CN112173136A - 一种直升机用的发动机机械油门操作系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机动力系统设计技术领域，公开了一种直升机用的发动机机械油门操作系统，包括：油门环、总距杆、第一弹性拉杆、旋翼转速调节执行机构、总距‑油门连接摇臂、输出弹性拉杆、第二弹性拉杆、总距联动机构；总距杆、总距联动机构组成总距预输入调节结构；旋翼转速调节执行机构、第二弹性拉杆组成旋翼转速反馈输入调节结构；油门环、第一弹性拉杆组成油门环手动输入调节结构；旋翼转速反馈输入调节结构、手动输入调节结构串联在一起，并通过总距‑油门连接摇臂与总距预输入调节结构并联在一起；总距‑油门连接摇臂通过输出弹性拉杆连接到发动机油门摇臂，使发动机输出轴功率的大小与直升机需用功率的供求平衡，从而保持旋翼转速恒定。

Description

一种直升机用的发动机机械油门操作系统
技术领域
本发明属于直升机动力系统设计技术领域，涉及一种直升机用的发动机机械油门操作系统。
背景技术
直升机的飞行条件、状态是不断变化着的，如起飞、悬停、爬升、巡航、下滑、着陆等。各种不同的飞行状态，直升机需用功率是不一样的，因此发动机油门控制系统需要实时调节发动机输出轴功率的大小，使之与直升机需用功率的供求平衡，从而保持旋翼转速恒定。
通常情况下，总距越大，需用功率也越大。因此，在发动机油门控制系统设计过程中，通常采用总距——油门联动装置对发动机油门进行主动控制，将总距杆的位置信息并联到机械油门杆系中。根据总距杆的位置，提前调节发动机油门的大小，实现发动机功率与直升机需求功率的同步等量变化，尽量维持原定转速下的扭矩平衡。
但是在实际飞行过程中，即使处于同一总距条件下，起飞重量、飞行速度、大气环境条件等不同，直升机的需用功率也不同。在主动控制方法实施中，只建立了总距与供油量的关系，而其余引起载荷变化的量都无法建立与供油量的准确关系，只能依赖转速变化的反馈调节。为了弥补主动控制量少于载荷变化量所带来的不能覆盖全部需用功率变化的不足，以及弥补已采取主动控制方法所建立的定量控制关系偏差等，还必须同时采用被动式的反馈恒转速调节的方式。将转速变化量形成一种反馈信号，并联到燃油调节系统中，对发动机功率进行调节。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明的目的在于设计一种直升机用的发动机机械油门操作系统，直升机、发动机功率供求平衡控制采取主动控制与被动控制相结合的方法，在发动机油门操作系统中，将主动控制量与被动控制量结合，使发动机输出轴功率的大小与直升机需用功率的供求平衡，从而保持旋翼转速恒定。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种直升机用的发动机机械油门操作系统，所述操作系统包括：油门环1、总距杆2、第一弹性拉杆3、旋翼转速调节执行机构4、总距-油门连接摇臂5、输出弹性拉杆6、第二弹性拉杆7、总距联动机构8；
其中，总距杆2、总距联动机构8组成总距预输入调节结构；
旋翼转速调节执行机构4、第二弹性拉杆7组成旋翼转速反馈输入调节结构；
油门环1、第一弹性拉杆3组成油门环手动输入调节结构；
旋翼转速反馈输入调节结构、手动输入调节结构串联在一起，并通过总距-油门连接摇臂5与总距预输入调节结构并联在一起；
总距-油门连接摇臂5通过输出弹性拉杆6连接到发动机油门摇臂。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)油门环1通过钢索与第一弹性拉杆3连接。
(2)第一弹性拉杆3和旋翼转速调节执行机构4之间设置有含卡槽的凸轮机构。
(3)所述总距-油门连接摇臂5，包括：摇臂主承力结构51，以及与所述摇臂主承力结构一体成型的双耳接头52和安装孔53；
所述双耳接头和安装孔分别设置在摇臂主承力结构的两端；
摇臂主承力结构中间表面上设置有锯齿54。
(4)所述双耳接头用于连接第二弹性拉杆7的一端；
所述安装孔用于连接总距油门联动机构8的一端；
所述锯齿用于连接输出弹性拉杆6的一端；
输出弹性拉杆的另一端连接在发动机油门摇臂上，第二弹性拉杆7的另一端连接在旋翼转速调节执行机构4上。
(5)总距预输入调节结构的工作原理为：
总距预输入调节：通过总距联动机构，将总距杆的位置信息并联到所述发动机机械油门操作系统中；根据总距杆的位置信息，调节发动机油门的大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的初步匹配。
(6)旋翼转速反馈输入调节结构的工作原理为：
旋翼转速反馈输入调节：旋翼转速调节执行机构中的旋翼转速调节器通过计算旋翼当前转速与目标转速的偏离值，并根据偏离值的大小、正负，实时控制旋翼转速调节执行机构中作动器的伸缩量，从而作用到所述发动机机械油门操作系统中，调节发动机油门大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的精确匹配。
(7)油门环手动输入调节结构的工作原理为：
油门环手动输入调节：直升机在飞行边界条件下飞行时，通过油门环手动调节发动机油门大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的匹配。
(8)总距-油门连接摇臂5的摇臂主承力结构中间表面上的锯齿，用于调节第二弹性拉杆7的输出信号与总距联动机构8的输出信号的参混比。
本发明通过一种直升机用的发动机机械油门操作，通过机械连接的方式将主动控制量与被动控制量信号进行结合，从而实现发动机功率的精确控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的总距－需用功率关系曲线示意图；
图2为本发明实施例提供的发动机油门－功率关系曲线示意图；
图3为本发明实施例提供的总距－油门联动关系曲线示意图；
图4为本发明实施例提供的一种直升机用的发动机机械油门操作系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的总距-油门连接摇臂的结构示意图；
其中，1-油门环、2-总距杆、3-第一弹性拉杆、4-旋翼转速调节执行机构、5-总距-油门连接摇臂、6-输出弹性拉杆、7-第二弹性拉杆、8-总距联动机构、51-摇臂主承力结构、52-双耳接头、53-安装孔、54-锯齿。
具体实施方式
本发明一种直升机用的发动机机械油门操作系统原理就是通过机械连接的方式将主动控制量与被动控制量信号进行结合，从而实现发动机功率的精确控制。
一、主动控制信号：
主动控制信号主要是通过总距－油门联动机构实现的。
总距－油门联动设计的首要任务是总距－油门联动特性设计，确定总距－油门联动的参数关系，从而实现旋翼负载变化中需用功率与发动机可用功率的平衡。
总距－油门联动参数的确定主要是采取如下三个步骤；
计算给定直升机总距－需用功率特性曲线；
发动机给定油门功率特性曲线；
根据需用功率与可用功率平衡的原则确定总距－油门的交联参数。
1)总距－需用功率特性确定
直升机的需用功率是随桨距的变化而变化的。在一定的转速下，总距越大，需用功率也越大。而在同一总距条件下，起飞重量不同，飞行速度不同，大气环境条件不同，需用功率也不同。因而总距－需用功率的曲线对应关系不是唯一的,而是有多种可能。但是真正用于总距－油门联动机构设计的曲线只能是其中的一条。一种理想的办法是在飞行包线范围内，根据飞行任务剖面，飞行功率谱作出不同桨距下的需用功率密度分布图，从图中找出穿过高密度区中心的连线作为典型的总距－需用功率曲线如图1。但是这样一条曲线的求得是很麻烦的。
2)发动机油门功率曲线
发动机油门功率曲线可以通过台架试验取得，条件是标准大气条件，海平面高度，如图2所示。
3)总距－油门联动曲线φ＝f(α)的确定
根据直升机需用功率与发动机可用功率平衡原则，将已求得的图1，图2进行叠加综合，便可求得α与φ的对应关系曲线。如图3所示。
这条φ＝f(α)关系曲线用作为总距－油门机械联动机构设计的依据，经过一定的飞行验证，还可以按实际需要进行适当修正。
二、被动控制信号：
尽管总距－油门交联控制方式可以提高发动机功率响应，减少旋翼转速下垂,但是由于所设计的总距－功率对应关系单一，难免与实际飞行使用情况有出入，出入越大，要求达到的特性越低。为了进一步提高发动机功率响应和减少转速落差，在发动机的油门操作系统中，通过增加旋翼转速反馈调节系统，旋翼转速调节器通过计算旋翼当前转速与目标转速的偏离值，并根据偏离值的大小、正负，实时控制旋翼转速调节执行机构的伸缩量，作用到油门操作杆系，调节发动机油门大小，实现发动机功率与直升机需求功率的完全匹配，保证旋翼转速的稳定。此外，由于旋翼转速调节执行机构的执行结构为机械结构，其调节裕量有限，可能无法满足特定的飞行边界条件，特增加油门环手动调节机构，用于补偿旋翼转速调节执行机构，使得发动机输出功率与直升机需求功率的匹配。
基于上述原理，本发明实施例提供一种直升机用的发动机机械油门操作系统，如图4所示，所述操作系统包括：油门环1、总距杆2、第一弹性拉杆3、旋翼转速调节执行机构4、总距-油门连接摇臂5、输出弹性拉杆6、第二弹性拉杆7、总距联动机构8；
其中，总距杆2、总距联动机构8组成总距预输入调节结构；
旋翼转速调节执行机构4、第二弹性拉杆7组成旋翼转速反馈输入调节结构；
油门环1、第一弹性拉杆3组成油门环手动输入调节结构；
旋翼转速反馈输入调节结构、手动输入调节结构串联在一起，并通过总距-油门连接摇臂5与总距预输入调节结构并联在一起；
总距-油门连接摇臂5通过输出弹性拉杆6连接到发动机油门摇臂。
通过合理的机械布置方案，将总距预输入调节结构、旋翼转速反馈输入调节结构和手动输入调节结构的提供的信号，按照预定的比例进行混合，实现发动机油门的调节。
具体的，油门环1通过钢索与第一弹性拉杆3连接。通过钢索的连接，实现将油门环的转动角度转化成弹性拉杆的线性位移。
第一弹性拉杆3和旋翼转速调节执行机构4之间设置有含卡槽的凸轮机构。为防止旋翼转速调节执行机构在正常伸缩过程中，出现油门环自动反转，在系统中设置有含卡槽的凸轮机构，确保在系统操作力在30N～50N以内，油门环无法转动。
所述总距-油门连接摇臂5，包括：摇臂主承力结构51，以及与所述摇臂主承力结构一体成型的双耳接头52和安装孔53；所述双耳接头和安装孔分别设置在摇臂主承力结构的两端；摇臂主承力结构中间表面上设置有锯齿54。
通过调节输出弹性拉杆6距在总距-油门连接摇臂5上的安装位置，调节总距预输入调节结构输出信号与旋翼转速反馈输入调节结构和手动输入调节结构串联后的输出信号的权重比例，使得控制效能达到最优。
所述双耳接头用于连接第二弹性拉杆7的一端；
所述安装孔用于连接总距油门联动机构8的一端；
所述锯齿用于连接输出弹性拉杆6的一端；
输出弹性拉杆的另一端连接在发动机油门摇臂上，第二弹性拉杆7的另一端连接在旋翼转速调节执行机构4上。
工作过程中，若总距油门联动机构8有信号输入，则控制总距-油门连接摇臂5绕右边安装点旋转，带动输出弹性拉杆6运动；若第二弹性拉杆7有信号输入，则控制总距油门联动机构8绕左边安装点旋转，带动输出弹性拉杆6运动。
总距预输入调节结构的工作原理为：
总距预输入调节：通过总距联动机构，将总距杆的位置信息并联到所述发动机机械油门操作系统中；根据总距杆的位置信息，调节发动机油门的大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的初步匹配。
旋翼转速反馈输入调节结构的工作原理为：
旋翼转速反馈输入调节：旋翼转速调节执行机构中的旋翼转速调节器通过计算旋翼当前转速与目标转速的偏离值，并根据偏离值的大小、正负，实时控制旋翼转速调节执行机构中作动器的伸缩量，从而作用到所述发动机机械油门操作系统中，调节发动机油门大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的精确匹配。
油门环手动输入调节结构的工作原理为：
油门环手动输入调节：直升机在飞行边界条件下飞行时，通过油门环手动调节发动机油门大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的匹配。
总距-油门连接摇臂5的摇臂主承力结构中间表面上的锯齿，用于调节第二弹性拉杆7的输出信号与总距联动机构8的输出信号的参混比。
旋翼转速调节执行机构4的执行结构为机械结构，其调节裕量有限，可能无法满足特定的飞行姿态，需要通过油门环手动调节发动机油门大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的匹配。

Claims (9)

1.一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，所述操作系统包括：油门环(1)、总距杆(2)、第一弹性拉杆(3)、旋翼转速调节执行机构(4)、总距-油门连接摇臂(5)、输出弹性拉杆(6)、第二弹性拉杆(7)、总距联动机构(8)；
其中，总距杆(2)、总距联动机构(8)组成总距预输入调节结构；
旋翼转速调节执行机构(4)、第二弹性拉杆(7)组成旋翼转速反馈输入调节结构；
油门环(1)、第一弹性拉杆(3)组成油门环手动输入调节结构；
旋翼转速反馈输入调节结构、手动输入调节结构串联在一起，并通过总距-油门连接摇臂(5)与总距预输入调节结构并联在一起；
总距-油门连接摇臂(5)通过输出弹性拉杆(6)连接到发动机油门摇臂。
2.根据权利要求1所述的一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，油门环(1)通过钢索与第一弹性拉杆(3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，第一弹性拉杆(3)和旋翼转速调节执行机构(4)之间设置有含卡槽的凸轮机构。
4.根据权利要求1所述的一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，
所述总距-油门连接摇臂(5)，包括：摇臂主承力结构(51)，以及与所述摇臂主承力结构一体成型的双耳接头(52)和安装孔(53)；
所述双耳接头和安装孔分别设置在摇臂主承力结构的两端；
摇臂主承力结构中间表面上设置有锯齿(54)。
5.根据权利要求4所述的一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，
所述双耳接头用于连接第二弹性拉杆(7)的一端；
所述安装孔用于连接总距油门联动机构(8)的一端；
所述锯齿用于连接输出弹性拉杆(6)的一端；
输出弹性拉杆的另一端连接在发动机油门摇臂上，第二弹性拉杆(7)的另一端连接在旋翼转速调节执行机构(4)上。
6.根据权利要求5所述的一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，总距预输入调节结构的工作原理为：
总距预输入调节：通过总距联动机构，将总距杆的位置信息并联到所述发动机机械油门操作系统中；根据总距杆的位置信息，调节发动机油门的大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的初步匹配。
7.根据权利要求6所述的一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，旋翼转速反馈输入调节结构的工作原理为：
旋翼转速反馈输入调节：旋翼转速调节执行机构中的旋翼转速调节器通过计算旋翼当前转速与目标转速的偏离值，并根据偏离值的大小、正负，实时控制旋翼转速调节执行机构中作动器的伸缩量，从而作用到所述发动机机械油门操作系统中，调节发动机油门大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的精确匹配。
8.根据权利要求7所述的一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，油门环手动输入调节结构的工作原理为：
油门环手动输入调节：直升机在飞行边界条件下飞行时，通过油门环手动调节发动机油门大小，使得发动机输出功率与直升机需求功率的匹配。
9.根据权利要求8所述的一种直升机用的发动机机械油门操作系统，其特征在于，总距-油门连接摇臂(5)的摇臂主承力结构中间表面上的锯齿，用于调节第二弹性拉杆(7)的输出信号与总距联动机构(8)的输出信号的参混比。
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