CN116181748A - 一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，包括作动筒筒体、活塞杆和冷却回油流量调节装置，传感器定子固定在筒体上，活塞杆内固定连接有冷却套筒和传感器动子，活塞杆、冷却套筒和传感器动子在筒体内做往复运动；冷却回油流量调节装置设置在活塞杆头部并随活塞杆同步运动；冷却回油流量调节装置通过记忆合金弹簧控制阀杆移动使得冷却回油孔开度改变，进而控制冷却回路流量大小。航空作动装置工作于高温环境中，内部的位移传感器和关键密封位置容易超温而失效，在作动筒内部设计冷却回路以实现油液对易超温位置的冷却保护，冷却回路流量的温度自适应调节，可以达到高温时大流量快速冷却，低温时减少内部泄露，节约能源的效果。

Description

一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置

技术领域

本发明涉及作动筒技术领域，特别是涉及一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置。

背景技术

航空发动机推力矢量喷管技术的出现，大大提升了先进战机过失速机动、短距起降的飞行能力。航空液压作动筒作为大飞机液压系统的主要执行器，分布在飞机上的各个部位，如各类飞机飞行翼、起落装置的收放控制以及对于具有推力矢量功能的发动机尾喷口单元的加力燃烧室截面积喷口调节和矢量调节等方面。因此，液压作动筒稳定工作对航空发动机的可靠性有重要影响，同时液压作动筒必须兼具长寿命的特点。

某型液压作动筒用于发动机矢量喷管的喷口调节，安装在矢量喷管与蒙皮的夹层中，与发动机舱内的高温空气直接接触，长期工作于高温环境中，其环境温度可能在短时间内迅速升高，作动筒中线位移传感器和关键密封装置容易受到高温影响而失效。作动筒中线位移传感器是实现精确伺服控制的关键元件，传感器超温会导致周围冷却介质结焦，从而影响作动筒中其它元组件的冷却；作动筒的密封件采用橡胶材料，系统的高温会使密封件变形，加速老化，密封性能降低，使用寿命缩短；高温也会加速航空煤油氧化沉积结焦，煤油结焦会增加传热元件的热阻，使得传热元件局部温度过高而烧蚀。因此必须对作动筒内线位移传感器和关键密封位置进行冷却保护。

作动筒内部航空燃油的温度远低于外部环境温度，因此提出在作动筒的内部设计冷却油路进行主动冷却。当航空燃油温度确定的情况下，冷却回路流量决定了作动筒内关键元件和密封位置的冷却效果。当环境温度温度较低时，较小的冷却回油流量即可保证作动筒内易超温位置的安全温度；当环境温度较高时，较大的冷却回油流量才能保证作动筒内易超温位置安全温度。冷却油路的流量大小由冷却回油孔的最小通流面积和两侧腔室油液压力差决定，现有作动筒的冷却回油孔尺寸往往是固定的，且两腔室压力差由外部负载决定而不受人为控制，因此不能够实现作动筒冷却回路流量的自适应调节，作动筒在高温下的热防护性能就经受考验。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，以解决上述现有技术存在的问题，采用形状记忆合金弹簧作为感温元件，并同时具有自驱动功能，自适应调节作动筒冷却回路的流量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，包括

作动筒筒体，传感器定子固定在所述作动筒筒体上，

活塞杆，所述活塞杆内固定连接有冷却套筒和传感器动子，所述活塞杆、冷却套筒和传感器动子在所述作动筒筒体内做往复运动，

冷却回油流量调节装置，所述冷却回油流量调节装置设置在所述活塞杆的头部并随活塞杆同步运动；所述冷却回油流量调节装置包括阀杆、记忆合金弹簧、偏置弹簧、螺纹封盖、密封圈、冷却回油孔和阀体流道；所述阀杆安装在所述活塞杆上所开的圆柱形槽内，安装在所述阀杆上部的所述记忆合金弹簧为压缩型弹簧，所述记忆合金弹簧的两端受到阀杆和圆柱形槽底部约束；安装在所述阀杆下部的所述偏置弹簧为压缩型弹簧，所述偏置弹簧的两端受到阀杆和螺纹封盖的约束，所述螺纹封盖为阀杆的滑动支座；所述活塞杆上开有冷却回油孔，所述冷却回油孔连通有杆腔和外环隙；所述阀杆上开有阀体流道，通过阀杆的移动控制冷却回油孔的实际开度，使得作动筒冷却回路的流量发生改变。

在其中一个实施例中，所述传感器定子以螺钉连接方式固定在所述作动筒筒体的内腔中。

在其中一个实施例中，所述传感器定子和作动筒筒体之间形成的油液腔室为无杆腔，无杆腔进出油口连通无杆腔。

在其中一个实施例中，所述活塞杆内壁的第一端部固定有所述冷却套筒；所述活塞杆和作动筒筒体之间形成的油液腔室为有杆腔，有杆腔进出油口与有杆腔连通。

在其中一个实施例中，所述活塞杆和冷却套筒之间的环形流道为外环隙，所述冷却套筒和传感器定子之间的环形流道为内环隙；所述冷却套筒的末端设有导流豁口，所述导流豁口使外环隙和活塞杆腔室相连通。

在其中一个实施例中，所述活塞杆内侧的第二端部与所述传感器动子的第一端固定连接，所述传感器动子的第二端沿所述传感器定子内的通道做往复运动。

在其中一个实施例中，所述记忆合金弹簧由镍钛基形状记忆合金制成。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明中的温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，包括作动筒筒体、活塞杆和冷却回油流量调节装置，传感器定子固定在作动筒筒体上，活塞杆内固定连接有冷却套筒和传感器动子，活塞杆、冷却套筒和传感器动子在作动筒筒体内做往复运动；冷却回油流量调节装置设置在活塞杆的头部并随活塞杆同步运动；冷却回油流量调节装置通过记忆合金弹簧控制阀杆的移动使得阀体流道的开度改变，进而控制作动筒冷却回路的流量大小。航空作动装置工作于高温环境中，作动筒中的线位移传感器和关键密封位置容易受到高温影响而失效，在作动筒内部设计冷却回路可以实现航空燃油对作动筒易超温位置的冷却保护，通过记忆合金弹簧装置可实现冷却回路流量温度自适应调节，以达到高温时冷却回路的大流量快速冷却，低温时减少内部泄露，节约能源的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为自适应可调节冷却回油流量的航空作动装置的整体结构示意图；

图2为冷却回油流量调节装置小开度时的状态图；

图3为冷却回油流量调节装置大开度时的状态图；

图4为有杆腔进油时冷却回路油液流向；

图5为无杆腔进油时冷却回路油液流向；

其中，1作动筒筒体；2传感器定子；3冷却套筒；4活塞杆；5冷却回油流量调节装置；501阀棒；502记忆合金弹簧；503偏置弹簧；504螺纹封盖；505密封圈；506冷却回油孔；507阀体流道；6密封圈；7密封套；8传感器动子；A1有杆腔进出油口；A2有杆腔；A3外环隙；A4导流豁口；A5活塞杆腔室；A6内环隙；A7无杆腔；A8无杆腔进出油口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，以解决上述现有技术存在的问题，采用形状记忆合金作为感温元件，并同时具有自驱动功能，自适应调节冷却回路的流量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本发明提供一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置主要包括：作动筒筒体1，传感器定子2，冷却套筒3，活塞杆4，冷却回油流量调节装置5，密封圈6，密封套7，传感器动子8，有杆腔进出油口A1，有杆腔A2，外环隙A3，导流豁口A4，活塞杆腔室A5，内环隙A6，无杆腔A7，无杆腔进出油口A8。作动筒筒体1位置固定，传感器定子2以螺钉连接方式固定在作动筒筒体1上；活塞杆4、冷却套筒3、传感器动子8固定，在作动筒筒体1内同步往复运动；冷却回油流量调节装置5设置在活塞杆4头部，也随活塞杆4同步运动；活塞杆4和作动筒筒体1行成的油液腔室为有杆腔A2，有杆腔进出油口A1与有杆腔A2连通；传感器定子2和作动筒筒体1行成了无杆腔A7，无杆腔进出油口A8连通无杆腔A7；活塞杆4和冷却套筒3之间的环形流道为外环隙A3，冷却套筒3和传感器定子2之间的环形流道为内环隙A6；冷却套筒3末端设有导流豁口A4，使外环隙A3和活塞杆腔室A5可以连通。

冷却回油流量调节装置5主要包括：阀杆501，记忆合金弹簧502，偏置弹簧503，螺纹封盖504，密封圈505，冷却回油孔506，阀体流道507。阀杆501装在活塞杆4上所开的圆柱形槽内，靠两只弹簧相互配合运行；记忆合金弹簧502为压缩型装在阀杆501上部，两侧受到阀杆501和圆柱槽底部约束；偏置弹簧503为压缩型弹簧，两侧受到阀杆501和螺纹封盖504的约束，螺纹封盖504可以作为阀杆501的滑动支座。活塞杆4开有冷却回油孔506，连通有杆腔A2和外环隙A3；阀杆501上开有阀体流道507，通过阀杆501的移动控制冷却回油孔506的实际开度。

在本发明中，作动筒活塞杆上留有冷却回油孔506，冷却套筒3和活塞杆4同步移动，冷却套筒3末端设置导流豁口A4，航空燃油可以充分冷却到作动筒的传感器定子2、传感器动子8、活塞杆4、密封套7等位置；此外，本发明采用记忆合金装置，实现了作动筒冷却回路流量的温度自适应调节，在高温时提高冷却回路流量快速冷却，在低温时减小冷却回路流量以节约能源，提高了作动筒在高温热环境下的热防护性能和燃油利用率。

作动筒的冷却回路主动冷却原理:

当航空燃油通过有杆腔进出油口A1进入有杆腔A2时，有杆腔A2为高压腔，而无杆腔A7为低压腔，无杆腔A7内的航空燃油会通过无杆腔进出油口A8排出，在压力差作用下，活塞杆4执行回缩动作。在此过程中，有杆腔A2内的一部分航空燃油会依次流经冷却回油孔506、外环隙A3、导流豁口A4、活塞杆腔室A5、内环隙A6进入无杆腔A7。

反之，当航空燃油通过无杆腔进出油口A8进入无杆腔A7时，无杆腔A7为高压腔，而有杆腔A2为低压腔，无杆腔A2内的航空燃油会通过有杆腔进出油口A2排出，在压力差作用下，活塞杆4执行伸出动作。在此过程中，无杆腔A7内的一小部分航空燃油会依次流经内环隙A6、活塞杆腔室A5、导流豁口A4、外环隙A3、冷却回油孔506进入有杆腔A2，冷却油路的这部分航空燃油会有效带走活塞杆4、传感器动子8、传感器定子2和密封位置的热量，加强对作动筒的冷却保护。

作动筒冷却回路的流量调节原理：

当航空燃油温度确定的情况下，作动筒内冷却回油流量决定了作动筒内线位移传感器和关键密封位置的冷却效果。当环境温度温度较低时，较小的冷却回油流量即可保证作动筒内易超温位置的安全温度；当环境温度较高时，较大的冷却回油流量才能保证作动筒内易超温位置安全温度。当无杆腔和有杆腔两腔室压力差基本保持不变时，冷却回油孔的最小通流面积决定了冷却回路的流量。通过本发明的记忆合金流量调节装置可以实现在高温时提高作动筒内冷却回路流量，有助于作动筒内位移传感器和密封位置的快速冷却；低温时减小作动筒内冷却回油流量，从而减少能量损耗。技术原理如下：

记忆合金弹簧502由具有合适临界温度的镍钛基形状记忆合金制成(镍钛基记忆合金是其中一个实施例，对于不同温度环境工况下的作动筒，其他实施例可选择其他合适的记忆合金弹簧)，当外界环境传递到作动筒内的温度低于设定值时，记忆合金弹簧502处于马氏体状态，弹性较低，在偏置弹簧503和阀体501内气体的压力共同作用下而处于压缩状态，此时冷却回油孔处于小开度状态，如图2所示。当外界环境传递到作动筒内的温度高于设定值时，记忆合金弹簧502由马氏体转化为母相，形状恢复成伸展状态，产生较大的力，超过偏置弹簧503和阀体501内气体的压力的合力，从而推动阀杆501向下位移，冷却回油孔506开度最大，从而使冷却回路的流量增大，提高了对作动筒内位移传感器和密封位置的冷却保护。当作动筒内温度低于设定值时，记忆合金弹簧502又转变为马氏体状态，在偏置弹簧503的作用下被压缩，活塞杆4向上位移，阀体流道507开度减小，冷却回路的流量减小。本发明利用了形状记忆合金感温自驱动的性质，实现了作动筒冷却回路流量的温度自适应调节。

本发明的创新点有两方面：

a)在作动筒中设计冷却回路：作动筒安装在矢量喷管与蒙皮的夹层中，与发动机舱内的高温空气直接接触，长期工作于高温环境中。作动筒内部航空燃油的温度远低于外部环境温度，因此在作动筒的内部设计冷却油路进行主动冷却。作动筒在伸杆和收杆的过程中，一部分油液会通过冷却油路带走活塞杆、位移传感器、密封位置的热量，实现对作动筒的冷却保护。

b)利用记忆合金装置实现冷却回路流量自适应调节：作动筒冷却回路流量决定了作动筒内位移传感器和密封位置的冷却效果；作动筒冷却回路流量由冷却回油孔最小通流面积决定；形状记忆合金弹簧是一种感温元件，并同时具有自驱动功能；本发明采用记忆合金装置，实现了冷却回油流量的温度自适应调节；作动筒内温度低于设定值时，冷却回油孔处于小开度，流量较小，作动筒内温度高于设定值时，冷却回油孔处于大开度，流量提高。

本发明主要解决航空液压作动筒高温环境下的冷却保护问题。与现有技术相比有以下优点：

a)在作动筒内设计冷却回路，利用航空燃油作为介质推动活塞杆收缩伸出的同时，一部分航空燃油通过冷却回路带走了活塞杆、位移传感器、密封位置的大量热量，提高了作动筒在高温环境下的冷却保护。

b)形状记忆合金弹簧能够感应温度自驱动，本发明利用记忆合金弹簧装置实现了冷却回路流量的自适应调节，使作动筒在高温时，提高冷却回路流量，有助于作动筒内位移传感器和密封位置的快速冷却；低温时，减小作动筒内冷却回油流量，从而减少航空燃油的能量损耗。

c)本发明的记忆合金装置结构简单紧凑，性能稳定，适用于需要温度自适应控制的场合，能够适用于作动筒冷却回路的流量自适应调节。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，其特征在于：包括

作动筒筒体，传感器定子固定在所述作动筒筒体上，

活塞杆，所述活塞杆内固定连接有冷却套筒和传感器动子，所述活塞杆、冷却套筒和传感器动子在所述作动筒筒体内做往复运动，

冷却回油流量调节装置，所述冷却回油流量调节装置设置在所述活塞杆的头部并随活塞杆同步运动；所述冷却回油流量调节装置包括阀杆、记忆合金弹簧、偏置弹簧、螺纹封盖、密封圈、冷却回油孔和阀体流道；所述阀杆安装在所述活塞杆上所开的圆柱形槽内，安装在所述阀杆上部的所述记忆合金弹簧为压缩型弹簧，所述记忆合金弹簧的两端受到阀杆和圆柱形槽底部约束；安装在所述阀杆下部的所述偏置弹簧为压缩型弹簧，所述偏置弹簧的两端受到阀杆和螺纹封盖的约束，所述螺纹封盖为阀杆的滑动支座；所述活塞杆上开有冷却回油孔，所述冷却回油孔连通有杆腔和外环隙；所述阀杆上开有腰型流道，通过阀杆的移动控制冷却回油孔的实际开度，进而控制冷却回路的流量。

2.根据权利要求1所述的温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，其特征在于：所述传感器定子以螺钉连接方式固定在所述作动筒筒体的内腔中。

3.根据权利要求1所述的温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，其特征在于：所述传感器定子和作动筒筒体之间形成的油液腔室为无杆腔，无杆腔进出油口连通无杆腔。

4.根据权利要求3所述的温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，其特征在于：所述活塞杆内壁的第一端部固定有所述冷却套筒；所述活塞杆和作动筒筒体之间形成的油液腔室为有杆腔，有杆腔进出油口与有杆腔连通。

5.根据权利要求4所述的温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，其特征在于：所述活塞杆和冷却套筒之间的环形流道为外环隙，所述冷却套筒和传感器定子之间的环形流道为内环隙；所述冷却套筒的末端设有导流豁口，所述导流豁口使外环隙和活塞杆腔室相连通。

6.根据权利要求1所述的温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，其特征在于：所述活塞杆内侧的第二端部与所述传感器动子的第一端固定连接，所述传感器动子的第二端沿所述传感器定子内的通道做往复运动。

7.根据权利要求1所述的温度自适应可调节冷却回路流量的航空作动装置，其特征在于：所述记忆合金弹簧由镍钛基形状记忆合金制成。

Images