轴对称矢量喷管应急复位液压系统的设计研究

　　1 前言

　　利用轴对称矢量喷管(AVEN)改变发动机排气方向,为飞机提供了更强的转向力矩,赋予战斗机超机动性、短距起降和低的可探测性,极大提高了战斗机的作战有效性和生存能力。美、俄等发达国家都将其作为重要技术优先发展[1]。

　　轴对称矢量喷管带有收敛调节片和扩散调节片,这些调节片围成排气流通道,其中扩散调节片有一个限定喉道最小流通面积(常称之为A8)的前端和一个限定扩散 喷管较大流通面积(常称之为A9)的后端,它们构成了一个从喉道起延伸而成的扩散喷管下游段。轴对称矢量喷管一般采用3个周向等角度置于机匣外壁上的矢量 液压作动筒来平移和斜动矢量环,矢量环通过机械连接机构使扩散调节片相对于喷管的纵向中心线对称或非对称地定位,以此来实现俯仰和偏航矢量或获得不同的喷 管出口面积:当3个作动筒同步前后平移时,则使A9面积大小发生改变,而A9作动筒非同步地移动时,则使矢量环产生斜动,矢量环的倾斜角度和倾斜方向分别 确定了喷管的矢量角和矢量方向[2]。

　　2 应急复位技术及其发展

　　在发动机工作期间,有可能因部件失灵或损伤(例如由于空战格斗)而导致喷管的液压作动系统在某一个或多个不同的工作模式方面失效,如作动系统的供油中断或 控制信号中断,这将导致飞机不受控制,因此喷管作动系统都设置有应急复位装置。在系统出现故障时,将A9作动筒置于介于全程伸出和全程缩回之间的中立位 置,使扩散调节片在矢量环作用下处于防护姿态,这时喷管处于非矢量状态,从而使飞机可控。

　　对于喷管液压作动系统的应急复位(也可称为故障防护)问题,最早进行轴对称矢量喷管研究与应用的欧美国家,在这方面的研究是比较深入和成熟的。在现有故障 防护技术中,常见的液压故障防护装置有两类:¹利用与主作动轴设置的复位式复位作动筒及相关组件,在调用故障模式后,经复位作动筒作用,将主作动筒机械定 位于中立位置,喷管置于防护姿态。另外也可采用带有可定位止动销的故障防护作动筒,在应急工作状态下,能够通过该作动筒驱动止动销沿滑动杆移动,阻挡作动 环全部收回而停留在中立位置[3];º采用2套喷管作动系统即冗余系统实现防护,在其中一套系统出现故障时,通过另外一套作动系统实现对喷管的控制,2套 系统配置独立的油路和油源[4]。然而,在上述第1种类型的故障防护系统中,在调用故障模式时,防护装置在飞行控制计算机和矢量电子控制器控制下,由系统 油源向故障防护作动筒应急供油,故障防护作动筒活塞杆伸出,阻挡在气动载荷作用下回缩的主作动筒,使回缩的主作动筒停留在中立位置,将喷管置于防护姿态, 中立位置由故障防护作动筒活塞的行程确定。但在系统供油中断和丧失控制信号(断电)时,将影响该装置的正常工作,不能有效地保护使得系统的结构尺寸增大, 重量增加,从而限制了飞机性能的提高。对于第2类防护系统,在故障模式下仍可获得矢量,同时有效减小了矢量环的负载,极大地提高了发动机工作的可靠性,但 冗余系统的使用,使得发动机和飞机整体重量增加,结构也比较复杂。