第五章执行机构控制装置

第五章执行机构控制装置发动机控制器通过控制系统中的执行机构来控制发动机的工作状态。现代航空发动机中，有很多执行机构控制装置，如燃油流量控制装置（计量阀）、矢量喷口控制装置、风扇可调叶片控制装置、进气道控制装置以及涡轮间隙主动控制装置等。液压缸§1液压缸的类型及其特点

§2摆动式液压缸

液压缸是液压传动系统中的执行元件，它是将液压能转换为机械能的能量转换装置，用于驱动工作机构作直线往复运动或往复摆动。

液压缸结构简单、工作可靠，在各种机械的液压系统中广泛应用。§1液压缸的类型及其特点

液压缸(oilcylinder)

有多种形式，按其作用方式分类，分为单作用式和双作用式两大类。

单作用式液压缸(hydrauliccylinder)是指利用液压油推动活塞(柱塞)作一个方向运动，而反向运动则依靠重力或弹簧力等实现。

双作用式液压缸是指正、反两个方向的运动都依靠压力油来实现。

对于机床类机械一般采用中低压液压缸，其额定压力为2.5～6.3MPa；对于要求体积小、重量轻、出力大的建筑车辆和飞机用液压缸多数采用中高压液压缸，其额定压力为10～16MPa；对于油压机一类机械，大多数采用高压液压缸，其额定压力为25～31MPa。

液压缸按不同的使用压力，又可分为中低压、中高压和高压液压缸。

液压缸按结构型式不同，又分活塞式、柱塞式、摆动式和伸缩式等，其中以活塞式液压缸(pistoncylinder)应用最多。

根据移动和摆动又分移动式液压缸和摆动式液压缸，移动式液压缸主要指活塞式、柱塞式和多级液压缸。一、活塞式液压缸(pistoncylinder)

活塞式液压缸按作用方式分有单作用、双作用之分；双作用又分双作用双活塞杆和双作用单活塞杆。

按其安装方式不同，又分缸固定式和活塞杆固定式两种：

活塞缸单作用双作用双作用双活塞杆双作用单活塞杆

单作用活塞缸——工作时靠压力油推动，返回时靠自重(或弹簧)的作用实现。1、单作用活塞式液压缸(one-waycylinder)

1）(职能)图形符号

双作用活塞式液压缸又分双作用双活塞杆、双作用单活塞杆两种；根据安装方式不同又有缸筒固定式和活塞杆固定式两种。

2、双作用活塞式液压缸(double-actingcylinder)双作用双作用双活塞杆双作用单活塞杆安装方式液压缸筒固定式活塞杆固定式1）双作用双活塞杆式液压缸a、液压缸固定式(如图)

压力油a口进入液压缸左腔，当液压油的作用力克服阻力后，活

塞和与之相连的工作台一起从左向右运动，缸右腔的油液则从b口流出，4—工作台(不属于液压缸组成部分)4vFvF1—缸筒2—活塞杆3—活塞

压力油p1流量为q从a口进入缸左腔，当液压油的作用力克服阻力后，活

塞和与之相连的工作台一起从左向右运动，缸右腔的油(压力为p2)液则从b口流出，若改变进油方向，即液压油从b口流入缸右腔，缸和工作台的运动反向。从图中可见，这种缸工作台的最大活动范围是活塞有效行程L的3倍。这种安装方式占地面积大，常用于小型机床(设备)。

b、活塞杆固定式(如图)

图中活塞杆2固定，缸筒1和工作台4连接在一起，当压力p1的液压油从孔口a流入缸左腔，缸筒1和工作台4从右向左运动，缸右腔的油液则从另一孔b流出，改变进油方向，右腔进油，缸体向右运动。

由图可知，这种缸工作台的最大活动范围是缸有效行程L的2倍，占地面积较小，适用于中型及大型机床。

vFvF1—缸筒2—活塞杆3—活塞4—工作台2)双作用单活塞杆式液压缸

如图所示，单杆活塞缸也有缸固定式和杆固定式两种安装方式，无论是缸固定式还是杆固定式，其工作台的最大活动范围都是活塞(缸筒)有效行程L的2倍。单杆活塞缸缸固定式—缸筒—活塞杆3—活塞—工作台单杆活塞缸杆固定式—缸筒—活塞杆3—活塞4—工作台3、

差动油缸(cylinderwithdifferential)

p621）差动连接——当双作用单杆液压缸左右两腔同时通压力油时，由于油缸左、右两腔的有效工作面积不相等，两腔的推力也不相等，从而产生差动运动，这种油路的连接形式称差动连接。（简单定义差动连接——双作用单杆油缸左右两腔相互接通并同时输入压力油时，称为差动连接。)

差动连接的意义：采用差动连接时，不增大油泵的供油量却可得到较大的速度。②活塞反向运动，其速度v2差动连接不能使运动反向，反向必须非差动连接。因此要进行如下油路设计，（见右图）反向速度v2为：这种的油路设计既可以差动连接，又可以反向运动。

A1A2Dd定义：结构尺寸满足d=0.707D的双作用单杆的液压缸称为差动油缸。其符号图形为：2）差动油缸差动油缸的特点：1.具有双作用单杆的液压缸的特点；2.

具有d=0.707D结构尺寸；3.采用差动连接，并正反向运动，供油量相同时，可得到正反向运动速度相等。差动油缸的意义：

在用定量泵供油时，以无杆腔为工作油腔，采用差动连接；以有杆腔为工作油腔，不能采用差动连接，可以得到正反运动，且正反运动的速度相等。二、柱塞式液压缸p63

1、柱塞式液压缸的特点

柱塞式液压缸为单作用缸，即工作时靠压力油推动，返回靠弹簧或自重完成，这种缸内壁不需精加工、工艺性好、成本低、制造容易。常用于行程较长的场合，如导轨磨床、龙门刨床。若要求往复工作运动时，常将柱塞缸成对使用，即由两个柱塞缸分别完成相反方向运动。

如上图a)所示，柱塞式液压缸只能单方向向右运动，反向退回时靠外力，如弹簧力、重力等完成。若要求往复工作运动时，常将柱塞缸成对使用，即由两个柱塞缸分别完成相反方向运动。如图b)所示。a)b)三、复合油缸

1、增力油缸由两个单活塞杆缸串联在一起，当压力油通入两缸左腔时，串联活塞向右运动，两缸右腔的油液同时排出，其推力等于两腔推力之和，即:式中p1—进油压力；p2—回油压力；增力油缸

增压油缸又叫增压器，在液压系统中采用增压油缸，可以在不增加高压能源的情况下，获得比液压系统中能源压力高得多的油压力。2、增压油缸增压油缸

如图所示为一种由活塞缸和柱塞组合而成的增压油缸，它是利用活塞和柱塞有效工作面积之差来使液压系统中局部区域获得高压的。当输入活塞缸左腔的压力油为pa，则柱塞缸右腔输出的压力为pb

常有单叶片和双叶片式两种结构形式，(也有多叶片式的，但很少)，摆动式液压缸由缸筒1、叶片轴2、定位块3和叶片4组成，见图。§2摆动式液压缸摆动式液压缸也称回转式液压缸或摆动马达。—缸筒—叶片轴定位块—叶片单叶片式摆动缸—叶片双叶片式摆动缸—缸筒叶片轴定位块

单叶片摆动缸，其摆动角度可达，双叶片摆缸其摆动角最大可达。双叶片摆动缸输出转矩是单叶片的2倍，在同等条件下角速度则是单叶片的一半。(职能)图形符号为：

摆动式液压缸的主要特点是结构紧凑，但加工制造比较复杂。在机床上，用与回转夹具、送料装置、间歇进刀机构等；在液压挖掘机、装载机上，用于铲斗的回转机构。目前，在舰船的液压舵机上逐步由摆动式液压缸取代柱塞式液压缸；在舰船稳定平台的执行机构中，也不少采用摆动式液压缸。

四、伸缩式液压缸

伸缩式液压缸又称为多级液压缸，是由两个或多个活塞套装而成。它的前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，伸出时(按活塞1、2的有效工作面积由大到小依次伸出)，可获得很长的工作行程，缩回时(按活塞有效工作面积由小到大依次缩回)长度则较短，故结构较紧凑。

图4—9为双作用式伸缩缸(亦有单作用式)。伸缩式液压缸常用于工程机械(如翻斗汽车、起重机等)和农业机械上。

由于各级活塞的有效工作面积不同，在输入液压力和流量不变的情况下，液压缸的推力和速度是分级变化的：先动作的活塞速度低、推力大；后动作的推力小、速度高。活塞1活塞2表中符号：A—面积q—流量b—叶片宽R1—叶片轴半径R2—缸孔半径z—叶片数燃油流量控制装置燃油流量控制装置主要由计量阀、伺服阀、随动活塞、位移传感器以及等压差阀等构成，其原理如图所示。通过发动机燃烧室的燃油流量主要通过计量阀控制，而等压差阀用来保持计量阀前后的压差为常数，这样通过计量阀的燃油流量就唯一地由计量阀的开度决定。伺服阀、作动阀、位移传感器与发动机控制器构成电液位置伺服系统，其随动活塞的位移输出决定了计量阀的开度，亦即决定了燃油流量。燃油流量控制装置原理图矢量喷管控制装置为了提高发动机的性能，国内外新一代航空发动机的喷口面积大多是可调的。而第四代战斗机要求具有隐身、超声速巡航、高机动能力和敏捷性、综合化航电系统及良好的维修性等特征，采用带矢量喷管的大推力发动机是必然的选择。矢量喷管控制装置由以下几个部分组成：伺服阀、作动筒、连杆机构。在非矢量状态下，该喷管仅产生轴向推力；在矢量状态，推力方向可在0˚~360˚范围内任意角度相对发动机轴线大约0˚~20˚范围内偏转，从而产生矢量推力。下图为矢量喷管装置：矢量喷管装置矢量喷管简化模型作动筒长度与矢量角、偏航角关系推力矢量情况抬前轮起飞离地速度/（m/s)时间/s距离/m速度/（m/s)时间/s距离/m不采用，无前翼88.515.6575293.716.85861采用，无前翼65.410.6036176.112.80516采用，有前翼65.410.6036176.112.50494某飞机采用和不采用推力矢量技术时的起飞滑行距离状态无推力矢量有推力矢量法向过载角速度/(°)/s法向过载角速度/(°)/s高度0km,Ma=0.31.211.141.492.71高度3km,Ma=0.41.492.081.843.59高度5km,Ma=0.62.524.443.136.32推力矢量对飞机爬升性能的影响矢量喷管的发展和分类矢量喷管的分类矢量喷管的分类一、收—扩喷管

从常规不加力涡喷发动机开始就有固定收敛喷管，接着出现了加力涡喷/涡扇发动机的收—扩喷管，之后发展出全程可调收—扩喷管。60年代出现的“鹞”式飞机的“飞马”发动机，喷管可转向90°，用以产生垂直方向的推力，做垂直起降战斗机的推进动力。72二、二元和轴对称矢量喷管有通过偏转鳞片改变气流方向的二元矢量喷管（如图1所示）和在常规收—扩喷管的基础上研究的轴对称俯仰/偏航矢量喷管（如图2所示）。矢量喷管的分类73矢量喷管的分类装二元矢量喷管的突出优点

（1）改善大迎角和低动压条件下战斗机的机动性和操纵性。（2）大角度俯冲时，可提高武器投射精度，飞行中可利用反推力提高飞机的纵向灵活性。（3）双座战斗机采用二元喷管后，与机体尾部匹配较好，可降低亚声速和跨声速的巡航阻力。（4）可降低红外信号和雷达信号强度，提高隐身能力。

（5）缩短起飞和着陆距离。74矢量喷管技术简介矢量喷管的分类它是在常规轴对称收—扩喷管的基础上改进的，其优点是为飞机提供俯仰/偏航能力。这种喷管的扩张段可以在周向360度范围内偏转17~20°，特别适用于现有的战斗机改装。矢量喷管的分类三、燃气舵—燃气流在外部转向形式将一个或多个偏转舵面置入飞机尾部喷管外部的燃气流中，从而产生俯仰/偏航和横滚矢量推力。仅在美国F/A—18大迎角研究机（HARV）和美、德联合研究机X—31上研究机动性能，由于控制等问题短期难以解决，未投入使用。76矢量喷管技术简介矢量喷管的发展和分类四、球面收敛调节板推力矢量喷管（SCFN）普•惠公司发展了俯和反推力多功能二元矢量球面收敛调节板推力矢量喷管（如图3所示），现已完成初步研究和地面验证型喷管的详细设计。

这种多功能矢量喷管除上述优点外，还可以减小战斗机的尺寸和重量，提高燃烧效率，从而大大增加战斗机的作战有效性、经济性和使用寿命。矢量喷管的关键技术矢量喷管的关键技术矢量喷管的关键技术（1）常规轴对称收—扩喷管设计使用技术（2）运用计算流体力学进行矢量喷管的内流气动计算（3）矢量喷管结构、强度、刚度和寿命的设计计算问题（4）冷却系统设计和