电传飞行控制作动系统

电传飞行控制作动系统

第27卷

2007拄

第4期

O8月

飞机设计

AIRCRAFTDESIGN

V01.27No.4

Aug2007

文章编号:1673-4599(2007)04-0053-08

电传飞行控制作动系统

张冰凌,张勇

(1.海军驻沈阳地区航空军事代表室,辽宁沈阳110035)

(2.沈阳飞机设计研究所,辽宁沈阳110035)

摘要:YF一23A战斗机具有极大的静不安定性,在不开加力的情况下可以实现超声速巡航,其设计目标是在

亚声速和超声速均具有优于对手的机动能力,上述要求使得飞行控制作动系统必须具有空前的能力和性能.

其独特的飞行和机动包线要求其作动系统在低速时具有高的舵面偏转速率和大的行程,在超声速时要具有附

加铰链力矩输出能力,为实现上述目标,开发出具有液压与电能守恒的作动系统. 关键词:作动器;直接驱动阀;变面积作动;飞行控制

中图分类号:V227.83文献标识码:A

Fly-By-WireFlightControlActuationSystem

forHighPerformanceFighter

ZHANGBing—ling,ZHANGYong

(1.Aero-NavalMilitaryRepresentativeOfficeinShengyangBranch,Shenyang110035,Chi

na)

(2.ShenyangAircraftDesign&ResearchInstitute,Shenyang110035,China) Abstract:TheYF-23AFighterwasarevolutionarystaticallyunstableaircraftthatcruisedats uperson- icspeedswithoutafterburnerandwasdesignedtooutmaneuveropponentsatsubsonicandsup ersonic

biningthesedemandedaflightcontrolactuationsystemofunprecedentedpowe randper-

formance.Itsuniqueflightandmaneuveringenveloprequiredhighsurfacerateandlargeactu atorex—

cursionatlowfliglitspeeds,aswellasthepowertogenerateincreasedhingemomentsatsupers onic

speeds.Toachievethesespecifications,hydraulicflowandelectricalpowerconservationtec hniques

wasutilized.

Keywords:actuator;directdrivevalve;variableareaactuation;flightcontrol

YF一23A的设计目标是高机动性,超声速巡

航,武器内埋…,同时保持低的雷达和红外特

征,其主要控制面都是对称布置的包括两个全动

平尾,内外侧后缘襟翼(TEFs)和独立控制的左右

前缘襟翼(LEFs).除了前缘襟翼由电液伺服阀

(EHSV)控制之外,其他的舵面均由四余度的直

接驱动阀(DDV)控制.

收稿日期:2006—12—25:修订日期:2007—06--28

系统设计要求

基于下列的要求/约束来设计作动系统:

(1)速率/铰链力矩/刚度要求;

(2)作动器的频率响应/负载响应;

(3)发动机的功率提取和液压流量限制;

(4)在单液压系统或发动机故障的情况下,

飞第27卷

保持作动系统的性能不变;

(5)在双发熄火或双液压系统故障的情况

下,保持稳定/飞机着陆;

(6)在与液压系统故障无关的电气2次故障

(2次故障操作)时,保特系统性能不变;

(7)电源消耗限制;

(8)在丧失后缘襟翼或前缘襟翼功能的情况

下,保持飞行/飞机着陆.

极大的静不安定性使得飞行器具有优越的战

斗机动能力.然而,为保证实现精确控制,高的

舵面速率和频率响应是必须的.在严重的扰动和侧风条件下的进近,着陆,要求舵面具有高品质

的控制响应,这对确定液压系统的流量具有重要的影响.另一方面,要求YF一23A具有持续的超声速巡航能力并能够进行战斗机动.大马赫数的巡航/机动要求作动器具有足够的带载能力,高速飞行时大负载,大铰链力矩组合作用对作动系统提出了铰链力矩最大化的要求.

要求YF-23A的作动器在故障后仍然提供全部

性能.在单发故障或单液压系统失压后,飞机必须保持全部机动能力,这就要求在故障之后作动系统输出的铰链力矩,速率,刚度以及系统的频率响应保持不变;在两个液压系统发生失压时,飞机仍然具有起飞,着陆和高速巡航的能力;液压系统失压后飞行包线的缩小和机动能力的降低是可以接受的.双发熄火认为是可能发生的事件,应急动力单

元(EPU)用于在应急状态下提供必要的压力和流量,以满足控制飞机的铰链力矩,速率,刚度和响

应要求,使飞机具有安全着陆的能力.

作动系统的电子驱动部分具有双故障一工作

能力,双液压系统具有切换能力雎J.

失去前缘襟翼或内侧后缘襟翼的功能并不影

响飞机的安全飞行或着陆,机动能力的降低是可以接受的.作动系统的第一次电气故障或第二次? 电气/液压故障瞬态不应大于0.5g.

2系统设计的挑战及解决措施

YF一23A的独特要求对作动系统的设计提出

了挑战,飞机控制和(正常和故障状态)性能保证所必需的液压系统功率超过任何已有的飞机液压系统能力.

2.1液压系统的流量和输入功率限制

由于发动机提取功率和泵的尺寸限制,液压

系统采用4台流量为212—302L/min,压力为28 MPa的飞行液压泵.每台发动机驱动的飞机附件机匣(AMAD)为两台液压泵提供动力.在发动机处于慢车状态时液压泵的输出流量为212L/min, 发动机处于军用推力状态时液压泵的输出流量为302L/rain.液压泵分为2个主系统泵和2个公管系统泵如图1.每个主系统泵备有自已的蓄压器, 公管系统泵共用一个蓄压器.

如此配置液压系统(2个主操纵泵,2个公管

系统泵)是为了确保飞行安全,使得在发生单液

压系统或单台发动机故障的情况下飞行器控制性能保持不变.关键是在包线的高动压区域,此时

如果发生单液压系统失压,将导致系统刚度的大