CN112855631B - 舱门作动系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种舱门作动系统，包括限流阀、单向阀、蓄能器、伺服阀、液压缸和二次元件，二次元件包括斜盘机构；限流阀、单向阀、蓄能器和二次元件依次连接；伺服阀与液压缸连接，且伺服阀的第一端连接于限流阀和单向阀之间，伺服阀的第二端与机载油箱连接；液压缸与斜盘机构连接；二次元件与负载连接。通过利用二次元件的四象限工作特性，使蓄能器可对系统液压能的能量循环利用，结合油源入口处限流阀的限流作用可使舱门作动系统大幅减少油源流量需求，进而避免伺服阀大量的节流损失和能量浪费，提高了液压系统的能量效率。

Description

舱门作动系统
技术领域
本公开涉及航空器技术领域，尤其涉及一种舱门作动系统。
背景技术
现代航空器设计中通常需要处理武器系统的空间布置问题。内埋式武器弹舱结构与传统的外挂式结构相比可大幅降低雷达散射面积和飞行阻力，已成为新一代航空器的必备特点。但因为内埋式武器弹舱舱门开启时具有大载荷、大惯量和需要快速启闭的特点，导致了舱门系统对航空器液压系统的瞬时大功率需求，大幅增加了对航空器液压系统的装机功率、设备重量等的设计要求。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种舱门作动系统，该作动系统应用于航空器。
该舱门作动系统，包括：限流阀、单向阀、蓄能器、伺服阀、液压缸和二次元件，所述二次元件包括斜盘机构；
所述限流阀、单向阀、蓄能器和二次元件依次连接；
所述伺服阀与所述液压缸连接，且所述伺服阀的第一端连接于所述限流阀和所述单向阀之间，所述伺服阀的第二端与机载油箱连接；
所述液压缸与所述斜盘机构连接；
所述二次元件与负载连接。
可选地，所述限流阀被配置为限制所述舱门作动系统输入流量的最大值；所述单向阀被配置为控制液压油的流入方向；所述蓄能器被配置为存储和释放液压能；所述伺服阀被配置为控制所述液压缸；所述液压缸被配置为推动所述斜盘机构运动。
可选地，所述舱门作动系统还包括安全阀，所述安全阀的第一端连接于所述单向阀和所述蓄能器之间，所述安全阀的第二端与所述机载油箱连接，所述伺服阀的第二端连接于所述安全阀和机载油箱之间。
可选地，当所述舱门作动系统的压力大于参考压力时，因为所述舱门作动系统溢流而泄漏出的液压油通过所述安全阀流回所述机载油箱。
可选地，所述二次元件的一端连接于所述安全阀和所述机载油箱之间。
可选地，所述限流阀的第一端与所述机载油箱连接，所述限流阀的第二端与所述单向阀连接。
可选地，所述负载为航空器舱门。
可选地，所述舱门作动系统还包括控制器，所述控制器被配置为向所述伺服阀提供指令信号。
可选地，所述二次元件的运行工况包括泵工况和马达工况。
可选地，当所述负载的转矩与所述二次元件的转向相同时，所述二次元件处于泵工况；当所述负载的转矩与所述二次元件的转向相反时，所述二次元件处于马达工况。
本公开实施例提供的技术方案可以包括如下有益效果：
利用二次元件的四象限工作特性，使蓄能器可对系统液压能的能量循环利用。蓄能器并联于系统高压管路中，介于单向阀和二次元件之间，蓄能器压力值设计为高于机载油源压力，其主要作用为供给伺服阀液压缸和二次元件的工作流量需求。当二次元件需要瞬时高速大扭矩启动时，通过蓄能器蓄能值的释放将为系统油源提供大部分功率需求，结合油源入口处限流阀的限流作用，可使舱门作动系统大幅减少油源流量需求，进而避免伺服阀大量的节流损失和能量浪费，提高了液压系统的能量效率，并且通过限流阀和蓄能器的结合，可以利用小功率连续输入实现大功率瞬态舱门作动，进一步降低从主机液压系统中提取的峰值功率和峰值流量，从而可以减小飞机装机功率，减轻发动机负担和飞机重量。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是一种传统舱门作动系统的示意图；
图2是本公开实施例提供的一种舱门作动系统的示意图。
附图标记：101-传统舱门作动系统的伺服阀；102-传统舱门作动系统的驱动马达；201-限流阀；202-单向阀；203-蓄能器；204-本公开实施例提供的舱门作动系统的伺服阀；205-液压缸；206-二次元件；261-斜盘机构；207-安全阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
目前国内外采用的传统舱门驱动方式为机载液压系统为液压马达直接供油，驱动马达输出转矩经过减速后带动舱门转动开启。如图1所示，机载液压系统通常包括伺服阀101和驱动马达102。由于舱门开启过程有大气动负载和高开启速度等特点，导致舱门开启的液压驱动系统装机功率特别大，进而使配套的机载液压系统装机功率很大，增大了发动机的负荷以及航空器的重量。由此暴露出的突出矛盾有：舱门与舵机争抢功率、几个舱门之间争抢功率，从而导致舱门开关时间无法继续提高、主侧舱门不能同时开启、舱门开启时航空器姿态与过载受限的突出问题，且大大增大了发动机的负载。因此，现在需要一种可以减轻航空器重量和发动机负载的舱门作动系统。
本公开实施例提供了一种舱门作动系统，该作动系统应用于航空器。如图2所示，该作动系统包括：限流阀201、单向阀202、蓄能器203、伺服阀204、液压缸205和二次元件206，二次元件206包括斜盘机构261；
限流阀201、单向阀202、蓄能器203和二次元件206依次连接；
伺服阀204与液压缸205连接，且伺服阀204的第一端连接于限流阀201和单向阀202之间，伺服阀204的第二端与机载油箱连接；
液压缸205与斜盘机构261连接，二次元件与负载连接。
在本实施例中，限流阀201被配置为限制该舱门作动系统输入流量的最大值；单向阀202被配置为控制液压油的流入方向；蓄能器203被配置为存储和释放液压能；伺服阀204被配置为控制液压缸；液压缸205被配置为推动二次元件206的斜盘机构261运动；二次元件206可在泵工况或者马达工况下运行，并可以推动舱门作动或者回收多余的动能转换为液压能。
在一种可能的实现方式中，该舱门作动系统还包括安全阀207，安全阀207的第一端连接于单向阀202和蓄能器203之间，安全阀207的第二端与机载油箱连接，伺服阀204的第二端连接于安全阀207和机载油箱之间。安全阀207可以起到门限作用，当系统压力大于参考压力时，系统会发生溢流(泄压)以保证系统工作在安全压力范围内。此时，泄露出的多余液压油可以通过安全阀207流回机载油箱中，从而可以保证系统安全且可以避免泄漏出的多余液压油污染设备，还可以将泄漏出的多余液压油回收利用，节省成本。其中，参考压力的具体数值可以在设备出厂前由工作人员设置，也可以由该系统的实际使用人在使用该设备前设置。
在一种可能的实现方式中，限流阀201的第一端与机载油箱连接，限流阀201的第二端与单向阀202连接，同时，二次元件206的一端可以与机载油箱连接。
可以理解的，安全阀207和伺服阀204等设备上可以设置多个接口，因此，上文所述第一端和第二端仅为了区分不同的连接接口，而不代表安全阀207和伺服阀204等设备仅有两个接口。
在一种可能的实现方式中，舱门作动系统还包括控制器，控制器被配置为向伺服阀204提供指令信号。控制器内部可以设置中央处理器，中央处理器可以处理、显示指令信号，并可以向其他设备发送指令信号。控制器可以是PLC控制系统或者其他类型控制器。
在该实施例中，机载液压系统的高压液压油通过限流阀201后，一部分功率供应伺服阀204和液压缸205来驱动斜盘机构261。液压缸205可以控制器发送的指令信号推动斜盘机构261，从而改变斜盘倾角进而达到所需的二次元件206的排量；一部分高压液压油经过单向阀202后供应蓄能器203充能和二次元件206转动。二次元件206输出轴与负载(即，航空器的舱门)连接，二次元件206的转动可以带动舱门转动，从而可以控制舱门的开闭。高压油经过伺服阀204、液压缸205和二次元件206做功后成为低压油，流回机载油箱形成回流。其中，控制器发送的指令信号中包含舱门旋转角度，二次元件扭矩等所需的控制变量信息。
在该实施例中，通过改变二次元件斜盘的摆角可以改变二次元件的排量和转向。在负载的带动下，二次元件可以在两个方向转动，所以二次元件可以在转速-转矩坐标平面上的四个象限内工作。二次元件既可以工作在液压马达工况，也可以工作在液压泵工况，可以实现机械能和液压能的二次转换，为能量的回收和再利用创造了条件。
举例来说，在马达工况下，当舱门转动时，如果二次元件工作在逆载小负载工况，处于变量马达工况时，机载液压系统的油源提供一定压力的高压油液，经过限流阀驱动二次元件转动，从而驱动舱门转动；变排量机构由液压缸和伺服阀组成，可以实时改变二次元件的斜盘倾角，输出相应力矩以适应作用在舱门上的气动力矩，使舱门按照给定的指令信号运动。如果二次元件工作在逆载大负载工况，处于变量马达工况时，机载液压系统的油源提供一定压力的高压油液，经过限流阀驱动二次元件转动，同时存储在蓄能器中的高压油液释放，从而驱动二次元件转动，从而驱动舱门转动；变排量机构由液压缸和伺服阀组成，可以实时改变二次元件的斜盘倾角，输出相应力矩以适应作用在舱门上的气动力矩，使舱门按照给定的指令信号运动。
在泵工况下，当舱门转动时，如果二次元件工作在顺载工况，处于变量泵工况时，舱门驱动二次元件，泵出高压油液，存储在蓄能器中。当蓄能器中存满高压油液后，多余的高压油液流回到油源(如机载油箱)中。变排量机构由液压缸和伺服阀组成，可以实时改变二次元件的斜盘倾角，输出相应力矩以适应作用在舱门上的气动力矩，使舱门按照给定的指令信号运动。
当舱门系统与机载油源(油箱)连接，舱门静止时，高压油源首先经过限流阀并对蓄能器进行充能，在蓄能器达到最高压力后处于待机状态。当外部指令需要舱门开启或者关闭时，机载油源驱动伺服阀和液压缸改变斜盘机构的倾角使二次元件开始转动，进而驱动舱门加速转动。其中，蓄能器结合机载油源共同工作为二次元件提供高压油源流量，避免了对机载高压油源的峰值流量需求，可大幅减少机载高压油源的峰值功率，进而降低舱门系统的装机功率，减少发动机功率需求，并达到减少系统体积和重量的目的。
本公开实施例提供的带有限流阀和蓄能器的舱门作动系统的显著特点是，二次元件的四象限工作特点能够与蓄能器的充放能特性进行匹配。当负载转矩与二次元件转向相同时，二次元件将处于负斜盘角度状态并在泵工况下工作，可以将系统动能存储于蓄能器中以进行回收利用。当负载转矩与二次元件转向相反时，二次元件将处于正斜盘角度状态并在马达工况下工作，可以将系统液压能转化为动能，同时蓄能器可以释放液压能补充系统液压能的瞬时大流量需求。在舱门开启和关闭过程中，根据负载的方向实时调节斜盘角度可以实现系统外放能量回收和舱门动能的回收，可以降低舱门系统对航空器液压系统的高压油源流量需求和系统装机功率，较好地解决了舱门系统与舵机起落架等机载设备的功率冲突问题。
本实施例提供的舱门作动系统相较传统伺服阀加定排量马达的驱动方式减少了伺服阀导致的压降引起的功率浪费和峰值流量高的问题，通过高压油液直接驱动二次元件的方式可以从原理上解决峰值流量需求高的问题，可大幅降低液压系统的装机功率；蓄能器不仅可以提供瞬时功率和瞬时流量，吸收油源系统不稳定产生的压力脉动，起到液压功率输出和液压系统稳定器的作用，还可以在顺载工况，即二次元件的“泵”工况时储存液压能，蓄能器此时可以存储“液压泵”泵出的高压油液，以供下次作动使用；通过液压缸控制斜盘，进而控制二次元件排量的方式实现了二次元件的四象限工作特性，可以达到根据实际负载和顺逆旋转使二次元件液压泵工况和液压马达工况的实时切换；二次元件的四象限工作特性结合蓄能器可以实现系统的能量回收利用，在液压马达工况时输出能量，液压泵工况时回收能量储存到蓄能器。当系统需要瞬时高功率作动时二次元件的液压马达工况可以结合蓄能器和限流阀快速输出功率，实现舱门作动系统的高速开启/关闭，并限制机载油源输入的功率峰值和流量峰值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种舱门作动系统，其特征在于，包括：限流阀、单向阀、蓄能器、伺服阀、液压缸和二次元件，所述二次元件包括斜盘机构，所述限流阀被配置为限制所述舱门作动系统输入流量的最大值；
所述限流阀、单向阀、蓄能器和二次元件依次连接；
所述伺服阀与所述液压缸连接，且所述伺服阀的第一端连接于所述限流阀和所述单向阀之间，所述伺服阀的第二端与机载油箱连接；
所述液压缸与所述斜盘机构连接；
所述二次元件与负载连接。
2.根据权利要求1所述的舱门作动系统，其特征在于，所述单向阀被配置为控制液压油的流入方向；所述蓄能器被配置为存储和释放液压能；所述伺服阀被配置为控制所述液压缸；所述液压缸被配置为推动所述斜盘机构运动。
3.根据权利要求2所述的舱门作动系统，其特征在于，所述舱门作动系统还包括安全阀，所述安全阀的第一端连接于所述单向阀和所述蓄能器之间，所述安全阀的第二端与所述机载油箱连接，所述伺服阀的第二端连接于所述安全阀和机载油箱之间。
4.根据权利要求3所述的舱门作动系统，其特征在于，当所述舱门作动系统的压力大于参考压力时，因为所述舱门作动系统溢流而泄漏出的液压油通过所述安全阀流回所述机载油箱。
5.根据权利要求4所述的舱门作动系统，其特征在于，所述二次元件的一端连接于所述安全阀和所述机载油箱之间。
6.根据权利要求1所述的舱门作动系统，其特征在于，所述限流阀的第一端与所述机载油箱连接，所述限流阀的第二端与所述单向阀连接。
7.根据权利要求1所述的舱门作动系统，其特征在于，所述负载为航空器舱门。
8.根据权利要求1所述的舱门作动系统，其特征在于，所述舱门作动系统还包括控制器，所述控制器被配置为向所述伺服阀提供指令信号。
9.根据权利要求1-8任一所述的舱门作动系统，其特征在于，所述二次元件的运行工况包括泵工况和马达工况。
10.根据权利要求9所述的舱门作动系统，其特征在于，当所述负载的转矩与所述二次元件的转向相同时，所述二次元件处于泵工况；当所述负载的转矩与所述二次元件的转向相反时，所述二次元件处于马达工况。
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