电机泵阀作动系统的分级压力控制及效率分析

　　机载作动系统是实现飞机飞行姿态和飞行轨迹控制的关键飞行控制子系统之一，其性能的优劣直接影响飞机的飞行品质. 国外从 20 世纪 70年代已经开始研制采用功率电传作动器系统，即飞机的作动系统各执行机构之间的功率传输，通过电导线以电能形式传输，从而取代现行的通过液压管路来传递功率，给飞机的操纵、控制及其性能带来巨大的影响. 机电作动器作为未来的发展方向，国外现处于原理研究实验阶段; 而目前我国急需对电机泵阀协调作动系统进行研究实验，尽快地应用于机载设备中[1].

　　为了提高军用飞机的性能，高压、大功率成了飞机液压系统的一个发展趋势. 由于目前飞机液压系统都采用恒压泵源，因此高压、大功率必然导致系统发热功率大且散热困难等问题. 飞机需要机载设备具有高效率和快速响应性，这就使得液压作动系统的压力不断升高，而系统压力的升高带来了一系列的问题，如不必要的能源浪费，系统发热和由发热引起的一系列对系统不安全因素等. 本文针对这一情况，首先介绍了电机泵阀协调控制作动系统，分析了系统的压力对飞机作动系统效率的影响，提出了对电机泵阀协调控制作动系统采用分级压力控制，并根据飞机的飞行状态对作动器的要求来设定仿真输入曲线，最后利用AMESim 软件仿真了整个系统的响应特性和热力学特性.

　　1 电机-泵-阀协调控制作动系统

　　由几种协调控制作动系统的比较可知[1]，电机泵阀并联协调控制作动系统具有显著的特点.图1 为电机泵阀协调控制系统控制原理图. 由图1 可以看出，系统中可调节的部分有3 个: 电机的转速n、液压泵斜盘摆角改变泵排量q、伺服阀的开口度; 三者共同决定流量来控制摆动马达的输出. 电机-泵组的控制调节属于容积控制，容积控制系统的效率高，但是系统响应速度跟不上，而伺服阀的控制调节，可以提高整个系统的响应，但是不能保证系统的效率; 若对电机和泵进行控制调节出现问题时，阀控系统可以作为备份系统，系统本身就可以为双余度系统，大大增加了系统的可靠性. 目前类似系统结构一般将泵控部分作为备份，伺服阀作为主控制部分，已经在许多飞机上得到了应用. 图2 所示为电机泵阀协调控制作动系统的AMESim 模型.

　　2 飞机作动系统的压力及效率分析

　　现阶段飞机液压系统的压力根据负载的峰值来确定. 由美国空军研究机构[2 -3]，在 Rockwell 实施的军用飞机某项研究计划得到的典型飞行任务统计结果总结在表1. 由表1 的飞行任务，根据基于间接负载敏感的增益调度法，得到图3 所示的理想状态下飞行各时段的油源压力参考输入. 由表1 和图3 可以得到不同压力占用时间份额表，如表2 所示. 由表1 和图3 可知，飞机并不是从起飞到降落都一直工作在高压状态，而是随着飞行任务的改变，所需要的工作压力不断改变，而真正需要工作在高压的时间只占整个飞行过程中很短的时间. 所以，如果系统在需要低压工作的时候，提供低压，系统在需要高压工作时，提供高压，则可以大幅度地提高系统效率，从而减少系统发热以及由于发热带来的一系列的安全问题.