張巖 代警衛(wèi) 何志良

海軍駐襄樊地區(qū)航空軍事代表室 441000

1 抗荷調(diào)壓器的用途及工作原理

抗荷調(diào)壓器是飛機(jī)抗荷系統(tǒng)的主要組成部分。它能夠根據(jù)飛機(jī)機(jī)動(dòng)過(guò)載的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入抗荷服或高空代償服內(nèi)的抗荷膠囊中空氣壓力。充氣后的抗荷服、調(diào)壓服會(huì)壓緊飛行員身體的下半部分，大大減少血液向腹腔和下肢的慣性流動(dòng)，從而改善飛行員腦部的供血情況，減輕過(guò)載對(duì)人體機(jī)能的不良影響，保證飛行員的良好的工作能力，更有助于發(fā)揮殲擊機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)的機(jī)動(dòng)性能。

我國(guó)現(xiàn)有的抗荷調(diào)壓器以機(jī)械結(jié)構(gòu)為主，根據(jù)調(diào)壓部件的不同區(qū)分可以分為膜片式和柱塞式。膜片式抗荷調(diào)壓器核心部件是由橡膠膜片組成，設(shè)計(jì)精巧，工藝復(fù)雜，依靠一套嚴(yán)格的質(zhì)量-壓力反饋計(jì)算，通過(guò)膜片的變形封堵氣體的入口與出口，實(shí)現(xiàn)過(guò)載-壓力的比例調(diào)節(jié)。膜片式抗荷調(diào)壓器優(yōu)點(diǎn)是在體積、重量上相對(duì)較小，氣密性好。但是該種抗荷調(diào)壓器在設(shè)計(jì)與制造難度也相對(duì)較大，使用上對(duì)氣源要求較高。柱塞式抗荷調(diào)壓器調(diào)壓部件是一個(gè)金屬柱塞，過(guò)載的變化能夠引起柱塞的上下位置變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)壓力的大小。相對(duì)膜片式抗荷調(diào)壓器而言，柱塞式抗調(diào)器設(shè)計(jì)與制造難度相對(duì)較低，使用上對(duì)氣源要求也不高。但其缺點(diǎn)是氣密性較差，體積與重量偏大。

2 現(xiàn)有機(jī)械式抗荷調(diào)壓器性能分析

機(jī)械式抗調(diào)器調(diào)壓的核心在于質(zhì)量-壓力反饋機(jī)制，這種反饋機(jī)制有效解決了過(guò)載與壓力輸出的線性關(guān)系，但在加壓起始階段和加壓結(jié)束階段，空氣活門(mén)開(kāi)度太小，這就造成抗調(diào)器加壓起始階段動(dòng)態(tài)反應(yīng)時(shí)間過(guò)緩，加壓終止時(shí)間偏長(zhǎng)。

如圖1所示，T2曲線為壓力建立曲線，T1曲線是過(guò)載建立曲線。按照設(shè)計(jì)，在加載起始階段加載到1.5G時(shí)，抗荷服內(nèi)應(yīng)該有壓力開(kāi)始建立。而實(shí)際試驗(yàn)的加載、加壓曲線數(shù)據(jù)顯示加速度到2G時(shí)，抗荷服內(nèi)壓力才開(kāi)始建立，壓力建立曲線相對(duì)加載曲線存在一個(gè)明顯的延遲時(shí)間T1,如圖1。在加載末尾階段，抗荷服內(nèi)壓力建立速度較加載曲線明顯變緩（圖示T2區(qū)域〕。這是由于機(jī)械式抗調(diào)器質(zhì)量－壓力反饋機(jī)制所形成的抗調(diào)器壓力輸出固有特性。

以上這兩個(gè)時(shí)間段的充氣延時(shí)已經(jīng)影響到了抗荷調(diào)壓器的抗調(diào)效果，隨著高性能戰(zhàn)斗機(jī)的出現(xiàn)，其超常的機(jī)動(dòng)能力對(duì)飛機(jī)的抗荷系統(tǒng)提出了更高的性能要求?，F(xiàn)有的機(jī)械結(jié)構(gòu)的抗荷調(diào)壓器已經(jīng)不能更好的滿足保護(hù)飛行員的抗荷能力。為了滿足這些要求，抗荷調(diào)壓器必須保證能輸出準(zhǔn)確和穩(wěn)定的壓力，主要應(yīng)提高實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)能力。于是考慮使用電子式抗荷調(diào)壓器改變抗調(diào)器的輸出特性加以改善。

3 電子式抗荷調(diào)壓器設(shè)計(jì)構(gòu)想

圖1 抗荷調(diào)壓器壓力過(guò)載建立曲線

圖2 電子式抗荷調(diào)壓器工作原理

圖3 電子式抗荷調(diào)壓器結(jié)構(gòu)示意圖

電子式抗荷調(diào)壓器以其更快的響應(yīng)速度和相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)成為未來(lái)抗荷調(diào)壓器的主要發(fā)展方向。但該類產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有成熟產(chǎn)品投入使用，同時(shí)對(duì)電子抗調(diào)器的性能在設(shè)計(jì)與研究還存有一定的疑問(wèn)。從產(chǎn)品研發(fā)的角度講，必須找出一套穩(wěn)妥可行的電子抗荷調(diào)壓器實(shí)用方案，以降低設(shè)計(jì)、研發(fā)和生產(chǎn)難度，同時(shí)增強(qiáng)用戶試用和使用該電子產(chǎn)品的信心。

圖2為電子式抗荷調(diào)壓器的原理方框圖。它的基本原理是：根據(jù)過(guò)載的大小，用電控方式改變活門(mén)的流通面積并控制活門(mén)的流通時(shí)間，從而對(duì)抗荷服增壓使其得到相應(yīng)的壓力。抗荷調(diào)壓器外接由發(fā)動(dòng)機(jī)引入的高壓壓!空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣的壓力對(duì)于容積為10升的抗荷服來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為是恒壓氣源；向抗荷服內(nèi)充氣流通面積是通過(guò)運(yùn)動(dòng)滑閥活門(mén)進(jìn)行控制，飛機(jī)過(guò)載由加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量，抗荷服氣囊壓力由壓力傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。為糾正由于溫度變化帶來(lái)的抗調(diào)器壓力傳感器的測(cè)量誤差，對(duì)抗調(diào)器壓力傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)及溫度補(bǔ)償。4電子式抗荷調(diào)壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)原機(jī)械式抗調(diào)器工作原理進(jìn)行深入研究后，為充分降低產(chǎn)品研發(fā)與設(shè)計(jì)的難度，提出一種改進(jìn)型柱塞式電子抗調(diào)器設(shè)計(jì)方案。該方案吸收了先期產(chǎn)品中成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn),將反饋腔與活塞外腔設(shè)計(jì)巧妙地融為一體，不必另外設(shè)計(jì)反饋系統(tǒng),極大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選擇在閥體上安裝了一個(gè)非接觸式直線電機(jī)作為電子執(zhí)行單元，可大大提高抗調(diào)器的響應(yīng)速度。方案如圖3。

電子抗調(diào)器的安裝方向是軸心與鉛垂方向保持平行，支撐彈簧有一個(gè)向上的支撐力。飛機(jī)正常飛行無(wú)過(guò)載時(shí)，在支撐彈簧的作用下，滑閥置于上位，進(jìn)氣活門(mén)關(guān)閉，排氣活門(mén)打開(kāi)?？购煞b內(nèi)壓力與大氣環(huán)境相等。

當(dāng)正向過(guò)載信號(hào)來(lái)臨時(shí)且大于設(shè)定域值時(shí)，直線電機(jī)繞線線圈加電，直線電機(jī)產(chǎn)生向下的力，抵消彈簧向上的推力，滑閥處于開(kāi)關(guān)臨界狀態(tài)〔或處于預(yù)加壓狀態(tài)〕。當(dāng)正向過(guò)載信號(hào)持續(xù)增大到一定值時(shí)，依據(jù)過(guò)載信號(hào)大小及過(guò)載變化率，電子控制系統(tǒng)調(diào)整直線電機(jī)繞線線圈電壓大小，滑閥在過(guò)載力與電磁力的雙重作用下快速向下運(yùn)動(dòng)，使得進(jìn)氣活門(mén)打開(kāi)、排氣活門(mén)關(guān)閉，抗荷服裝內(nèi)壓力增加。反饋?zhàn)饔昧﹄S之增加，滑閥有向上移動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)電子控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整直線電機(jī)電磁力大小，保持抗荷服裝內(nèi)壓力變化與過(guò)載同步。當(dāng)壓力達(dá)到與過(guò)載匹配的壓力后，電子系統(tǒng)控制電磁力快速減小，滑閥在彈簧力的作用下快速回到開(kāi)關(guān)臨界位置，維持抗荷壓力不變。過(guò)載消失后，電子控制系統(tǒng)控制滑閥回到上位,抗荷服快速放氣。

5 結(jié)語(yǔ)

該方案針對(duì)原機(jī)械式抗調(diào)器設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行研究，吸取了機(jī)械柱塞式抗調(diào)器的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，采用了其質(zhì)量反饋原理，有利于電機(jī)控制。垂直安裝設(shè)計(jì)保證抗調(diào)器工作不受過(guò)載力摩擦干擾，控制實(shí)施更加容易。直線電機(jī)電磁力的引入克服了機(jī)械柱塞式抗調(diào)器的在調(diào)壓前期建壓滯后，調(diào)壓后期階段活塞上移，活門(mén)變小，充氣速度變慢及響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。電磁力的參與，打破了設(shè)計(jì)瓶頸，滑閥的重量可以大幅度減輕，支撐彈簧的力卻可以大幅度加大，這也有效克服了柱塞式抗調(diào)器設(shè)計(jì)上的不足，提高了其抗干擾能力及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

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