飞机构造基础第3章飞机液压系统

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• 压力损失
– 油液流动时由于粘性或速度变化引起 的传递油液压力降低。
液压油的工作特性
• 泄流损失
– 因传动管路外漏或内漏造成的工作油量不足。 • 外漏: – 油液漏到系统之外 »导致系统有用流量减小和系统油量 损失 • 内漏: – 油液从系统高压侧向系统低压侧泄漏 »有用流量减小
液压油的工作特性
帕斯卡原理(静压传递原理)见书上49页图3-1 液压系统的传动原理见书上49页图3-2
压力取决于负载
速度取决于流量
液压传动功率
液压油对活塞做的功A=F×S
F—液压作用在活塞上的力 S—活塞移动的距离
液压油在单位时间对活塞做的功即 液压传动功率N=A/t=FS/t=Fv=Pfv=PQ即
N=PQ P—液压系统的工作压力 Q—流量,单位时间内流入作动筒的液压油体积
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飞机液压传动介质
• 液压油的分类
– 植物基液压油
• 绿色 • 酒精和蓖麻油的混合物 • 用于早期飞机
飞机液压传动介质
• 液压油的分类
– 矿物基(石油基)液压油
• 红色 • 加入抗氧化、耐高温添加剂的石油提炼物 • 应用广泛,性能好,成本低。
飞机液压传动介质
• 液压油的分类
– 磷酸酯基液压油
• 气穴、气塞
– 气穴
• 系统低压区(如液压泵进口)油液沸腾或溶解的 气体析出产生气泡的现象。
– 气塞
• 气穴严重时导致供油流量显著下降、断断续续甚 至基本中断。
液压油的工作特性
• 液压撞击
– 传动管路气塞或控制活门突然开、关 时导致系统内产生大幅度高频率压力 波动的现象。
液压油特性要求
• • • • • • 粘性适中且变化小 闪点与燃点高 凝固点低 热膨胀性小 化学稳定性好 腐蚀性低
F=P×A
• 速度=流量/面积
V=Q/A
• 功率=力×速度=压力×流量
W=F×V=P×Q PSI是压力单位,为英磅/平方英寸 145PSI=1MPa (Pounds per square inch)
液压传动系统
• 利用密闭管路内不可压缩液体流动传递 压力和功率; • 并按控制将压力能转变为机械能做功传 动部件; • 使部件运动与操纵相对应的回路系统。
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2)运动粘度
动力粘度与该液体密度的比值称为运动粘 度,即υ=µ/ρ。在SI中运动粘度的单位为m2/s。 液压油的牌号就是以40℃时的运动粘度 (mm2/s)平均值来标号的。例如,L-HL32 普通液压油在40℃时的运动粘度的平均值为 32 mm2/s
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3)粘度与温度和压力的关系:
源自文库液压油的粘度对温度变化十分敏感,温 度升高,粘度将显著降低。液压油的粘 度随温度变化的性质称为粘温特性,不 同种类的液压油具有不同的粘温特性。
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粘温特性
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液体的压缩性
液体受到压力作用后其容积发生变化 的性质,称为液体的可压缩性。 液体所受压力增大时,其分子间距离 减小,内聚力增大,粘度也随之增大。 但在一般的中、低压系统中,液压油的 粘度受压力变化的影响甚微,可忽略不 计。
液压系统能在较大范围内方便地实现无极调速,且低速 性能好,工作平稳,还易实现间断和连续运动及频繁换 向,冲击及震动现象可以很好的得到消减。 液压传动是封闭式的,易实行过载保护,组成的元、部 件基本上可由工作介质自行润滑,磨损慢、寿命长,液 压元件体积小、重量轻、三化程度高,便于集中大批量 生产,因此制造成本低,经济性较好。现代液压传动中 采用节流、比例控制等方法可使运动机构的速度进一步 均匀、稳定、使用伺服、仿形、调速等机构可使执行件 的运动精确度达到微米(UM)级,采用微电子、计算机 等装置可十分方便、可靠地实现自动控制、远程控制及 遥控,当然,液压技术也存在传动效率较低,制造工艺 技术要求较高,安装、使用、维修技术要求较高,液压 油易泄漏并会污染环境等众所周知的缺点,但这些缺点 与其优点相比是次要的,并正在不断被克服。
飞机液压传动部件
• 单源系统
– 一般只用于收 放起落架; – 有的飞机还供 压收放襟翼。
飞机液压传动部件
• 多源系统
– 同时用于多个系统,如起落架收放、前轮转弯、飞行操 纵系统等。
飞机液压传动介质
液压油的主要性质 液压系统中一般使用矿物油作为工作介质, 它的基本性质可在有关资料中查到,如矿物 油在15℃时的密度为900kg/m3。液压油最 重要的性质为粘性和可压缩性。
不仅是航空领域离不开液压系统,航天领域也离不开液压系统 现在人类设计研制航天飞机的主要目的和用途: 一是将航天飞机携带上天的人造卫星从货舱里取出,放入太空 轨道; 二是捕捉太空中已方发生故障的人造卫星进行修理; 三是俘获太空中敌人国家的间谍卫星,将其抓入货舱,带回地 球。 执行这些极为特殊的任务,是由轻质管形结构的伸缩式 和摆动迥转式液压缸为主构成的——长度15..3m的机械臂, 它能像人的胳臂一样,有肩、肘、腕关节等的作用,宇航员 打开货舱以后,能遥控该机械臂(手)作弯由、伸展、上下、 前后、左右等各种活动。它自身重量在400kg左右,但在太空 中失重状态下,能随心所欲地将重300kN(约30t)以上,如 公共汽车般大小的人造卫星,在货舱内外放进、放出。这是 目前世界上仅有的“哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现 号”等几架航天飞机中的必务主执行装备。安装在机身货舱 左侧,造价达1亿多美元。1993年12月5日(北京时间)凌晨, 美国“奋进号”航天飞机在地球上空2. 8万公里的环球轨道中, 利用机械臂,顺利地将2m直径、14m长度的哈勃太空望远镜, 放入货舱后,成功地进行了抢修。
18世纪中叶,瑞士伯努利数学家族中的巨星伯努 利· 丹尼尔(Bernoulli Daniel1770年 -1782年 )发表 了研究流体动力学和气体力学的重要文献—《流动动 力学》,提出了用流束传递能量的理论,得出了理想 液体常态运动文程即著名的伯努利方程。 1795年,英国伦敦的约瑟夫· 布拉默(Joseph Bramah 1749年—1814年)根据帕斯卡原理——在大 小两个不同直径缸筒的密封连通器中,大面积上能够 产生放大压力的作用力,在制造工艺上,由于往复运 动于液压缸中的牛皮材质的碗形密封件的研制成功, 因此,创造了世界上第一台水压机——棉花、羊毛液 压打包机。在该水压机的液压传动系统中,第一次依 靠简单的液压缸实现了对工作对象施力做功,成功地 完成了上述物资的压缩打包任务,理想地代替了人类 繁重、低效的劳动,并取得了令人欣喜的综合经济效 益,液压技术从此才雄辩地向全世界展示、证实了自 身在工业生产中的实际应用价值。
现代航空工业中更离不开液压系统, 各种飞机的方向舵和升降舵依靠各自的舵 机液压缸——“作动筒”,使其偏转而产生 控制力和控制力矩。其实,飞机中还有很 多部分如副翼、水平飞行稳定板等舵机电 液伺服动态控制以及发动机供油控制,进 气锥收放回路,尾喷管控制系统,前轮转 弯控制,起落架收放等系统中均离不开液 压系统。
基本液压系统
液压传动基本原理
• 供压部分
– 提供符合需要的液压
• 控制部分
– – – – 控制液压油液通断-决定部件运动与否 流动方向-决定部件运动方向 压力大小-决定部件作用力的大小 流量大小-决定部件运动快慢
• 传动部分
– 将液压能转换为机械能输出
对飞机液压系统的要求
• • • • • • • 具有足够的输出功率; 良好的动态性能; 受环境影响小; 驾驶员能监控系统的工作状态; 系统可靠性高; 重量轻、体积小,耗能少,寿命长; 使用维护方便。
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液压油的选用
选用液压油时,一般根据液压元件产 品样本和说明书所推荐的工作介质来选。 或者根据液压系统的工作条件(系统压 力、运动速度、工作温度)和环境条件 等全面考虑。 通常是先确定粘度范围,再选择液 压油品种。
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如何选择液压油品种。
在低温条件下工作的系统宜选用粘度较低 的油液,高压系统则选用抗磨性好的油液。 当系统的工作压力较高、环境温度较高、工 作部件运动速度较低时,为了减少系统的泄 漏量,宜选用粘度较高的液压油。工作压力 较低、环境温度较低,运动速度较高时,为 了系统的功率损失,宜用粘度较低的液压油
• • • • 紫色 人工合成液压油 防火性能特别好、耐低温、低腐蚀。 用于现代高性能飞机,成本较高。
液压油的分类
使用液压油的注意事项
• 三种液压油的物理特性不一样 • 三种液压油的化学特性不一样 • 三种液压油对应液压系统使用材料不一 样,特别是密封材料不一样 • 三种液压油不能混用或代用
液压油的工作特性
液压系统的组成
液压传动系统一般均由四类元件组成
动力元件——液压泵
(将机械能转换成液压能)
执行元件——液压作动筒(液压缸)和液压马达 (将液压能转换成机械能) 控制元件——诸如各种液压阀; (调节各个部分液体的压力、流量和方向) 辅助元件——油箱、管道、蓄能器等。
液压传动基本规律
• 力=压力×面积
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1.液体的粘性
液体在外力的作用下流动时,由于液体分 子间内聚力(称为内摩擦力)的作用,而产 生阻止液层间的相对滑动,液体的这种性质 称为粘性。粘性的大小用粘度来表示,常用 的粘度有三种; 动力粘度 运动粘度 相对粘度
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1)动力粘度µ
它是表示液体粘性的内摩擦系数,由 实验得出,流动液体液层间的内摩擦力 的大小与液层间的接触面积、液体的动 力粘度µ、液层间相对速度成正比,而与 液层间的相对距离成反比。即动力粘度 越大,流动的液体内摩擦力也越大。
《飞机构造学》
主讲教师:ZHANG
第3章 液压系统
液压系统的力密度大、能以很小的设备输出、传递 很大的力或力矩,宜于实现大吨位运动。随着生产 技术的进步,液压系统中实际使用的压力级已从原 来10Mpa左右提高到35Mpa左右 , 因而该优点就更 为出,在同等功率下, 液压设备的重量尺寸仅为直 流电机的10%-20%左右。因其体积小,重量轻,因 而惯性力小,反映速度快、准、稳。 现代机械工程及自动控制中,对直线运动的实施要 求愈益多,这将造成机械构件传动的困难。反之, 液压传动中通过液压油缸则可以便利,完满地得到 实现,这也是液压传动的重大特点之一。
液压系统组成
• 供压
– 油箱、液压泵、油滤、蓄压器等
回顾液压传动理论和液压技术发展的 历史,人们对“液压”从发现在认识、 到研究、到实际应用,到深入发展和 广泛普及、到当今 在航空领域中层现身手,经历了一个 漫长的时期。
液压的发展史及应用 公元前200多年,阿基米德(Archimedes,约公元前 287—约公元前212年)发现物体在水中所减少的重量等 于该物体所排开的水的重量这一奥秘时,实际上已恨现 了存在液体静压力作用这一事实。 公元1600年左右,荷兰人史蒂纳斯(Stevinus),研 究指出:液体静压力随液体的深度而变化,与容器的形 状玩关。此时,相距阿基米德已有1800多年 17世纪、18世纪是液压理论奠基性发展的历史时期: 17世纪初,意大利物理学托理塞勒(Torricelli)16081647年研究了流体的动动;随后,液压理论取得了关键 性的突破进展、法国物理学家、数学家帕斯卡· 布利斯 (Pasca;L BLaise 1623年)确立了“在密封容器内,流 体压力沿各个方向等值传递“的静压传递原理,它已成 为举世公认的直接指导液压传动技术的现论基础。17世 纪末期著名科学家、英车伊萨克牛顿(Isaac Neweon 1643rh -1727rh )对流体的粘度以及浸入运动流体中物 体所受的阻力进行了研究。其中剪切速率的概念,是现 代流体动力润滑理论的基础。
液压系统是飞机的重要组成系统,它给飞机操纵 系统提供操纵动力,因此必须保证液压系统的可靠 工作。现在飞机大都采用多余度设计。有2套或3套 甚至更多套独立的系统,并且系统间可以相互转换, 以保证飞机液压系统的可靠工作。而且大多飞机设 计有辅助系统,以保证在应急情况下一些主要操作 系统可以工作,保证飞机安全落地。 B737-700飞机液压系统包括主系统和辅助系统。 主系统由A、B两个独立系统组成,辅助系统包括 备用系统和动力转换组件(PTU)。
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