[发明专利]一种应用于余度作动系统的力综合臂

说明书

技术领域

本发明涉及飞机舵面作动系统技术领域，具体涉及到一种应用于余度作动系统的力综合臂。

背景技术

飞机作动系统是指可以在机上实现某些有相当功率输出的、机械动作的、相对独立的一整套系统。它包括从二次动力源(液压源和电机等)开始至机械动作执行机构的全套功率传输转换设备，以及与其相应的检测设备和控制系统。其操纵对象包括各气动力面(操纵面)、机轮转向机构、起落架收放机构以及其它辅助动力驱动系统。通常意义下的作动系统主要指操纵面作动系统。这些被控操纵面(舵面、翼面)，如升降舵、方向舵、副翼、襟翼和全动平尾等均可直接改变飞机的气动力受力状况，以控制飞机飞行姿态和飞行轨迹。

飞机的关键操纵面上的作动系统(也称为舵机)通常是多余度的，主要来保证舵面操纵及飞机整体性能的安全可靠性。机载余度作动系统的所有通道均是热备份状态，即每个通道均同时工作。当飞控计算机检测到舵机中的某个工作通道发生结构或控制故障时，可以马上将故障通道隔离，同时剩余的正常通道的作动器将继续工作。在飞机一些关键操纵面上，四余度机械式力综合舵机是飞机上常用的一种液压作动系统，其特点是四个通道的作动筒并列安装，并且它们的输出端分别通过活塞轴连接到力综合臂上，再由力综合臂转换为单一输出。但是机械式力综合舵机结构的缺点是，当各个通道的输入或结构参数有差异时，会导致通道间的力纷争现象。力纷争会降低力综合臂的寿命甚至破坏其结构。从减轻重量，以及提高可靠性、效率和维修性等方面考虑，目前最先进的多电飞机(如A380，Boeing787)在关键控制面上均采用的是功率电传作动系统，包括电液作动器(EHA)和机电作动器(EMA)两种类型。由于在驱动电机端可以设计二到四套电气余度，因此在机械执行机构部分(EHA中的作动筒，EMA中的滚珠丝杠)通常只需布置两个通道即可满足功率电传作动系统整体的可靠性要求。因此，减小甚至完全消除力综合臂上的力纷争现象是提高飞机可靠性和降低维护费用的重要手段。

国内外的研究表明，舵机常见的余度结构主要有以下几种形式：

(1)位移综合式

如图1所示，位移综合式是把每个通道的作动筒的活塞杆用位移综合臂联接起来，三余度以上的舵机101需特殊的“摇摆”机构102来实现位移综合。综合后的输出是各个通道作动筒103输出位移的平均值。但这种综合方式结构较复杂，不易实现大位移综合，且发生故障后性能要降级(无补偿措施)。

(2)电磁综合式

也称为磁通综合式，主要利用大功率的、可直接驱动动力控制阀的稀土钴永磁马达，来代替一般液压伺服系统中的电磁式力矩马达、前置液压放大器、功率液压放大器和辅助作动器等环节。因此，只需在力马达的控制线圈中设置余度，就能实现作动器的多余度控制，而不需要配置几套完全相同的作动器。

例如，四余度飞控电子通道，马达设置四个控制线圈，每个线圈对应一个余度。如果液压作动筒是两余度，力马达输出轴驱动两个动力控制阀，或设置两个力马达，组成一个四余度电子线路和两余度液压作动系统。显然，这种方案能简化余度舵机的结构。

(3)气动力综合式

气动力综合式就是把每一种控制翼面按所需的系统余度数量分割成几块，每一块由一个无余度的作动器和助力器来驱动，即控制力不在作动器的输出端综合，而是在控制面上按气动力来综合。这种结构的优点是采用完全分开的单套舵机代替整体或多余度舵机，实现助力器的余度化，简化了舵机的结构，提高了系统可靠性。但是大型客机上通常不采用这种方式。

(4)力综合式

力综合式余度舵机又可以分为机械力综合式和液压力综合式两种。

机械力综合式结构的原理图，如图2所示，包括舵机201、舵机202、舵机203、输出轴204、轴205、轴206和力综合臂207。机械力综合式舵机又可分为机械力综合式余度舵机与液压力综合式余度舵机两种。

机械力综合式结构的特点是各舵机并列，分别通过输出轴204、轴205、轴206连接到力综合臂207上，再由力综合臂207转换为单一输出。其优点是力综合臂207具有表决性质且可防止故障瞬态传至控制面的能力。如图3(a)、图3(b)所示，图3(b)比图3(a)的结构复杂，但从消除偏磨现象，改善力纷争等全面考虑，图3(b)的结构更为合理。我国采用这种形式的余度舵机较多。