CN114278627A - 一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机液压系统领域，提供了一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统，包括蓄能器、转换控制阀、电动‑发电机、负载敏感液压泵‑马达和电磁阀，机载液压系统的供油端通过供油单向阀与蓄能器连通，蓄能器通过电磁阀连接机载液压用户，机载液压用户同时也通过电磁阀连接机载液压系统的回油端；蓄能器还通过转换控制阀连接负载敏感液压泵‑马达作为泵的出油口，负载敏感液压泵‑马达作为泵的进油口连接机载液压系统的回油端；电动‑发电机与负载敏感液压泵‑马达连接。本发明的电动增压储能功能减小了飞机液压系统的装机功率，减轻了系统重量，能耗低且效率高于马达增压储能方法；还实现了电能液压能相互转换功能。

Description

一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统及方法

技术领域

本申请属于飞机液压系统领域，涉及一种机载增压储能液压系统，具体涉及一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统及方法。

背景技术

机载液压系统采用储能液压系统满足需要瞬时大流量液压用户的需求来降低液压系统装机功率是一种经济可行的液压系统配置方案，还可以避免飞机重量的增加，并一定程度上降低了能耗。此外，对储能液压系统进行增压设计，还可以进一步提升瞬时功率。

现代飞机多采用功率电传作动器和液压伺服作动器混合作动的形式，而飞机液压用户和用电用户的使用时间不同，一方面，需要进行较大流量供应时，可以借助电机采用电能进行液压增压储能，另一方面，当液压流量供应超出当前机载液压用户需求时，可以将液压能转换为电能供飞机用电用户使用，实现电能、液压能的错峰互补，降低发动机泵排量需求和发电机容量需求。

目前，储能增压技术在飞机液压系统中已被广泛采用，但尚无电能液压能转换技术的应用。因此，需要设计一种能够同时实现增压储能和电能液压能转换的液压系统满足上述需求，实现电能、液压能的错峰互补，降低发动机泵排量需求和发电机容量需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统及方法，从而实现飞机液压系统增压储能、电能液压能转换和应急液压能源功能，包含供油单向阀、蓄能器、转换控制阀、控制器、电动-发电机、负载敏感液压泵-马达、安全阀、卸荷控制阀、电磁换向阀。

本发明通过以下技术方案实现：

一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统，包括蓄能器、转换控制阀、电动-发电机、负载敏感液压泵-马达和电磁阀，机载液压系统的供油端通过供油单向阀与蓄能器连通，蓄能器通过电磁阀连接机载液压用户，机载液压用户同时也通过电磁阀连接机载液压系统的回油端；蓄能器还通过转换控制阀连接负载敏感液压泵-马达作为泵的出油口，负载敏感液压泵-马达作为泵的进油口连接机载液压系统的回油端；电动-发电机与负载敏感液压泵-马达连接。

进一步的，电磁阀是电磁换向阀，电磁换向阀的A端和B端分别与机载液压用户的执行机构两边连接；蓄能器连接电磁换向阀的P端，机载液压系统的回油端连接电磁换向阀的T端，当电磁换向阀处于中立位置时候，电磁换向阀封闭，其A端、B端、P端和T端均不连接。

进一步的，蓄能器还分别通过安全阀和卸荷控制阀与机载液压系统的回油端连接。

进一步的，负载敏感液压泵-马达的负载敏感部件感受来自蓄能器一端的油压，调整负载敏感液压泵-马达的液压泵-马达部件的排量。

一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统方法，包括常规蓄能方法、应急蓄能方法、机载液压用户执行方法和发电方法，正常给蓄能器蓄能时启动常规蓄能方法，当机载液压系统故障时启动应急蓄能方法，机载液压用户工作时启动机载液压用户执行，电动-发电机作为发电机工作时启动发电方法。

进一步的，常规蓄能方法具体为：

步骤一，保持转换控制阀、卸荷控制阀和电磁阀关闭，机载液压系统的供油端通过供油单向阀向蓄能器供油，直到蓄能器内的油压与机载液压系统的供油端油压相同；

步骤二，打开转换控制阀，电动-发电机作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，泵入蓄能器内，直到蓄能器中的油压达到需求。

进一步的，应急蓄能方法具体为：

打开转换控制阀，卸荷控制阀和电磁阀保持关闭，电动-发电机作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，泵入蓄能器内，直到蓄能器中的油压达到需求。

进一步的，机载液压用户执行方法具体为：

保持卸荷控制阀关闭，打开电磁阀，接通蓄能器与机载液压用户，蓄能器将其所蓄高压快速释放并传递给机载液压用户，实现机载液压用户快速完成所需动作。

进一步的，机载液压用户执行方法中，当蓄能器释放压力不足的情况下，打开转换控制阀，电动-发电机作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，对蓄能器释放至压力机载液压用户的压力进行进一步增压。

进一步的，发电方法具体为：

卸荷控制阀和电磁阀保持关闭，打开转换控制阀，机载液压系统的供油端将油液通过转换控制阀带动负载敏感液压泵-马达作为马达运转，负载敏感液压泵-马达再带动电动-发电机作为发电机发电；该过程中，负载敏感液压泵-马达的负载敏感部分通过感受机载液压系统的供油端的压力，调整负载敏感液压泵-马达的排量，压力越大时负载敏感液压泵-马达的排量越小，来保持负载敏感液压泵-马达的转速稳定，从而使得电动-发电机的发电稳定。

与以往技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明电动增压储能功能减小了飞机液压系统的装机功率，减轻了系统重量，能耗低且效率高于马达增压储能方法；

(2)实现了电能液压能相互转换功能，有效降低液压主泵排量需求和飞机发电机容量需求，实现电能、液压能按需错峰互补；

(3)电能液压能相互转换过程具有负载自适应能力，保证能源转换具有更高效率和稳定性；

(4)本发明原理简单，其应急液压能源功能提升了飞机可靠性和安全性。

附图说明

图1是具有电能液压能转换功能的机载增压储能多功能液压系统原理图；

其中，1—供油单向阀、2—蓄能器、3—转换控制阀、4—控制器、5—电动-发电机、6—负载敏感液压泵-马达、7—安全阀、8—卸荷控制阀、9—电磁换向阀。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。

一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统，包括蓄能器2、转换控制阀3、电动-发电机5、负载敏感液压泵-马达6和电磁阀，机载液压系统的供油端通过供油单向阀1与蓄能器2连通，蓄能器2通过电磁阀连接机载液压用户，机载液压用户同时也通过电磁阀连接机载液压系统的回油端；蓄能器2还通过转换控制阀3连接负载敏感液压泵-马达6作为泵的出油口，负载敏感液压泵-马达6作为泵的进油口连接机载液压系统的回油端；电动-发电机5与负载敏感液压泵-马达6连接。

电磁阀是电磁换向阀9，电磁换向阀9的A端和B端分别与机载液压用户的执行机构两边连接；蓄能器2连接电磁换向阀9的P端，机载液压系统的回油端连接电磁换向阀9的T端，当电磁换向阀9处于中立位置时候，电磁换向阀9封闭，其A端、B端、P端和T端均不连接。

蓄能器2还分别通过安全阀7和卸荷控制阀8与机载液压系统的回油端连接。

负载敏感液压泵-马达6的负载敏感部件感受来自蓄能器2一端的油压，调整负载敏感液压泵-马达6的液压泵-马达部件的排量。

一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统方法，包括常规蓄能方法、应急蓄能方法、机载液压用户执行方法和发电方法，正常给蓄能器蓄能时启动常规蓄能方法，当机载液压系统故障时启动应急蓄能方法，机载液压用户工作时启动机载液压用户执行，电动-发电机作为发电机工作时启动发电方法。

常规蓄能方法具体为：

步骤一，保持转换控制阀3、卸荷控制阀8和电磁阀关闭，机载液压系统的供油端通过供油单向阀1向蓄能器2供油，直到蓄能器2内的油压与机载液压系统的供油端油压相同；

步骤二，打开转换控制阀3，电动-发电机5作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达6作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，泵入蓄能器2内，直到蓄能器2中的油压达到需求。

应急蓄能方法具体为：

打开转换控制阀3，卸荷控制阀8和电磁阀保持关闭，电动-发电机5作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达6作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，泵入蓄能器2内，直到蓄能器2中的油压达到需求。

机载液压用户执行方法具体为：

保持卸荷控制阀8关闭，打开电磁阀，接通蓄能器2与机载液压用户，蓄能器2将其所蓄高压快速释放并传递给机载液压用户，实现机载液压用户快速完成所需动作。

机载液压用户执行方法中，当蓄能器2释放压力不足的情况下，打开转换控制阀3，电动-发电机5作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达6作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，对蓄能器2释放至压力机载液压用户的压力进行进一步增压。

发电方法具体为：

卸荷控制阀8和电磁阀保持关闭，打开转换控制阀3，机载液压系统的供油端将油液通过转换控制阀3带动负载敏感液压泵-马达6作为马达运转，负载敏感液压泵-马达6再带动电动-发电机5作为发电机发电；该过程中，负载敏感液压泵-马达6的负载敏感部分通过感受机载液压系统的供油端的压力，调整负载敏感液压泵-马达6的排量，压力越大时负载敏感液压泵-马达6的排量越小，来保持负载敏感液压泵-马达6的转速稳定，从而使得电动-发电机5的发电稳定。

下面参照附图说明本发明的实施例。

机载液压系统供油回路与蓄能器2之间设置有供油单向阀1，供油单向阀1允许机载液压系统供油回路向储能液压系统单向供给液压油。

负载敏感液压泵-马达6的液压泵和马达共用高压工作腔和低压工作腔，高压工作腔和蓄能器2连接，低压工作腔和机载液压系统回油回路连接。负载敏感液压泵-马达6作为液压泵使用时，低压工作腔从机载液压系统回油回路吸取液压油，由高压工作腔供应压力油液；负载敏感液压泵-马达6作为马达使用时，高压油液进入高压工作腔驱动马达转动，回油从低压工作腔进入机载液压系统回油回路。

负载敏感液压泵-马达6的高压工作腔和蓄能器2之间设置有转换控制阀，控制负载敏感液压泵-马达6的高压工作腔和蓄能器2之间油路通断。

负载敏感液压泵-马达6和电动-发电机连接，由控制器4控制其工作模式，当需要电能转换为液压能时，控制器4控制电动-发电机作为电动机工作，驱动负载敏感液压泵-马达6产生液压能；当需要液压能转换为电能时，负载敏感液压泵-马达6驱动电动-发电机产生电能，并由控制器4收集电能。

电磁换向阀9的P口和蓄能器2相连，T口和机载液压系统回油回路相连，A口和B口分别与机载液压用户的两个工作油口相连，由电磁换向阀9控制机载液压用户按要求动作。

蓄能器2和机载液压系统回油回路之间设置有卸荷控制阀8，当系统停止工作或者检修时，由卸荷控制阀8控制蓄能器2内压力油液的释放。

蓄能器2和机载液压系统回油回路之间设置有安全阀7，用于设定储能液压系统的最高工作压力。

本发明液压系统共有三种功能模式：增压储能模式、电能液压能转换模式和应急液压能源模式。

功能模式一：增压储能模式。

增压储能模式分两个工作阶段：第一阶段，机载液压系统供油阶段。先不启动电动-发电机，转换控制阀和卸荷控制阀均调至截止位，电磁换向阀调至中间截止位，由机载液压系统经供油单向阀向多功能压系统中的蓄能器充液，直至蓄能器压力达到机载液压系统工作压力。若电动-发电机或负载敏感液压泵-马达的泵单元故障，则储能过程结束，无法进行下一步增压过程，蓄能器内储存的液压能为起落架、刹车等需要应急能源的机载液压用户供应液压能源，保证飞机安全。第二阶段，电动-发电机作为电动机驱动负载敏感液压泵-马达的泵单元供油阶段。将转换控制阀调至连通位，卸荷控制阀调至截止位，电磁换向阀调至中间截止位，控制器控制电动-发电机处于电动机模式，驱动负载敏感液压泵-马达的泵单元工作，从机载液压系统回油回路吸入液压油，向多功能液压系统中的蓄能器内充入高压油，当蓄能器压力达到系统设定的储能压力时，关闭电动-发电机，将转换控制阀调至截止位，储能过程结束。采用电动-发电机作为电动机驱动负载敏感液压泵-马达的泵单元供油阶段，当泵出口压力逐渐升高时，通过负载敏感调节机构减小液压泵的排量，保证液压泵输出功率稳定，减小对机载电网的功率冲击。

放能时，操控电磁换向阀动作，控制蓄能器内储存的液压能进入机载液压用户的用油通路，该过程可以根据需要选择是否用电动-发电机作为电动机驱动负载敏感液压泵-马达的泵单元同时供油。

功能模式二：电能液压能转换模式。

电能向液压能转换时，即为电动-发电机作为电动机驱动负载敏感液压泵-马达的泵单元供油过程。

液压能向电能转换时，卸荷控制阀调至截止位，电磁换向阀调至中间截止位，转换控制阀调至连通位，控制器控制电动-发电机处于发电机模式，负载敏感液压泵-马达作为马达使用，由机载液压系统经供油单向阀向马达供油，由于机载液压系统工作时各个液压用户需求是随实际工况变化的，即可用于转换为电能的液压能的压力流量时变化的，当马达入口压力波动时，通过负载敏感调节机构调整马达的排量，保证液压马达稳定驱动发电机发电，控制器将发电机产生的交流电调制稳压后输送给飞机电网使用，缓解机载电网用电需求。

模式三：应急液压能源模式。

主液压系统故障时，无法提供压力油，多功能液压系统可以作为应急液压能源使用。将卸荷控制阀调至截止位，电磁换向阀调至中间截止位，控制器控制电动-发电机处于电动机模式，驱动负载敏感液压泵-马达的泵单元工作，从机载液压系统回油回路吸入液压油，向多功能液压系统中的蓄能器内充入高压油储能，驱动起落架、刹车等应急机载用户工作，保证飞机安全。

综上，本发明的多功能液压系统组成简单，实现飞机液压系统增压储能、电能液压能转换和应急液压能源功能，兼具实用性和经济性，同时提升了机载液压系统的可靠性和安全性。

Claims (10)

1.一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统，其特征在于，包括蓄能器(2)、转换控制阀(3)、电动-发电机(5)、负载敏感液压泵-马达(6)和电磁阀，机载液压系统的供油端通过供油单向阀(1)与蓄能器(2)连通，蓄能器(2)通过电磁阀连接机载液压用户，机载液压用户同时也通过电磁阀连接机载液压系统的回油端；蓄能器(2)还通过转换控制阀(3)连接负载敏感液压泵-马达(6)作为泵的出油口，负载敏感液压泵-马达(6)作为泵的进油口连接机载液压系统的回油端；电动-发电机(5)与负载敏感液压泵-马达(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统，其特征在于，电磁阀是电磁换向阀(9)，电磁换向阀(9)的A端和B端分别与机载液压用户的执行机构两边连接；蓄能器(2)连接电磁换向阀(9)的P端，机载液压系统的回油端连接电磁换向阀(9)的T端，当电磁换向阀(9)处于中立位置时候，电磁换向阀(9)封闭，其A端、B端、P端和T端均不连接。

3.根据权利要求1所述的一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统，其特征在于，蓄能器(2)还分别通过安全阀(7)和卸荷控制阀(8)与机载液压系统的回油端连接。

4.根据权利要求1所述的一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统，其特征在于，负载敏感液压泵-马达(6)的负载敏感部件感受来自蓄能器(2)一端的油压，调整负载敏感液压泵-马达(6)的液压泵-马达部件的排量。

5.一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统方法，使用如权利要求1-4中所述的任意一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统，其特征在于，包括常规蓄能方法、应急蓄能方法、机载液压用户执行方法和发电方法，正常给蓄能器蓄能时启动常规蓄能方法，当机载液压系统故障时启动应急蓄能方法，机载液压用户工作时启动机载液压用户执行，电动-发电机作为发电机工作时启动发电方法。

6.根据权利要求5所述的一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统方法，其特征在于，常规蓄能方法具体为：

步骤一，保持转换控制阀(3)、卸荷控制阀(8)和电磁阀关闭，机载液压系统的供油端通过供油单向阀(1)向蓄能器(2)供油，直到蓄能器(2)内的油压与机载液压系统的供油端油压相同；

步骤二，打开转换控制阀(3)，电动-发电机(5)作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达(6)作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，泵入蓄能器(2)内，直到蓄能器(2)中的油压达到需求。

7.根据权利要求5所述的一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统方法，其特征在于，应急蓄能方法具体为：

打开转换控制阀(3)，卸荷控制阀(8)和电磁阀保持关闭，电动-发电机(5)作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达(6)作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，泵入蓄能器(2)内，直到蓄能器(2)中的油压达到需求。

8.根据权利要求5所述的一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统方法，其特征在于，机载液压用户执行方法具体为：

保持卸荷控制阀(8)关闭，打开电磁阀，接通蓄能器(2)与机载液压用户，蓄能器(2)将其所蓄高压快速释放并传递给机载液压用户，实现机载液压用户快速完成所需动作。

9.根据权利要求8所述的一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统方法，其特征在于，机载液压用户执行方法中，当蓄能器(2)释放压力不足的情况下，打开转换控制阀(3)，电动-发电机(5)作为电动机启动，带动负载敏感液压泵-马达(6)作为液压泵运转，从机载液压系统的回油端吸取油液，对蓄能器(2)释放至压力机载液压用户的压力进行进一步增压。

10.根据权利要求5所述的一种能转换电能液压能的机载增压储能液压系统方法，其特征在于，发电方法具体为：

卸荷控制阀(8)和电磁阀保持关闭，打开转换控制阀(3)，机载液压系统的供油端将油液通过转换控制阀(3)带动负载敏感液压泵-马达(6)作为马达运转，负载敏感液压泵-马达(6)再带动电动-发电机(5)作为发电机发电；该过程中，负载敏感液压泵-马达(6)的负载敏感部分通过感受机载液压系统的供油端的压力，调整负载敏感液压泵-马达(6)的排量，压力越大时负载敏感液压泵-马达(6)的排量越小，来保持负载敏感液压泵-马达(6)的转速稳定，从而使得电动-发电机(5)的发电稳定。

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