对飞机液压系统变频电动泵输出特性分析

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1、２０１５年１０月机床与液压Ｏｃｔ?２０１５第４３卷第２０期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４３Ｎｏ?２０ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１５?２０?０３９飞机液压系统变频电动泵输出特性分析高锋，夏鹤鸣（上海飞机设计研究院，上海２０１２１０）摘要：针对某型飞机采用变频供电系统后液压系统电动泵在大频率范围内工作造成的压力流量控制问题，提出了包含卸荷功能的电动泵压力控制结构，建模并分析了该电动泵输出特性，得到典型供电频率下该电动泵的工作特性，验证了这种变频电动泵调压结构的可行性。关键词：飞机

2、；液压系统；变频；电动泵；压力控制中图分类号：ＴＨ１３７文献标志码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１５）２０－１１６－３ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＤｉｓｃｈａｒｇｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＥｌｅｃｔｒｉｃＭｏｔｏｒＰｕｍｐｉｎＡｉｒｃｒａｆｔＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｙｓｔｅｍＧＡＯＦｅｎｇ，ＸＩＡＨｅｍｉｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＡｉｒｃｒａｆｔＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２１０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅｄｉｓｃｈ

3、ａｒｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｍｐｐｏｗｅｒｅｄｂｙｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｉｎａｉｒｃｒａｆｔ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｔｈｅｕｎｌｏａｄｆｕｎｃｔｉｏｎｗａｓｍｏｄｅｌｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｕｍｐｕｎｄｅｒｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｖａｒｉａｂｌ

4、ｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｌｅｃｔｒｉｃｐｕｍｐｗａｓｖａｌｉｄａｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｉｒｃｒａｆｔ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ；Ｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｕｍｐ；Ｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ［８］液压系统因其功率密度大、顺应性好、刚度大等大输出功率。作者提出了包含卸荷功能的电动泵压［１－３］特性在飞机上得到广泛应用。在飞机液压系统力控制结构，建模并分析了该电动泵输出特性，得到中，出于可靠性和安全性的考虑，常采用发动机驱动典型供电频率下该电动泵的工作特性，验证了这种变泵和电动泵组合使用的方式。频电

5、动泵调压结构的可行性。随着飞机发电系统的发展，变频交流电源系统由１结构与原理于其发电系统结构简单、质量轻、体积小、功率密度某型飞机变频电动泵的结构见图１。该电动泵为高等优点，成为飞机电源系统的发展趋势，在Ｂｏｅｉｎｇ斜盘式轴向柱塞泵，其压力流量控制通过控制斜盘角［４］７８７和Ａ３８０飞机上得到应用。某型飞机采用变频度以改变排量实现。交流电源系统作为交流电源，需选用相适应的变频电［５］动泵以满足电网对负载特性的要求。不同于工业上常用的通过变频器调节泵工作状态适应负载的主动变频系统，这种飞机液压系统电动泵工作于被动变频状态。电机不能在固定

6、的供电频率下工作，而泵的转速随电机转速变化，这造成电机和泵都不能在最优状态点工作。例如，为保证在高频供电下能够提供足够的扭矩，电机定子的磁通需按高频设计，这在低频工作模式下会造成磁通饱和，消耗更多电流；为保证在低频供电下泵能提供足够的流量，泵的排量需按低频对应转速设计，这造成高频供电时泵［６－７］功率增大。简而言之，为了适应宽范围变频供电工况，相比恒频电动泵，变频电动泵在质量、体积、效率、散热方面都较差。图１某型飞机变频电动泵的结构为了控制电网负载和电机发热，某型飞机变频电斜盘的运动主要由随动缸驱动，而随动缸的压力动泵需要比恒频电动泵

7、复杂的压力调节机构以控制最由压力控制阀调节。当泵工作于卸荷工作模式时，卸收稿日期：２０１４－０８－０９作者简介：高锋（１９８７—），男，博士，研究方向为飞机液压系统设计。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｆ３０４０２＠１２６?ｃｏｍ。第２０期高锋等：飞机液压系统变频电动泵输出特性分析·１１７·荷阀可限制大流量时的压力。当泵出口压力偏大时，对于一定的泵的流道结构，泵配流盘与内部流道控制油压力升高，驱动随动缸使斜盘角度减小，泵排的液阻在稳态分析中是不变的，可近似做线性液阻，量减小，压力恢复设定值。压力控制原理如图２所示。可得泵出口压力与高压区柱塞腔压力关系

8、为ｐ＝ｐ－ｃｑ（１）ｄｐｄ在恒压工作模式，卸荷阀芯位于图１右位，即卸荷控制油与泵出口压力区相连，有ｐ＝ｐ＞Ｆ／Ａ（２）ｕｄｓｕｕ对于调压阀，其阀芯稳定后平衡方程为图２压力控制原理ｋΔｌ＋Ｆ＝ｐＡ－ｐＡ（３）ｖｖｐｖｕｖｕ