CN111191326B - 一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法 - Google Patents

一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空器飞行控制系统领域，提供一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，包括：第一步提炼出典型动作理论的操纵面始末角度需求AL1和AL2、理论始末气动力矩需求ML1和ML2、理论偏转响应时间需求TL；给出飞行控制系统用于飞控作动器计算的偏转响应时间需求TJ、计算的始末气动力矩需求MJ1和MJ2；第二步提供最低压力下单个飞控作动器的理论流量需求QACTL,并且给出名义压力下单个飞控作动器的最大流量需求QACTM；第三步根据飞行控制系统的设计状态，按照总结经验给出典型剖面下的单个飞控作动器的液压能源需求；第四步根据飞控作动器配置液压能源状态，汇总给出所有任务剖面下的液压能源流量需求，后续按照经验数值进行理论液压能源需求的设计研制。

Description

一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法
技术领域
本发明属于航空器飞行控制系统领域。
背景技术
一般飞机的设计都是一个长周期迭代优选过程，在每一轮的设计中都需要较长时间计算和分析，对于飞行控制系统选择液压能源作为功率的飞控作动器更是需要多轮次的计算分析。而飞控作动器计算得出对液压流量的需求对飞机项目研制进度和风险都具有一定的影响，因此，如何尽早确定飞控作动器能够提出合理的液压流量需求成为追求的目标。
在通常的飞机设计过程中，一般参照类似的飞机进行设计，设计类似的发动机功率，进而决定了液压能源功率；液压能源功率的确定则影响了液压系统的配置；液压系统的配置将影响飞控作动器的设计；飞控作动器的设计状态则决定了飞机操纵的性能，进而设计成了类似飞机的状态。这个设计过程中，需要有参照飞机，并且需要一定的借鉴相关参数，否则会影响飞机性能，飞机状态不一定能达到类似飞机的高度。
发明内容
发明目的：提供一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，可以有效的提供液压设计需求输入，减少研制的迭代风险，缩短项目的研制周期。
技术方案：
一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，包括：
第一步基于确定的飞机研制目标，分解相应的操纵性能，进而确定飞机的所有任务剖面，提炼出典型动作理论的操纵面始末角度需求AL1和AL2、理论始末气动力矩需求ML1和ML2、理论偏转响应时间需求TL；按照计算分析经验给出飞行控制系统用于飞控作动器计算的偏转响应时间需求TJ、计算的始末气动力矩需求MJ1和MJ2；
第二步飞行控制系统基于相应的设计约束，完成液压伺服的飞控作动器的初步设计，提供最低压力下单个飞控作动器的理论流量需求QACTL,并且给出名义压力下单个飞控作动器的最大流量需求QACTM；
第三步基于以上信息，根据飞行控制系统的设计状态，按照总结经验给出典型剖面下的单个飞控作动器的液压能源需求；
第四步根据飞控作动器配置液压能源状态，汇总给出所有任务剖面下的液压能源流量需求，后续按照经验数值进行理论液压能源需求的设计研制。
第一步按照计算分析经验给出飞行控制系统用于飞控作动器计算的偏转响应时间需求TJ是指要减少5％余量。
第二步所述最低压力下单个飞控作动器的理论流量需求QACTL,需要增加10％余量。
第三步总结经验指每个作动器泄漏1L/Min。
第三步液压能源需求包括流量需求和泄漏需求。
第四步经验数值为120％。
飞机的任务剖面包括：滑出、起飞离地、爬升、巡航、下降。
有益效果：
1正面的贯彻设计过程，减少迭代次数；
2形成一套完整的理论方法，支持全新飞机的创新研制；
3缩短研制周期，减少研发费用，降低研发风险。
附图说明
图1为某飞机升降舵飞控作动器配置液压能源示意图。
具体实施方式
本发明主要方案如下：
第一步基于确定的飞机研制目标，分解相应的操纵性能，进而确定飞机的所有任务剖面，提炼出典型动作理论的操纵面始末角度需求AL1和AL2、理论始末气动力矩需求ML1和ML2、理论偏转响应时间需求TL。按照计算分析经验给出飞行控制系统用于飞控作动器计算的偏转响应时间需求TJ(预留5％余量)、计算的始末气动力矩需求MJ1和MJ2；
第二步飞行控制系统基于相应的设计约束，完成液压伺服的飞控作动器的初步设计，提供最低压力下单个飞控作动器的理论流量需求QACTL,并且根据研制制造经验(预留10％余量)给出名义压力下单个飞控作动器的最大流量需求QACTM；
第三步基于以上信息，根据飞行控制系统的设计状态，按照总结经验(每个作动器泄漏近1L/Min)给出典型剖面下的单个飞控作动器的液压能源需求(包括流量需求和泄漏需求)；
第四步根据飞控作动器配置液压能源状态，汇总给出所有任务剖面下的液压能源流量需求，后续按照经验数值(120％)进行理论液压能源需求的设计研制。
最佳实施例：
在某型飞机上，飞控液压伺服作动器对液压能源系统的流量需求的计算过程就采用此方案，计算结果与类似飞机进行对比，符合度较高，能够满足理论评估要求。
第一步 某型飞机定位于常规运输类飞机，其相应的操纵性能属于常规状态，分解其所有飞行任务剖面(滑出、起飞离地、爬升、巡航、下降等)，举例提炼典型其起飞离地动作理论的操纵面始末角度、始末气动力矩以及偏转响应时间，具体如下表所示；
升降舵面起始角度AL1＝-3.74°和终止角度AL2＝-13.55°，对应起始气动力矩ML1＝137.99Nm和终止气动力矩ML2＝637.31Nm，以及偏转响应时间TL＝0.31s
偏转角度差ΔAL＝-3.74-(-13.55)＝9.81°
偏转响应计算时间TJ＝TL*0.95＝0.31*0.95＝0.295s
偏转速度VJ＝9.81/0.295≈33.3°/s
第二步 飞行控制系统基于结构布置下的作动器最大气动力矩(该值取自各个飞行剖面下舵面始末气动力矩)、作动器刚度以及空载最大38°/s的偏转速率要求等约束，完成单个升降舵作动器在最低压力2400Psi下的理论流量需求Qd＝4.4L/min,转换为名义理论压力3000psi下的最大流量需求如下：
最大流量需求Qm＝3000/2400*Qd*110％＝6.05L/min
单个升降舵作动器的最大偏转速率Vm＝38*110％≈42°/s.
第三步 在单位时间内的单个升降舵作动器的液压能源需求为：
单个作动器的流量需求QL＝Qm*VJ/Vm＝6.05*33.3/42≈4.8L/min
单个作动器的泄漏需求Qx≈1L/Min
第四步根据飞控作动器配置液压能源状态，汇总给出典型剖面起飞离地动作下的液压能源流量需求，后续按照经验数值(120％)进行理论液压能源需求的研制。
某飞机升降舵飞控作动器配置液压能源如上图，则可知在起飞离地动作的飞行剖面下：
1号液压能源系统需求：QX1＝(QL+Qx)*120％＝(4.8+1)*120％＝6.96L/min
2号液压能源系统需求：QX2＝(QL+Qx)*120％＝(4.8+1)*120％＝6.96L/min
3号液压能源系统需求：QX3＝(QL+Qx)*120％*2＝(4.8+1)*120％*2＝13.92L/min
基于上述同样的计算过程，分别计算所有飞行剖面下典型的操纵动作液压流量需求，汇总成飞机飞控作动器液压流量需求，用于指导液压能源系统完成配置设计。

Claims (7)

1.一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，其特征在于，包括：
第一步 基于确定的飞机研制目标，分解相应的操纵性能，进而确定飞机的所有任务剖面，提炼出典型动作理论的操纵面始末角度需求AL1和AL2、理论始末气动力矩需求ML1和ML2、理论偏转响应时间需求TL；按照计算分析经验给出飞行控制系统用于飞控作动器计算的偏转响应时间需求TJ、计算的始末气动力矩需求MJ1和MJ2；
第二步 飞行控制系统基于相应的设计约束，完成液压伺服的飞控作动器的初步设计，提供最低压力下单个飞控作动器的理论流量需求QACTL,并且给出名义压力下单个飞控作动器的最大流量需求QACTM；
第三步 基于以上信息，根据飞行控制系统的设计状态，按照总结经验给出典型剖面下的单个飞控作动器的液压能源需求，液压能源需求包括流量需求和泄漏需求；
第四步 根据飞控作动器配置液压能源状态，汇总给出所有任务剖面下的液压能源流量需求，后续按照经验数值进行理论液压能源需求的设计研制。
2.如权利要求1所述的一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，其特征在于，第一步按照计算分析经验给出飞行控制系统用于飞控作动器计算的偏转响应时间需求TJ是指要减少5％余量。
3.如权利要求1所述的一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，其特征在于，第二步所述最低压力下单个飞控作动器的理论流量需求QACTL,需要增加10％余量。
4.如权利要求1所述的一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，其特征在于，第三步总结经验指每个作动器泄漏1L/Min。
5.如权利要求1所述的一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，其特征在于，第四步经验数值为120％。
6.如权利要求1所述的一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，其特征在于，飞机的任务剖面包括：滑出、起飞离地。
7.如权利要求1所述的一种飞机计算飞控作动器液压流量需求的方法，其特征在于，飞机的任务剖面包括：爬升、巡航、下降。
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