CN102080702A

CN102080702A - 带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器

Info

Publication number: CN102080702A
Application number: CN 201110000497
Authority: CN
Inventors: 薛彩军; 张莉; 许远; 聂宏; 张洁; 徐奋进
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2031-01-04
Also published as: CN102080702B

Abstract

本发明涉及一种飞行缓冲器，尤其涉及一种带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器。缓冲器活塞杆上布置出油口，活塞杆的出油口通过输油管道与第二高速单向开关阀组的进油口连接，第二高速单向开关阀组的出油口通过输油管道与外置油腔的进油口连接，外置油腔的出油口通过输油管道与第一高速单向开关阀组的进油口连接，第一高速单向开关阀组的出油口通过输油管道与外筒侧壁上的进油口连接。本发明提供的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器主体由内、外筒组成，无油孔、油针等油量调节部件，结构简单。运用双电压驱动控制高速开关阀的开、闭，加快了高速开关阀响应速度。

Description

带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器

技术领域

本发明涉及一种飞行缓冲器，尤其涉及一种带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器。

背景技术

飞机起落架缓冲器是起落架中吸收飞机着陆及地面运动时的撞击和颠簸能量，起缓冲、减震作用的装置，其缓冲性能好坏直接影响飞机着陆最大载荷、飞机滑跑操纵及机上人员舒适度。

为增强缓冲器缓冲效果，被动控制、半主动控制、主动控制三种控制技术在缓冲器性能控制中得到了应用。被动控制缓冲器采用缓冲器自身行程控制油孔开度、调节阻尼，其结构简单，但由于其系统结构及参数是固定的，一旦制成装机后，其工作就是对外界激励的被动响应，不能根据需要实时改变自身特性，难以满足高效减震的需要。主动控制的研究最早可追溯到上世纪20年代出现的用电磁阀控制的缓冲器，在航空领域的应用则开始于20世纪五十年代末，在六、七十年代得到迅速发展。主动控制缓冲器根据飞机在着陆、滑跑等不同载荷状况，通过外部动力源（如油泵），按照一定的控制律控制调节缓冲器的刚度和阻尼，使飞机获得良好的着陆性能和地面运动性能。其可控性能好，缓冲、减震效果好，但由于其需附加外部动力源、动力管路，增加了起落架的重量、结构复杂性。半主动控制缓冲器结合了主动控制和被动控制双方的优点，它设计简单，具有更好的适应性，根据输入信号利用低功率控制器调节系统参数，来优化缓冲器系统动力学特性，实现最佳减振。但由于飞机着陆撞击时间很短，对控制阀响应速度要求过高，因此国内还没有半主动控制缓冲器的工程应用。

另一方面，油气式缓冲器作为当前应用最多的一种缓冲器，其结构特点为：油腔、气腔串联于缓冲支柱内，油液在外载荷及气腔作用下于两腔（油腔、气腔）之间来回流动，流经油孔时因阻尼产生热量，消耗系统动能。但是，受空间限制，缓冲器两腔不能过大，油液在腔内被迅速升温，影响热扩散速率，进而影响缓冲效率。

发明内容

本发明提供了一种带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，提高控制系统的响应速度，同时兼备缓冲器结构简单、油液热扩散快的优点。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，包括机轮，活塞杆，外筒，油液腔，浮动活塞，空气腔；所述的外筒内自上而下依次布置浮动活塞、活塞杆，布置活塞杆，浮动活塞的上方与外筒之间形成空气腔，浮动活塞的下方与活塞杆之间形成油液腔；还包括输油管道，第一高速单向开关阀组，外置油腔，第二高速单向开关阀组；所述的活塞杆上布置出油口，活塞杆的出油口通过输油管道与第二高速单向开关阀组的进油口连接，第二高速单向开关阀组的出油口通过输油管道与外置油腔的进油口连接，外置油腔的出油口通过输油管道与第一高速单向开关阀组的进油口连接，第一高速单向开关阀组的出油口通过输油管道与外筒侧壁上的进油口连接。

本发明所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，还包括离心喷嘴，所述的离心喷嘴布置在第二高速单向开关阀组的出油口处。

本发明所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，其所述的第一高速单向开关阀组或第二高速单向开关阀组由若干个高速单向开关阀组成，高速单向开关阀包括开关弹簧，衔铁管，极靴，线圈，衔铁，阀体，顶杆，开关球阀，单向球阀，单向弹簧，第一进油口，第二出油口；所述的衔铁管内布置极靴与衔铁，极靴与衔铁之间布置开关弹簧，衔铁管的外侧绕着线圈，衔铁管的开口端与阀体相连，阀体内布置顶杆，顶杆用来连接衔铁开关球阀，阀体的侧壁有第一进油口与第二出油口，阀体的第二出油口处布置单向球阀，单向球阀与单向弹簧连接，单向弹簧固定在阀体相对顶杆的另一端面上。

本发明所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，还包括用于测量起落架所受地面载荷的载荷传感器，用于测量着陆的垂直加速度的加速度传感器，电子控制器，用于测量缓冲的行程的非接触式位移测量器，用于测量缓冲油腔的油液压强的液压传感器；所述的载荷传感器布置在机轮的轮轴处，加速度传感器安装在外筒的上方，液压传感器布置活塞杆的下方，非接触式位移测量器布置活塞杆侧壁上，电子控制器的信号接收端分别与载荷传感器、非接触式位移测量器、液压传感器连接，电子控制器的信号输出端分别连接第一高速单向开关阀组与第二高速单向开关阀组。

本发明任一项所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，其特征在于：采用如下控制方法：

1）载荷传感器、非接触式位移测量器、液压传感器、加速度传感器分别测量缓冲器的状态信号；

2）将测得的状态信号输入到电子控制器；

3）电子控制器根据得到信号进行分析与处理，控制第一高速单向开关阀组与第二高速单向开关阀组中开启高速单向开关阀的数量与关闭高速单向开关阀的数量。

有益效果：

本发明提供的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器主体由内、外筒组成，无油孔、油针等油量调节部件，结构简单。

采用隔离式油气缓冲器形式，避免油液在腔内发生晃荡。

设置外置油腔，便于系统安装、检查，利于添加控制阀门。

设计了带离心喷嘴的外置油腔，在缓冲器在受压的正行程阶段，使得油液进入外置油腔时发生雾化，从而加快油液热扩散速率，更利于缓冲能量的吸收。

油液环路的设计使得油液沿一个方向流动，避免了油液惯性造成的油液响应延迟现象。

缓冲控制性能接近主动控制技术，却无外部附加动力源、动力管路，只需弱电控制机构根据实时信息调节结构内部的参数，使其为最优状态，从而减轻了起落架的重量、简化了结构；控制器综合分析多传感器同时反馈的缓冲器状态信息，更能产生最优的控制律。

专为该缓冲器而设计发明的高速单向开关阀组，一方面由于带有内置单向阀，实现了单向流动，避免油液回流，另一方面阀组阀门开、关数量的不同组合，形成不同截面积的油孔，能有效调节油路中的油量。

运用双电压驱动控制高速开关阀的开、闭，加快了高速开关阀响应速度。

附图说明

附图1双电压驱动控制缓冲器起落架的结构模型示意图；

附图2高速单向开关阀结构图；

附图3高速单向开关阀的双电压驱动工作原理；

附图3（a）双电压驱动放大器；

附图3（b）控制信号与线圈电流波形；

图中标号名称： 1是机轮， 2是载荷传感器，3是活塞杆，4是外筒，5是油液腔，6是浮动活塞，7是空气腔，8是加速度传感器，9是飞机，10是第一高速开关阀组，11是进油管道，12是电子控制器， 14是外置油腔，15是离心喷嘴，16是第二高速开关阀组，17是出油管道，18是非接触式位移测量系统，19是液压传感器，20是开关弹簧，21是衔铁管，22是极靴，23是线圈，24是衔铁，25是阀体，26是顶杆，27是开关球阀，28是进油口，29是单向球阀，30是出油口，31是单向弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明；

如图1所示：带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，包括机轮1，活塞杆3，外筒4，油液腔5，浮动活塞6，空气腔7，出油管道17，第一高速单向开关阀组10，外置油腔14，第二高速单向开关阀组16，进油管道11

外筒4内自上而下依次布置浮动活塞6、活塞杆3，布置活塞杆3，浮动活塞6的上方与外筒4之间形成空气腔7，浮动活塞6的下方与活塞杆3之间形成油液腔5；

活塞杆3上布置出油口，活塞杆3的出油口通过出油管道17与第二高速单向开关阀组16的进油口连接，第二高速单向开关阀组16的出油口通过出油管道17与外置油腔14的进油口连接，外置油腔14的出油口通过进油管道11与第一高速单向开关阀组10的进油口连接，第一高速单向开关阀组10的出油口通过进油管道11与外筒4的侧壁上的进油口连接。离心喷嘴15，所述的离心喷嘴15布置在第二高速单向开关阀组16的出油口处。

第一高速单向开关阀组10或第二高速单向开关阀组16由若干个高速单向开关阀组成，高速单向开关阀包括开关弹簧20，衔铁管21，极靴22，线圈23，衔铁24，阀体25，顶杆26，开关球阀27，单向球阀29，单向弹簧31，进油口28，出油口30。

衔铁管21内布置极靴22与衔铁24，极靴22与衔铁24之间布置开关弹簧20，衔铁管21的外侧绕着线圈23，衔铁管21的开口端与阀体25相连，阀体25内布置顶杆26，顶杆26用来连接衔铁24开关球阀27，阀体25的侧壁有第一进油口28与第二出油口30，阀体25的第二出油口30处布置单向球阀29，单向球阀29与单向弹簧31连接，单向弹簧31固定在阀体25相对顶杆26的另一端面上。用于测量起落架所受地面载荷的载荷传感器2，用于测量着陆的垂直加速度的加速度传感器8，电子控制器12，用于测量缓冲的行程的非接触式位移测量器18，用于测量缓冲油腔的油液压强的液压传感器19；载荷传感器2布置在机轮1的轮轴处，加速度传感器8安装在外筒4的上方，液压传感器19布置活塞杆3的下方，非接触式位移测量器18布置活塞杆3侧壁上，电子控制器12的信号接收端分别与载荷传感器2、非接触式位移测量器18、液压传感器19连接，电子控制器12的信号输出端分别连接第一高速单向开关阀组10与第二高速单向开关阀组16。

所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，采用如下控制方法：

1）载荷传感器2、非接触式位移测量器18、液压传感器19、加速度传感器8分别测量缓冲器的状态信号；

2）将测得的状态信号输入到电子控制器12；

3）电子控制器12根据得到信号进行分析与处理，控制第一高速单向开关阀组10与第二高速单向开关阀组16中开启高速单向开关阀的数量与关闭高速单向开关阀的数量。

（1）安装方式：本发明的技术方案：如附图1所示为本发明双电压驱动控制缓冲器的结构模型示意图，由外筒、活塞杆，浮动活塞和机轮构成缓冲机构；由两个高速单向开关阀组、带有离心喷嘴的外置油腔和电子控制器构成的控制机构，用通油管道将缓冲机构和控制机构串联起来，使用时将控制机构装在减震支柱上。

（2）实施方式：附图2为专为本发明而设计的高速单向开关阀结构图，这里将利用附图2说明此高速单向开关阀的工作原理。当给电磁阀通电时，电磁铁中心产生电磁力，衔铁受到电磁力作用，克服开关弹簧的弹簧力、摩擦力，连同顶杆和开关球阀一起向左运动，阀门开启油液由进油口流入，克服单向弹簧的弹簧力，推开单向球阀，由出油口流出；当断电时，磁场消失，开关弹簧的弹簧力又促使衔铁向右运动，回到原位，顶杆推动开关球阀重新关闭阀门。当高速意向开关阀不通电时，由于受单向球阀和单向弹簧的作用（相当于一个单向阀的作用），油液不会从出油口流入，再从进油口流出，专为本发明而设计的高速单向开关阀实现了单向流动，比传统的高速开关阀更可靠。

附图 3为高低双电压驱动的电路原理图和控制信号与线圈电流的波形。由于磁场建立的动态过程以及阀芯运动的惯性运动过程，阀口的关闭和开启都不是瞬间完成的，而是一个动态过程。如图2所示，驱动放大器用两种直流电压：60V 和 12V 供电，在控制信号的控制下配合工作。输出两个控制信号 u₁ 和 u₂ ，在每一采样周期开始时同时上跳，使功率管 V₁ 和 V₂ 同时导通，导通时通过 V₁ 的管压降很小，VD₂ 因反向偏置而截止，这时电磁铁由 60V 电源供电，使得线圈电流飞速上升，阀芯迅速开启。阀芯开启后瞬间， u₁ 信号下跳，使 V₁ 关闭，这时由12V 电源继续供电，维持阀芯在开启位置上。达到要求时间后，u₂信号下跳，使 V₂ 管也关闭，阀芯在弹簧力作用下复位。由于开启时过激电流的作用，使得减小了开启时间，而开启后又可以用较小的励磁电压维持阀芯位置，使磁力消退加快，减小了关闭时间。所以，双电压驱动既减小了开关阀的启闭时间，同时具有良好的能耗效果，解决了开关阀需要长时间通电带来的能耗问题。

附图1所示为带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器起落架的结构模型示意图，这里将利用附图3说明带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器起落架的工作原理。根据飞机在着陆，滑跑等不同运动状态或不同的外部激励下，通过非接触式位移传感器，载荷传感器，加速度传感器和液压传感器对运动过程进行实时数据采集，根据这些数据产生控制信号，来实时改变系统的响应：在缓冲器正行程阶段，控制系统根据实时的信息产生控制信号，用双电压驱动出油管道的高速单向开阀组中的部分高速单向开关阀的电磁阀，使部分高速单向开关阀导通，从而实时改变缓冲器输出的油液的流量，油液由缓冲器油腔输出，通过离心喷嘴，雾状喷入外置油腔，以加速油液的热扩散；在缓冲器的反行程阶段，控制系统根据电子控制器收到的缓冲器的状态产生控制信号，首先用双电压驱动出油管道的高速单向开关阀组，使其断电而关闭出油管道，然后用双电压驱动进油管道的高速单向开阀组中的部分高速单向开关阀的电磁阀，使部分高速单向开关阀导通，从而实时改变由外置油腔流入缓冲器油腔的油液流量。通过如此控制原理，控制若干高速单向开关阀的开、闭来控制外置油腔与缓冲器主体间油液的流动方向，改变高速单向开关阀导通数量通油孔的总面积来控制缓冲系统输入或输出的油液的流量，从而调节缓冲器的刚度和阻尼，控制其载荷大小，并使缓冲行程控制在一定范围以内。

该控制以缓冲器效率达到最大为控制目标，即在理想状态下，满足吸收完所需吸收功量的同时，缓冲器载荷为一恒值。在缓冲器压缩的初始阶段，由于压缩速度较大，缓冲器油液阻尼力也会很大，为减小初始阻尼力，限制最大冲击力，应打开第一开关阀组所有开关阀，使有孔面积初始最大化。然而，随着缓冲作用的进行，机身在阻尼力下开始减速，缓冲器的压缩速度也逐渐降低，此时应减少输出管道上高速单向开关阀的导通数量，目的是使缓冲器作用力较为均匀，最大作用力减少，功量图更为饱满，也使得缓冲器一个压缩循环吸收的能量增加，从而提高缓冲器的缓冲性能；当流体阻尼太大时，会造成缓冲器载荷一开始就迅速增加，缓冲器显得比较刚硬，此时通过控制增加输出管道上高速单向开关阀的打开数目来增大油孔面积，从而减小阴尼；而流体阻尼太小时，缓冲器功量图的中间部分降低，导致效率系数很低，此时则减少输出管道上高速单向开关阀的打开数目来减小油孔面积；当反行程油孔很小的话，起落架在落震过程中来不及伸展到停机状态便又被压缩，反而不能消耗足够的能量，那么则应增加输入管道上高速单向开关阀的打开数目。

Claims

1.带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，包括机轮（1），活塞杆（3），外筒（4），油液腔（5），浮动活塞（6），空气腔（7）；所述的外筒（4）内自上而下依次布置浮动活塞（6）、活塞杆（3），布置活塞杆（3），浮动活塞（6）的上方与外筒（4）之间形成空气腔（7），浮动活塞（6）的下方与活塞杆（3）之间形成油液腔（5）；其特征在于：还包括输油管道，第一高速单向开关阀组（10），外置油腔（14），第二高速单向开关阀组（16）；所述的活塞杆（3）上布置出油口，活塞杆（3）的出油口通过输油管道与第二高速单向开关阀组（16）的进油口连接，第二高速单向开关阀组（16）的出油口通过输油管道与外置油腔（14）的进油口连接，外置油腔（14）的出油口通过输油管道与第一高速单向开关阀组（10）的进油口连接，第一高速单向开关阀组（10）的出油口通过输油管道与外筒（4）侧壁上的进油口连接。

2.根据权利要求1所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，其特征在于：还包括离心喷嘴（15），所述的离心喷嘴（15）布置在第二高速单向开关阀组（16）的出油口处。

3.根据权利要求3所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，其特征在于：所述的第一高速单向开关阀组（10）或第二高速单向开关阀组（16）由若干个高速单向开关阀组成，高速单向开关阀包括开关弹簧（20），衔铁管（21），极靴（22），线圈（23），衔铁（24），阀体（25），顶杆（26），开关球阀（27），单向球阀（29），单向弹簧（31），进油口（28），出油口（30）；所述的衔铁管（21）内布置极靴（22）与衔铁（24），极靴（22）与衔铁（24）之间布置开关弹簧（20），衔铁管（21）的外侧绕着线圈（23），衔铁管（21）的开口端与阀体（25）相连，阀体（25）内布置顶杆（26），顶杆（26）用来连接衔铁（24）开关球阀（27），阀体（25）的侧壁有第一进油口（28）与第二出油口（30），阀体（25）的第二出油口（30）处布置单向球阀（29），单向球阀（29）与单向弹簧（31）连接，单向弹簧（31）固定在阀体（25）相对顶杆（26）的另一端面上。

4.根据权利要求1所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，其特征在于：还包括用于测量起落架所受地面载荷的载荷传感器（2），用于测量着陆的垂直加速度的加速度传感器（8），电子控制器（12），用于测量缓冲的行程的非接触式位移测量器（18），用于测量缓冲油腔的油液压强的液压传感器（19）；所述的载荷传感器（2）布置在机轮（1）的轮轴处，加速度传感器（8）安装在外筒（4）的上方，液压传感器（19）布置活塞杆（3）的下方，非接触式位移测量器（18）布置活塞杆（3）侧壁上，电子控制器（12）的信号接收端分别与载荷传感器（2）、非接触式位移测量器（18）、液压传感器（19）连接，电子控制器（12）的信号输出端分别连接第一高速单向开关阀组（10）与第二高速单向开关阀组（16）。

5.根据根据权利要求1至5中任一项所述的带雾化油腔回路的双电压驱动控制缓冲器，其特征在于：采用如下控制方法：

1）载荷传感器（2）、非接触式位移测量器（18）、液压传感器（19）、加速度传感器（8）分别测量缓冲器的状态信号；

2）将测得的状态信号输入到电子控制器（12）；

3）电子控制器（12）根据得到信号进行分析与处理，控制第一高速单向开关阀组（10）与第二高速单向开关阀组（16）中开启高速单向开关阀的数量与关闭高速单向开关阀的数量。