喬云 馮茵 高若延 林文

摘? 要：液壓延遲裝置是液壓控制系統(tǒng)的重要組成部分。以某型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器的液壓延遲器為研究對(duì)象，運(yùn)用AMESim建模仿真軟件，建立了液壓延遲器仿真模型，研究分析液壓延遲器驅(qū)動(dòng)力矩的決定因素和極限值。液壓延遲器的驅(qū)動(dòng)力矩在極限值范圍內(nèi)決定于負(fù)載的大小，層板對(duì)液壓延遲器驅(qū)動(dòng)力矩的穩(wěn)態(tài)無影響，只影響動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)? 燃油調(diào)節(jié)器? 液壓延遲器? AMESim? 驅(qū)動(dòng)力矩

中圖分類號(hào)：V235? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）11（c）-0001-04

Hydraulic Retarder for an Aero-engine Fuel Controller Based on AMESim Simulation

QIAO Yun? FENG Yin? GAO Ruoyan? LIN Wen

（AECC Xi'an Areo-engine Control Technology Co.，Ltd.， Xi'an，? Shaanxi? Province，? 710077 China）

Abstract： Hydraulic retarder is an essential part of hydraulic control system. This paper takes the hydraulic retarder of a certain type of aero-engine fuel regulator as the object of study， builds the simulation model of the hydraulic retarder using the AMESim modeling simulation software， and studies determinants and limit values of the driving moment of the hydraulic retarder. The driving moment of the hydraulic retarder is determined by the load in the limit values. The laminate has no effect on the steady state of the hydraulic retarder， only affects the dynamic response time.

Key Words： Aero-engine; Fuel controller; Hydraulic retarder; AMESim; Driving moment

液壓延遲器廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、供油量等參數(shù)按預(yù)定規(guī)律變化，保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)過渡狀態(tài)的穩(wěn)定性。某型燃油調(diào)節(jié)器的油門桿通過液壓延遲器轉(zhuǎn)動(dòng)控制軸，由凸輪杠桿機(jī)構(gòu)控制節(jié)流開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而直接控制供給發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量。作用在控制軸上的力矩主要分為驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩，而液壓延遲器可看作是控制軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來源，控制軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)克服的摩擦力、彈簧力等是其阻力。

1? 工作原理

燃油調(diào)節(jié)器的液壓延遲器機(jī)構(gòu)的工作原理見圖1，推油門桿1時(shí)，齒輪2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)齒條3向左運(yùn)動(dòng);分油活門4隨連桿5也開始向左運(yùn)動(dòng)（剛性連接），定壓油6與皮碗7右腔溝通，同時(shí)皮碗左腔與回油路溝通;在皮碗左右兩腔油壓力的作用下，隨動(dòng)活塞8向左運(yùn)動(dòng)。隨動(dòng)活塞上的齒條與齒輪9嚙合，帶動(dòng)控制軸10的轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂戚S上有凸輪機(jī)構(gòu)，控制杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)流開關(guān)。11為層板限制器。

2? 計(jì)算模型

根據(jù)燃油調(diào)節(jié)器的液壓延遲器的工作原理，建立了Amesim仿真模型，見圖2。

根據(jù)液壓延遲器的工作原理，按活門初裝位置對(duì)仿真模型賦予以下參數(shù)：

（1）油門桿從0°推至105°，對(duì)應(yīng)分油活門移動(dòng)位移為14.7mm;即油門角度αB變化1°對(duì)應(yīng)分油活門移動(dòng)0.14mm;

（2）定壓油P定=15bar（1.47MPa）;

（3）層板限制器規(guī)格為（92～108）cm3/min，故按均值100cm3/min賦予參數(shù);

（4）等效到液壓延遲器皮碗上的運(yùn)動(dòng)阻力矩M阻=3N.m;

（5）運(yùn)動(dòng)情況按如下要求進(jìn)行：

①t=0～2s，保持油門角度αB=0°，持續(xù)2s;

②t=2～5.5s，以30°/s的速度推動(dòng)油門桿，并在t=5.5s時(shí)刻，油門桿移動(dòng)到位。

3? 計(jì)算結(jié)果及討論

3.1 典型計(jì)算結(jié)果

液壓延遲器典型仿真結(jié)果見圖3。其中，3-1為分油活門和隨動(dòng)活塞位移變化情況，3-2為分油活門流通面積，3-3為皮碗左右兩腔壓力變化，3-4為液壓延遲器驅(qū)動(dòng)力矩變化。從中可以看出：

（1）t=0～2s。

由于油門桿位置保持不變，向定壓油路通入P=15bar的燃油后，皮碗兩腔壓力從初始時(shí)刻的0bar會(huì)迅速增加，并隨著隨動(dòng)活塞快速向左運(yùn)動(dòng)，油壓逐漸趨于穩(wěn)定。在t=2s時(shí)刻，隨動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)1.47mm、皮碗左腔壓力0.29bar、右腔壓力1.68bar。

此外，為了克服外來負(fù)載3N.m及液壓延遲器內(nèi)部摩擦，液壓延遲器驅(qū)動(dòng)力矩在t=0s時(shí)刻從0N.m迅速躍遷至3.19N.m后保持不變，使得系統(tǒng)趨于平衡。

（2）t=2～4.975s。

以30°/s的速度推動(dòng)油門桿，分油活門隨之向左運(yùn)動(dòng)，隨動(dòng)活塞上的型孔開度增大。對(duì)活塞皮碗而言，定壓油通往右腔的節(jié)流口面積增大，P右隨之增大;左腔通回油的節(jié)流口面積增大，但受到皮碗左移的影響，P左仍呈增大趨勢。

從圖中可以看出，皮碗左右兩腔P左和P右在剛開始推動(dòng)油門桿時(shí)呈現(xiàn)急劇上升趨勢，但后期以恒定的速度持續(xù)推動(dòng)時(shí)，P左和P右將保持恒定不變，且液壓延遲器的輸出力矩穩(wěn)定在3.2N.m位置。

（3）t=4.975～5.5s。

在t=4.975s時(shí)刻，皮碗運(yùn)動(dòng)到最左側(cè)，被調(diào)整釘限位，隨后隨動(dòng)活塞將穩(wěn)定在該位置保持不變。此時(shí)繼續(xù)推動(dòng)油門桿，分油活門不斷左移，型孔開度不斷增加，P右急劇升高，而P左急劇下降。此時(shí)，液壓延遲器輸出力矩急劇升高，最大將達(dá)到13.18N.m。

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 等效阻力矩大小對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩的影響

在上述仿真模型中，分別改變阻力矩M阻為1N.m、3N.m、5N.m、10N.m，所得計(jì)算結(jié)果見圖4?？梢钥闯觯涸陔S動(dòng)活塞限位之前，增大阻力矩會(huì)使得液壓延遲器的輸出力矩相應(yīng)變大，以保持液壓延遲器各活門偶件穩(wěn)定、持續(xù)移動(dòng);隨動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)限位后，輸出力矩將急劇升高，最大可達(dá)到13.18N.m，且不隨阻力矩的變化而變化。這與液壓基本因果關(guān)系中的“負(fù)載決定壓力”相吻合。

此外，取M阻=14N.m，所得結(jié)果見圖5，其中5-1是為分油活門和隨動(dòng)活塞位移變化，5-2是分油活門流通面積，5-3是皮碗左右兩腔壓力變化，5-4是液壓延遲器驅(qū)動(dòng)力矩變。可以看出：當(dāng)外部阻力矩大于液壓延遲器最大驅(qū)動(dòng)力矩13.18N.m時(shí)，初始時(shí)刻隨動(dòng)活塞將從初裝位置向型孔開度變大的方向移動(dòng);且在后續(xù)推油門桿過程中，隨動(dòng)活塞始終停留在型孔最大開度位置并保持不變，皮碗左腔壓力始終為0，右腔壓力始終為15bar，液壓延遲器的驅(qū)動(dòng)力矩保持13.18N.m不變。這表明：若等效到液壓延遲器上的阻力矩大于13.18N.m時(shí)，推動(dòng)油門桿不會(huì)帶動(dòng)隨動(dòng)活塞移動(dòng)。

3.2.2 層板流量對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩的影響

在上述仿真模型中，分別改變層板流量為10cm3/min、100cm3/min、200cm3/min，可以得出：在隨動(dòng)活塞限位之前，層板流量的變化對(duì)輸出力矩?zé)o影響;隨動(dòng)活塞限位后，增大層板流量對(duì)輸出力矩的穩(wěn)態(tài)值無影響，但會(huì)影響其瞬態(tài)結(jié)果。層板流量增大，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間相應(yīng)變長。

4? 結(jié)論

根據(jù)上述計(jì)算分析結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

（1）推油門桿過程中，液壓延遲器輸出的驅(qū)動(dòng)力矩大小取決于負(fù)載;負(fù)載越大，驅(qū)動(dòng)力矩越大。

（2）若控制軸在某一位置出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯，導(dǎo)致隨動(dòng)活塞限位，液壓延遲器輸出的驅(qū)動(dòng)力矩將急劇增加，最大可達(dá)13.18N.m;

（3）層板流量變化對(duì)液壓延遲器驅(qū)動(dòng)力矩的穩(wěn)態(tài)值無影響，只影響其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔穎，周振華，吳忠敏.航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油調(diào)節(jié)器出口壓力波動(dòng)研究[J].燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，2019，32（2）：56-62.

[2] 呂孟軍，陳鵬，謝平，赫志韋.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器調(diào)整實(shí)訓(xùn)臺(tái)的研制[J].長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，19（1）：66-69.

[3] 陳新中，夏宗記，王玲君.AMESim仿真分析方法在燃油調(diào)節(jié)器排故中的應(yīng)用[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2019，45（1）：46-50.

[4] 倪健. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法及含實(shí)物仿真研究[D].南京航空航天大學(xué)，2016.

[5] 王珂. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器建模與故障診斷[D].大連理工大學(xué)，2018.

[6] 韋祥，李本威，楊欣毅，王星博.某型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)燃調(diào)故障聯(lián)合仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2018，30（10）：3923-3932.