Следящий электрогидравлический привод

Изобретение относится к конструкции летательных аппаратов, к системам управления и передачи для приведения в действие поверхностей управления, а именно к электрогидравлическим приводам, предназначенным для использования преимущественно в автономных системах управления с ограниченной энергией источников питания, например в беспилотных летательных аппаратах. Следящий электрогидравлический привод содержит гидравлический цилиндр с силовым штоком, выполненным с возможностью управления тягой, золотник и линейный электропривод со штоком для перемещения золотника. Силовой шток гидравлического цилиндра и шток линейного электропривода оснащены датчиками положения, выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления линейным электроприводом. Линейный электропривод имеет второй выход штока, со стороны которого с возможностью пораздельного контакта с ним и с силовым штоком гидравлического цилиндра расположены снабженные упорами подпружиненные приводящие штоки, соединенные свободными концами с краями кулисы, центральная часть которой соединена через шарнир с тягой. Золотник выполнен подпружиненным и снабжен упором. Шток линейного электропривода выполнен с возможностью пораздельного взаимодействия с подпружиненным золотником или приводным штоком. Техническим результатом заявленного изобретение является уменьшение веса и габаритов источника питания системы управления и повышение линейности ее характеристик. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к конструкции летательных аппаратов, к системам управления и передачи для приведения в действие поверхностей управления, а конкретно к электрогидравлическим приводам, предназначенным для использования преимущественно в автономных системах управления с ограниченной энергией источников питания, например в беспилотных летательных аппаратах.

Известен принятый за прототип следящий электрогидравлический привод, приведенный в материалах 6-го Международного симпозиума «Авиационные технологии XXI века. 14-20 августа 2001 г. г.Жуковский. ЦАГИ. Тезисы докладов, стр.52-54, рис.1. Данный следящий электрогидравлический привод содержит следующие существенные признаки - гидравлический цилиндр с силовым штоком, кинематически связанным с тягой, золотник, жестко соединенный с ним шток линейного электропривода, контроллер управления линейным электроприводом, входы которого подключены к датчикам положения штока линейного электропривода и силового штока гидроцилиндра. Силовой шток гидроцилиндра соединен непосредственно с тягой управления аэродинамической поверхности. В целях уменьшения трения в золотнике последний выполнен с узлом разгрузки штока линейного привода.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие - следящий электрогидравлический привод содержит гидравлический цилиндр с силовым штоком, выполненным с возможностью управления тягой, золотник и линейный электропривод со штоком для перемещения золотника, при этом силовой шток гидравлического цилиндра и шток линейного электропривода оснащены датчиками положения, выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления линейным электроприводом.

В данном следящем электрогидравлическом приводе для уменьшения трения в золотнике расходуется дополнительная энергия источника питания гидроцилиндра. К тому же как на режимах перегрузки, так и на крейсерских режимах идет расход энергии гидроисточника, что является причиной значительного веса и габаритов системы питания такого электрогидравлического привода. В данной системе электропривод используется только для управления гидроцилиндром.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение веса и габаритов источника питания системы управления и повышение линейности ее характеристик.

Для решения указанной технической задачи в следящем электрогидравлическом приводе, содержащем гидравлический цилиндр с силовым штоком, выполненным с возможностью управления тягой, золотник и линейный электропривод со штоком для перемещения золотника, при этом силовой шток гидравлического цилиндра и шток линейного электропривода оснащены датчиками положения, выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления линейным электроприводом, линейный электропривод имеет второй выход штока, со стороны которого с возможностью пораздельного контакта с ним и с силовым штоком гидравлического цилиндра расположены снабженные упорами подпружиненные приводящие штоки, соединенные свободными концами с краями кулисы, центральная часть которой соединена через шарнир с тягой, золотник выполнен подпружиненным и снабжен упором, а шток линейного электропривода выполнен с возможностью пораздельного взаимодействия с подпружиненным золотником или приводным штоком.

При этом мощность электродвигателя несколько увеличится (до 2 раз), однако это мало повлияет на его габаритно-массовые характеристики. Мощность электродвигателя выбирается большей, чем для управления только золотником 3, исходя из условия

Рп.п≫Рэл.дв>Pcp≫Рзол, где

Рп.п - мощность, необходимая для поворота рулей в переходных режимах (режимах маневра);

Рэл.дв - мощность электродвигателя;

Pcp - мощность, необходимая для поворота рулей в крейсерских режимах полета;

Рзол - мощность, необходимая для движения тела золотника.

Отличительными признаками предлагаемого следящего электрогидравлического привода от известного являются следующие - линейный электропривод имеет второй выход штока, со стороны которого с возможностью пораздельного контакта с ним и с силовым штоком гидравлического цилиндра расположены снабженные упорами подпружиненные приводящие штоки, соединенные свободными концами с краями кулисы, центральная часть которой соединена через шарнир с тягой, золотник выполнен подпружиненным и снабжен упором, а шток линейного электропривода выполнен с возможностью пораздельного взаимодействия с подпружиненным золотником или приводным штоком.

Благодаря отличительным признакам достигается следующий технический эффект - поскольку управление тягой аэродинамической поверхности осуществляется электрическим приводом и гидравлическим приводом (управляемым тем же электрическим двигателем) пораздельно - на крейсерских режимах только электроприводом, а на режимах высоких перегрузок гидравлическим приводом, то существенно снижаются вес и габариты источника питания гидропривода (достаточно малогабаритного гидроаккумулятора), а кроме того в связи с управлением на режимах высоких перегрузок электродвигателем повышенной мощности существенно повышаются линейные характеристики системы, а именно эти режимы определяют точность конечного результата.

В результате поиска по источникам научно-технической и патентной литературы следящих электрогидравлических приводов с возможностью пораздельной работы гидро- и электродвигателей не найдено, поэтому решение соответствует критерию «новое», данное решение не следует явным образом из уровня техники, поэтому решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Основной областью применения данного следящего электрогидравлического привода является авиация, преимущественно беспилотные летательные аппараты, где очень существенными являются габаритно-массовые и энергосберегающие требования. Поэтому предложенное решение отвечает требованию «промышленно применимо».

Предлагаемое изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг.1 изображен следящий электрогидравлический привод при работе в крейсерском режиме полета летательного аппарата.

На фиг.2 изображен следящий электрогидравлический привод при работе в режиме высоких перегрузок.

Изображенный на фиг.1, 2 следящий электрогидравлический привод содержит гидравлический цилиндр 1 с силовым штоком 2, золотник 3 и линейный электропривод (электродвигатель на чертеже не приведен) со штоком 4 для перемещения золотника 3. Передача от линейного привода к штоку 4 осуществляется роликовинтовой передачей 5. Силовой шток 2 гидравлического цилиндра 1 и шток 4 линейного электропривода оснащены датчиками положения (на чертеже не приведены), выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления (на чертеже не приведен) линейным электроприводом. Линейный электропривод имеет первый выход 6 штока 4 для управления золотником 3 и второй выход 7 штока 4, со стороны которого расположен снабженный упорами 8 подпружиненный приводящий шток 9. Такой же снабженный упорами 8 подпружиненный приводящий шток 9 расположен и со стороны силового штока 2 гидравлического цилиндра 1. Оба приводящих штока 9 свободными концами 10 посредством кулисы (коромысла) 11 соединены с тензометрированной тягой 12, управляющей аэродинамической поверхностью (рулем) 13. Золотник 3, взаимодействующий с первым выходом 6 штока 4, выполнен подпружиненным. Шток гидроцилиндра 1 имеет упор 14. Ход золотника 3 ограничен упором 15.

Изображенный на фиг.1, 2 следящий электрогидравлический привод в зависимости от режима полета работает следующим образом.

В режиме крейсерского управления. В этом режиме привод находится все то время, когда рассогласование между задающим воздействием и сигналом с датчика угла поворота не превышает заданное значение. При этом тягой 12 и соответственно аэродинамической поверхностью (рулем) 13 через кулису 11 посредством своего приводящего штока 9 и второго выхода 7 штока 4 управляет только электропривод, в котором электродвигатель от сигнала контроллера управления через ролико-винтовую передачу 5 управляет штоком 4. При этом пружина золотника 3 отжата, шток 2 гидроцилиндра 1 стоит на упоре 14. Мощность источника гидрожидкости не расходуется (достаточно даже небольшого гидроаккумулятора). Применение для управления тягой 12 электродвигателя (особенно более мощного) с ролико-винтовой передачей 5 исключает статические ошибки и повышает динамику привода в целом. При этом при малых моментах нагрузки на вал электродвигателя последний может обеспечить большую динамику (большие обороты электродвигателя) при гораздо меньших затратах, чем гидропривод, у которого расход энергии практически не зависит от силы на штоке, а следовательно, с уменьшением силы на штоке падает к.п.д. гидропривода. Для электродвигателя, наоборот, уменьшенные нагрузки со стороны руля становятся номинальными, при которых его к.п.д. наибольший.

Пока сигнал рассогласования между задающим воздействием и сигналом с датчика угла поворота не превышает заданное значение, что свидетельствует о том, что мощности электродвигателя при установленной токовой отсечке в электронном блоке достаточно для привода руля, привод работает как обычный электрический, замкнутый по положению руля.

Как только сигнал рассогласования превысит установленный допуск, шток 4 роликовинтовой передачи 5 электропривода получает движение в сторону золотника 3 и первый выход 5 штока 4 начинает взаимодействовать с золотником (в том числе с помощью пружины приводящего штока 9 переход происходит в миллисекунды, т.е. практически неразрывно во времени). В результате чего привод начинает работать в переходном режиме (режиме маневра).

В режиме маневра. В режиме маневра, как правило, от привода требуется мощность, в десятки раз превышающая мощность номинального привода. Особенно это касается высокоманевренных летательных аппаратов. При работе в режиме маневра приводящий шток 9 со стороны второго выхода 7 штока 4 становится на упор 8, а первый выход 6 входит в зацепление с подпружиненным золотником 3. Движение золотника 3 при этом такое, что открывается канал управления штоком 2, и под воздействием давления гидрожидкости шток 2 начинает взаимодействовать со своим приводящим штоком 9, который теперь своим свободным концом 10 через кулису 11 управляет тягой 12. При этом в режиме маневра управление, как и во всех известных до этого электрогидравлических приводах, осуществляется электроприводом.

Обратное переключение режимов происходит аналогично, когда тензометрированная тяга 12, отметив снижение нагрузки на руле 13, посылает сигнал в контроллер управления, управляющий электроприводом.

Если тяга 12, соединенная с кулисой 11, тензометрирована, то возможно путем введения сигнала о силе на штоке 9 в контроллер управления улучшить динамические характеристики привода. При этом закон управления для линейного электропривода золотника будет формироваться как аналого-ключевой, т.е. в крейсерском режиме аналоговый по положениям двух штоков 2 и 4, а в переходном режиме - ключевой по сигналу с компаратора тензодатчика. При повышении силы на штоке 4 линейного привода последний делает быстрое движение к золотнику.

Следящий электрогидравлический привод, содержащий гидравлический цилиндр с силовым штоком, выполненным с возможностью управления тягой, золотник и линейный электропривод со штоком для перемещения золотника, при этом силовой шток гидравлического цилиндра и шток линейного электропривода оснащены датчиками положения, выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления линейным электроприводом, отличающийся тем, что линейный электропривод имеет второй выход штока, со стороны которого с возможностью нераздельного контакта с ним и с силовым штоком гидравлического цилиндра расположены снабженные упорами подпружиненные приводящие штоки, соединенные свободными концами с краями кулисы, центральная часть которой соединена через шарнир с тягой, золотник выполнен подпружиненным и снабжен упором, а шток линейного электропривода выполнен с возможностью пораздельного взаимодействия с подпружиненным золотником или приводным штоком.