CN105485072B - 基于二次调节的舱门瞬态作动装置、系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于二次调节的舱门瞬态作动装置、系统和驱动方法。所述的装置的一实施例包括伺服阀、流量调节机构以及变排量马达；其中，变排量马达包括斜盘和输出轴；伺服阀包括控制端，控制端接收外部控制指令，并基于外部控制指令驱动流量调节机构；流量调节机构在伺服阀的驱动下推动变排量马达的斜盘，使得斜盘的倾角改变；变排量马达的输出轴与舱门负载连接，用以输出驱动舱门负载的扭矩。采用本申请的方案，所需提取的主机功率小，从而避免了与其它机载设备争抢功率可能导致的飞行器的工作效能降低、作战能力削弱的问题。

Description

基于二次调节的舱门瞬态作动装置、系统和控制方法

技术领域

本申请涉及一种飞机舱门驱动技术领域，特别是一种基于二次调节的舱门瞬态作动装置、系统和控制方法。

背景技术

随着先进机载武器的出现和对飞行器简洁气动外形的设计要求，当代战斗机的武器设备系统已经由原来的外挂式变为内埋式。尤其对于新一代战斗机高隐身、超声速巡航和超机动等要求，武器内埋式装载已成为必然的选择。因此在战斗机空战和轰炸机投弹时就必须打开其武器舱门来进行武器发射和投弹。武器内埋装载技术的关键是舱门作动系统。其特点就是大惯性和快速启闭，需要瞬时大功率。

如图1所示，为现有的机载舱门作动系统的示意性结构图100。

目前，国内外都采用主机液压系统来直接驱动由伺服阀控制的高速液压马达，通过较大的减速比带动舱门开启的方式。

图1中，伺服阀1的两个进油口分别连接机载高压油源3和油箱4，定排量马达2根据伺服阀1的出油口A的输出油压产生驱动舱门开启或关闭的扭矩。

由于舱门作动系统的装机功率很大，同时需要主机液压系统提供较大的峰值功率，甚至会占整机液压系统总功率的一半以上，给主机液压系统带来极大负担。例如，典型三代战机的液压系统总功率大约为240kW，四代战机的液压系统总功率则大约高达560kW，增加的功率主要用于舱门作动。

发明内容

在下文中给出关于本申请的简要概述，以便提供关于本申请的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本申请的穷举性概述。它并不是意图确定本申请的关键或重要部分，也不是意图限定本申请的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本申请的一个主要目的在于提供一种新的基于二次调节的舱门瞬态作动装置、系统和控制方法，旨在解决如上所述的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种基于二次调节的舱门瞬态作动装置，包括伺服阀、流量调节机构以及变排量马达；其中，变排量马达包括斜盘和输出轴；伺服阀包括控制端，控制端接收外部控制指令，并基于外部控制指令驱动流量调节机构；流量调节机构在伺服阀的驱动下推动变排量马达的斜盘，使得斜盘的倾角改变；变排量马达的输出轴与舱门负载连接，用以输出驱动舱门负载的扭矩。

在一些实施例中，伺服阀包括第一进油口、第一回油口、第一出油口和第二出油口；流量调节机构为对称液压缸；伺服阀的第一进油口连接至机载高压油源，伺服阀的第一回油口连接至油箱；对称液压缸包括缸体和位于缸体内的对称柱塞，对称柱塞将缸体分为互不连通的第一腔室和第二腔室；第一出油口与第一腔室连通，第二出油口与第二腔室连通；对称柱塞的第一端与斜盘连接，用于基于第一腔室和第二腔室的压力差生成推动斜盘的推力，其中，对称柱塞的第一端为对称柱塞的靠近第一腔室的一端。

在一些实施例中，变排量马达还包括第二进油口和第二回油口；第二进油口连接至机载高压油源，第二回油口连接至油箱。

第二方面，本申请还提供了一种基于二次调节的舱门瞬态作动系统，包括如上所述的基于二次调节的舱门瞬态作动装置，还包括扭矩传感器和机载控制器；扭矩传感器与变排量马达的输出轴连接，用于采集输出轴输出的扭矩信号并发送给机载控制器；机载控制器基于扭矩信号和预先设置的扭矩阈值信号之差生成控制伺服阀的控制指令，以控制伺服阀的第一出油口与第一进油口、第一回油口之间的连接关系，以及第二出油口与第一进油口、第一回油口之间的连接关系。

第三方面，本申请还提供了一种用于控制如上所述的基于二次调节的舱门瞬态作动系统的控制方法，包括：当扭矩传感器采集的扭矩信号小于扭矩阈值信号时，机载控制器生成第一控制指令，以控制伺服阀的第一出油口与第一进油口连通且第二出油口与第一回油口连通，使得第一腔室的压力大于第二腔室的压力，对称柱塞在第一腔室和第二腔室的压力差作用下移动，推动斜盘以增大斜盘的倾角；当扭矩传感器采集的扭矩信号大于扭矩阈值信号时，机载控制器生成第二控制指令，以控制伺服阀的第一出油口与第一回油口连通且第二出油口与第一进油口连通，使得第一腔室的压力小于第二腔室的压力，对称柱塞在第一腔室和第二腔室的压力差作用下移动，推动斜盘以减小斜盘的倾角。

本申请的基于二次调节的舱门瞬态作动装置、系统和控制方法，通过流量调节机构来调节变排量马达的斜盘倾角，从而改变变排量马达的输出扭矩，可以改善现有技术中舱门作动系统对主机液压功率提取过大的问题。从而避免了舱门作动系统与飞行器舵机争抢功率以及各舱门作动系统之间争抢功率等情况的发生，从而避免了争抢功率可能导致的飞行器的工作效能降低、作战能力削弱的问题。

附图说明

参照下面结合附图对本申请实施例的说明，会更加容易地理解本申请的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本申请的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为现有的机载舱门作动系统的示意性结构图；

图2为本申请第一实施例的基于二次调节的舱门瞬态作动装置示意性结构图；

图3为本申请第二实施例的基于二次调节的舱门瞬态作动装置示意性结构图；

图4为图3中的对称柱塞的示意性结构图；

图5为本申请的基于二次调节的舱门瞬态作动系统的示意性结构图；

图6为本申请的用于控制基于二次调节的舱门瞬态作动系统的控制方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本申请的实施例。在本申请的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本申请无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

参见图2所示，为本申请第一实施例的基于二次调节的舱门瞬态作动装置的示意性结构图200。

本实施例的基于二次调节的舱门瞬态作动装置包括伺服阀210、流量调节机构220以及变排量马达230。

其中，变排量马达230包括斜盘231和输出轴232。

伺服阀包括控制端C，控制端C接收外部控制指令，并基于外部控制指令驱动流量调节机构220。

流量调节机构220在伺服阀210的驱动下推动变排量马达230的斜盘231，使得斜盘231的倾角改变。

变排量马达230的输出轴232与舱门负载连接，用以输出驱动舱门负载的扭矩。

在一些可选的实现方式中，伺服阀还可以包括第一进油口P、第一回油口T、第一出油口A和第二出油口B。伺服阀210的第一进油口P连接至机载高压油源10，伺服阀210的第一回油口T连接至油箱30。流量调节机构220可根据第一出油口A和第二出油口B的油压来生成推动变排量马达230的斜盘231的力。

变排量马达230还包括第二进油口和第二回油口。第二进油口连接至机载高压油源10，第二回油口连接至油箱30。

与如图1所示的现有的机载舱门作动系统相比，采用如图2所示的本实施例的结构，通过流量调节机构220来推动变排量马达230的斜盘的倾角，从而改变变排量马达230排量，从而改变驱动舱门负载的扭矩。

参见图3所示，为本申请第二实施例的基于二次调节的舱门瞬态作动装置示意性结构图300。

与图2所示实施例相同，本实施例的基于二次调节的舱门瞬态作动装置同样包括了伺服阀310、流量调节机构320以及变排量马达330，并且伺服阀310同样可以具有第一进油口P、第一回油口T、第一出油口A和第二出油口B。

与图2所示实施例不同之处在于，在本实施例中，流量调节机构320为对称液压缸。

参见图4所示，为图3中的对称液压缸的示意性结构图400。

对称液压缸包括缸体410和位于缸体内的对称柱塞420，对称柱塞将缸体分为互不连通的第一腔室411和第二腔室412。

结合图3和图4，伺服阀310的第一出油口A与第一腔室411连通，伺服阀310的第二出油口B与第二腔室412连通。对称柱塞420的第一端与斜盘331连接，用于基于第一腔室411和第二腔室412的压力差生成推动斜盘331的推力。如图4所示，对称柱塞420的第一端为对称柱塞420的靠近第一腔室411的一端。

本实施例中，通过调节向伺服阀310的控制端施加的控制指令，可以改变伺服阀310的第一出油口A和第二出油口B的压力，从而控制对称柱塞的第一腔室411和第二腔室412之间的液压差，进而调节变排量马达330的斜盘331的倾角和输出轴332输出的扭矩。

参见图5所示，为本申请的基于二次调节的舱门瞬态作动系统的示意性结构图500。

本实施例的基于二次调节的舱门瞬态作动系统除了包括基于二次调节的舱门瞬态作动装置51之外，还包括了扭矩传感器52和机载控制器53。

扭矩传感器53与变排量马达513的输出轴连接，用于采集输出轴输出的扭矩信号并发送给机载控制器53。

机载控制器基53于扭矩信号和预先设置的扭矩阈值信号之差生成控制伺服阀的控制指令，以控制伺服阀510的第一出油口A与第一进油口P、第一回油口T之间的连接关系，以及第二出油口B与第一进油口P、第一回油口T之间的连接关系。

例如，当扭矩传感器52采集到的扭矩信号超过了预先设置的扭矩阈值信号时，机载控制器53可输出控制指令，以使伺服阀510的第一出油口A与伺服阀510的第二出油口B之间的压力差减小，以减小对称液压缸520的对称柱塞施加至变排量马达530的斜盘的推力，以使斜盘倾角减小，从而降低变排量马达530的输出轴输出的扭矩。

相反地，当扭矩传感器52采集到的扭矩信号小于预先设置的扭矩阈值信号时，机载控制器53可输出控制指令，以使伺服阀510的第一出油口A与伺服阀510的第二出油口B之间的压力差增大，以增大对称液压缸520的对称柱塞施加至变排量马达530的斜盘的推力，以使斜盘倾角增大，从而增加变排量马达530的输出轴输出的扭矩。

参见图6所示，为本申请的用于控制如上所述的基于二次调节的舱门瞬态作动系统的控制方法的示意性流程图600。

具体而言，本实施例的方法包括：

步骤610，扭矩传感器采集扭矩信号。

步骤620，机载控制器比较扭矩传感器采集的扭矩信号与预先设置的扭矩阈值信号之间的关系。

步骤630，若扭矩传感器采集的扭矩信号小于扭矩阈值信号，机载控制器生成第一控制指令，以控制伺服阀的第一出油口与第一进油口连通且第二出油口与第一回油口连通，使得第一腔室的压力大于第二腔室的压力，对称柱塞在第一腔室和第二腔室的压力差作用下移动，推动斜盘以增大斜盘的倾角。

步骤630，若扭矩传感器采集的扭矩信号大于扭矩阈值信号，机载控制器生成第二控制指令，以控制伺服阀的第一出油口与第一回油口连通且第二出油口与第一进油口连通，使得第一腔室的压力小于第二腔室的压力，对称柱塞在第一腔室和第二腔室的压力差作用下移动，推动斜盘以减小斜盘的倾角。

下面，将定性说明图1所示的现有技术的机载舱门作动系统与本申请的基于二次调节的舱门瞬态作动装置驱动相同的舱门负载时，二者所需提取的主机功率W。

主机功率W满足：

W＝P·Q (1)

其中，P为机载高压油源的液压，Q为主机系统为舱门作动系统提供的流量。

流量Q满足：

Q＝D·N (2)

其中，D为马达的排量，N为马达旋转的转数。

此外，由于

T＝△P·D·i/2π (3)

其中T为负载扭矩(即马达输出的扭矩)，△P为马达的进油口和回油口之间的液压差，i为连接在马达输出轴与舱门转动轴之间的减速机构的传动比。

将上述公式(2)和公式(3)带入公式(1)后，可以得到：

W＝P·2πTN/△Pi。

也即是说，当P、T、N、i不变时，舱门系统所需提取的主机功率W与马达进油口和回油口之间的液压差△P成反比。

图1所示的现有技术的机载舱门作动系统中，定排量马达的进油口和回油口分别与伺服阀的第一出油口A和第二出油口B连接，通常而言，伺服阀第一出油口A和第二出油口B之间的液压差为7～10Mpa。

而图2和图3所示的本申请的基于二次调节的舱门瞬态作动装置中，变排量马达的进油口和回油口分别与高压油源和油箱连接，因此其两端的液压差为高压油源的液压。

此外，由于高压油源的液压(通常为28MPa)远远大于伺服阀第一出油口A和第二出油口B之间的液压差。因此，采用本申请的基于二次调节的舱门瞬态作动装置，在驱动相同的舱门负载时，其所需提取的主机功率将远远小于现有技术的机载舱门作动系统所需提取的主机功率。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

在本申请的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本申请具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本申请及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本申请的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本申请的公开内容将容易理解，根据本申请可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (5)

1.一种基于二次调节的舱门瞬态作动装置，其特征在于：

所述装置包括伺服阀、流量调节机构以及变排量马达；

其中，所述变排量马达包括斜盘和输出轴；

所述伺服阀包括控制端，所述控制端接收外部控制指令，并基于外部控制指令驱动所述流量调节机构；

所述流量调节机构在所述伺服阀的驱动下推动所述变排量马达的斜盘，使得所述斜盘的倾角改变；

所述变排量马达的输出轴与舱门负载连接，用以输出驱动舱门负载的扭矩。

2.根据权利要求1所述的基于二次调节的舱门瞬态作动装置，其特征在于：

所述伺服阀包括第一进油口、第一回油口、第一出油口和第二出油口；

所述流量调节机构为对称液压缸；

所述伺服阀的第一进油口连接至机载高压油源，所述伺服阀的第一回油口连接至油箱；

所述对称液压缸包括缸体和位于缸体内的对称柱塞，所述对称柱塞将所述缸体分为互不连通的第一腔室和第二腔室；

所述第一出油口与所述第一腔室连通，所述第二出油口与所述第二腔室连通；

所述对称柱塞的第一端与所述斜盘连接，用于基于所述第一腔室和所述第二腔室的压力差生成推动斜盘的推力，其中，所述对称柱塞的第一端为所述对称柱塞的靠近所述第一腔室的一端。

3.根据权利要求2所述的基于二次调节的舱门瞬态作动装置，其特征在于：

所述变排量马达还包括第二进油口和第二回油口；

所述第二进油口连接至所述机载高压油源，所述第二回油口连接至所述油箱。

4.一种基于二次调节的舱门瞬态作动系统，包括如权利要求2或3所述的基于二次调节的舱门瞬态作动装置，其特征在于，所述系统还包括扭矩传感器和机载控制器；

所述扭矩传感器与所述变排量马达的输出轴连接，用于采集所述输出轴输出的扭矩信号并发送给所述机载控制器；

所述机载控制器基于所述扭矩信号和预先设置的扭矩阈值信号之差生成控制所述伺服阀的控制指令，以控制所述伺服阀的第一出油口与所述第一进油口、第一回油口之间的连接关系，以及所述第二出油口与所述第一进油口、第一回油口之间的连接关系。

5.一种用于控制如权利要求4所述的基于二次调节的舱门瞬态作动系统的控制方法，其特征在于，包括：

当所述扭矩传感器采集的所述扭矩信号小于所述扭矩阈值信号时，所述机载控制器生成第一控制指令，以控制所述伺服阀的第一出油口与所述第一进油口连通且所述第二出油口与所述第一回油口连通，使得所述第一腔室的压力大于所述第二腔室的压力，所述对称柱塞在所述第一腔室和所述第二腔室的压力差作用下移动，推动所述斜盘以增大所述斜盘的倾角；

当所述扭矩传感器采集的所述扭矩信号大于所述扭矩阈值信号时，所述机载控制器生成第二控制指令，以控制所述伺服阀的第一出油口与所述第一回油口连通且所述第二出油口与所述第一进油口连通，使得所述第一腔室的压力小于所述第二腔室的压力，所述对称柱塞在所述第一腔室和所述第二腔室的压力差作用下移动，推动所述斜盘以减小所述斜盘的倾角。