CN107740791B - 一种飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法 - Google Patents

一种飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法 Download PDF

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Abstract

一种飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法，是通过对液压刹车阀阀芯的详细受力分析，提出以阀芯的位移为已知变量，并且考虑了负载流量影响的飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法。本发明能够对液压刹车阀内部的工作过程进行详细的动态分析，从刹车压力的逐步建立、保压和释放过程中研究刹车压力的动态变化规律，提出具体可行的刹车压力确定方法，掌握液压刹车阀动态的输出压力与阀芯位移的关系，在此基础上进行刹车系统的负载特性设计，提高飞机刹车系统输出的刹车压力的稳定性。在本发明基础上进行刹车系统的负载特性设计能够提高飞机刹车系统输出的刹车压力的稳定性。

Description

一种飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法
技术领域
本发明涉及机轮刹车系统控制领域，具体是一种液压刹车阀输出的动态刹车压力的确定方法，用于对液压刹车阀的输出压力特性进行研究。
背景技术
液压刹车阀作为飞机刹车系统的附件产品，在飞机起飞及着陆滑行过程中，飞行员要通过操纵它来调节作用在机轮上的刹车压力，如果刹车系统还有防滑控制功能，液压刹车阀还可以起到限制作用在机轮上的最大刹车压力的功能。
典型的液压刹车阀结构如图1所示，主要由套筒组件1、调整垫片2、减压弹簧组件3、阀芯4、导套5、复位弹簧6、壳体7、阀套8、密封圈9、挡圈10、开口销11、锁紧螺母12等零组件组成，壳体7上有回油嘴13、刹车嘴14和进油嘴15共三个管嘴。
根据阀芯在衬套中所处的位置，刹车阀在使用中有升压、保压和松刹三种状态，如图2的液压刹车阀工作状态原理图所示。在初始状态下，受复位弹簧的作用力，提拉阀芯并推动套筒组件向上移动到极限位置，使刹车阀处于松刹车状态，液压刹车阀内部如图2中的c状态所示；当驾驶员通过套筒组件1施加操纵力使套筒组件1下移产生工作行程时，在初始阶段阀芯4受减压弹簧组件3的作用向下移动，将刹车嘴14与进油嘴15接通，刹车压力上升，刹车阀处于升压状态，液压刹车阀内部如图2中的a状态所示；保持操纵力不变，刹车嘴输出的刹车压力通过节流孔16与感压腔17相连通，因此，随着刹车压力的上升，感压腔的压力也上升，作用在阀芯的另一个端面上的反作用力不断增大，使阀芯回动，有使刹车嘴14与进油嘴15关闭，进一步使刹车嘴14与回油嘴13接通，让刹车压力下降的趋势，当作用在阀芯两端的作用力达到稳定的力平衡时，刹车、进油和回油三个管嘴各不接通，刹车阀处于保压状态，液压刹车阀内部如图2中的b状态所示，如此刹车压力受操纵力控制，呈正增益的关系；撤消操纵力，阀芯完全回复到初始位置，刹车嘴与回油嘴接通，刹车阀处于松刹状态，此时的刹车压力等于回油压力。图2中的节流孔16主要起到连通感压腔，并对感压腔的液压压力有一定的稳定作用。
由图2所述工作原理分析可知，如果通过套筒组件1给液压刹车阀施加操纵力，阀芯产生位移，会输出一定的刹车压力，在液压刹车阀输出刹车压力的建立和动态调节过程中，飞行员施加在套筒组件上的操纵力与感压腔产生的作用在阀芯上的反作用力是互相制约和平衡的，对阀芯来讲，它在阀套中所处的位置决定了液压刹车阀输出的刹车压力。
液压刹车阀安装在座舱内，一般由飞行员脚踩刹车踏板进行直接控制，即使保持脚踩刹车的位置不变，比如在最大工作行程限位的最大刹车状态，在刹车压力的建立和动态调节过程中，由于感压腔压力的变化，作用在阀芯上的反作用力，也会使阀芯产生一定的位移波动；另外，当液压刹车阀的输出负载需要一定的流量输出时，阀芯还会产生一定的位移，将刹车嘴与进油嘴的通道面积增大，由油源来补充所需的负载流量，要保持这种流量，减压弹簧组件的压缩量必然会减少，阀芯力平衡状态下，液压刹车阀输出的刹车压力肯定是要降低的，因此刹车系统负载流量的流量变化，会对刹车系统输出的刹车压力有直接影响，严重时液压刹车阀输出的刹车压力会出现较大抖动时，甚至会引起刹车系统的液压振动和啸叫，飞行员会有强烈的不适感，因此需要对液压刹车阀的动态输出压力特性进行研究，掌握液压刹车阀的负载特性，提高刹车压力的稳定性和液压刹车阀的输出品质。
通过检索国内外对液压刹车阀的相关文献，并对现有技术进行分析，也可以得到不少与刹车压力相关的计算方法，但都仅限于稳态刹车压力的计算，因此现有技术无助于对液压刹车阀的动态输出压力进行研究，不能全面掌握液压刹车阀的负载特性，没有把液压刹车阀的输出压力与阀芯的位移相关联起来。而要掌握这些技术，必须对刹车操纵过程进行详细的动态分析，从刹车压力的逐步建立、保压和释放过程中刹车操纵力的动态变化情况提出具体可行的刹车压力的确定方法，这些要求都是现有技术所不具备的。
发明内容
为克服现有技术，不能根据阀芯的位移和负载流量来动态研究分析和确定飞机液压刹车阀输出压力，从而无法开展对液压刹车阀的负载特性进行动态研究，并提高刹车压力的稳定性等问题，本发明提出了一种飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法。
本发明的具体过程是：
步骤1，确定通过刹车嘴的流量
根据阀芯与阀套的相对位置，分三种状态来通过公式(1)确定液压刹车阀由刹车嘴输出的流量：
其中：qv为液压刹车阀由刹车嘴输出的流量，单位为m3/s；
Kc为缝隙流量系数；
Ps为油源压力，单位为MPa；
Pb为液压刹车阀输出的刹车压力，单位为MPa；
D为阀芯与阀套研磨配套面外圆直径，单位为m；
C为阀芯与阀套研磨配套面外圆的半径差，单位为m；
St为液压油的运动粘度，单位为m2/s；
l0为回油最大开度，单位为m；
l1为阀芯与阀套开口的总遮盖量，单位为m；
x为阀芯行程，单位为m；
Cd为阀芯与阀套研磨配套面回油节流孔流量系数；
Kr为回油口打开时的回油通道面积增益，单位为m；
P0为液压刹车阀回油嘴的回油压力，单位为MPa；
ρ为液压刹车阀工作油液的密度，单位为Kg/m3；
Cs为阀芯与阀套研磨配套面进油节流孔流量系数；
Ks为进油口打开时的通道面积增益，单位为m；
根据阀芯位置所确定刹车嘴流量的三种状态分别是：
当x<lo时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度还没有完全关闭，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一个因素是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入刹车嘴的流量，一个因素是刹车嘴处的液压油通过回油节流孔注入回油所损失的流量。
当lo≤x<lo+l1时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度已经完全关闭，而进油开度还没有打开，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一个因素是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入刹车嘴的流量，一个因素是刹车嘴处的液压油通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入回油嘴所损失的流量。
当x≥lo+l1时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度已经完全关闭，而进油开度已经打开，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一个因素是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入回油嘴的流量，一个因素是进油嘴处的液压油源通过阀芯与阀套的进油节流孔进入刹车嘴处的流量。
式(1)的表达式中，通过阀芯与阀套的配套间隙产生的缝隙流量应用的是薄壁缝隙流动类型的公式，而通过阀芯和阀套的进油节流孔产生的流量和通过回油孔产生的流量采用的是小孔节流类型的流量公式。而阀芯相对于阀套的位置决定了两者配套密封所形成的缝隙长度、进油开度和回油开度。
当液压刹车阀注入到刹车嘴处的流量大于液压刹车阀刹车嘴泄漏到回油嘴的流量时，刹车嘴输出的流量为正值，反之则为负值。
以液压刹车阀处于完全松刹车状态的阀芯位置作为零位，在刹车过程中将阀芯的位移x为一个动态的输入变量；刹车嘴与感压腔之间，阀芯与阀套配套的剖面外圆处处同心时，缝隙流量系数Kc取1；当处处完全偏心时，缝隙流量系数Kc取2.5，实际计算时，可根据实际配套情况进行取值；式(1)中的其它变量均为液压刹车阀的结构和设计输入参数，还有液压油的固有特性参数，均可采用常规手段计算得到或者查阅相关设计手册得到，因此由式(1)计算可以确定刹车阀通过刹车嘴的流量。
步骤2，确定刹车压力
通过公式(2)确定液压刹车阀的刹车嘴处产生的刹车压力：
其中：P0为回油压力，单位为MPa；
E为液压刹车阀负载腔的液压弹簧刚度，单位为MPa；
Vb为液压刹车阀负载腔的容积，单位为m3；
qf为经过液压刹车阀负载腔输出的流量，单位为m3/s；
t为时间变量，单位为s；
联立公式(1)和公式(2)进行求解，得到液压刹车阀输出的刹车压力。
本发明通过对液压刹车阀阀芯的详细受力分析，提出了一种以阀芯的位移为已知变量，并且考虑了负载流量影响的飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法。
利用本发明所述方法，能够对液压刹车阀内部的工作过程进行详细的动态分析，从刹车压力的逐步建立、保压和释放过程中研究刹车压力的动态变化规律，提出具体可行的刹车压力确定方法，掌握液压刹车阀动态的输出压力与阀芯位移的关系，在此基础上进行刹车系统的负载特性设计，提高飞机刹车系统输出的刹车压力的稳定性。
以图1所示的典型液压刹车阀为例，利用本发明根据阀芯的位移和负载流量来动态研究分析和确定飞机液压刹车阀输出压力，从而开展对液压刹车阀的负载特性进行动态研究，利用本发明所述方法，可以对液压刹车阀内部的工作过程进行详细的动态分析，从刹车压力的逐步建立、保压和释放过程中研究刹车压力的动态变化规律，提出具体可行的刹车压力确定过程，掌握液压刹车阀动态的输出压力与阀芯位移的关系。由图3可看出，在阀芯工作行程由零到最大并保持一段时间，再恢复至零的过程中，刹车压力与阀芯工作行程、操纵力以及负载流量的变化情况。
在本发明基础上进行刹车系统的负载特性设计能够提高飞机刹车系统输出的刹车压力的稳定性。
附图说明
图1是典型液压刹车阀结构图；
图2是液压刹车阀工作状态原理图，其中2a是施加操纵力，2b是保持操纵力，2c是撤销操纵力；
图3是本发明的流程图；
图4是刹车压力与阀芯工作行程、操纵力以及负载流量的关系曲线图。
图中：
1.套筒组件；2.调整垫片；3.减压弹簧组件；4.阀芯；5.导套；6.复位弹簧；7.壳体；8.阀套；9.密封圈；10.挡圈；11.开口销；12.锁紧螺母；13.回油嘴；14.刹车嘴；15.进油嘴；16.节流孔；17.感压腔；18.刹车压力的变化曲线；19.阀芯工作行程的曲线；20.操纵力的变化曲线；21.负载流量的变化曲线。
具体实施方式
本实施例是以液压刹车阀阀芯的位移和负载流量作为主要设计输入，以确定刹车压力的一种动态计算方法，具体过程是：
步骤1，确定通过刹车嘴的负载流量
根据阀芯与阀套的相对位置，通过公式(1)确定液压刹车阀由刹车嘴输出的流量：
其中：qv为液压刹车阀由刹车嘴输出的流量，单位为m3/s；
Kc为缝隙流量系数；
Ps为油源压力，单位为MPa；
Pb为液压刹车阀输出的刹车压力，单位为MPa；
D为阀芯与阀套研磨配套面外圆直径，单位为m；
C为阀芯与阀套研磨配套面外圆的半径差，单位为m；
St为液压油的运动粘度，单位为m2/s；
l0为回油最大开度，单位为m；
l1为阀芯与阀套开口的总遮盖量，单位为m；
x为阀芯行程，单位为m；
Cd为阀芯与阀套研磨配套面回油节流孔流量系数；
Kr为回油口打开时的回油通道面积增益，单位为m；
P0为液压刹车阀回油嘴的回油压力，单位为MPa；
ρ为液压刹车阀工作油液的密度，单位为Kg/m3；
Cs为阀芯与阀套研磨配套面进油节流孔流量系数；
Ks为进油口打开时的通道面积增益，单位为m；
由式(1)可以看出，根据阀芯位置所确定刹车嘴流量分为三种状态，分别是：
当x<lo时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度还没有完全关闭，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一个因素是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入刹车嘴的流量，一个因素是刹车嘴处的液压油通过回油节流孔注入回油所损失的流量。
当lo≤x<lo+l1时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度已经完全关闭，而进油开度还没有打开，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一个因素是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入刹车嘴的流量，一个因素是刹车嘴处的液压油通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入回油嘴所损失的流量。
当x≥lo+l1时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度已经完全关闭，而进油开度已经打开，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入回油嘴的流量，二是进油嘴处的液压油源通过阀芯与阀套的进油节流孔进入刹车嘴处的流量。
式(1)的表达式中，通过薄壁缝隙流动类型的公式得到阀芯与阀套的配套间隙产生的缝隙流量；通过小孔节流类型的流量公式分别得到刹车阀的进油节流孔产生的流量和通过回油孔产生的流量。而阀芯相对于阀套的位置决定了该阀芯与阀套之间配套密封所形成的缝隙长度、进油开度和回油开度。
当液压刹车阀注入到刹车嘴处的流量大于液压刹车阀刹车嘴泄漏到回油嘴的流量时，刹车嘴输出的流量为正值，反之则为负值。
以液压刹车阀处于完全松刹车状态的阀芯位置作为零位，在刹车过程中将阀芯的位移x为一个动态的输入变量；刹车嘴与感压腔之间，阀芯与阀套配套的剖面外圆处处同心时，缝隙流量系数Kc取1；当处处完全偏心时，缝隙流量系数Kc取2.5，实际计算时，根据实际偏心情况确定该缝隙流量系数Kc。式(1)中的其它参数均按常规方法通过计算得到，作为液压刹车阀的结构和设计输入参数。
液压刹车阀所用油液的动力粘度μ，通过查阅手册得到。
至此，确定了通过刹车嘴的负载流量。
步骤2，确定刹车压力Pb
通过公式(2)确定液压刹车阀的刹车嘴处产生的刹车压力：
其中：P0为回油压力，单位为MPa；
E为液压刹车阀负载腔的液压弹簧刚度，单位为MPa；
Vb为液压刹车阀负载腔的容积，单位为m3；
qf为经过液压刹车阀负载腔输出的流量，单位为m3/s；
t为时间变量，单位为s；
联立公式(1)和公式(2)进行求解，可以确定液压刹车阀输出的刹车压力。
利用本发明所述方法，可以根据阀芯的位移和负载流量来动态研究分析和确定飞机液压刹车阀输出压力，从而开展对液压刹车阀的负载特性进行动态研究，利用本发明所述方法，可以对液压刹车阀内部的工作过程进行详细的动态分析，从刹车压力的逐步建立、保压和释放过程中研究刹车压力的动态变化规律，提出具体可行的刹车压力确定过程，掌握液压刹车阀动态的输出压力与阀芯位移的关系，在此基础上进行刹车系统的负载特性设计，提高飞机刹车系统输出的刹车压力的稳定性。

Claims (5)

1.一种飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，确定通过刹车嘴的负载流量
根据阀芯与阀套的相对位置，通过公式(1)确定液压刹车阀由刹车嘴输出的流量：
其中：qv为液压刹车阀由刹车嘴输出的流量，单位为m3/s；
Kc为缝隙流量系数；
Ps为油源压力，单位为MPa；
Pb为液压刹车阀输出的刹车压力，单位为MPa；
D为阀芯与阀套研磨配套面外圆的公称直径，单位为m；
C为阀芯与阀套研磨配套面外圆的半径差，单位为m；
St为液压油的运动粘度，单位为m2/s；
l0为回油最大开度，单位为m；
l1为阀芯与阀套开口的总遮盖量，单位为m；
x为阀芯行程，单位为m；
Cd为阀芯与阀套研磨配套面回油节流孔流量系数；
Kr为回油口打开时的回油通道面积增益，单位为m；
P0为液压刹车阀回油嘴的回油压力，单位为MPa；
ρ为液压刹车阀工作油液的密度，单位为Kg/m3；
Cs为阀芯与阀套研磨配套面进油节流孔流量系数；
Ks为进油口打开时的通道面积增益，单位为m；
式(1)中，通过薄壁缝隙流动类型的公式得到阀芯与阀套的配套间隙产生的缝隙流量；通过小孔节流类型的流量公式分别得到刹车阀的进油节流孔产生的流量和通过回油孔产生的流量；而阀芯相对于阀套的位置决定了该阀芯与阀套之间配套密封所形成的缝隙长度、进油开度和回油开度；
当液压刹车阀注入到刹车嘴处的流量大于液压刹车阀刹车嘴泄漏到回油嘴的流量时，刹车嘴输出的流量为正值，反之则为负值；
以液压刹车阀处于完全松刹车状态的阀芯位置作为零位，在刹车过程中将阀芯的位移x为一个动态的输入变量；刹车嘴与感压腔之间，阀芯与阀套配套的剖面外圆处处同心时，缝隙流量系数Kc取1；当处处完全偏心时，缝隙流量系数Kc取2.5，实际计算时，根据实际偏心情况确定该缝隙流量系数Kc；式(1)中的其它参数均按常规方法通过计算得到，作为液压刹车阀的结构和设计输入参数；
液压刹车阀所用油液的动力粘度μ，通过查阅手册得到；
至此，确定了通过刹车嘴的负载流量；
步骤2，确定刹车压力Pb
通过公式(2)确定液压刹车阀的刹车嘴处产生的刹车压力：
其中：P0为回油压力，单位为MPa；
E为液压刹车阀负载腔的液压弹簧刚度，单位为MPa；
Vb为液压刹车阀负载腔的容积，单位为m3；
qf为经过液压刹车阀负载腔输出的流量，单位为m3/s；
t为时间变量，单位为s；
联立公式(1)和公式(2)进行求解，得到液压刹车阀输出的刹车压力。
2.如权利要求1所述飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法，其特征在于，在通过所述式(1)确定液压刹车阀由刹车嘴输出的流量时，根据阀芯位置所确定刹车嘴流量分为x<lo、lo≤x<lo+l1和x≥lo+l1三种状态。
3.如权利要求2所述飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法，其特征在于，当x<lo时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度还没有完全关闭，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一个因素是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入刹车嘴的流量，一个因素是刹车嘴处的液压油通过回油节流孔注入回油所损失的流量。
4.如权利要求2所述飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法，其特征在于，当lo≤x<lo+l1时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度已经完全关闭，而进油开度还没有打开，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一个因素是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入刹车嘴的流量，一个因素是刹车嘴处的液压油通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入回油嘴所损失的流量。
5.如权利要求2所述飞机液压刹车阀动态输出压力的确定方法，其特征在于，当x≥lo+l1时，代表液压刹车阀阀芯的回油开度已经完全关闭，而进油开度已经打开，此时液压刹车阀由刹车嘴输出的净流量由两个因素决定：一是进油嘴通过阀芯与阀套研磨配套面的缝隙渗入回油嘴的流量，二是进油嘴处的液压油源通过阀芯与阀套的进油节流孔进入刹车嘴处的流量。
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