力紛爭現象。力紛爭會降低力綜合臂的壽命甚至破壞其結構。從減輕重量，以及提高可靠性、效率和維修性等方面考慮，目前最先進的多電飛機(如A380，Boeing787)在關鍵控制面上均采用的是功率電傳作動系統，包括電液作動器(EHA)和機電作動器(EMA)兩種類型。由于在驅動電機端可以設計二到四套電氣余度，因此在機械執行機構部分(EHA中的作動筒，EMA中的滾珠絲杠)通常只需布置兩個通道即可滿足功率電傳作動系統整體的可靠性要求。因此，減小甚至完全消除力綜合臂上的力紛爭現象是提高飛機可靠性和降低維護費用的重要手段。

國內外的研究表明，舵機常見的余度結構主要有以下幾種形式：

(1)位移綜合式

如圖1所示，位移綜合式是把每個通道的作動筒的活塞桿用位移綜合臂聯接起來，三余度以上的舵機101需特殊的“搖擺”機構102來實現位移綜合。綜合后的輸出是各個通道作動筒103輸出位移的平均值。但這種綜合方式結構較復雜，不易實現大位移綜合，且發生故障后性能要降級(無補償措施)。

(2)電磁綜合式

也稱為磁通綜合式，主要利用大功率的、可直接驅動動力控制閥的稀土鈷永磁馬達，來代替一般液壓伺服系統中的電磁式力矩馬達、前置液壓放大器、功率液壓放大器和輔助作動器等環節。因此，只需在力馬達的控制線圈中設置余度，就能實現作動器的多余度控制，而不需要配置幾套完全相同的作動器。

例如，四余度飛控電子通道，馬達設置四個控制線圈，每個線圈對應一個余度。如果液壓作動筒是兩余度，力馬達輸出軸驅動兩個動力控制閥，或設置兩個力馬達，組成一個四余度電子線路和兩余度液壓作動系統。顯然，這種方案能簡化余度舵機的結構。

(3)氣動力綜合式

氣動力綜合式就是把每一種控制翼面按所需的系統余度數量分割成幾塊，每一塊由一個無余度的作動器和助力器來驅動，即控制力不在作動器的輸出端綜合，而是在控制面上按氣動力來綜合。這種結構的優點是采用完全分開的單套舵機代替整體或多余度舵機，實現助力器的余度化，簡化了舵機的結構，提高了系統可靠性。但是大型客機上通常不采用這種方式。

(4)力綜合式

力綜合式余度舵機又可以分為機械力綜合式和液壓力綜合式兩種。

機械力綜合式結構的原理圖，如圖2所示，包括舵機201、舵機202、舵機203、輸出軸204、軸205、軸206和力綜合臂207。機械力綜合式舵機又可分為機械力綜合式余度舵機與液壓力綜合式余度舵機兩種。

機械力綜合式結構的特點是各舵機并列，分別通過輸出軸204、軸205、軸206連接到力綜合臂207上，再由力綜合臂207轉換為單一輸出。其優點是力綜合臂207具有表決性質且可防止故障瞬態傳至控制面的能力。如圖3(a)、圖3(b)所示，圖3(b)比圖3(a)的結構復雜，但從消除偏磨現象，改善力紛爭等全面考慮，圖3(b)的結構更為合理。我國采用這種形式的余度舵機較多。

液壓力綜合式余度舵機是把各通道的作動筒301串聯起來，各個活塞上的液壓力相疊加，由一根活塞桿302輸出，如圖4所示。其優點是沒有力紛爭。由于它是串聯相加，在發生故障時，故障瞬態容易傳到控制面上，且余度數大于2時，余度舵機較長，因此限制了應用。

發明內容