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1、江苏航空JIANGSUAVIATION电子电动式座舱压力调节系统研究◎徐红专崔文君张惠娟/中航工业南京机电液压工程研究中心随着飞机气密座舱的发展,对乘员的舒适性和安全性的要求也不断提高。座舱压力调节系统的发展大致可分为气动式压调系统、电子-气动式压调系统、电子电动式压调系统、综合数字式压调系统四个发展阶段。电子电动式座舱压力调节系统,以电子控制器为核心,电子压力传感器、以及电动排气活门为基础组成电子电动式压调系统,系统中座舱压力的采集、传输、控制律的运算、控制信号、驱动信号都是以电气信号进行,在控制性能、响应速度、安全余度及产品的一致性等
2、方面都有了很大的提高。1电子电动式座舱压力控制系统分析11系统构型及工作原理系统的主要组成部件包括:座舱压力控制面板、两台座舱压力控制器(互为备份)、排气活门、座舱压力传感器、安全活门及负压活门。系统工作原理图见图1。座舱压力调节系统包含两个完全形同但相互独立的数字式控制器,每一控制器均包含自动控制、驾驶舱自动控制及独立的手动控制电路。当选择的座舱压力控制器工作时,另一个座舱压力控制器作为备份,监控工作控制器的运行。座舱压力控制面板完成飞机巡航高度选择、着落机场高度选择、座舱压力变化速率选择、自动／备用／手动工作方式选择、手动控制开关
3、、自动失效指示、备用工作指示、手动控制指示、手动方式排气活门位置指示等功能。排气活门是控制系统的最终执行机构,由电机控制器、电机、减速机构、位置传感器及活门本体组成,具有余度备份功能,同时具有手动超控的功能。12控制对象—座舱分析座舱压调系统主要是通过平衡座舱供气流量、泄漏量以及排气流量三者间的关系,达到控制座舱压力及压力变8图1系统工作原理图江苏航空/2010.第3期江苏航空JIANGSUAVIATION化率的目的。因此,在研究座舱压力调节系统前必须要对系统的控制对象——座舱进行建模和分析。座舱压力控制θv=θmn(5)系统系
4、统控制原理见图2。133翻板活门模型翻板活门的流通有效面积为:FB=F0sin(θvπ(6)图2系统工作原理图根据气体状态方程PcVc=GcRTc,可知当座舱压力发生变化时:(Vc／RTc)*(dPc／dτ)=GK(PK、TK、Pc、FB)-GB(PC、FB、Ph)-GY(Pc、Ph)(1)13执行机构—排气活门分析电子电动式座舱压力调节系统的执行机构是电子电动式排气活门,它主要有三台直流电动机(本系统自动控制部分使用两台的直流无刷电动机、手动部分应用一台直流有刷电机)、减速机构、活门翻板机构、电机控制器组成。d131电机模
5、型分析设线圈电流i,输入电压Ua,则电机电压平衡方程如下:180)式中:F0为排气活门的最大流通面积。14系统控制要求141系统控制性能要求座舱压力控制器根据飞机在地面停机、滑行、起飞、爬升、巡航、下降和地面泄压等不同飞行阶段,由不同的控制程序调节排气活门开度控制座舱压力、内外压差及压力变化率,满足技术标准要求。142系统工作模式要求座舱压力控制系统分自动和手动两类工作模式。自动工作模式包括:(1)正常工作模式;(2)座舱应急卸压自动模式。手动工作模式包括座舱手动模式,经手动控制座舱排气活门的开、关调节座舱高度及变化率等。1
6、43压力控制制度要求系统压力控制要求见见图3。2座舱压力控制系统控制律21工作模式分析根据图3座舱压力制度曲线,将整个飞行包线分为起飞滑行阶段、爬升阶段、巡航阶段、下降阶段、着陆阶段,对应的座舱压力工作模式为预增压模式、爬升减压模式、巡航维持模式、下降增压模式和着陆卸压模式。211预增压模式Ua=Ri+Ldidθm(2)为了消除飞机起飞时由于机身气动力的改变引起的dt+Cedt电机电磁转矩为:Tm=Kmi不考虑干扰,转矩平衡方程为2J·dθm·dθm(3)(4)压力波动,座舱压力控制器以海平面-91m／min对座舱进行增
7、压,使座舱压力增压到高于起飞机场大气压力的10649Pa。dt2=Tm-b132减速机构分析dt212爬升减压模式当左和右起落架处于收起状态时,飞机以va垂直速度设减速机构齿轮比为n,则排气活门开度θv为:开始爬升,而座舱压力则以rca减压速率开始减小。rca根据飞机最大巡航高度和va飞机垂直速度的关系确定。座舱压力Pca(t)为:Pca(t)=rca·t+Pct(7)213巡航维持模式在巡航阶段,座舱压力控制器应使座舱压力保持恒定。巡航时座舱压力Pcc是由爬升时座舱减压率、飞机爬升时间以及起飞时座舱压力确定的,即Pc
8、c=t·rca+Pct(8)214下降增压模式下降时座舱增压率为rcd=Pcl-PccHal+H0-Hac·vd(9)江苏航空/2010.第3期图3系统压力控制制度曲线式中:Pcl为
