当前位置： 马达 >> 马达优势 >> 双向变排量液压马达在飞机系统中的应用
概述
随着航空技术的快速发展，高机动性、超高速性是现代飞机的主要特征。从而作动系统的负载惯性越来越大[1]，对于军用飞机来说，其所受载荷也越来越复杂，动态突变情况成为常态。针对这种新趋势，旋转作动系统中，传统的定排量液压马达速度调节系统，因其无法避免的功率损耗[2]，对液压系统的功率需求越来越高，从而增加了液压系统负担。为降低对液压系统的负担，变排量液压马达驱动系统应运而生，其中以双向变排量液压马达驱动系统的性能最为优越，具有效率高、响应快以及负载匹配性能优良的特点。与传统的定排量液压马达驱动系统相比，双向变排量液压马达驱动系统在结构上做出极大改变，因其可双向变量的特点，换向不再需要调整液压马达的高低压油路，便取消了大流量伺服阀的采用[3]，并且马达排量与负载相匹配，因此，在变负载工作条件下，将以更小的流量需求实现同样的功能。1双向变排量液压马达工作原理
双向变排量液压马达可实现液压能向机械能转换的功能，同时斜盘倾角可在一定范围内无级调节，从而实现排量的连续变化，并且斜盘的倾斜角度可顺、逆时针穿越零位平面，实现双向变排量。液压马达原理图见图1。
图1原理图1)能量转换原理双向变排量液压马达的能量转换原理与普通液压马达相同，即通过斜盘与柱塞之间的相互作用，实现液压能向机械能的转换[4]。2)排量调节原理如图1所示，液压马达的斜盘两侧分别与变量活塞接触，两变量活塞与斜盘形成跷板结构，即变量活塞的相对位置决定了斜盘的倾斜角度，也就是液压马达排量。斜盘的位置由变量活塞决定，并且斜盘角度能够穿越零位平面，即斜盘的方向发生变化，实现双向变排量[5]。其中变量活塞的位置则由伺服阀进行控制。当液压马达接到指令时，伺服阀根据指令要求，将系统高压油引入一侧活塞腔，在高压油作用下，变量活塞发生位移，从而使斜盘旋转，使液压马达进入能量转换过程，输出机械能。当液压马达斜盘状态满足了指令要求时[6]，两侧活塞将处于新的平衡状态，从而达到稳定运行。3)闭环控制原理双向变排量液压马达常用于恒速控制系统中，为实现液压马达转速的精确控制，双向变排量液压马达可采用斜盘环+转速环双闭环的控制模式，如图2所示。图2双向变排量液压马达控制框图其中斜盘的倾斜角度由角位置传感器检测，反馈信号与PID信号形成斜盘环[7]；液压马达的转速由转速传感器检测，与控制计算机的转速指令形成转速环[8]。斜盘环为内环，转速环为外环。液压马达运行过程中，若负载发生变化，液压马达转速将跟随变化，从而产生转速偏差信号，进而伺服阀将控制斜盘倾角同步变化，以达到新的平衡[9]。比如，在负载增大时，液压马达输出功率不足，会发生降速现象，伺服阀则控制增大斜盘倾角，以提高输出功率，直到达到预期转速。2双向变排量液压马达的应用目前，双向变排量液压马达在国外的许多机型中已得到广泛应用。军用飞机中，双向变排量液压马达主要用于驱动大惯量负载，比较典型的为武器舱门驱动系统，例如，F-22“猛禽”战斗机、B-2A“幽灵”轰炸机的主武器舱门驱动马达即采用了变排量液压马达。图3所示为伊顿公司生产的双向变排量液压马达，在F-22中控制主武器舱门。图3F-22战机上的双向变排量液压马达在商用飞机中，双向变排量液压马达被广泛应用于高升力系统，例如空客A中应用于前缘襟翼的驱动装置中，见图4。图4高升力系统中的应用目前，国内的飞机系统中，部分机型采用了单向变排量液压马达，例如某型飞机中的应急电源系统。双向变排量液压马达仍处于研制阶段，将用于某型飞机的武器舱门控制系统。随着双向变排量液压马达研究的深入，会凭借其明显的优势，应用范围必将越加广泛。在某专利中，已将其应用于驱动空中加油软管绞盘的设计。3双向变排量液压马达的优势
相比于传统定排量液压马达驱动系统，双向变排量液压马达驱动系统具有诸多优势。
首先，双向变排量液压马达驱动系统中取消了大流量伺服阀的使用，避免了伺服阀对系统压力的减压作用，因此进入液压马达的压力即为系统压力。而定排量液压马达驱动系统中，因伺服阀油路与液压马达进回油路串联，在伺服阀最大功率工作下，将产生1/3的系统压降，大幅降低了液压马达进口压力[10]。液压马达的转矩公式如下：T=（ΔpV/2π）ηm（1）式中T——液压马达的输出转矩；Δp——液压马达进出口压差；V——液压马达排量；ηm——液压马达机械效率。根据式（1）可知在同样的负载扭矩下，液压马达进口压力越高[11]，则对液压马达的排量要求越小，从而减小液压马达的尺寸，减轻了系统重量。其次，双向变排量液压马达对液压系统的流量需求更低。如前所述，同样的扭矩要求下，双向变排量液压马达的排量更小，所以即使都在最大排量下，双向变排量液压马达的流量需求也会更小[12]。另外，双向变排量液压马达的排量可根据负载变化进行无级调节，而定排量液压马达的排量是固定的[13]。当实际负载较小时，变排量液压马达能够以更小的排量达到转速需求下，从而进一步降低对系统提取的功率[14]。图5所示为最大排量均为28mL/r的定排量液压马达与变排量液压马达之间的实测流量对比，从图中可以看出，同样扭矩及转速下，变排量液压马达所需要的流量相比定排量液压马达大幅减小。即双向变排量液压马达驱动系统对液压系统的提取功率是动态变化的[15]，从而减少功率损失，减轻液压系统负担。图5定/变排量液压马达流量对比最后，双向变排量液压马达因其斜盘角度能够穿越零位平面，即该种液压马达在高低压油路不变的情况下，可通过斜盘方向变化，实现转向的切换，从而系统中不需要换向阀，进一步减轻了系统重量。4结论
本文介绍了双向变排量液压马达的工作原理及使用场景，并对其优势进行了说明，可以得出以下结论：
（1）双向变排量液压马达相比定排量液压马达具有明显优势，具有广阔的应用前景；（2）采用双向变排量液压马达可减轻液压系统重量，降低对系统的流量需求，从而减轻液压系统负担。参考文献
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