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/0操纵系统的传动比
在这一节中我们将研究摇臂的力传动比 12和整个系统传动比, /之间的关系。应用式和力矩平衡关系,还可得到研究系统的传动系数 和传动比 1成正比的关系,读者可自行推导。
根据升降舵的传动图可计算出各个摇臂的传动比 12(第 2级摇臂的从动臂的有效半径与主动臂的有效半径之比),然后便可计算出整个系统的传动比 1。
值得注意;
(*)其中 3/和 34是为了使升降舵偏转产生差动而选择的。
(/)上式为操纵系统在中立位置时的传动比。如果驾驶杆位置发生变化,各个摇臂的有效半径都会发生变化,因此,传动比, /是一个变量,是驾驶杆位移的函数。
四、飞机操纵系统的强度和刚度
*0飞机操纵系统的强度
操纵系统中各个构件的载荷是根据驾驶杆(或脚蹬)的设计载荷按力传动比计算 •4*5•
第二篇 /现代飞机结构综合设计
而得。
根据 "年三机部制订的《强度规范(试用本)》,对于人力操纵的飞机,操纵载荷值为:驾驶杆力(纵向) "%&;驾驶杆力(横向) ’"%&;脚蹬力 (%&,还应考虑双脚同时加载 (%&的情况。对于不可逆助力机械操纵系统来说,在助力器以前的载荷与上述相同;助力器以后的载荷则按助力器的最大输出力计算,安全系数 ) *((只限于助力器后)。
驾驶杆的中立位置和前后极限位置是操纵系统的设计情况。在设计载荷作用下,各构件应没有损坏、结构失稳或其他形式的永久变形。 (+飞机操纵系统的刚度飞机的操纵系统,不论过去和现在,实质上都是按刚度要求来进行设计的。因为
如果操纵系统的刚度不满足要求,就会出现操纵延迟,跟随性差,舵面效率下降,颤振临界速度降低等现象,这是绝对不允许的。
由于强度计算较刚度计算简单方便,因此一般把刚度计算问题转换为强度计算。如强度规范所给的驾驶杆力和脚蹬力都大于驾驶员所能施加的力;又规定在设计载荷作用下,操纵系统不允许有永久变形,这样就把设计应力水平限制在材料的弹性范围之内。根据经验又可把计算的剩余强度适当加大,因此由强度计算所得的各构件尺寸大小一般都能满足刚度要求。但最后还需通过刚度试验来测定。如不满足刚度要求,需局部更改构件的尺寸。
飞机操纵系统的刚度要求:在舵面固定的情况下,在驾驶杆上施加向前、向后 ,"%&,侧向 (-%&,在脚蹬上施加 -&的载荷,都不应出现大于 -.的弹性变形。
第三节 /不可逆助力操纵系统
现代高速飞机和重型飞机由于飞行速度和飞机尺寸显著增大,因而舵面铰链力矩很大,如果只依靠减小操纵系统的传动系数和增大空气动力补偿面的办法来减小驾驶杆力(或脚蹬力),是十分困难的。因为减小传动系数,受到座舱空间等条件限制;而气动补偿面过大,不仅会影响舵面的最大偏角,而且还容易因制造上的误差而引起过补偿。因此现代高速和重型飞机的操纵系统广泛采用了助力器,利用液压或电力来带动舵面,以减小或消除驾驶杆力,改善飞机的操纵性。目前飞机上采用的主要是液压助力器,而电动助力器一般只用来作应急操纵。
所谓不可逆助力操纵系统,是指驾驶员通过机械传动机构或其他方法操纵助力器,由助力器操纵舵面,因此舵面上的气动载荷不能反传到中央操纵机构上去,驾驶 •,-•
员感受到的杆力,是由载荷感觉器传来的。
不可逆助力操纵系统比较复杂,在系统中除有助力器和载荷感觉器外,还有调整片效应机构和力臂调节器等。对于变后掠飞机的操纵系统,为了满足气动特性和设计要求,还设置有差动机构、单向变偏角机构等特殊装置,现分述如下。
一、液压助力器
"液压助力器的工作原理
图 %液压助力器工作原理图 ,&—作动筒内腔; ’—滑阀; (—拉杆: )—活塞杆头部; *—支座; +—作动筒; —活塞
图 所示为一种典型的液压助力器原理图,助力器由滑阀 ’、活塞 及作动筒 +、,-.摇臂等组成。滑阀呈“哑铃”型,带有两个圆柱形凸肩的轴,而凸肩的宽度几乎与阀套上的环槽宽度一样,活塞 与活塞杆头部 )连成一体,所以活塞杆运动时头部亦动。 ,-.摇臂铰支于头部 -的支座上,它的一端 .通过拉杆 (与驾驶杆连接,这样,驾驶杆偏转时,助力器的输入量是 .点的位移 /0,输出量是带动舵面偏转的活塞杆位移 /1。
中立位置时, ,-.摇臂处于垂直状态,阀芯两凸肩分别遮住 ,&腔的油路,于是外筒的两腔都不与进回油路相通,助力器处于静止状态。
当拉杆 (向右运动,头部不动,那么摇臂 ,-.只能绕 -点沿逆时针方向转动一个角度。于是滑阀阀芯被向左拉动到一定位置,便打开了通向外筒两腔油路。进油路与外筒 &腔相通,回油路与 腔相通,从而活塞两边的压力差迫使活塞向右运动;此时固定在头部 )的 -点亦向右运动,有趋势拉动 ,-.绕月点顺时针转动。如果这时输入杆停止不动,则当头部拉动 ,-.顺时针方向重新转到垂直位置,阀芯凸肩重新把 ,&油路遮盖,不再进油和回油时,活塞也停止不动,所以助力器可以保证活塞杆位置(包括位移、方向和速度)与前面输入杆相对应。
因为进油压力 23很高,作用在作动筒 ,&腔的压力形成的压差通过活塞杆带动舵面偏转。同时此压差作用在外筒上,经外筒上的安装支点 *传到机体结构,并不传 •’*•
到前面的操纵系统中去,故驾驶员在操纵时,实际上只需要克服很小的滑阀摩擦力。
显然,要使活塞运动,则必须使阀芯偏离中立位置,打开油门。由于活塞杆的运动,必然落后于输入杆的运动,通常把这一差值叫作助力器的跟随误差。误差愈小,助力器跟随性愈好,但这个差值又是助力器工作所必需的。
综上所述,为保证液压助力器工作,必须有以下几个组成部分。
()分配机构(滑阀)。起分配油路和改变滑阀开度作用,从而改变活塞运动方向和活塞运动速度。此外还起功率放大作用,只要阀门很小的开启就能引入油流使活塞两腔产生很大的压差。
(")执行机构(活塞、活塞杆及头部)。该机构将液压能转换为机械能带动负载运动。
()反馈机构(%月摇臂)。正是由于 %月与头部相连,使活塞运动的同时反回去减少阀门的开度,使舵面随输入杆停止在所需位置上(这种输出量反回到输入中去的作用称反馈)。 %&既起操纵作用又起反馈作用,叫操纵反馈摇臂。
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